STM32F103C8T6红外发射驱动系统架构-优快云博客

STM32F103C8T6红外发射驱动系统架构

在智能家居设备日益复杂的今天，确保无线连接的稳定性已成为一大设计挑战。然而，在Wi-Fi、蓝牙横行的时代，你有没有想过—— 一个小小的38kHz方波，居然还能掌控家里的空调、电视甚至投影仪？ 😮

没错，说的就是 红外遥控 。它看似“古老”，却因结构简单、成本极低、抗干扰强，在家电控制领域稳坐江山几十年。而如今，用一颗 STM32F103C8T6（俗称“蓝丸”） 就能轻松实现万能遥控功能，不仅灵活可编程，还能集成进智能网关，简直是嵌入式爱好者的“性价比神器”！

那问题来了：怎么让这块几块钱的MCU精准发出一串串红外信号？关键就在于—— 定时器 + 载波调制 + 协议编码 三重奏！🎶 下面我们就从硬件到软件，一层层揭开它的神秘面纱。

我们先来看看主角： STM32F103C8T6 。这颗基于ARM Cortex-M3内核的MCU，主频高达72MHz，内置64KB Flash和20KB RAM，虽然不算顶级配置，但胜在性价比高、生态成熟，尤其是那几个通用定时器（TIM2~TIM4），简直就是为时序敏感任务量身定制的。

在红外发射系统中，它的角色可不止是“发个高低电平”这么简单：

它要当 编码器 ：把“开机”、“音量+”这样的命令翻译成NEC或SIRC协议的数据帧；
它要当 调制器 ：生成38kHz的载波，用来“点亮”红外LED；
它还得当 计时员 ：精确控制每个脉冲的宽度，误差必须控制在微秒级，否则接收端直接“听不懂”。

听起来挺复杂？别急，咱们拆开看。

最核心的部分，就是 载波调制 。想象一下，你要控制一盏灯，但如果一直亮着，别人分不清你是想传数据还是只是忘了关灯。于是聪明的人类想到了一个办法： 用高频闪烁来代表“有信号” ——这就是所谓的 幅度键控（OOK）调制 。

对于红外通信，最常见的载波频率是 38kHz ，对应周期约26.3μs。为了让红外LED有效工作，通常采用1/3占空比，也就是高电平持续约8~9μs。这个任务交给STM32的 定时器PWM模式 再合适不过了。

比如我们可以选择 TIM3_CH1 （对应PA6引脚），配置如下：

htim3.Instance = TIM3;
htim3.Init.Prescaler = 71;           // 72MHz / 72 = 1MHz → 每tick=1μs
htim3.Init.Period = 25;              // 自动重载值，26μs周期 → ~38.46kHz
htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);

这样，只要调用 HAL_TIM_PWM_Start() ，PA6就会自动输出38kHz方波。而当我们需要发送“低电平”时，只需停止PWM并拉低GPIO即可：

void IR_Carrier_Enable(void) {
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, 7);  // CCR=7 → ~7μs ON
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
}

void IR_Carrier_Disable(void) {
    HAL_TIM_PWM_Stop(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET);
}

是不是很巧妙？😎 不用手动翻转IO，也不用担心中断延迟，全部由硬件自动完成。

接下来是 协议编码 环节。市面上红外协议五花八门，但最常见的是 NEC协议 。它的规则非常清晰：

引导码：9ms高电平 + 4.5ms低电平
数据位：
“0”：560μs高 + 560μs低
“1”：560μs高 + 1690μs低
整个帧长32位（地址 + 命令 + 反码）
重复码：9ms高 + 2.25ms低（用于长按）

注意啦！这里的“高电平”其实是指 载波开启状态 ，即38kHz PWM输出；而“低电平”则是完全关闭。所以真正的代码逻辑应该是：

// 发送一位数据
void ir_send_bit(uint8_t bit) {
    IR_Carrier_Enable();                    // 开启38kHz载波
    HAL_Delay_us(560);                      // 固定高电平时间

    IR_Carrier_Disable();                   // 关闭载波
    if (bit == 0) {
        HAL_Delay_us(560);                  // 低电平持续560μs
    } else {
        HAL_Delay_us(1690);                 // 低电平持续1690μs
    }
}

等等……这里用了 HAL_Delay_us() ？🚨 危险操作！因为HAL库的延时函数在优化级别高的时候可能不准，而且会阻塞CPU！

更靠谱的做法是使用 定时器中断 或者 单脉冲模式（OPM） 来触发下一个动作，避免主程序卡死。例如可以用TIM2做时间基准，每到关键节点触发一次中断，切换载波状态，真正做到非阻塞运行。

整个系统的物理连接其实很简单：

         VCC (5V)
          │
         [R] 限流电阻 (~100Ω)
          │
         IR_LED
          │
         NPN Collector
          │
         GND
          ↑
      Base ── [1kΩ] ── PA6 (STM32)

为什么加三极管？因为STM32的IO口最大输出电流也就20mA左右，而要想让红外LED射得远，最好能推到80~100mA。加个S8050或2N3904之类的NPN三极管，瞬间搞定驱动能力问题 💪。

当然，如果你追求更高性能，也可以换MOSFET，开关更快、损耗更低，适合频繁发射场景。

实际应用中，总会遇到一些“玄学”问题，比如：

🔧 发射距离短？

检查载波频率是否准确！内部RC振荡器偏差大，建议外接8MHz晶振并通过PLL倍频到72MHz。
提高驱动电流，但别烧了LED哦～一般峰值不超过100mA为宜。

🔧 接收端偶尔失灵？

很可能是时序偏移导致。避免使用粗粒度延时函数，改用定时器中断或DMA联动。
PCB布局也要注意：PWM走线远离模拟电路，防止EMI干扰其他模块。

🔧 想支持多种协议怎么办？

这时候就得搞点“架构思维”了。可以抽象出一个统一接口：

typedef struct {
    void (*init)(void);
    void (*send)(uint32_t addr, uint32_t cmd);
    const char* name;
} ir_protocol_t;

// 示例：注册NEC协议
extern const ir_protocol_t nec_protocol;

然后通过函数指针动态切换协议，未来扩展Sony SIRC、RC5都不用改底层驱动，维护起来简直不要太爽～ ✨

说到应用场景，这玩意儿可不只是做个遥控器那么简单：

🎯 智能家居中枢 ：配合ESP8266或ESP32，打造Wi-Fi转红外网关，手机App远程控制老式空调！

🧪 自动化测试平台 ：工厂里批量检测电视遥控功能？写个脚本自动发指令，省下人工成本。

👂 学习型遥控器 ：加上一个红外接收头（如VS1838B），收到信号后反向解析，存入Flash，下次就能模仿原装遥控器啦～

🗣️ 语音控制联动 ：接入LD3320这类离线语音模块，喊一声“打开电视”，立马安排上！

甚至还可以玩点高级的：OTA升级码库，适配新上市的电器型号，真正做到“一机在手，全家通控” 🔮

当然，也不能忽视一些工程细节：

🔋 电池供电？ 那就必须考虑低功耗了。可以用STOP模式待机，通过按键中断唤醒，瞬间启动发射流程，续航轻松撑几个月。

🌡️ 长时间发射过热？ 加个软件节流机制，连续发5次就暂停一下，保护LED寿命。

📦 量产要考虑什么？ 统一校准晶振频率、固化常用码库、预留串口更新通道……这些都会影响最终用户体验。

你看，一块小小的STM32F103C8T6，配上一个红外LED，再加上几行精心编排的代码，就能构建出一个高度灵活、可扩展性强的红外发射系统。它不仅是学习嵌入式定时器与通信协议的绝佳案例，更是通往智能家居世界的“低成本入口”。