详解红外遥控器作为单片机输入键盘的接口原理和方法

描述

输入设备键盘对于工业控制微机系统来说几乎是必不可少的。当按钮数量较少时，按钮控制接口线的高低电平通常直接用于表示，因此需要相应的接口支持。由于单片工业控制微机系统接口线数量有限，一键定义多功能往往用于减少接口线的占用，但增加了软件的复杂性；当按钮数量较多时，大多数键盘矩阵通过动态扫描形成。虽然键盘结构原理简单，驱动程序设计方便，但在具体实现中往往需要花费大量时间设计印刷电路板，考虑面板布局，当硬件资源紧张时，还应考虑扩展I/ O 口使电路越来越复杂。

1. 系统简介

本文介绍了红外发射装置作为工业控制计算机输入键盘的接口原理和实现方法，可以最大限度地限度地减少对单片机系统的硬件资源要求，只占用一条接口线，在系统面板上只需要一个小的接收窗口。整个接口由发射和接收两部分组成。当单片工业控制微机系统所需的按钮数量小于30 时，成品红外遥控发射器可直接用于发射部分。如果发射部分是自行设计的，可以支持约60个键，其中两个键用于组合键。接收部分的接口电路也很简单，不需要布线。只要成品模块的输出直接连接到单片工业控制微机系统的任何一个I/ O 接口线可以，驱动程序也很容易设计。由于键盘是无线的，单片机可以很容易地满足一些需要远程控制的场合和一些特殊场合，如在密封容器中输入或控制单片工业控制微机系统；单片工业控制微机周围环境不适合用户近距离操作。

2. 红外遥控键盘的硬件组成

由集成芯片PT红外遥控键盘发射电路见图1。H~09H为数字键，0AH为复位键，0BH为取消键。

图1 红外遥控键盘发射电路原理图

红外遥控键盘发射电路采用脉时调制(PPM)将遥控指令调制成脉冲序列，并以光脉冲的形式驱动红外发射管。遥控指令由12位码组成，见表1。

表1 遥控指令格式

C1，C2，C三是用户码，在T1，T2，T3与CODE二极管分别代表C1，C2，C三是高电平1，不接二极管代表低电平0C1C2C2=111。D1，D2，D3，D4，D5，D6是发送的数据码，键号与键码的对应关系见表2。

表2 键号与键号的对应关系

PT波形正脉冲占2248遥控指令的1/4，代表0，正脉冲占3/4

表1见图2。

图2 遥控指令的波形图

无论是0还是1KHz在载波1/3，有利于降低功耗。每个发送周期都是 C1，C1，C2，H，S1，S2，D1，D2，D3，D4，D5，D6.总长度为48a，其中a每个代码周期的1/4大小为：a=192/fosc秒=192/455KHE=0.422ms。按下00H~0BH输出脚时，输出一个键TXOUT发送两个周期的12位码，间隔为 80a。由GL3276A红外遥控键盘接收电路见图3。

图3 红外遥控键盘接收电路原理图

当红外线线遥控键盘接收电路工作时，接收管PH302B接收带负载的38KHZ在遥控指令的红外信号后，放大、限幅和检波，检测遥控指令的脉冲包络，过滤38KHZ负载频率，获得遥控指令的脉冲信号，整形和反向OUT输出，将GL3276A的OUT经74LS14施密特触发器整形手术最终获得遥控指令的理想反向脉冲信号。获得遥控指令的反向脉冲信号的波形正脉冲占1/4，正脉冲占3/4，见图 4。图4 遥控指令反向脉冲信号的波形图

3. 红外遥控键盘软件设计

将GL3276A的OUT输出信号经74LS14两级施密反向器整形后，89C51的P3.2(/INTO)连接，因为每个代码是4a为了周期，每个人的开始总是从高电平到低电平，所以解码过程可以用每个码的开始边缘作为/INTO的中断请求信号，中断响应后关/INTO中断，然后延迟a/2，由P3.2采样红外遥控接收电路的输出信号，然后延迟a，分别在3a/2，5a/2，7a采样时间为/2，波形与采样时间的对应关系见图5。

图5 波形与采样时间的对应关系

从图5可以看出，接收到的0由低高组成，1由低低高组成a采样完成后/2时开启INTO中断，直到/INTO中断24次(两个周期串行12位码)。中断服务子程序开始预置样码0FH，分别在a/2，3a/2，5a/2，7a/2时刻由 P3.2采样红外遥控接收电路的输出信号。如果高电平保持样本不变，如果低电平样本对应位置为0，则最终将样本存储在指定位置RAM单元。

遥控键盘的可靠性是软硬件设计中的一个关键问题。在硬件方面，GL3276A的OUT经74LS14施密特整形，以提高抗干扰能力。软件上要正确解码，必须从每个代码的起始位置接收，PT2248发送的遥控指令至少从用户码开始C1C2C3=111，因为P3.2收到的1由 低、低、高组成，因此收到的代码应为三个0001。如果没有，此接收将无效。其次，为了防止接收代码错误，应比较前后两个接收周期的12位串行代码的一致性。如果相同，则与键表中的键进行比较，找出相应的键号，否则接收将无效。解码程序流程图见图6.

图6 解码程序流程图

4. 结束语

本文介绍了红外遥控器作为单片机输入键盘的接口原理和方法，构思巧妙，结构合理，成本低。我们成功地利用这个接口来实现单片机键盘的无线操作。PT作为发射部分，2248集成芯片仍然适用于其他类型的发射芯片，只需相应修改中断服务程序即可。如果单片机系统有多余的外部中断资源，可以将接收到的信号输入到中断引脚，并将外部中断与定时器相结合，可以减少接收处理中的对CPU 时间占用。利用这一技术，我们在智能牛奶质量快速探测器开发项目中得到了很好的应用。

遥控技术经历了有线遥控和无线电波遥控。如今，红外遥控技术相当成熟，功能越来越强大，运行越来越稳定，应用越来越广泛。先进的遥控技术与单片机一起应用于工业控制，使控制系统更容易、更快、更方便、更安全。

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