CN103325237A - 通用红外载波信号的生成方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及红外通信领域，公开了一种通用红外载波信号的生成方法及装置。本发明中，将红外发射二极管及其发射电路连接在微处理器的I²C总线接口上，并根据所需的红外载波信号的频率和占空比，确定I²C总线接口的工作频率；微处理器根据I²C总线接口的工作频率，配置I²C模块的控制信息；根据控制信息，向I²C总线接口发送数据信号和应答信号，生成红外载波控制信号；在该红外载波控制信号的作用下，发射电路导通或者关断，驱动红外发射二极管发光或者熄灭，将调制了二进制脉冲信息码的红外载波信号通过红外光发送出去。本发明使得红外载波信号通过微处理器的总线接口产生，省去了专用集成电路芯片，从而降低了成本。

Description

通用红外载波信号的生成方法及装置

技术领域

本发明涉及红外通信领域，特别涉及通用红外载波信号的生成方法及装置。

背景技术

作为一种无线、非接触控制技术和广泛使用的协议，红外遥控以其抗干扰能力强、信息传输可靠、功耗低、成本低、易实现、方案成熟等显著优点，在家用电器、工业控制等智能控制领域中广泛应用。在未来相当长的时间内，红外遥控在遥控技术领域仍将会占据一席之地。

红外遥控信号是一连串的二进制脉冲码，为了使其在无线传输过程中免受其他红外信号的干扰，通常都是先将其调制在特定的载波频率上，然后再经红外发光二极管发射出去，由红外接收装置通过解调将其还原成二进制脉冲码。传统的技术方案中，一般是通过专用红外编码芯片产生红外载波信号，此方法虽然无需占用MCU资源，但由于需要使用专用集成电路芯片，无形中增加了系统成本；在微控制器MCU中，也可以通过采用纯粹的软件方法对GPIO进行控制，以产生红外载波信号，但此方法会对MCU负载产生较大的影响，尤其是对于嵌入式系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通用红外载波信号的生成方法及装置，使得红外载波信号通过微处理器的I²C总线接口产生，省去了专用集成电路芯片，从而降低了成本。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种通用红外载波信号的生成方法，包含以下步骤：

A.将红外发射二极管和发射电路连接在微处理器的I²C总线接口上；

B.根据所需的红外载波信号的频率和占空比，确定所述I²C总线接口的工作频率；

C.所述微处理器根据所述I²C总线接口的工作频率，配置I²C模块的控制信息；

D.根据所述控制信息，向所述I²C总线接口发送信号，生成红外载波控制信号；

E.在所述红外载波控制信号的作用下，所述发射电路导通或者关断，驱动所述红外发射二极管发光或者熄灭，将调制了二进制脉冲信息码的红外载波信号通过红外光发送出去。

本发明的实施方式还提供了一种通用红外载波信号的生成装置，包含：微处理器、红外发射二极管、发射电路；

所述红外发射二极管通过所述发射电路连接在所述微处理器的I²C总线接口上；

其中，所述I²C总线接口的工作频率根据所需的红外载波信号的频率和占空比确定；

所述微处理器根据所述I²C总线接口的工作频率，配置I²C模块的控制信息；

所述I²C模块根据所述控制信息，向所述I²C总线接口发送信号，生成红外载波控制信号；

在所述红外载波控制信号的作用下，所述发射电路导通或者关断，驱动所述红外发射二极管发光或者熄灭，将调制了二进制脉冲信息码的红外载波信号通过红外光发送出去。

本发明实施方式相对于现有技术而言，将红外发射二极管及其发射电路(P型三极管)连接在微处理器的I²C总线接口上，并根据所需的红外载波信号的频率和占空比，确定I²C总线接口的工作频率；微处理器根据I²C总线接口的工作频率，配置I²C模块的控制信息；根据控制信息，向总线接口发送数据信号和应答信号(NAK)，生成红外载波控制信号；在该红外载波控制信号的作用下，发射电路导通或者关断，驱动红外发射二极管发光或者熄灭，将调制了二进制脉冲信息码的红外载波信号通过红外光发送出去。利用当前嵌入式系统特别是各种微控制器MCU中普遍包含的I²C通信模块，使得红外载波信号通过微处理器的总线接口产生，省去传统方案中的专用集成电路芯片，从而降低了成本。

另外，在所述步骤A中，将红外发射二极管和发射电路连接在I²C总线接口的串行数据SDA线上；其中，所述发射电路为P型三极管；

在所述步骤C中，根据所述I²C总线接口的工作频率，所述微处理器配置所述I²C模块的所述控制信息；所述控制信息的配置包括：在I²C模块的发送缓冲内存或寄存器中填入数据，配置I²C模块的发送标识位；

在所述步骤D中，根据所述控制信息，所述I²C总线接口发送数据信号和应答信号，生成所述红外载波控制信号；所述应答信号为NAK信号；

在所述步骤E中，所述红外载波控制信号，控制所述P型三极管的导通或者关断，驱动所述红外发射二极管发光或者熄灭；所述红外发射二极管的亮灭，将所述调制了二进制脉冲信息码的红外载波信号通过红外光发送出去。

利用当前嵌入式系统特别是各种微控制器MCU中普遍包含的I²C通信模块，其控制过程简单，也不会对MCU负载产生较大的影响。

另外，在所述配置I²C模块的控制信息的步骤中，所述控制信息包含至少1个字节的数据和1个发送标识位。通过一次发送多个字节的数据，可以延长CPU在红外码发送过程中软件必需干预的时间间隔，从而降低CPU完成同样功能的红外载波发送所需要的干预频度，使CPU的负载大大降低；

另外，在不需要生成红外载波信号时，所述微处理器通过改变所述I²C模块的控制信息，关断所述P型三极管，使红外发射二极管熄灭。在没有红外码发送时功耗非常低，进一步降低了红外载波信号生成装置的功耗。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的通用红外载波信号的生成方法的流程图；

图2是I²C及红外载波信号1个字节的时序示意图；

图3是根据本发明第二实施方式的通用红外载波信号的生成装置的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种通用红外载波信号的生成方法，该方法，利用当前嵌入式系统特别是各种微控制器(MCU)中普遍包含的I²C总线接口，产生红外载波信号，从而省去传统方案中的专用集成电路芯片，降低了成本。具体流程如图1所示，包含以下步骤：

步骤101，将红外发射二极管和发射电路连接在微处理器的I²C总线接口上。

在步骤中，发射电路为P型三极管，可以是PNP三极管或PMOS场效应管。将红外发射二极管和P型三极管连接在I²C总线接口的串行数据SDA线上，利用当前嵌入式系统特别是各种微控制器MCU中普遍包含的I²C通信模块，产生红外载波信号，其控制过程简单，也不会对MCU负载产生较大的影响。

步骤102，根据所需的红外载波信号的频率和占空比，确定I²C总线接口的工作频率。

在消费类电子产品的红外遥控中，红外信号的载波频率通常为30KHz～60KHz，标准的频率有30KHz、33KHz、36KHz、36.7KHz、38KHz、40KHz和56KHz。以下以所需产生的红外载波信号为频率f_carrier＝36KHz，占空比＝1/3(即高电平与低电平为1∶2)的矩形波，I²C模块发送1个字节为例，进行具体说明。

I²C总线接口的工作频率计算如下：

红外载波信号周期T_carrier＝1/f_carrier＝1/36KHz＝27.8μs；

高电平时间 $t_1=T_{\mathrm{carrier}}\×\frac{1}{3}=27.8\mathrm{\μs}\×\frac{1}{3}\≈9.2\mathrm{\μs};$

低电平时间 $t_2=T_{\mathrm{carrier}}\×\frac{2}{3}=27.8\mathrm{\μs}\×\frac{2}{3}\≈18.5\mathrm{\μs};$

I²C总线接口的工作周期取t₁和t₂中的较小值，即t₀＝min(t₁，t₂)，故I²C总线接口的工作频率为： $f_{I^{2}C}=\frac{1}{t_0}=\frac{1}{t_1}=3\×f_{\mathrm{carrier}}=3\×36\mathrm{KHz}=108\mathrm{KHz}.$

步骤103，微处理器根据I²C总线接口的工作参数，配置I²C模块的控制信息。

在实际实现中，配置好I²C模块的各个寄存器，在I²C模块的发送缓冲内存或寄存器中填入与所需红外载波信号反相的数据，即0x6d＝8b’01101101后，配置I²C模块的发送标识位。其中，0x6d是为了产生高低电平占空比为2∶1的矩形波即红外载波，可以调整该配置值以产生不同占空比的载波波形。

步骤104，根据控制信息，向I²C总线接口发送信号，生成红外载波控制信号。具体地说，向I²C总线接口发送数据信号和应答信号(NAK)，生成红外载波信号。在实际实现中，发送启动信号，I²C模块自动向SDA上发送一个数据字节和一个应答时钟周期，即0x6d再加上一个比特的1，如图2所示。其中末尾的一个比特1是由于在第9个SCL周期，I²C总线因上拉电阻作用，SDA线上电平自动上拉到高。在本实施方式中，以上面阐述的I²C模块发送一个字节数据为例，9个SCL周期相当于3个载波周期，CPU干预间隔时间变为9*9.2μs，从而使CPU软件干预的负载降低到了1/9。

步骤105，在红外载波控制信号的作用下，发射电路导通或者关断，也就是，P型三极管导通或者关断，驱动红外发射二极管发光或者熄灭，将调制了二进制脉冲信息码的红外载波信号通过红外光发送出去。也就是说，在I²C数据信号和应答信号的控制下，驱动红外发射二极管发光或者熄灭。

在将红外发射二极管连接在I²C总线接口的SDA线上步骤中，SDA线上先连接P型三极管，再连接红外发射二极管；I²C总线接口根据微处理器配置的控制信息，生成红外载波控制信号，通过控制P型三极管的导通和关断，驱动红外发射二极管的发光或者熄灭。在红外载波控制信号驱动红外发射二极管亮灭时，当红外载波控制信号为“0”时，P型三极管导通，红外发射二极管发光；当红外载波控制信号为“1”时，P型三极管关断，红外发射二极管熄灭。

载波信号高电平与低电平时间为1∶2，而SDA信号高低电平时间比为2∶1，即P型三极管的关断与导通时间比为2∶1，因增加了P型三极管的关断时间，保证红外发射二极管发光时间小于熄灭时间，进一步降低了系统功耗。也就是说，通过控制P型三极管在一个载波周期内的关断时间不小于导通的时间，可以有效降低红外载波连续发射时的功耗。此外，在不需要生成红外载波信号时，微处理器通过关断P型三极管，使红外发射二极管熄灭。具体地说，可以通过将数据11111111(二进制位数据)写入I²C模块对应寄存器，使I²C模块自动向SDA线上发送数据0xff，来关断P型三极管，从而使红外发射二极管停止发光，使得在没有红外码发送时功耗非常低，进一步降低了红外载波信号生成装置的功耗。或者，还可以停止I²C模块以使I²C总线空闲，此时I²C的SDA总线上由于上拉电阻的作用将恒定保持高电平，使P型三极管保持关断状态，而降低红外载波信号生成装置的功耗。

在向SDA线上发送控制信息步骤中，控制信息包含至少1个字节的数据。也就是说，I²C模块可连续发送多个字节数据，假如连续发送4个字节数据，CPU干预红外发送的负载降到通过一次发送多个字节的数据，可以延长CPU在红外码发送过程中软件必需干预的时间间隔，从而降低CPU完成同样功能的红外载波发送所需要的干预频度，使CPU的负载大大降低。

本实施方式的创新之处在于采用MCU正常工作程序和I²C模块“流水线”式并行工作的设计思想，通过I²C模块可连续或有间隔地发送多个字节数据和应答(NAK)信号，获得红外载波控制信号，通过P型三极管的通断驱动红外发射二极管的亮灭，从而实现使用MCU很少干预的I²C数据信号产生出所需的红外载波信号，红外发射二极管的亮灭将调制了二进制脉冲信息码的红外载波信号通过红外光发送出去。

与现有技术相比，本实施方式将红外发射二极管与P型三极管连接在微处理器的I²C总线接口上，并根据所需的红外载波信号的频率和占空比，确定I²C模块的工作参数；微处理器根据I²C模块的工作参数，配置I²C模块的控制信息；总线接口根据控制信息，发送数据信号和应答信号(NAK)，生成红外载波控制信号；在该生成的控制信号的作用下，发射电路导通或者关断，驱动红外发射二极管发光或者熄灭，将调制了二进制脉冲信息码的红外载波信号通过红外光发送出去。利用当前嵌入式系统特别是各种微控制器MCU中普遍包含的I²C通信模块，使得红外载波信号通过微处理器的总线接口产生，省去传统方案中的专用集成电路芯片，从而降低了成本。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明第二实施方式涉及一种通用红外载波信号的生成装置，如图3所示，包含：微处理器、红外发射二极管、发射电路。

红外发射二极管通过发射电路连接在微处理器的I²C总线接口上；

其中，I²C总线接口的工作频率根据所需的红外载波信号的频率和占空比确定；

微处理器根据I²C总线接口的工作频率，配置I²C模块的控制信息；

I²C模块根据控制信息，向I²C总线接口发送信号，生成红外载波控制信号；

在红外载波控制信号的作用下，发射电路导通或者关断，驱动红外发射二极管发光或者熄灭，将调制了二进制脉冲信息码的红外载波信号通过红外光发送出去。

具体地说，发射电路为P型三极管，可以是PNP三极管或PMOS场效应管。微处理器通过控制PNP三极管或PMOS场效应管中P管的连通或者关断，驱动红外发射二极管发光或者熄灭。

此外，值得说明的是，图3为本实施方式对于红外LED灯驱动电路的一个典型实现方法，图中，MCU为微处理器，I2C为微处理器的I²C总线接口，Q1为P型三极管，IR为红外LED灯。实际实施中可以采取省去电阻R1，或者省去电阻R2，或者省去电阻R4，或者省去电阻R1和R2，或者省去电阻R1和R4等多种实现方法。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种通用红外载波信号的生成装置，其特征在于，包含：微处理器、红外发射二极管、发射电路；

所述红外发射二极管通过所述发射电路连接在所述微处理器的I²C总线接口上；

其中，所述I²C总线接口的工作频率根据所需的红外载波信号的频率和占空比确定；

所述微处理器根据所述I²C总线接口的工作频率，配置I²C模块的控制信息；

所述I²C模块根据所述控制信息，向所述I²C总线接口发送信号，生成红外载波控制信号；

在所述红外载波控制信号的作用下，所述发射电路导通或者关断，驱动所述红外发射二极管发光或者熄灭，将调制了二进制脉冲信息码的红外载波信号通过红外光发送出去。

2.根据权利要求2所述的通用红外载波信号的生成装置，其特征在于，所述发射电路为PNP三极管或PMOS场效应管；

所述微处理器通过控制所述PNP三极管或PMOS场效应管中P管的连通或者关断，驱动所述红外发射二极管发光或者熄灭。

3.一种通用红外载波信号的生成方法，其特征在于，包含以下步骤：

A.将红外发射二极管和发射电路连接在微处理器的I²C总线接口上；

B.根据所需的红外载波信号的频率和占空比，确定I²C总线接口的工作频率；

C.所述微处理器根据所述I²C总线接口的工作频率，配置I²C模块的控制信息；

D.根据所述控制信息，向所述I²C总线接口发送信号，生成红外载波控制信号；

E.在所述红外载波控制信号的作用下，所述发射电路导通或者关断，驱动所述红外发射二极管发光或者熄灭，将调制了二进制脉冲信息码的红外载波信号通过红外光发送出去。

4.根据权利要求3所述的通用红外载波信号的生成方法，其特征在于，

在所述步骤A中，将红外发射二极管和发射电路连接在I²C总线接口的串行数据SDA线上；其中，所述发射电路为P型三极管；

在所述步骤C中，根据所述I²C总线接口的工作频率，所述微处理器配置所述I²C模块的控制信息；所述控制信息的配置包括：在I²C模块的发送缓冲内存或寄存器中填入数据，配置I²C模块的发送标识位；

在所述步骤D中，根据所述控制信息，所述I²C总线接口发送数据信号和应答信号，生成所述红外载波控制信号；所述应答信号为NAK信号；

在所述步骤E中，所述红外载波控制信号，控制所述P型三极管的导通或者关断，驱动所述红外发射二极管发光或者熄灭；所述红外发射二极管的亮灭，将所述调制了二进制脉冲信息码的红外载波信号通过红外光发送出去。

5.根据权利要求4所述的通用红外载波信号的生成方法，其特征在于，所述P型三极管包含：PNP三极管或PMOS场效应管。

6.根据权利要求4所述的通用红外载波信号的生成方法，其特征在于，在所述将红外发射二极管连接在I²C总线接口的SDA线上的步骤中，所述SDA线上先连接所述P型三极管，再连接所述红外发射二极管。

7.根据权利要求4所述的通用红外载波信号的生成方法，其特征在于，在不需要生成红外载波信号时，所述微处理器通过改变所述I²C模块的控制信息，关断所述P型三极管，使红外发射二极管熄灭。

8.根据权利要求3所述的通用红外载波信号的生成方法，其特征在于，在所述配置I²C模块的控制信息的步骤中，所述控制信息包含至少1个字节的数据和1个发送标识位。

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