演示廣受歡迎的NEC紅外協議
加入技術交流群
NEC 協議是家庭自動化應用（如電視遙控器）中最廣泛使用的紅外（IR）通信標準之一，以其穩定且簡潔的脈沖間隔編碼方案而聞名。
本文將演示瑞薩 SLG47011 如何利用其內置資源高效實現 NEC 協議控制邏輯，無需外部組件或復雜的微控制器代碼（圖 1）。SLG47011 的可配置架構通過存儲表配置器支持多達 9 條用戶自定義命令，適用于多種紅外遙控應用場景。
1. SLG47011根據開關輸入產生紅外脈沖。
NEC紅外傳輸協議
由于 NEC 協議采用脈沖間隔編碼，編程自定義消息時需明確邏輯位的傳輸方式（圖 2）。
2. 每個比特起始為562.5微秒脈沖突發，隨后邏輯0或1分別為562.5微秒或1.6875毫秒的空間。
脈沖時序定義如下：
邏輯 “0”——562.5 微秒脈沖串 + 562.5 微秒間隔，總傳輸時間 1.125 毫秒。
邏輯 “1”——562.5 微秒脈沖串 + 1.6875 毫秒間隔（3 個 562.5 微秒周期），總傳輸時間 2.25 毫秒。
觀察圖 1 的設計，NMOS 漏極開路（OD）引腳 4-5 并聯連接以提高輸出信號電流，因此波形將顯示輸出信號的反相版本。
根據 NEC 協議規范，標準載波頻率為 38.222 千赫茲。本設計中選擇 38.167 千赫茲，作為與規范最接近的匹配值。
NEC 協議消息結構定義如下：
9 毫秒引導脈沖串（邏輯數據位脈沖串長度的 16 倍）
4.5 毫秒間隔
8 位接收設備地址
8 位地址邏輯反碼
8 位命令
8 位命令邏輯反碼
最終 562.5 微秒脈沖串（表示消息傳輸結束）
NEC 協議消息結構在每個數據包中發送地址、命令數據及其反碼（圖 3）。按鍵按下時發送消息。
3.NEC 協議消息結構在每個數據包中發送地址、命令數據及其反碼。
如果按鍵一直按住，每110毫秒發送一次重復碼（見圖4）。重復碼為 9 毫秒脈沖串 + 2.25 毫秒間隔 + 560 微秒脈沖串。
4. 若按鍵保持按下狀態，每 110 毫秒發送一次重復碼。重復碼為 9 毫秒脈沖串 + 2.25 毫秒間隔 + 560 微秒脈沖串。
盡管 NEC 協議有標準消息結構，但擴展版本應用更為廣泛。擴展版 NEC 協議中，為擴大地址范圍，第二幀不再是地址邏輯反碼，而是寄存器地址。本設計基于擴展版 NEC 協議開發。
GreenPAK NEC 協議設計
GreenPAK 是瑞薩公司推出的一系列可編程混合信號芯片。在此示例中，設計（圖5）由五個主要階段組成：
5. 本圖展示了GreenPAK內部設計，用于實現NEC紅外協議控制器。
1. 第一階段：輸入信號檢測。為確保設計正常工作，每個輸入信號連接至用作去抖的計數 / 延遲（CNT/DLY）模塊，去抖延遲時間配置為輸入信號上升沿后 40 毫秒。
2. 第二階段：檢測是否僅一個輸入信號為高電平。此場景下，3 位查找表（LUT4）從空閑高電平切換至低電平，重置存儲控制計數器。
3. 第三階段：NEC 協議控制邏輯。存儲表（Memory Table）模塊與寬度轉換器（12 至 12 模式）配合，手動設置所需命令（含重復碼）：
OUT0-OUT8 包含 9 種可能的消息。
OUT10-OUT11 分別包含重復碼（RepeatCode）和重復使能（RepeatEnable）信號（重復使能為自定義信號，消息結束后 40 毫秒從空閑低電平切換至高電平）。
寬度轉換器采用 1.778 千赫茲內部時鐘信號（周期對應 562.5 微秒），確保每個比特長度符合規范。
D 觸發器（DFF）模塊用作 1 位存儲單元，每次單個輸入信號切換至高電平時重置；僅當輸入信號保持高電平超過 108 毫秒時，才將重復碼信號傳遞至輸出總線。
設置自定義消息時，需牢記存儲表模塊的核心工作原理：該模塊可存儲并發送多達 4096 個 12 位數據字，每個數據字占用 2 字節（最后 4 位未使用）。在存儲表手動編輯模式下，每個 12 位數據字并行存儲于 12 個輸出端（OUT0（最低位）-OUT11（最高位）），每個輸出端對應 1 位數據。
例如，要在 OUT0 上輸出消息 10011100（最低位優先），需執行以下步驟：
將目標消息拆分為兩個 4 位塊。
交換兩個塊的順序。
分別水平鏡像每個塊。
將最終組合結果的十六進制值寫入存儲表（圖 6）。
6. 內存表設置用于自定義消息。
此外，也可通過手動編輯器手動設置第 1 至第 8 個數據字。
4. 第四階段：為 OUT0-OUT8 的每條消息提供 3 位多路復用器，僅當重復使能信號為低電平時允許命令通過。
5. 第五階段：作為所有信號的主總線（圖 7）。
7. 展示了NEC協議設計GreenPAK邏輯的最后階段。
之后，通過 MF10 模塊生成的 38.222 千赫茲頻率對傳遞的信號進行調制（圖 8）。
8. 顯示的是GreenPAK設計工具中MF10模塊的配置設置。
如前所述，輸出信號經反相器后，通過漏極開路 NMOS 驅動紅外 LED。
使用 NEC 協議控制邏輯演示板
為測試設計可行性，搭建了演示板（圖 9）。
9. 演示板旨在突出使用該SLG47011實現NEC協議的過程。
測試中使用 Arduino UNO 和 Keyestudio 紅外接收器對 NEC 協議進行解碼，圖 10 展示了設備及連接方式。
10. 這是Arduino UNO和Keyestudio紅外接收器的連接示意圖。
測試結果
對設計進行了硬件測試，獲得以下波形結果。各圖中通道定義：
CH3（粉色）：高電平有效輸入信號
CH2（藍色）：調制輸出信號
圖 11 顯示演示板上捕獲的包含初始消息和重復碼的調制輸出信號。
11. 顯示演示板上捕獲的包含初始消息和重復碼的調制輸出信號。
通過光標工具測量的初始消息時序，確認其符合 NEC 協議規范（圖 12）。
12. 通過光標工具測量的初始消息時序，確認其符合 NEC 協議規范。
通過光標測量工具確認邏輯 “1” 和 “0” 的標準時序。
13.通過光標工具測量邏輯 “1” 比特時序，驗證符合 NEC 協議規范。
圖14所示的波形展示了邏輯的“1”和“0”時間范圍。
14. 通過光標工具測量的邏輯“1”位時間框架，以確認消息傳輸時序符合NEC協議規范。
圖15中，波形展示了邏輯上的“1”時間框架。測量通過光標工具完成。
15. 通過光標工具測量的邏輯“0”位時間框架，以確認消息傳輸時序符合NEC協議規范。
圖16中的波形展示了載波頻率。測量通過光標和示波器測量工具完成。
16. 通過頻率和光標工具測量載波頻率值和1/2T時間框架，以確認消息傳輸時序符合NEC協議規范。
圖17中，波形展示了RepeatCode的時間框架。測量通過光標工具完成。
17. 通過光標工具測量重復代碼時間范圍，以確認消息傳輸時序符合NEC協議規范。
結論：實現 NEC 協議兼容
捕獲的波形清晰驗證了設計符合 NEC 協議規范，確認其準確性和可靠性。該方案成功將命令無誤差傳輸至接收器，并通過 Arduino UNO 平臺與 Keyestudio 紅外接收器完成實際驗證，證明設計具備穩定性，可投入實際紅外應用場景。
評論