红外收发器（IR）

支持的芯片[ RTL8721Dx ][ RTL8730E ][ RTL8721F ]

概述

红外辐射（Infrared Radiation, IR）模块是一个用于红外发送和接收的控制器。它支持半双工通信，并具备红外信号的硬件调制和自动捕获功能。

工作模式

发送模式：基于硬件调制，通过 TX 端发送红外信号，可编程控制载波参数。

接收模式：支持 学习模式 和 普通接收模式 两种工作方式，分别对应 红外二极管 和 红外接收模块 作为硬件前端。

工作原理

信号模型

为简化红外信号的理解，将其分为以下符号类型：

• 载波符号 ：

  • 描述：在一定时间内包含 若干载波时钟周期 的信号。

  • 特性：在物理介质中 实际传播 的调制信号。

• 空间符号 ：

  • 描述：在一定时间内保持 连续高电平或低电平 的信号。

  • 特性：代表 调制前或解调后 的数字信号。

IR 信号模型

发送模式

信号发送原理

在发送模式中，通过以下配置确保信号的准确调制与传输：

• 载波频率配置 :

  • 设定信号调制的基础频率，以提供稳定的传输性能。

• 空间符号配置 :

  • 通过写入 TX FIFO 控制信号的高低电平持续时间，定义信号的空间符号。

两者共同决定最终的 信号输出波形 ，如图所示：

TX 工作流程示意图

解析 TX FIFO 数据

TX FIFO 的数据为 32 位宽，包含以下信息：

字段	描述	参数含义
BIT[31]	是否发送载波	1：发送 0：不发送
BIT[30]	数据发送结束标志	1：最后一笔包 0：正常包
BIT[29:28]	补偿模式	0：不发送载波阶段 用系统时钟计算周期数 3：不发送载波阶段 使用指定的补偿频率计算周期数 1，2：不建议使用
BIT[27:0]	载波/无载波的周期数	按载波频率或补偿频率计数

其中，字段 BIT[27:0] 计算方式：

BIT[27:0] = fcarrier * Tduration

参数含义：

fcarrier:

载波频率（单位：赫兹）

Tduration:

载波或无载波符号的持续时间（单位：秒）

备注

• 补偿机制：仅对 TX 计数 无载波阶段 有效

• 补偿模式：不建议使用 mode1, mode2

组织 TX FIFO 数据

NEC 编码协议简介

NEC 编码协议格式由 2 个起始符号、64 个数据符号和 1 个停止符号组成。其中，

• 逻辑 1 : 由 560us 的高电平信号与 (2250-560)us 的低电平信号构成

• 逻辑 0 : 由 560us 的高电平信号与 (1120-560)us 的低电平信号构成

NEC 调制

下面以 NEC 编码协议，38KHz 的载波频率，补偿模式为 0 的设定为例，介绍如何组织写入 TX FIFO 的数据。

• 传输逻辑 1：

  应向 TX FIFO 写入以下两组数据：

Entry	BIT[31]	BIT[30]	BIT[29:28]	BIT[27:0]
First	1	0	0	38 * 560 / 1000 = 21
Second	0	0	0	38 * (1690 - 560) / 1000 = 63

• 传输逻辑 0：

  应向 TX FIFO 写入以下两组数据：

Entry	BIT[31]	BIT[30]	BIT[29:28]	BIT[27:0]
First	1	0	0	38 * 560 / 1000 = 21
Second	0	0	0	38 * (1120 - 560) / 1000 = 21

• 停止传输：

  为停止数据传输，应向 TX FIFO 的最后一个包中设置 BIT[30]=1，当前数据包仍会被发送。

Entry	BIT[31]	BIT[30]	BIT[29:28]	BIT[27:0]
First	1	1	0	38 * 560 / 1000 = 21

接收模式

信号接收原理

接收模块监测输入的高/低电平信号所持续的采样周期数，并存储在 RX FIFO 中供软件使用。

RX FIFO 的内容解析会因接收模式的不同而有所变化：

• 学习模式 ：

  • 输入信号包含载波。

  • IR 内核捕获 载波符号 。

  • 软件 需进行解调和解码 ，以提取信息，如载波频率和占空比。

• 普通接收模式 ：

  • 前端滤除了载波。

  • IR 内核 捕获空间符号 。

  • 无需进行软件解调 ，方便后续解析处理。

RX 工作流程示意图——学习模式与普通接收模式对比

解析 RX FIFO 数据

RX FIFO 的数据为 32 位宽，包含以下两部分信息：

字段	描述
BIT[31]	接收到信号的电平状态 1：高电平 0：低电平
BIT[30:0]	信号在当前电平状态下，持续的采样时钟周期数 与采样频率有关

例如，在采样率为 10MHz（时钟周期为 100ns）的条件下：

数据	RX FIFO 值	含义
Data 1	0X10001000	表示检测到约 409.6 μs 的高电平信号
Data 2	0X00A1644	表示检测到约 66.106 ms 的低电平信号

接收启动条件

• 手动接收 : 允许手动控制接收过程。

• 自动接收 :

  • 触发条件配置:

    • 上升沿、下降沿或任何信号变化。

  • 功能:

    • 在 RX 输入信号检测到配置的触发器时，硬件会自动开始接收过程。

接收终止条件

在满足预设的条件后，RX 模块将触发特定中断事件。

根据系统设计，可以在中断处理函数中直接关闭 IR，或者释放信号量以通知相应的线程完成对 IR 的关闭。

相关设置包括：

• 终止接收信号的电平状态:

  明确哪些电平状态会触发接收停止。

• 电平状态的持续时间要求:

  定义电平状态需要保持的最短时间以触发中断。

• 启用 RX 计数器阈值中断:

  确保当检测到指定电平和持续时间后，RX 模块可以触发 IR_BIT_RX_CNT_THR_INT_STATUS 中断。

例如，以下配置会使得 RX 模块在检检测到输入信号为 低电平状态 且 持续时间不小于约 66.1ms 时，产生该中断事件

      /* 10MHz 的采样率 */
IR_InitStruct.IR_Freq = 10000000;

      /* 条件 1：电平信号状态 */
IR_InitStruct.IR_RxCntThrType = IR_RX_COUNT_LOW_LEVEL;

      /* 条件 2：电平信号持续时间的阈值，设置为 66.1ms 左右 */
IR_InitStruct.IR_RxCntThr = 0xa1644;

      /* 条件 3：使能 RX Counter 阈值中断 */
IR_INTConfig(IR_DEV, IR_BIT_RX_CNT_THR_INT_EN, ENABLE);

接收端载波问题

由于晶体管特性，在深度饱和区工作时响应速度会降低。

载波频率过高时，接收端可能无法正确接收载波波形。

接收学习中，最大可实现载波频率取决于接收电路和晶体管选择。

我们在 红外收发电路 中推荐的电路可支持最高 70qkHz 载波频率，但可选用更优晶体管以获得更高支持频率。

原理图设计指南

漏电

为避免漏电问题，我们建议使用以下红外电路。

红外电路图

开发流程

发送

1. 设置引脚

   • 详细参考 功能复用 部分，以确保正确的引脚连接

2. 配置载波频率和占空比

   • 根据通信协议的需求等，进行正确配置

3. 配置 TX FIFO

   • 用于控制空间符号的持续时间，用于硬件调制。

接收

1. 设置引脚

   • 详细参考 功能复用 部分，以确保正确的引脚连接

2. 配置采样频率

   • 以确保接收模块能够准确记录输入信号到 RX FIFO 中。

3. 配置触发接收的方式

4. 配置停止接受的条件

5. 选择 RX FIFO 处理策略

   • 根据选择的前端硬件模块，参考 信号接收原理 选择进行选择。

6. 关闭 IR

   • 在满足 step4 定义的终止接收条件时，关闭 IR 接收器。

应用示例

SDK 提供了以下功能示例，帮助开发者了解和使用 IR 功能：

• raw_ir_rx_learning 演示如何使用 IR RX 学习 模式；

• raw_ir_tx_nec_polling 演示如何使用 IR 轮询模式发送 数据；

• raw_ir_tx_nec_interrupt 演示如何使用 IR 中断模式发送 数据。

备注

要了解示例支持的芯片，请查看示例路径下的 README.md 文件。

API 参考

要详细了解和使用相关 API，请参阅 {SDK}\component\soc\amebaxxxx\fwlib\include\ameba_ir.h 。