Design of Infrared Controller Based on MCU MSP430

摘要：本文首先介绍了红外通信的基本原理；然后简要介绍了TI公司的MSP430单片机的功能特点；最后介绍了一种基于MSP430单片机的红外遥控器的设计方案，并给出了硬件电路和程序流程图。
关键词：红外通信；MSP430单片机；红外遥控器

1 引言

在工业控制的许多环境下，不适合操作人员直接控制，例如：高温、高压、辐射、粉尘、强酸性、腐蚀性、有毒气体等。这时，红外遥控是可行的控制方式。通过这种方式，操作人员能及时采集现场数据，修改控制对象的参数，并发送控制命令，以达到理想的控制效果。红外遥控通过红外通信的方式进行控制，具有低功耗、低成本、高可靠性、体积小、结构简单、避免人身伤害等优点，是一种先进的控制方式，具有广阔的应用前景。

2 红外通信原理^[1][2]

红外通信，即以红外线作为通信载体，通过红外光在空中的传播来传输数据的通信方式，它由发射端和接收端来完成。在发射端，发送的数字信号经过适当的调制编码后，送入电光变换电路，经红外发射管转变为红外光脉冲发射到空中；在接收端，红外接收器对接收到的红外光脉冲进行光电变换，解调译码后恢复出原信号。

红外发射端发送数据时，是将待发送的二进制数据调制成一系列的脉冲信号后发射出去。红外载波为频率38KHz的方波，采用脉宽调制PWM方式发送，通过待发送二进制数据的“0”或“1”控制两个脉冲之间的时间间隔，及PWM的占空比。红外载波既可以通过外围硬件电路实现，也可以使用单片机内部的定时器的PWM功能实现。

红外接收端在收到38KHz的载波信号时，会输出低电平，否则输出高电平，从而可以将“时断时续”的红外光信号解调成一定周期的连续方波信号，经单片机处理，便可以恢复出原数据信号。

3 MSP430单片机简介^[3]

MSP430单片机是TI公司推出的一个新型单片机系列，其主要特点是：超低功耗、16位指令、内置A/D转换器、串行通信接口、硬件乘法器、LCD（液晶）驱动器及高抗干扰能力等。因此，MSP430单片机特别适合应用在智能仪表、防盗系统、智能家电、电池供电便携式设备等产品之中。笔者在开发这款遥控器时，选用的单片机型号是MSP430F413，其性能特点如下：低工作电压（1.8~3.6V）；超低功耗（工作模式4下耗电仅为0.1μA）；16位精简指令结构（RISC）；150ns指令周期；带有3个捕获/比较器的16位定时器；片内集成96段LCD驱动器；片内有JTAG调试接口和FLASH型存储器，可在线串行编程；开发环境十分方便高效，支持C语言和汇编语言。

4 基于MSP430单片机的红外遥控器设计^[4][5]

4.1 总体硬件框图

笔者设计的这款红外遥控器，不仅能设置控制对象的给定值或控制参数，并通过红外线发送给对象，而且能接收并显示对象通过红外线反馈回的实际值，这是它不同于普通红外遥控器的地方。因此，实际应用中，红外遥控器和控制对象上都装有红外发送电路和红外接收电路。红外遥控器的硬件部分主要包括五个模块：电源模块、键盘模块、液晶模块、红外发送模块和红外接收模块。总体硬件框图如图1所示。由于MSP430、红外发送模块和红外接收模块都可采用3V电源，所以电源模块采用两节1.5V电池供电即可。键盘模块采用4×4行列扫描式键盘。液晶模块由MSP430F413直接驱动。        

           图1  总体硬件框图

4.2 红外发送模块

因为发光二极管的发光距离与其发射功率成正比，为了提高发光二极管的发光距离，必须提高它的发射功率，也就是使红外发光二极管工作于脉冲状态。可以用两种方法来实现：一是用硬件方法，即设计脉冲电路来产生占空比尽量小的脉冲载波信号；另一种就是用软件来控制MSP430F413的输出端P2.1，让其输出即为占空比较小的脉冲信号。

这里利用软件来实现这个功能。即在需要输出高电平的时候，让程序定时把P2.1口输出状态反向，其中定时时间是由指令数和指令周期来决定的，每条指令的指令执行周期是固定的，所以如果想让反向频率高一些，则让指令执行的少一些，反之就让指令多一些。可见输出信号占空比可以由定时时间的长短来决定，这样就可以在高电平时输出占空比尽量小的脉冲信号。因为接收头对38KHz的光信号转换能力比较强，所以把高电平的频率设置为38KHz。在需要输出低电平的时候，控制P2.1口一直为低就可以了。

红外发光二极管发射波形如图3所示。先发一段前导码，以检验这组码是否为想要的码。前导码由一个9ms的高电平和一个4ms的低电平组成。然后再发32位数据代码，其中高电平为0.5ms，低电平为0.5ms的一个周期为代码“0”；高电平为0.5ms，低电平为1.5ms的一个周期为代码“1”。为了提高发射功率，实际工作时，发光二极管的高电平用38kHz的载波信号载波，低电平则一直为低。

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