红外通信的 “闪光密码”：NEC 编码有多神？

一、它是什么？

想象一下，你想用闪光灯隔着房间给队友发一串数字密码。你们事先约定好：

• “亮一下-短暗”代表数字 0。
• “亮一下-长暗”代表数字 1。

NEC编码就是红外世界的这种“闪光密码” 。它是一种低速、单向、基于脉冲间隔调制的红外通信协议，是消费电子遥控领域几十年来最通用、成本最低的解决方案。

它的核心思想异常简洁：用两个不同时长的“脉冲-间隙”组合，来定义逻辑“0”和逻辑“1” 。所有复杂的指令，都由此基础“字母”构成。

二、它是如何工作的？

第一步：定义“字母”（0和1）

• 逻辑 0：发射560微秒的红外脉冲，然后停止发射560微秒。
• 逻辑 1：发射560微秒的红外脉冲，然后停止发射1690微秒。

关键记忆点：脉冲宽度固定（560μs），区别在于停止发射的间隙长短。间隙长的是1，短的是0。

第二步：组装“电报”（一帧数据）
一次按键动作，遥控器会发出一串包含地址、命令和校验的完整“电报”，共32位。其结构如下表所示：

组成部分	占位	通俗解释	工程意义
引导码	特殊脉冲	“注意，听令！” 一个9ms的持续脉冲，紧跟一个4.5ms的寂静。用于唤醒和同步接收器。	接收器检测到这个独特的长脉冲，就知道有效信号开始，启动解码流程。
设备地址	8位	“收件人是谁？” 遥控器的唯一ID，比如电视A的地址是0x10，音响B是0x20。	确保指令不会被其他设备误接收。注意：有标准NEC（8位地址） 和扩展NEC（16位地址） 两种变体。
地址反码	8位	“收件人核对码” 将设备地址的每一位取反（0变1，1变0）。	提供即时检错功能。接收端会检查地址和地址反码是否恰好相反，如果不符，说明传输中出错，整包数据丢弃。
命令码	8位	“具体干啥？” 具体的操作指令，比如0x0A代表“开机”，0x47代表“音量加”。	这是控制功能的本质。
命令反码	8位	“命令核对码” 命令码的按位取反。	作用同地址反码，用于校验命令数据是否准确。

第三步：处理“长按”（重复码机制）
当你按住按键不放时，遥控器很“聪明”：它先发一次完整的32位“电报”，之后每隔约110ms，只发一个简短的重复码（一个9ms脉冲 + 2.25ms低电平 + 560μs脉冲）。接收端收到重复码就理解为：“用户仍在执行上一个命令”。这大大节省了电量，并实现了流畅的连续操作（如持续调音量）。

第四步：隐身术（载波调制）
红外LED并非简单地亮灭，而是在“亮”的周期内，以38kHz（每秒38000次）的频率疯狂闪烁。

• 作用1：抗干扰。接收头被设计成只对这个特定频率敏感，能有效过滤太阳光、灯光等发出的恒定或低频红外噪声。
• 作用2：提功率。在“发射”周期内，LED以高频通断工作，可以在不烧毁的情况下获得更高的瞬时发射功率，从而增加传输距离。

三、工程设计的“天花板”

1. 天生慢速：传输一帧指令需约67.5毫秒，数据速率仅~500比特/秒。只能用于传输几个字节的指令。
2. “对讲机”困境（单向性） ：只能遥控器发，设备收。设备无法回复“收到”或“状态”，是纯粹的“开环控制”。
3. 毫无秘密可言：信号在空中明文传播，任何红外学习器都能轻松复制，绝对不适合任何安全场景（如门禁、车门）。
4. 地址空间紧张：标准NEC只有256个地址，不同厂商设备可能冲突，导致“一个遥控，两家开机”的混乱。
5. 物理环境敏感：距离短（通常<10米）、需大致对准、易被遮挡。强光（特别是节能灯）和同频红外源会造成严重干扰。

四、实践中必须处理的“坑”

在写代码和调试时，这些是生死线：

1. 时序容差：协议里的560μs、1690μs不是绝对精确值。你的解码程序必须有合理的误差窗口（通常±20%），否则会因微小晶体振荡差异而失败。
2. 重复码精确识别：必须严格区分9ms+4.5ms的引导码和9ms+2.25ms的重复码，否则会将“长按”误判为“多次短按”。
3. 信号消抖与超时复位：红外接收头在无信号时可能输出噪声。解码程序必须在检测到有效的引导码后才启动，并且在任何阶段如果长时间（如>20ms）收不到预期信号，必须自动复位，等待下一个引导码。
4. 电气噪声：接收头的电源必须干净。一个100μF电解电容并联一个0.1μF陶瓷电容进行滤波，是提升稳定性的廉价而有效的手段。
5. 最阴险的干扰：同频冲突：如果两个NEC遥控器同时对准一个接收器，它们的信号会在空中叠加，导致接收器看到的全是乱码。协议本身对此无解。

五、明确能做什么，不能做什么

✅ 黄金适用场景（它被设计用来做什么）：

• 所有传统家电遥控：电视、空调、风扇、音响、机顶盒。这是它的主场。
• 低成本单向控制：如智能插座的红外学习控制、玩具、简单的展示设备开关。

⚠️ 可谨慎使用场景（有条件，需精心设计）：

• 两个单片机间短距离通信：仅在极低速、无遮挡、环境光可控的实验室或封闭设备内部可行。你必须自己解决冲突和容错问题。

❌ 绝对禁止场景（用它就是灾难）：

• 任何安全系统：如智能门锁、车库门、保险柜。
• 工业控制与自动化：环境恶劣（灰尘、振动、电噪声），可靠性要求高，红外链路完全无法胜任。
• 需要双向通信或高速数据传输的场合：如传感器数据回传、文件传输。

六、总结

NEC协议是一个经典的“够用就好”的工程范例：它用最简单的规则（脉冲间隔编码）、基础的自检机制（反码校验）和通用的物理层（38kHz载波），解决了海量设备的单向控制问题，并将成本压到极致。

当你要实现它时，请对照此清单：

1. 硬件设计：

   • 发射：用三极管驱动红外LED，而非MCU直驱，以提升功率。
   • 接收：给接收头供电引脚添加滤波电容（100μF + 0.1μF）。
   • 光学：考虑为发射管和接收头增加遮光罩或滤光片，减少环境光干扰。

2. 软件解码（核心） ：

   • 必须使用“状态机” ，而非脆弱的delay()循环，保证系统稳定。
   • 必须校验反码，校验失败则静默丢弃该帧。
   • 必须正确处理引导码和重复码，实现稳定单按与连按。
   • 必须实现超时复位机制，防止程序卡死。
   • 优选方案：使用MCU的输入捕获功能精确测量脉冲宽度，这是最可靠、高效的方式。

3. 测试验证：

   • 跨环境测试：在日光、节能灯下测试最远距离和稳定性。
   • 工具验证：用手机摄像头（能看到红外光斑）或逻辑分析仪确认信号是否正常发出和解码。

在工程选型时记住：当你在考虑“要不要用NEC”时，通常意味着你的需求很简单，成本很敏感。但凡需求复杂一点点，就该看看蓝牙、Wi-Fi、Zigbee这些“摩托车”和“汽车”了。

掌握NEC的价值在于：它教会你如何从电路、时序、软件、抗干扰的完整链条思考一个通信问题——这是所有嵌入式通信协议的通用思维模型。

最终，理解NEC不仅仅是理解一个通信协议，更是理解如何在有限的资源（成本、功耗、速率）下，通过严谨的工程实现（硬件设计、软件容错、边界处理）来达成一个特定目标的完整思维过程。

以上是个人的一些浅见，如有不当之处，欢迎批评指正。

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