OLED显示红外遥控键码

基本原理

本遥控器的编码是NEC编码，为PWM（脉冲宽度调制）。
发射红外载波的时间固定，通过改变不发射载波的时间来改变占空比。

  • 逻辑“0”是由0.56ms的38KHZ载波和0.560ms的无载波间隔组成；
  • 逻辑“1”是由0.56ms的38KHZ载波和1.685m 的无载波间隔组成；
  • 结束位是0.56ms的38K载波。
  • 重复码由9ms红外脉冲和2.25ms的无红外脉冲以及560us的红外脉冲组成。

若发了一次命令码之后，一直按住遥控器按键并未松手，遥控器发射端将不会再发送命令码，而是每隔 110ms 时间，发送一段重复码。
image.png

过程分析

初始化部分

通用配置过程：

  1. 将相关的gpio和硬件挂载到RCC
  2. 初始化GPIO
  3. 初始化TIM时基单元
  4. 初始化IC输入捕获
  5. 初始化NVIC中断管理
  6. 实现中断处理函数
  7. 启用中断
  8. 启动定时器

image.png
TIM3的CH1通道位于PA6引脚。

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

配置时基单元。arr和psc作为函数参数传入，支持动态调整。
在本文中，分频系数为72，这样标准周期就是1us，方便后续计算。

TIM_InternalClockConfig(TIM3);
TIM_TimeBaseInitTypeDef	TIM_TimeBaseStructure;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr - 1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc - 1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseStructure);

配置输入捕获。将TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter设置为0xf是为了对输入捕获信号进行滤波，滤波时间为8个时钟周期。

  • 对应16个采样点的平均，意味着最终捕获值是16个相邻采样值的平均值。
  • 这相当于对输入信号进行8个时钟周期的滤波，因为每个采样周期占用一个时钟周期。
TIM_ICInitTypeDef	TIM_ICInitStructure;
TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xf;
TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Falling;
TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_CKD_DIV1;
TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
TIM_ICInit(TIM3,&TIM_ICInitStructure);

配置中断优先级。中断优先级的配置方案需要在主函数中设置：NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

NVIC_InitTypeDef	NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority =1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

在之前的《PWM输入/输出》中，输入捕获采用的是事件方式：

TIM_SelectInputTrigger(TIM3,TIM_TS_TI1FP1);
TIM_SelectSlaveMode(TIM3,TIM_SlaveMode_Reset);

当时没有设置中断，设置了事件。事件由硬件自动完成，不需要我们实现中断处理函数，只需要指定处理方式即可。
我们这次用不到事件。
涉及各种码的判断，以及信号处理阶段的判断，硬件事件难以处理这种复杂任务，需要通过中断实现。
启用中断标志位，在TIM3的CC1通道出现下降沿时，自动触发TIM_IT_CC1中断：

TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_CC1,ENABLE);

配置完毕，启动TIM定时器：

TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);

中断处理函数

通过输入捕获，判断两个下降沿之间的时间间隔：

  • 引导码：13.5ms
  • 重复码：11.25ms
  • 逻辑0：1.12ms
  • 逻辑1：2.245ms

将输入捕获通道的GPIO设置为上拉输入。在没有外界信号时会自动上拉到高电平。
时间间隔通过TIM_GetCounter(TIM3)获取。TIM定时器设置的标准周期为1us，返回值即为下降沿之间的时间间隔，单位为us。
获取之后通过TIM_SetCounter(TIM3,0);设置寄存器值为0，相当于重新开始计数。由于一个周期的开始和结束都是下降沿，所以上一个周期的结束接着就是下一个周期的开始，计数值误差可以接受。
操作类似于一个状态机：

  • 初始处于空闲状态，TIM定时器的值是无意义的。在第一个下降沿到来时，设置TIM寄存器值为0，开始计数，进入准备状态。
  • 准备状态下，第二个下降沿到来时，根据时长判断是引导码还是重复码。重复码则回到空闲状态。引导码还需要读取具体的指令，进入接受状态。
  • 接收状态下，逐位接收，共32位。接收结束后回到空闲状态。等待下一个响应。

为什么引导码和重复码在同一个状态下判断？

对于上面四种码的时间间隔，很明显：引导码与重复码相近，逻辑0和逻辑1相近。
如果同一个阶段去判断时间间隔差距过大的码，可能造成数据遗漏。

如何按位接收？

需要用到指针，通过模运算、位运算实现。
指令一共有32位，需要一个char[4]类型的数组。
创建一个指针，其实是整型，

  • 对8做除法，用于对指定下标的char赋值
  • 对8取模之后，值介于[0,7]，为指定位赋值

这种做法在存储器扩展、cache映射中都有应用，映射的常用方式就是取模。
如果学过，应该不会陌生。

数据校验

NEC编码的数据包括：
8位地址码+8位地址码的反码+8位命令码+8位命令码的反码
验证操作就是将反码部分按位取反，判断是否相等。

Addr_Temp = ~IR_DATA[1];
Cmd_Temp  = ~IR_DATA[3];
if (IR_DATA[0] == Addr_Temp && IR_DATA[2] == Cmd_Temp)  //数据验证
{
    IR_Address = IR_DATA[0];
    IR_Command = IR_DATA[2];
    IR_DataFlag = 1;
}

代码实现

到目前，需要创建如下变量：

  • uint8_t IR_State：记录当前状态：空闲/准备/接收
  • uint16_t IR_Time：下降沿间隔时间：引导/重复/0/1
  • uint8_t IR_RepeatFlag,IR_DataFlag：数据状态：重复/有数据
  • uint8_t IR_DATA[4]：数据：地址码+地址码反码+命令码+命令码反码
  • uint8_t IR_pData：指针：对IR_DATA进行段选和位选
void TIM3_IRQHandler()
{
	uint8_t Addr_Temp,Cmd_Temp;
	if (TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_FLAG_CC1) != RESET)
	{
		if (IR_State == 0)     //空闲态
		{
			TIM_SetCounter(TIM3,0);
			IR_State = 1;
		}
		else if (IR_State == 1) //准备态
		{
			IR_Time = TIM_GetCounter(TIM3);
			if (IR_Time > 13500 - 500 && IR_Time < 13500+500)  //Start信号
			{
				IR_State = 2;
			}
			else if (IR_Time > 11250 - 500 && IR_Time < 11250+500)  //Repeat信号
			{
				IR_State = 0;
				IR_RepeatFlag = 1;
			}
			else
			{
			
			}
			TIM_SetCounter(TIM3,0);
		}
		else if (IR_State == 2) //接收态
		{
			IR_Time = TIM_GetCounter(TIM3);
			if (IR_Time > 1120 -500 && IR_Time < 1120+500)   //逻辑0
			{
				IR_DATA[IR_pData/8] &= ~(0x01 << (IR_pData %8));
				IR_pData++;
			}
			else if (IR_Time > 2250 -500 && IR_Time < 2250 + 500) //逻辑1
			{
				IR_DATA[IR_pData/8] |= (0x01 << (IR_pData %8));
				IR_pData++;
			}
			else 
			{
				IR_pData = 0;
				IR_State = 1;
			}
			
			if (IR_pData>=32)   //如果接收完32位数据
			{
				IR_pData = 0;
				Addr_Temp = ~IR_DATA[1];
				Cmd_Temp  = ~IR_DATA[3];
				if (IR_DATA[0] == Addr_Temp && IR_DATA[2] == Cmd_Temp)  //数据验证
				{
					IR_Address = IR_DATA[0];
					IR_Command = IR_DATA[2];
					IR_DataFlag = 1;
				}
				IR_State = 0;
			}
			TIM_SetCounter(TIM3,0);
		}
		else
		{
		
		}
		TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_CC1);
	}
}

实验效果

飞线

红外部分并不直接与PA6相连，需要飞线。
用杜邦线连接IF和TIM3的CH1所在的PA6即可。
image.png

在主函数中调用

uint8_t Address;
uint8_t Command;
uint8_t Num;
int main(void)
{
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	Remote_Init(30000,72);
	OLED_Init();
	OLED_ShowString(1,1,"ADDR CMD NUM");
	OLED_ShowString(2,1,"00   00  000");
	while(1)
	{
		if (IR_GetDataFlag() || IR_GetRepeatFlag())
		{
			Address = IR_GetAddress();
			Command = IR_GetCommand();
			
			OLED_ShowHexNum(2,1,Address,2);
			OLED_ShowHexNum(2,6,Command,2);
			
			if (Command == IR_VOL_ADD)
			{
				Num++;
			}
			if(Command == IR_VOL_MINUS)
			{
				Num--;
			}
			OLED_ShowNum(2,10,Num,3);
		}
	}
}

VID_20240215_014048

参考

  • STM32F103C8T6引脚定义.xlsx
  • stm32 使用说明+笔记(必读）.pdf
  • 32版开发板原理图.pdf

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