STM32如何接收红外的信号

STM32 接收红外信号（主要指来自电视遥控器等设备的红外遥控信号）主要涉及硬件连接和软件解码两个核心部分。以下是详细步骤和关键点：

核心原理： 红外遥控器将按键信息编码（常用 NEC、RC5、Sony SIRC 等协议）后，调制在约 38kHz 的载波上发射出来。STM32 需要：

通过 红外接收头 将光信号转换成电信号，并解调（去掉 38kHz 载波）。
通过 GPIO 引脚 读取解调后的数字波形。
在 软件中解码 该波形，提取出地址码、命令码等信息。

步骤详解：

硬件准备与连接：
- 红外接收头模块： 这是必不可少的元件（如 VS1838B, TSOP382xx, HS0038B 等）。它通常有 3 个引脚：
  - VCC：接 3.3V 或 5V 电源（确保与 STM32 逻辑电平兼容，推荐 3.3V）。
  - GND：接地。
  - OUT： 连接到 STM32 的一个 GPIO 引脚。这个引脚需要配置为输入模式。接收头的输出在没有接收到信号时一般是高电平（或上拉到高电平），接收到有效红外信号时，它会随着原始编码信号的高低电平变化。
- STM32 开发板： 如 STM32F103C8T6 (Blue Pill), STM32F407 Discovery, Nucleo 系列等。
- 连接示意图：
```
[红外接收头]
  VCC ---- STM32 3.3V
  GND ---- STM32 GND
  OUT ---- STM32 GPIOx_Pin_y (e.g., PA0, PB10)
```
软件开发（解码）： 解码的关键在于准确测量接收头 OUT 引脚上高低电平的持续时间。常用方法有：
- 方法 1：外部中断 + 定时器（推荐且常用）
  - GPIO 配置： 将连接接收头 OUT 的 GPIO 引脚配置为 浮空输入或上拉输入 模式。
  - 外部中断配置： 使能该引脚的外部中断（EXTI），设置为 双边沿触发（EXTI_Trigger_Rising_Falling），这样引脚电平每次变化（从高到低或从低到高）都会触发中断。
  - 定时器配置： 启用一个基本定时器（如 TIM2）。配置其时钟源（通常内部时钟），设置较高的计数速度和足够长的自动重装载值（ARR）。停止计数 并 清零计数器 作为初始状态。
  - 中断服务程序（ISR）：
    1. 当 EXTI 触发（检测到边沿）时：
      - 获取定时器当前的计数器值（TIM_GetCounter()）。
      - 记录这个时刻（capture_time = TIM_GetCounter()）。
    2. 判断边沿类型（上升沿或下降沿）：
      - 如果是 下降沿（通常代表脉冲开始）：记录起始时间 start_time = capture_time。
      - 如果是 上升沿（通常代表脉冲结束）：记录结束时间 end_time = capture_time，计算本次脉冲的持续时间：
        pulse_width = end_time - start_time; // 注意处理定时器溢出！
    3. 将 pulse_width 与协议规定的时序（引导码、逻辑 0、逻辑 1、重复码等）进行比较，判断当前脉冲代表什么含义（起始位、逻辑位、停止位、重复码）。
    4. 根据协议规则组装数据位（address, command）。
    5. 检测到完整的帧（如 NEC 的 32 位）后，进行校验（如 NEC 的命令反码校验），若校验通过，则存储或处理接收到的数据。
    6. 超时处理： 在每次进入 EXTI 中断时启动一个软件计时器或利用另一个定时器实现超时检测。如果超过协议规定的最大帧间隔时间（通常几十毫秒）都没有新的边沿触发，则认为上一帧结束或出错，重置解码状态机。
- 方法 2：定时器输入捕获模式（更精确，利用硬件）
  - 定时器配置： 使用支持输入捕获的定时器（如 TIMx_CHx）。
  - GPIO 配置： 将接收头的 OUT 引脚连接到选定的定时器捕获通道引脚（如 TIM2_CH1 -> PA0），并配置该引脚为浮空输入或上拉输入。
  - 输入捕获配置： 配置定时器通道为输入捕获模式，设置为 双边沿捕获（TIM_ICPolarity_BothEdge）。
  - 中断/事件配置： 使能定时器的捕获中断（TIM_IT_CCx）。
  - 中断服务程序（ISR）：
    1. 当捕获事件发生时（TIM_GetITStatus(TIMx, TIM_IT_CCx) == SET）：
      - 读取当前捕获寄存器值（capture_val = TIM_GetCapturex(TIMx)）。
    2. 判断触发捕获的边沿（通过检查通道配置极性标志位或状态寄存器）：
      - 如果是 下降沿：记录 start_val = capture_val。
      - 如果是 上升沿：
        
        记录 end_val = capture_val。
        
        计算脉冲宽度：
        pulse_width = end_val - start_val; // 注意处理定时器溢出！
    3. 后续步骤与方法 1 中的第 3-6 步相同：判断脉冲类型、组装数据、校验、超时处理。
协议解码（以 NEC 协议为例）：
- 引导码：9ms 低电平 + 4.5ms 高电平。
- 数据码：32 位（地址 16bit + 地址反码 16bit + 命令 16bit + 命令反码 16bit。常用简化版本是地址 8bit + 地址反码 8bit + 命令 8bit + 命令反码 8bit）。
- 逻辑 0：560us 低电平 + 560us 高电平。
- 逻辑 1：560us 低电平 + 1.69ms 高电平。
- 重复码：9ms 低电平 + 2.25ms 高电平 + 560us 低电平（之后不再发送数据，代表上次按键持续按下）。
- 解码逻辑：
  - 检测到符合 9ms low + 4.5ms high 的引导码，开始接收数据。
  - 对后续每个脉冲（560us low 后跟一个高电平）：
    - 测量高电平持续时间。
    - 如果高电平持续约 560us，判为逻辑 0。
    - 如果高电平持续约 1.69ms，判为逻辑 1。
  - 连续接收 32 位数据（按特定顺序，通常是 LSB first）。
  - 检查地址部分的反码是否正确。
  - 检查命令部分的反码是否正确。
  - 如果检验通过，提取有效的地址（address）和命令（command）。
  - 如果是重复码（9ms low + 2.25ms high），则视为重复上次的命令。

关键注意事项：

电平逻辑： 红外接收头输出是反相的！发送端的高电平（载波开启）在接收头输出是低电平；发送端的低电平（载波关闭）在接收头输出是高电平。解码时序时务必注意这个反相关系。
时序精度： 红外协议对时间要求严格（误差通常在 ±100us 内）。STM32 的系统时钟和定时器配置要确保足够精确和分辨率（微秒级）。
定时器溢出处理： 在计算 pulse_width = end_val - start_val 时，如果 end_val < start_val，说明定时器发生了溢出。此时脉冲宽度应为 (TimerPeriod - start_val) + end_val（TimerPeriod 是定时器自动重装载值 ARR + 1）。
干扰滤波： 红外信号易受日光灯、环境光干扰。可以在软件中加入简单的滤波逻辑，比如连续多次检测到边沿才认为是有效信号，或者在读取 GPIO 时做多次采样取平均值。
协议多样性： 不同遥控器可能使用不同协议。NEC 最常见，但也可能是 RC5, RC6, Sony SIRC 等。需要根据目标遥控器的协议调整解码逻辑。有些库支持多种协议。
中断优先级： EXTI 中断和定时器捕获中断需要设置合理的优先级，确保能及时响应电平变化，避免丢失信号。
现有库： 可以利用现有的开源红外解码库（如 IRremote 库的 STM32 移植版）来简化开发，这些库通常已经实现了多种协议的解码和硬件抽象。

简化代码框架（基于外部中断 + 定时器）：

// 变量定义
volatile uint32_t lastEdgeTime = 0;
volatile uint32_t pulseWidth = 0;
volatile uint8_t state = 0; // 解码状态机状态
volatile uint32_t irData = 0; // 存放接收到的数据
volatile uint8_t bitCount = 0;

// 接收头OUT连接的GPIO和EXTI配置 (例如 PA0)
void IR_GPIO_EXTI_Init(void) {
    // ... 配置GPIOA Pin0为输入, 上拉/浮空
    // ... 配置EXTI Line0 连接到 PA0
    // ... 设置EXTI为双边沿触发
    // ... 配置并启用EXTI中断 (NVIC)
}

// 定时器初始化 (例如 TIM2)
void IR_Timer_Init(void) {
    // ... 配置TIM2时钟源, 预分频(PSC), 自动重装载值(ARR) 以获得微秒级计数
    // ... 停止定时器 (TIM_Cmd(DISABLE))
    // ... 清零计数器 (TIM_SetCounter(0))
}

// EXTI中断服务程序 (例如 EXTI0_IRQHandler)
void EXTI0_IRQHandler(void) {
    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET) {
        uint32_t currentTime = TIM_GetCounter(TIM2); // 获取当前定时器值

        // 判断是否是下降沿 (接收头OUT输出从高变低, 对应发送端载波开启/发射)
        if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) == Bit_RESET) {
            pulseWidth = currentTime - lastEdgeTime; // 计算高电平持续时间
            lastEdgeTime = currentTime;
            HandlePulse(pulseWidth, 0); // 处理高电平脉冲 (逻辑判断在下降沿做)
        } else { // 上升沿 (接收头OUT输出从低变高, 对应发送端载波关闭/停止发射)
            pulseWidth = currentTime - lastEdgeTime; // 计算低电平持续时间
            lastEdgeTime = currentTime;
            // NEC协议通常在下降沿判断逻辑位，上升沿这里只记录时间起点或处理特殊码
        }
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0); // 清除中断标志
    }
}

// 处理测量到的脉冲宽度
void HandlePulse(uint32_t width, uint8_t edgeType) {
    // 重置超时计时器

    switch (state) {
        case 0: // 等待引导码
            if (width > NEC_HEADER_HIGH_MIN && width < NEC_HEADER_HIGH_MAX) {
                // 检测到可能是引导码后的高电平部分
                state = 1;
            }
            break;
        case 1: // 等待引导码低电平或重复码
            if (width > NEC_HEADER_LOW_MIN && width < NEC_HEADER_LOW_MAX) {
                state = 2; // 进入数据接收状态
                bitCount = 0;
                irData = 0;
            } else if (width > NEC_REPEAT_HIGH_MIN && width < NEC_REPEAT_HIGH_MAX) {
                // 处理重复码 (触发上次命令)
                handleRepeat();
                state = 0; // 回到初始状态
            } else {
                state = 0; // 时序错误，复位
            }
            break;
        case 2: // 接收数据位 (在下降沿判断)
            // 根据上一个高电平脉冲的宽度(pulseWidth)判断逻辑值
            if (width > NEC_BIT_1_MIN && width < NEC_BIT_1_MAX) {
                irData = (irData << 1) | 0x01; // 逻辑 '1' (MSB first)
            } else if (width > NEC_BIT_0_MIN && width < NEC_BIT_0_MAX) {
                irData = irData << 1; // 逻辑 '0' (MSB first)
            } else {
                state = 0; // 时序错误，复位
                break;
            }
            bitCount++;
            if (bitCount >= 32) { // 接收完32位
                // 校验地址和命令反码
                if (/* 地址反码正确 && 命令反码正确 */) {
                    uint8_t address = (irData >> 24) & 0xFF;
                    uint8_t command = (irData >> 8) & 0xFF;
                    handleCommand(address, command); // 处理有效命令
                }
                state = 0; // 回到初始状态
            }
            break;
    }
}

总结:

STM32 接收红外信号需要 红外接收头模块 作为前置硬件进行信号转换和解调。软件核心是利用 外部中断 或 定时器输入捕获 功能精确测量接收头输出引脚上 高低电平的持续时间。开发者需要根据目标遥控器使用的 特定红外协议（如 NEC）编写解码逻辑，将测量到的脉冲宽度序列解析为有效的地址码和命令码。注意电平反相、时序精度、定时器溢出和干扰过滤等关键点。利用现有开源库可以加速开发。