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【摘要】红外（IR）是红外线的简称，红外遥控是一种无线、非接触控制技术，常用于遥控器、无线键盘、鼠标等设备之间的通信。IR协议是红外线通信协议的总称，NEC协议是IR协议中的一种具体实现。其工作原理是，发送方通过红外线发送一个特定的编码，接收方通过识别该编码来执行相应的操作。为防止信号干扰等，红外遥控器的信号通常使用载波方式传输，常用的载波频率为38KHz。本文从具体项目出发，通过软件设计实现了在GD32微控制单元（MCU）平台下红外信号处理及信息传输，并充分验证了GD32F103/GD32F450芯片的收发处理能力、准确性和稳定性，各项指标均满足协议要求，可为其他类似红外遥控软件设计开发提供参考。

【关键词】红外；IR协议；GD32；NEC协议

1 引言

红外（IR）遥控是一种无线、非接触控制技术，常用于遥控器、无线键盘、鼠标等设备之间的通信。IR协议的工作原理是，发送方通过红外线发送一个特定的编码，接收方通过识别该编码来执行相应的操作。红外遥控系统分为发射和接收两部分，发射部分的发射元件为红外发光二极管，它发出的是红外线而不是可见光；接收部分的红外接收管是一种光敏三极管。红外遥控实现框图如图1所示。

本文选取了GD32F103/GD32F450芯片作为主设计芯片，通过软件设计及实现在GD32微控制单元（MCU）平台下红外信号处理及信息传输，红外遥控器产品实物如图2所示。产品通过功能测试、逻辑测试及强度测试等方式对芯片的收发处理能力、准确性和稳定性进行验证。

2 NEC协议介绍

IR协议是红外线通信协议的总称，而NEC协议是IR协议中的一种具体实现，协议收发信号说明见图3。

NEC遥控指令的数据格式为：同步码头、地址码、地址反码、命令码、命令反码，以接收为例说明如图4所示。同步码由一个9ms的低电平和一个4.5ms的高电平组成，地址码、地址反码、命令码、命令反码均是8位数据格式。按照低位在前，高位在后的顺序发送。采用反码是为了增加传输的可靠性（可用于校验）。每次信息都是按照同步码（9ms载波脉冲+4.5ms空闲信号）、地址码、地址反码、命令码和命令反码的格式进行传输，因此，单次信息传输的时间是固定不变的。

接收到的信号分为以下三种情况：

a）信息头，图4中的红色信号，提示将要发送信号；

b）信息体，图4中的蓝色信号，真正需要传输的内容；

c）重复信号，图4中的绿色信号，代表前面发送的内容重复发送。

3 红外发送

3.1 详细介绍

红外遥控常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的PWM（Pulse Width Modulation脉宽调制）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的PPM（Pulse Position Modulation脉冲位置调制）两种方法，本文采用PWM的方式进行编码，红外遥控发送信号波形如图5所示。

数据的每一位（Bit）脉冲长度为560us，由38KHz的载波脉冲（carrier burst）进行调制，如图6所示，推荐的载波占空比为1/3至1/4。

有载波脉冲的地方，其宽度都为560us，而载波脉冲的间隔时间是不同的。NEC协议逻辑电平编码格式如图7所示。

逻辑“1”的载波脉冲加载波脉冲间隔时间为2.25ms，如图8所示。

逻辑“0”的载波脉冲加载波脉冲间隔时间为逻辑“1”的一半，即1.125ms，如图9所示。

当红外遥控器上的按键被一直按下时，红外遥控器只会发送一次完整的信息，其后会每隔110ms发送一次重复码（连发码），如图10所示。重复码同样是由9ms的载波脉冲开始，紧接着是2.25ms的空闲信号，随后是560us的载波脉冲。

3.2 红外发送流程图

4 红外接收

4.1 详细介绍

红外接收装置是由红外接收电路、红外解码、电源和应用电路组成，主要作用是将红外发射装置发过来的红外线转换为电信号，再经过放大、限幅、检波、整型，最终形成遥控指令脉冲传输到微控制器当中。红外接收头通常被厂家集成在一个元件中，成为一体化红外接收头，如图12所示。

红外接收头共有三个引脚VOT（传出解码数据）、GND、VCC，内部的三极管电路具有信号反向的功能，也就是正好和发射端相反，即将1变为0，0变为1。红外接收信号波形如图13所示。

同步码中9ms高电平变为低电平，4.5ms低电平变为高电平，如图14所示。

数据0是560us的低电平和560us的高电平，如图15所示。

数据1是560us的低电平和1690us的高电平，如图16所示。

4.2 红外接收流程图

红外接收的过程使用一个有限状态机来完成，这个状态机共有三种状态：

a）开始状态：接收到第一个下降沿开始计时，转为“状态2接收信息头状态”。

b）接收信息头状态：当再次接收到一个信号下降沿时计算经过的时间。经过时间为9ms+4.5ms=13.5ms，判断为开始信号，转为“状态3接收信息体状态”；经过时间为9ms+2.25ms=11.25ms，判断为repeat信号，转为“状态1开始状态”，否则一直维持“状态2接收信息头状态”。

c）接收信息体状态：每接收到一个下降沿根据经过的时间判断是0还是1，并将这些数据存储起来，当接收完4*8=32个bit之后转变为“状态1开始状态”，若接收到的数据非0或1（数据异常），则返回“状态2接收信息头状态”。

红外接收状态转换流程图如图17所示：

5 结论

本文依托具体项目，主要论述了基于GD32F103/GD32F450为主控芯片的某型加固显示器红外遥控软件的开发设计，并给出了基于NEC协议的红外发送和红外接收功能的具体实现方式。本设计充分验证了GD32F103/GD32F450芯片的收发处理能力、准确性和稳定性，各项指标均满足协议要求，可为后续其他红外遥控软件设计开发提供参考。

参考文献：

[1] 赵巍，冯娜.《单片机基础及应用》[M].北京：清华大学出版社，2009，94-103

[2] 邓俊波.红外线遥控解码的软硬件设计方法[J].广西轻工业，2008，4（4）：67-68.

作者简介：

作者姓名：王雅东 出生年月：1989.12.09 民族：汉 性别：男 学历：本科

单位：苏州长风航空电子有限公司 单位省市：江苏省苏州市 单位邮编：215100户籍所在地省市：江苏省苏州市