433MHz无线通信
- 基本概念
工作频率：433.92MHz
调制方式：ASK/OOK，FSK，GFSK
现有遥控与接收器方案中，多数使用ASK/OOK调试方式。ASK即“幅移键控”又称为“振幅键控”，也有称为“开关键控”（通断键控）的，所以又记作OOK（On-Off keyed）信号。ASK是一种相对简单的调制方式。幅移键控（ASK）相当于模拟信号中的调幅，不同的是与载频信号相乘的是二进制数码。幅移就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，信息比特是通过载波的幅度来传递的。如下图所示，ASK调制方式的典型时域波形，虚线部分表示二进制的0和1，红色实线部分表示调制信号。
- 国家标准
标准可参考“信部无[2005]423号 关于发布《微功率（短距离）无线电设备的技术要求》的通知”，要求如下：
（十一）各类民用设备的无线控制装置
不得用于无线控制玩具、模型等。
1.使用频率：314-316MHz，430-432MHz，433.00-434.79MHz
发射功率限值：10mW（e.r.p）
占用带宽：不大于400kHz
- 编码与解码
以遥控器为例，在明确调制方式后，需要为遥控器编码方式进行约定。一组遥控编码通常需要包含“引导码/起始码”、“用户码”、“数据码”、“结束码”、“重复码”，格式如下：
确定编码组成后需要明确“逻辑0”、“逻辑1”的表示方法，可以遵循标准的编码方案，也可以进行自定义。标准编码方案可以使用“曼彻斯特编码”等方案，在自定义编码方案时可以参考下图所示的编码规则，主要是电平顺序与电平长度的组合。
以遥控的编码为例进行分析，得到如下编码波形：
假设：
高电平长码 + 低电平短码表示逻辑1
高电平短码 + 低电平长码表示逻辑0
可以得到该组数据为“0x88 0x03 0xBD 0xB6”。
解码过程是对编码过程的逆向，解码程序需要根据编码方案进行设计。遥控器的解码方案请参考“参考示例”。
- 参考示例
根据测得的遥控器编码波形可知，433MHz接收端输出的信号中，电平维持时间有20ms、9ms、1.6ms、700us这几种。使用1.6ms高电平 + 700us低电平表示逻辑1，700us高电平 + 1.6ms低电平表示逻辑0,9ms高电平表示引导/起始码，700us高电平 + 20ms低电平表示结束码，同时也表示“重复码“”的起始。
程序设计中，对700us的电平进行检测并计数，要保证做够的容错能力，需要将定时器中断做到100us以下，甚至更小，显然使用定时器中断处理时不合理的。在本示例中，采用外部中断 + 定时器计数的方式进行电平长度采样。外部中断采用上升沿和下降沿触发，在中断中根据当前电平切换边沿触发方式。定时器使用系统时钟（16.6MHz）的64分频作为时钟源，具有足够的分辨率，可提高接收机的容错能力。
数据采样逻辑中，下降沿时判断当前高电平表示的逻辑值，上升沿是对上一步中产生的逻辑值进行确认，若逻辑值合法则对该逻辑值进行记录，若不合法，这舍弃该逻辑值，并初始化接收机，等待下一次数据。程序流程图如下：
示例代码：
代码基于中颖电子SH79F3212书写。
外部中断初始化为上升沿触发，当前电平INT45Level默认为低。
使用定时器3作为计数器
/*---------------定时器时钟使用系统频率64分频------------------*/
//1ms计数260
//实测引导码高电平长度为9.7ms，低电平长度为2ms
#define HeadCont_H 2540 //9.7ms
#define HeadCont_L 500 //2ms
//实测逻辑1为高电平1.7ms+低电平0.6ms
#define OneCode_H 450 //1.7ms
#define OneCode_L 160 //0.6ms
//假设0码为高电平0.6ms+低电平1.7ms
#define Zero_H 160
#define Zero_L 450
//容错范围
#define FaultTolerant 50
寄存器定义
uint16 T3Counter;
bit INT45Level = 0;
bit ZeroCode; //接收到逻辑0
bit OneCode; //接收到逻辑1
bit MaybeRemoteStart; //疑似接收到起始码
bit RemoteStart; //开始接收遥控数据
bit ReadOver; //接收完成
#define DefRemoteDataBufLen 10 //默认遥控数据长度
idata uint8 RemoteDataBuffer[DefRemoteDataBufLen]; //接收缓冲区
idata uint8 ReadTab[DefRemoteDataBufLen]; //已接收，待处理数据
idata uint8 ReadBitCont; //读取Bit计数
idata uint8 ReadBuffer; //数据缓存区
idata uint8 ReadByteCont; //读取字节计数
外部中断服务程序
void INT45_interrupt() interrupt 9
{
u8 backtemp;
backtemp = INSCON;
INSCON = 0x00;
if((EXF1&0x20) == 0x20)
{
//读取T3计数器
INSCON |= 0x40;
T3CON = 0x00;
T3Counter = 0x0000|(TH3 << 8);
T3Counter |= TL3;
TL3 = 0x00;
TH3 = 0x00;
T3CON = 0x24; //系统分频1/64，启动定时器
INSCON &= ~0x40;
if(INT45Level) //处理下降沿
{
if((T3Counter > (HeadCont_H - FaultTolerant))&&(T3Counter < (HeadCont_H + FaultTolerant)))
{
MaybeRemoteStart = 1; //疑似遥控数据头
}
else
{
if((T3Counter> (OneCode_H - FaultTolerant))&&(T3Counter < (OneCode_H + FaultTolerant)))
{
OneCode = 1;
ZeroCode = 0;
}
else
{
if((T3Counter > (Zero_H - FaultTolerant))&&(T3Counter < (Zero_H + FaultTolerant)))
{
ZeroCode = 1;
OneCode = 0;
}
else
{
ZeroCode = 0;
OneCode = 0;
}
}
}
INT45Level = 0; //当前电平为低
EXF0 = 0x80; //设置为上升沿触发
}
else //处理上升沿
{
if(RemoteStart)
{
if((T3Counter >(OneCode_L - FaultTolerant))&&(T3Counter < (OneCode_L + FaultTolerant)))
{
if(OneCode)
{
//接收到一个bit 为1
GetOneByte();
}
else
{
//数据出错，丢弃
RemoteStart = 0;
OneCode = 0;
ZeroCode = 0;
ReadOver = 0;
}
}
else
{
if((T3Counter > (Zero_L - FaultTolerant))&&(T3Counter < (Zero_L + FaultTolerant)))
{
if(ZeroCode)
{
//接收到一个bit 为0
GetOneByte();
}
else
{
//数据出错，丢弃
RemoteStart = 0;
OneCode = 0;
ZeroCode = 0;
ReadOver = 0;
}
}
else
{
if(ZeroCode && (T3Counter > 4000)) //结束码,同时也是重复码的起始
{
ReadOver = 1;
OneCode = 0;
ZeroCode = 0;
RemoteStart = 0;
GetOneByte();
}
else
{
//干扰数据，接收器初始化
RemoteStart = 0;
OneCode = 0;
ZeroCode = 0;
ReadOver = 0;
}
}
}
}
else
{
if(MaybeRemoteStart)
{
if((T3Counter > (HeadCont_L - 20))&&(T3Counter < (HeadCont_L + 20)))
{
RemoteStart = 1; //遥控数据开始发送
ReadBitCont = 0; //读取Bit计数
ReadBuffer = 0; //数据缓存区
ReadByteCont = 0; //读取字节计数
ReadOver = 0;
MaybeRemoteStart = 0;
}
}
}
INT45Level = 1; //当前电平为高
EXF0 = 0x40; //设置为下降沿触发
}
}
EXF1 = 0x00;
INSCON = backtemp;
}
GetOneByte()子函数，接收完整字节并处理
void GetOneByte()
{
int i;
if(ReadBitCont<=7)
{
ReadBuffer <<= 1;
if(OneCode)
{
ReadBuffer |= 0x01;
}
}
ReadBitCont ++;
if(ReadBitCont >= 8)
{
RemoteDataBuffer[ReadByteCont++] = ReadBuffer; //每接收1byte，写入缓存
ReadBuffer = 0;
ReadBitCont = 0;
}
if(ReadOver) //全部接收完后
{
for(i=0;i