作者：Whappy

时间：2024.9.20

总结一下！基础实验到这儿里就圆满结束，历经25天，将51单片机学完并亲自手敲代码近5000行，在手敲代码过程中，明显感觉的看和敲，明显就是不同的感觉，创作不易，在原有的代码上加上自己的想法并加以实现！接下向STM32发起进攻，开始学习！

介绍：

硬件电路

针对于上图两个PNP的三极管主要用来调制的，是因为自然界中有很多红外光，我们想要得到我们需要的的红外光，就要进行调制，通过一个38hz的频率进行调制，因为自然界的红外光不可能以38hz的频率跳动，后期通过滤波器将我们需要的波形提取来就可以了！

        还有红外接收头，OUT引脚接收的脉冲特别快，需要我们及时处理，所以，我们采取51单片机的外部中断来对这个脉冲进行处理！

发送和接收装置

通过上述解释：这个高电平和低电平不是我们平常说的一个周期内的高电平，而是一个周期中高低低电平所持续的时间，同样，低电平也是，看上图！

NEC编码

示波器采集的按键波形变化，还是地址码+地址反码+命令字+命令字反码

实物外观

可以看出要控制器所对应的键码值！

51单片机的外部中断

这个外部中断，也是我们常用的一种处理手段，外部中断也比较简单，只需要打开相关寄存器，配置一下外部中断服务函数即可！如下代码

void INT0_Init(void)  //打开外部中断相关的的寄存器（寄存器可单独配置）
{IT0 = 1;  //配置位低电平触发模式IE0 = 0;  //中断标志位EX0 = 1;    //外部中断0使能EA = 1;    //中断总使能PX0 = 1;    //中断最高优先级
}/*
//外部中断0 服务函数
void Int0_Routine()	interrupt 0
{Number++;
}
*///注：配置完成之后就可以在主函数中初始化了，在主函数下面加上我们的中断服务函数，即可触发中断

实验一：红外遥控实验(其余代码参考往期实验)

这个程序是使用红外遥控器控制数值的显示，并在LCD1602上输出。主要功能是通过红外接收数据，显示遥控器的地址码、命令码，并且根据接收到的命令对变量 Num 进行增减。

主要流程：

1. LCD 初始化：

   • LCD_Init() 初始化 LCD1602 显示屏。
   • 在第一行显示 "ADDR CMD NUM" 作为标题。
   • 在第二行初始化显示地址码、命令码和变量 Num 的值。

2. 红外接收初始化：

   • IR_Init() 初始化红外接收功能，准备接收遥控器信号。

3. 循环处理红外信号：

   • IR_GetDataFlag() 和 IR_GetRepeatFlag() 判断是否接收到数据帧或连发帧。
   • 如果接收到信号：
     • 调用 IR_GetAddress() 获取遥控器地址码并显示在LCD上。
     • 调用 IR_GetCommand() 获取遥控器命令码并显示在LCD上。

4. 处理命令：

   • 如果接收到的命令码是 IR_VOL_MINUS（对应遥控器的音量减键），变量 Num 自减。
   • 如果接收到的命令码是 IR_VOL_ADD（对应遥控器的音量加键），变量 Num 自增。

5. 显示数值：

   • 更新LCD，显示变量 Num 的值。

通过遥控器上的音量加减键，用户可以控制数值 Num 的增减，并实时在LCD上看到变化。

main.c

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"
#include "LCD1602.h"
#include "IR.h"unsigned char Num;
unsigned char Address;
unsigned char Command;void main()
{LCD_Init();LCD_ShowString(1,1,"ADDR  CMD  NUM");LCD_ShowString(2,1,"00    00   000");IR_Init();while(1){if(IR_GetDataFlag() || IR_GetRepeatFlag())	//如果收到数据帧或者收到连发帧{Address=IR_GetAddress();		//获取遥控器地址码Command=IR_GetCommand();		//获取遥控器命令码LCD_ShowHexNum(2,1,Address,2);	//显示遥控器地址码LCD_ShowHexNum(2,7,Command,2);	//显示遥控器命令码if(Command==IR_VOL_MINUS)		//如果遥控器VOL-按键按下{Num--;						//Num自减}if(Command==IR_VOL_ADD)			//如果遥控器VOL+按键按下{Num++;						//Num自增}LCD_ShowNum(2,12,Num,3);		//显示Num}}
}

Timer0.c

#include <REGX52.H>// 定时器0初始化函数，设置定时器0为模式1（16位定时器模式），每1毫秒计时一次，工作在11.0592MHz晶振下
void Timer0_Init()		
{TMOD &= 0xF0;        // 清除定时器0的模式位（低4位），保留高4位（定时器1的设置）TMOD |= 0x01;        // 设置定时器0为模式1（16位定时器）TL0 = 0;             // 设置定时器0低8位初值为0TH0 = 0;             // 设置定时器0高8位初值为0TF0 = 0;             // 清除定时器0的溢出标志位（TF0）TR0 = 0;             // 关闭定时器0的计时
}// 设置定时器0计数器值
void Timer0_SetCounter(unsigned int Value)
{TH0 = Value / 256;   // 将高8位写入TH0寄存器TL0 = Value % 256;   // 将低8位写入TL0寄存器
}// 获取定时器0当前的计数值
unsigned int Timer0_GetCounter(void)
{return (TH0 << 8) | TL0;  // 将TH0和TL0的值组合成16位数并返回
}// 启动或停止定时器0的计时功能
// 参数：Flag为1时启动定时器，Flag为0时停止定时器
void Timer0_Run(unsigned char Flag)
{TR0 = Flag;  // 根据Flag设置TR0位，1表示启动定时器0，0表示停止定时器0
}

注释说明：

• Timer0_Init()：初始化定时器0为模式1（16位定时器模式），并设置初值。此模式下，定时器从TH0|TL0组合的16位计数器开始计数，直到溢出。
• Timer0_SetCounter()：根据传入的Value值，设置定时器的当前计数值。
• Timer0_GetCounter()：获取当前定时器的计数值（16位数），将高8位和低8位组合返回。
• Timer0_Run()：启动或停止定时器的计时功能，通过Flag参数来控制。

INT0.c

#include <REGX52.H>// 外部中断0初始化函数
void INT0_Init(void)
{IT0 = 1;  // 设置外部中断0为下降沿触发模式（1为下降沿触发，0为低电平触发）IE0 = 0;  // 清除外部中断0的中断标志位EX0 = 1;  // 使能外部中断0EA = 1;   // 全局中断使能PX0 = 1;  // 设置外部中断0为高优先级（1为高优先级，0为低优先级）
}/*
// 外部中断0的中断服务函数
void Int0_Routine() interrupt 0
{Number++;  // 每次触发外部中断0时，将变量 Number 自增
}

• INT0_Init()：初始化外部中断0，将其配置为下降沿触发，并使能相关中断。通过设置中断优先级位来设置其为高优先级中断。
  • IT0 = 1：配置外部中断0为下降沿触发。
  • IE0 = 0：清除中断标志位，确保没有待处理的中断。
  • EX0 = 1：使能外部中断0。
  • EA = 1：开启全局中断，使单片机响应中断。
  • PX0 = 1：设置外部中断0为高优先级。
• Int0_Routine()：这是外部中断0的中断服务函数，执行中断时该函数会被调用。在该例子中，每次外部中断触发时，变量 Number 会自增。

注：中断服务函数 Int0_Routine() 被注释掉，可以根据需要进行启用。

IR.c  (核心代码：主要处理红外遥控接收和发送数据)

#include <REGX52.H>
#include "Timer0.h"
#include "INT0.h"unsigned int IR_Time;              // 用于记录红外信号的时间间隔
unsigned char IR_State;            // 用于记录红外接收状态机的状态
unsigned char IR_Data[4];          // 用于存储接收到的红外数据信息
unsigned char IR_pData;            // 用于记录当前接收数据的位索引unsigned char IR_DataFlag;         // 用于标记是否接收到数据帧
unsigned char IR_RepeatFlag;       // 用于标记是否接收到连发信号
unsigned char IR_Address;          // 存储接收到的红外遥控器地址
unsigned char IR_Command;          // 存储接收到的红外遥控器命令// 红外遥控初始化函数
void IR_Init(void) 
{INT0_Init();           // 初始化外部中断0，用于捕获红外接收信号的下降沿Timer0_Init();         // 初始化定时器0，用于计时
}// 获取数据帧标志位的函数
unsigned char IR_GetDataFlag(void)  
{if(IR_DataFlag)        // 如果收到数据帧标志置位{IR_DataFlag = 0;   // 清除数据帧标志return 1;          // 返回1表示已接收到数据帧}return 0;              // 否则返回0
}// 获取连发信号标志位的函数
unsigned char IR_GetRepeatFlag(void) 
{if(IR_RepeatFlag)      // 如果收到连发信号标志置位{IR_RepeatFlag = 0; // 清除连发信号标志return 1;          // 返回1表示已接收到连发信号}return 0;              // 否则返回0
}// 获取接收到的红外遥控地址
unsigned char IR_GetAddress(void)  
{return IR_Address;
}// 获取接收到的红外遥控命令
unsigned char IR_GetCommand(void) 
{return IR_Command;
}// 外部中断0服务函数，处理红外接收的信号
void Int0_Routine() interrupt 0
{// 状态0：空闲状态，检测到信号开始，重置计时器if(IR_State == 0)  {Timer0_SetCounter(0);    // 将定时器计数器清零Timer0_Run(1);           // 启动定时器IR_State = 1;            // 设置状态为1，等待信号}// 状态1：等待Start信号或Repeat信号else if(IR_State == 1)  {IR_Time = Timer0_GetCounter(); // 获取上次中断到此次中断的时间Timer0_SetCounter(0);          // 计时器清零准备下一次测量// 检测到Start信号if(IR_Time > (12442-500) && IR_Time < (12442+500)){IR_State = 2;        // 转换到状态2，准备接收数据}// 检测到Repeat信号else if(IR_Time > (10368-500) && IR_Time < (10368+500)){IR_RepeatFlag = 1;   // 置连发信号标志Timer0_Run(0);       // 停止定时器IR_State = 0;        // 返回空闲状态}else{IR_State = 1;        // 未收到有效信号，保持状态1}}// 状态2：接收数据else if(IR_State == 2)  {IR_Time = Timer0_GetCounter();  // 获取时间间隔Timer0_SetCounter(0);           // 计时器清零// 判断是逻辑0还是逻辑1if(IR_Time > (1032-500) && IR_Time < (1032+500)){IR_Data[IR_pData/8] &= ~(0x01 << (IR_pData % 8)); // 写入逻辑0IR_pData++;         // 数据位索引加1}else if(IR_Time > (2074-500) && IR_Time < (2074+500)){IR_Data[IR_pData/8] |= (0x01 << (IR_pData % 8));  // 写入逻辑1IR_pData++;         // 数据位索引加1}else{IR_pData = 0;       // 出现错误，数据位清零，返回状态1IR_State = 1;}// 如果接收到完整的32位数据if(IR_pData >= 32){IR_pData = 0;// 检查数据的有效性if((IR_Data[0] == ~IR_Data[1]) && (IR_Data[2] == ~IR_Data[3])){IR_Address = IR_Data[0];     // 提取地址码IR_Command = IR_Data[2];     // 提取命令码IR_DataFlag = 1;             // 置数据帧标志位}Timer0_Run(0);  // 停止定时器IR_State = 0;   // 返回空闲状态}}
}

代码思路

1. 初始化部分：

   • 调用 IR_Init() 函数来初始化外部中断0和定时器0，确保红外接收能够计时和响应信号的变化。

2. 状态机控制：

   • 通过 IR_State 进行状态管理。程序根据中断触发的时间判断信号类型（启动信号、连发信号或数据）。

   • 根据不同状态，程序分别执行启动计时、判断信号类型、接收并解码红外数据的操作。

3. 数据接收和处理：

   • 红外信号的编码通过时间间隔来区分逻辑0和逻辑1。程序根据红外信号的时间长短判断数据位，最终解码成地址和命令。

   • 采用位操作将红外信号按位存入 IR_Data 数组，并在接收到完整32位数据后校验数据的有效性（利用地址和命令码的互补关系）。

4. 标志位与状态管理：

   • 使用 IR_DataFlag 和 IR_RepeatFlag 来标记是否接收到完整数据帧或连发信号。

   • 外部模块可以通过 IR_GetDataFlag() 等函数获取这些标志位，并作出相应的处理。

函数调用关系

• IR_Init() 初始化中断和定时器。

• Int0_Routine() 是外部中断服务函数，负责处理红外信号，状态机在这个函数中运行。

• IR_GetDataFlag() 和 IR_GetRepeatFlag() 函数提供了对外的接口，用于其他模块判断红外遥控信号状态。

• IR_GetAddress() 和 IR_GetCommand() 函数用于获取解码后的红外遥控地址和命令。

目的和好处

• 状态机的设计：通过 IR_State 实现多阶段处理红外信号（如空闲、判断信号、数据接收），结构清晰，便于调试与扩展。

• 标志位管理：通过 IR_DataFlag 和 IR_RepeatFlag 等标志位，模块化地提供状态信息，便于其他模块获取数据而不直接干扰中断逻辑。

• 位操作与定时器结合：通过定时器捕获时间差，结合位操作解码数据，使得红外信号的处理精确而高效。

思想方法

• 模块化设计：将不同功能（如定时器、外部中断、信号解码）分离为不同的函数，方便维护和扩展。

• 状态机模型：通过有限状态机的方式处理信号，能够清晰管理不同阶段的任务，避免逻辑混乱。

• 时间敏感的处理：通过定时器精确测量时间，结合中断机制，高效地接收和处理红外信号。

实验二：红外遥控控制电机调速实验（其余代码往期实验）

目的是通过红外遥控器来控制电机的转速，并通过数码管显示当前速度值。具体功能如下：

1. 红外遥控输入：

   • 程序接收红外遥控器的命令码，根据不同的按键（如 IR_0, IR_1, IR_2, IR_3）来设置不同的电机速度。

2. 电机速度控制：

   • 程序根据遥控器的命令，通过 Motor_SetSpeed() 函数来调整电机的实际转速。设定的速度分为4个级别：停止、50%、75%、100%。

3. 数码管显示：

   • 使用数码管 Nixie() 来显示当前的速度状态，将当前的速度级别（0、1、2、3）显示在数码管上。

总体思想

1. 模块化设计：

   • 程序分为几个独立模块，如 Motor_Init() 初始化电机，IR_Init() 初始化红外接收，Motor_SetSpeed() 设置电机转速，Nixie() 用于显示当前速度值。这样的设计便于调试和扩展。

2. 红外控制：

   • 利用红外接收模块，通过接收遥控器发送的命令码，改变电机的速度。程序通过不断检查是否有数据帧到来，一旦收到有效数据，就解析命令码并做出响应。

3. 状态机思想：

   • 代码使用简单的状态判断（速度级别为0到3），根据不同的命令调整电机的运行状态，并通过显示屏实时反馈当前状态。这种逻辑使得代码结构清晰，处理不同输入时能够快速响应。

4. 解耦合和灵活性：

   • 将电机控制和遥控器输入解耦合，遥控器只需发出简单的命令，电机部分负责实现速度控制。通过简单扩展，系统可以支持更多的命令和功能，例如控制电机的方向或其他附加功能。

这样做的好处

• 可扩展性：功能可以方便地扩展，比如增加更多速度级别或其他控制命令，代码结构简单易懂，模块化设计便于维护。

• 用户友好：通过遥控器方便地控制电机运行，数码管实时显示当前状态，用户能直观地知道电机运行情况。

• 高效运行：通过红外信号触发的状态机结构，使得程序在低资源消耗下响应快速。

main.c

void main()
{Motor_Init();        // 电机初始化IR_Init();           // 红外遥控初始化while(1)             // 主循环{if(IR_GetDataFlag())  // 如果接收到红外遥控的有效数据帧{Command = IR_GetCommand();  // 获取遥控器发来的命令码// 根据不同的遥控命令码设置速度值if(Command == IR_0) { Speed = 0; }   // 命令码为 0，速度设为 0if(Command == IR_1) { Speed = 1; }   // 命令码为 1，速度设为 1if(Command == IR_2) { Speed = 2; }   // 命令码为 2，速度设为 2if(Command == IR_3) { Speed = 3; }   // 命令码为 3，速度设为 3// 根据速度值调整电机的实际转速if(Speed == 0) { Motor_SetSpeed(0); }    // 速度0，电机停止if(Speed == 1) { Motor_SetSpeed(50); }   // 速度1，电机以50%的功率运行if(Speed == 2) { Motor_SetSpeed(75); }   // 速度2，电机以75%的功率运行if(Speed == 3) { Motor_SetSpeed(100); }  // 速度3，电机以100%的功率运行}Nixie(1, Speed);  // 数码管显示当前速度值}
}

IR.c(同上)

INT0.c（同上）

Timer0.c（同上）
Timer1.c

#include <REGX52.H>// 定时器1初始化函数，用于配置定时器1，产生一个100微秒的定时中断。
/**
* @brief 定时器初始化（51单片机软件内置配置的定时器）
* @param 无
* @retval 无
*/
void Timer1_Init()		//100微秒@11.0592MHz
{TMOD &= 0x0F;		// 清除定时器1的模式位，保持定时器0的模式不变TMOD |= 0x10;		// 设置定时器1为模式1，即16位定时模式TL0 = 0xA4;		    // 设置定时器1的低位初值为0xA4TH0 = 0xFF;		    // 设置定时器1的高位初值为0xFFTF0 = 0;		    // 清除定时器1的溢出标志位TR0 = 1;		    // 启动定时器1// 启用定时器中断ET0  = 1;  // 打开定时器1中断EA = 1;    // 打开总中断PT0 = 0;   // 设置定时器1中断优先级为低优先级
}/* 定时器中断函数模板 */
/*
void Timer0_Rountine(void)  interrupt 3
{static unsigned int T0Count;  // 用于记录定时器0的计数TL0 = 0x66;		// 设置定时初值TH0 = 0xFC;		// 设置定时初值T0Count++;      // 每次中断发生时自增1if(T0Count >= 1000)  // 1000次中断（即1秒）后执行翻转P2_0口{T0Count = 0;P2_0 = ~P2_0;  // 反转P2_0引脚的输出电平，达到控制外部设备的效果}	
}
*/

Motor.c

#include <REGX52.H>
#include "Timer1.h"sbit Motor = P1^0;  // 将 P1 口的第0位定义为 Motor 引脚，用于控制电机的开关unsigned char Counter, Compare;  // Counter 用于计时，Compare 用于占空比比较/*** @brief 电机初始化函数，初始化定时器1* @param 无* @retval 无*/
void Motor_Init()
{Timer1_Init();  // 调用定时器1初始化函数，开始计时
}/*** @brief 设置电机转速* @param Speed 速度参数，范围为0-100，用于调节电机的占空比* @retval 无*/
void Motor_SetSpeed(unsigned char Speed)
{Compare = Speed;  // 将传入的速度值赋给 Compare，作为占空比参考值
}/*** @brief 定时器1中断服务函数*        使用定时器实现 PWM 调速功能* @param 无* @retval 无*/
void Timer1_Rountine(void) interrupt 3  // 定时器1中断函数
{TL0 = 0xA4;  // 设置定时器初值，确保每次中断后保持相同的定时时间TH0 = 0xFF;  // 设置定时器高位初值Counter++;         // 每次中断时，计时器 Counter 自增1Counter %= 100;    // 将 Counter 限制在 0 到 99 的范围内，形成 100 个周期（模拟 PWM 占空比）// 比较 Counter 和 Compare 的值，用于控制占空比if(Counter < Compare){Motor = 1;  // 如果 Counter 小于 Compare，电机引脚输出高电平，电机通电工作}else{Motor = 0;  // 如果 Counter 大于或等于 Compare，电机引脚输出低电平，电机停止工作}
}

代码说明

1. Motor_Init():

   • 初始化电机控制模块，内部调用了 Timer1_Init() 函数，启动定时器1以实现电机的速度控制。

2. Motor_SetSpeed():

   • 该函数用于设置电机的转速。传入的 Speed 参数（范围0-100）表示电机速度的占空比，控制电机开启的时间占整个周期的比例。

3. Timer1_Rountine():

   • 定时器1的中断服务函数，用于实现电机的PWM（脉宽调制）控制。

   • 定时器每触发一次中断，Counter 自增并与设定的占空比 Compare 进行比较：

     • 如果 Counter 小于 Compare，电机引脚输出高电平（电机运行）。

     • 如果 Counter 大于或等于 Compare，电机引脚输出低电平（电机停止）。

   • 通过这种方式，程序控制了电机开启与关闭的比例，从而调整电机的转速。

总体思想

通过定时器中断实现 PWM 控制，以调节电机的工作状态。Counter 循环自增形成一个周期，并根据占空比 Compare 控制电机的开关，从而实现电机的转速控制。

最后总结

通过C语言编程控制51单片机的几种常见功能，包括红外遥控解码、电机转速控制、定时器中断和外部中断等。这些功能的核心思想是利用单片机的定时器、中断机制和外设来实现对外部设备的控制和数据采集。以下是关键点的总结：

1. 红外遥控解码：

   • 通过外部中断 INT0 捕获红外信号的下降沿，用定时器测量信号脉冲宽度，从而解码出遥控器的地址和命令。

   • 利用状态机进行红外信号的解析，包括起始信号、数据位解码和重复信号处理。

   • 解码后的命令可以用于控制电机或其他设备的操作。

2. 定时器的使用：

   • 定时器用于生成精准的时间延迟、控制设备（如电机）、或周期性执行任务。

   • 在定时器中断服务函数中，计时器 Counter 和占空比 Compare 的比较决定了电机的开关状态，从而实现 PWM 调速。

3. PWM 控制电机：

   • 通过定时器中断产生的PWM信号控制电机的转速。利用占空比来控制电机工作时间的比例，从而调整电机的转速。

   • 电机控制分为初始化、设置速度和根据设定的速度输出对应的PWM信号，形成灵活的调速机制。

4. 外部中断：

   • 外部中断用于响应外部事件，例如红外遥控信号的输入。中断服务函数快速响应并执行特定任务，确保即使主程序忙碌也能处理紧急事件。

5. 思想方法：

   • 模块化设计：通过封装函数实现功能模块的独立性，如红外解码、定时器配置、电机控制等。这种设计思路使代码具有良好的扩展性和维护性。

   • 状态机：红外解码使用状态机方法，根据接收信号的不同状态（如空闲、等待、解码等）做出相应的处理，确保程序运行稳定。

   • 中断优先机制：中断机制保证了单片机可以及时响应重要事件，如定时器溢出或外部信号输入，而不会影响主程序的执行。

优点和好处：

• 实时性强：中断机制保证了高优先级任务（如定时和外部输入）的及时响应，不会因为主程序的延迟而错失事件。

• 精确控制：利用定时器实现精准的时间控制，结合PWM调制实现了对电机速度的精确调节。

• 模块化和可扩展性：各个功能模块相互独立，便于后期扩展新功能或修改现有功能。

通过这些机制和设计，代码能够高效地管理外部设备和信号输入，实现自动化控制和调节功能。