第 1 頁 共 52 頁 紅外遙控密碼鎖的設(shè)計(jì) 前言 紅外線 IrDA， 簡稱 IR， 是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無線通訊方式，只能進(jìn)行短距離的無線數(shù)據(jù)的傳輸，且中間不能有障礙物。紅外線又稱紅外光波， 在電磁波譜中，光波的波長范圍為 0.01um 1000um；波長為 0.76um 1000um的光波為紅外光 (線 )，紅外線遙控是利用近紅外光傳送遙控指令的，波長為 0.76um 1.5um；用近紅外作為遙控光源，是因?yàn)槟壳凹t外發(fā)射器件與紅外接收器件 的發(fā)光與受光峰值波長一般為 0.8um 0.94um，在近紅外光波 段內(nèi)，二者的光譜正好重合，能夠很好地匹配，可以獲得較高的傳輸效率及較高的可靠性。 目前紅外線得到了很普片的應(yīng)用，如 紅外線鼠標(biāo)，紅外線打印機(jī)，紅外線鍵盤等等。 本論文設(shè)計(jì)的是基于 C51 單片機(jī)的紅外遙控密碼 鎖 。該鎖采 用 6位 數(shù)作為密碼， 紅外遙控密碼鎖的應(yīng)用研究主要應(yīng)用了單片機(jī)的編程進(jìn)行紅外的編碼與解碼，并通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)密碼的設(shè)置、修改及識(shí)別功能。 一 緒論 1.1 課題背景 進(jìn)入二十一世紀(jì)以來各種電子信息技術(shù)進(jìn)入高速發(fā)展階段，包括信息系統(tǒng)技術(shù) 微電子、計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代通信技術(shù)、傳感器技術(shù)，這也包括紅外線技術(shù)，紅外線是一種人 的肉眼看不見的光線，最近二三十年來，初露頭角的紅外技術(shù)，在各個(gè)領(lǐng)域里獲得了廣泛的應(yīng)用。開始應(yīng)用到生產(chǎn)上，并形成了一門嶄新的技術(shù) 紅外技術(shù)。本設(shè)計(jì)針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械鎖的不足而設(shè)計(jì)的通過紅外來控制的密碼鎖。 1.2 紅外通訊 紅外通訊，顧名思義，就是通過紅外線傳輸數(shù)據(jù)。在電腦技術(shù)發(fā)展早期，數(shù)據(jù)都是通過線纜傳輸?shù)模€纜傳輸連線麻煩，需要特制接口，頗為不便。于是后來就有了紅外、藍(lán)牙、等無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。 紅外通訊技術(shù)利用紅外線來傳遞 第 2 頁 共 52 頁 數(shù)據(jù)，是無線通訊技術(shù)的一種。紅外線的特征：紅外傳輸是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸方式，無線，不能離的 太遠(yuǎn)，要對(duì) 準(zhǔn)方向，且中間不能有障礙，由于紅外線的直射特性， 紅外通訊技術(shù)不 太 適合傳輸障礙比較多的地方。因此，紅外通訊技術(shù)多數(shù)情況下傳輸距離短、傳輸速率不高。 1.3 密碼鎖的發(fā)展趨勢與特點(diǎn) 密碼鎖產(chǎn)生也是經(jīng)歷了一些階段的，有傳統(tǒng)的機(jī)械密碼鎖，電子密碼鎖，數(shù)字密碼鎖等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些以芯片特別是單片機(jī)為處理核心的新型密碼鎖開始不斷出現(xiàn)。 電子密碼鎖是一種通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作，從而控制機(jī)械開關(guān)的閉合，完成開鎖、閉鎖 等 任務(wù) 。 本論文就以 AT89C51 單片機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)紅外遙控密碼鎖。 二 密碼鎖的總 體設(shè)計(jì) 2.1 密碼鎖的結(jié)構(gòu)與組成 該鎖采用 80C51 作為本設(shè)計(jì)的核心，由遙控發(fā)射部分及主機(jī)接收部分組成。 2.1.1 遙控發(fā)射部分 遙控發(fā)射器主要由 AT89C51 單片機(jī)，紅外發(fā)射二級(jí)管，矩形鍵盤，數(shù)碼顯示管及復(fù)位電路 等 組成。該部分的結(jié)構(gòu)圖如圖 2-1所示。 圖 2-1 遙控發(fā)射結(jié)構(gòu)框圖 AT89C51 紅外發(fā)射器 顯 示 復(fù) 位 晶 振 鍵 盤 第 3 頁 共 52 頁 2.1.2 主機(jī)接收部分 主機(jī)接收部分主要由 AT89C51 單片機(jī)，紅外接收頭，矩形鍵盤，數(shù)碼顯示管，報(bào)警器，電磁鎖及復(fù)位電路 等 組成。該部分的結(jié)構(gòu)圖如圖 2-2所示。 圖 2-2 主機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 2.2 密碼鎖的工作原理 2.2.1 基本工作原理 主機(jī)上通過鍵盤輸入 6 位密碼，將輸入的密碼與設(shè)定的密碼進(jìn)行比較，如果相同則驅(qū)動(dòng)電磁鎖進(jìn)行開鎖，如果不相同則不解鎖；當(dāng)從遙控器上輸入 6 位密碼時(shí)利用紅外給主機(jī)一個(gè)中斷信號(hào)，使主機(jī)執(zhí)行中斷服務(wù)程序（解碼程序），來控制解鎖與否。 紅處線發(fā)射及接收控制 電路均采用 8051 單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，電路簡單，輸出控制方式可選擇，實(shí)用性強(qiáng)。具體工作過程如下： 發(fā)射時(shí)如圖 2-3 所示，通過定時(shí)器 T1（ P3.5）口，利用定時(shí)中斷來發(fā)射信號(hào)，定時(shí)器 1 中斷服務(wù)程序的功能是：紅外管發(fā)射的信號(hào)需經(jīng)過高頻（采用38.5KHZ）調(diào)制載波才可發(fā)射出去，利用定時(shí)器 1 的定時(shí)作用，在發(fā)射高頻脈沖時(shí)，通過定時(shí)對(duì) P3.5 口的取反的操作，使發(fā)射信號(hào)調(diào)制成 38.5KHZ 的高頻。再經(jīng)過紅外發(fā)射二級(jí)管發(fā)射，發(fā)射距離為 8-10米。 AT89C51 紅外接收頭 顯 示 復(fù) 位 晶 振 鍵 盤 電磁鎖 報(bào)警器 第 4 頁 共 52 頁 圖 2-3 紅外發(fā)射框圖 接收時(shí)如圖 2-4 所示，利用 P3.2 口（外部中斷 0）的下降沿觸發(fā)中斷來接收信號(hào)，并通過 P3.3 口來判斷高低電平。外部中斷 0 的 中斷服務(wù)程序的功能是：由接收第一位碼的 下降沿觸發(fā)中斷后，對(duì)第一位（起始位）碼的碼寬進(jìn)行驗(yàn)證。若第一位低電平碼的脈寬小于 2ms，將作為錯(cuò)誤幀處理。當(dāng)間隔位的高電平脈沖寬大于 3ms 時(shí)，結(jié)束接收，然后根據(jù)累加器 A中的脈沖數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)的功能操作。 圖 2-4 紅外接收框圖 AT89C51 P3.5 紅外發(fā)射二級(jí)管 AT89C51 P3.2（ INT0） P3.3 紅外接收頭 第 5 頁 共 52 頁 2.2.2 紅外發(fā)射信號(hào)的編碼 遙控器信息碼是由 AT89C51 單片機(jī)的定時(shí)器 T1調(diào)制成 38.5KHZ 紅外載波信號(hào)，而關(guān)鍵是它的編碼，在這里遙控器的編碼采用脈沖個(gè)數(shù)編碼格式，不同的脈沖個(gè)數(shù)代表不同的操作碼信息，最少為 2 個(gè)脈沖（采用 2 個(gè)），其它信息碼的脈沖個(gè)數(shù)逐個(gè)遞增。為了使接收盡量可靠，第一位碼寬為 3ms，其余碼寬為 1ms，碼間距為 1ms，遙控碼數(shù)據(jù)間隔大于 10ms。遙控器上每個(gè)鍵都有唯一的一個(gè)鍵號(hào)，單片機(jī)通過查得按下鍵的鍵值發(fā)約定個(gè)數(shù)的脈沖。遙控器的編碼格式如圖 2-5所示。 頻率為 38.5KHZ，即周期約為 26us,第一位碼需 115 個(gè)脈沖周期，其余為 38個(gè)脈沖周期，結(jié)束幀至少為 385 個(gè)脈沖周期。 按鍵 0 編碼輸出格式 115 個(gè) 38 個(gè) 26us 3ms 1ms 1ms 按鍵 1編碼輸出格式 115 個(gè) 38 個(gè) 38 個(gè) 3ms 1ms 1ms 1ms 1ms 第 6 頁 共 52 頁 兩幀信號(hào)之間的輸出格式 一幀信號(hào) 兩幀信號(hào)間隔 一幀信號(hào) 115 個(gè) 38 個(gè) 38 個(gè) 115 個(gè) 38 個(gè) 3ms 1ms 1ms 至少為 10ms 3ms 1ms 1ms 圖 2-5 遙控器編碼圖 2.2.3 紅外接收 信號(hào)的解碼 接收信號(hào)的解碼是根據(jù)紅外線接收器輸出脈沖幀的格式來進(jìn)行解碼的，即用累加器 A分別對(duì)符合條件的負(fù)跳變脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)紅外線接收器輸出脈沖幀數(shù)據(jù)時(shí)，第一位碼的低電平將啟動(dòng)中斷程序，實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)幀。在接收數(shù)據(jù)幀時(shí)，根據(jù)發(fā)射幀的格式將對(duì)第一位（起始）碼的碼寬進(jìn)行驗(yàn)證。若第一位低電平碼的脈沖寬小于 2ms，將作為錯(cuò)誤碼處理。當(dāng)間隔位的高電平脈沖大于 3ms 時(shí)，結(jié)束接收，然后根據(jù)累加器 A中的脈沖個(gè)數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)的操作。圖 2-6為紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖。 停止位 10ms 1ms 10ms 3ms 1ms 圖 2-6 紅外接收遙控碼波形圖 第 7 頁 共 52 頁 2.3 密碼鎖的主要功能 遙控密碼鎖的基本設(shè)計(jì)功能主要有如下幾個(gè)部分： 1 設(shè)定密碼：在該設(shè)計(jì)中設(shè) 定了一組原始密碼： 123456 用戶可以通過矩形鍵盤的修改鍵來修改原始密碼。比如：按一下修改鍵，接著在本機(jī)上依次輸入六位密碼，再按確認(rèn) (#)鍵即表示密碼被設(shè)置好了，那么下次用戶輸入這組數(shù)據(jù)即可開鎖。 2 密碼輸入有效顯示：為了確信是否有鍵按下以及防止密碼外泄，在電路中設(shè)置了數(shù)碼管顯示，即在顯示時(shí)并不是顯示用戶按下的數(shù)字符號(hào)，而是在輸入一位時(shí)，數(shù)碼管則顯示一個(gè)字符“ H”， 這樣既巧妙地提醒了用戶又保護(hù)了 用戶密碼，此本設(shè)計(jì)可靠性優(yōu)點(diǎn)之一。 3 密碼錯(cuò)誤報(bào)警：當(dāng)用戶輸入的密碼連續(xù)三次出現(xiàn)密碼錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)會(huì)長期報(bào)警 不止，這時(shí)必須按復(fù)位方可停止。乃安全可靠性能之二。 4 遙控開鎖：這是本論文設(shè)計(jì)中的最大特點(diǎn)之處，用戶可以不必在主機(jī)上輸入密碼開鎖。只要手執(zhí)遙控器，鍵入正確密碼，便會(huì)自動(dòng)開鎖；如果密碼錯(cuò)誤，同樣也會(huì)報(bào)警。這是本設(shè)計(jì)優(yōu)越性能之三。 三 硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 單片機(jī) AT89C51 簡介 3.1.1 主要特性 在本設(shè)計(jì)中，是以 AT89C51 單片機(jī)為核心的。 AT89C51 單片機(jī)是由 ATMEL 公司推出的 AT89 系列的單片機(jī)。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除 片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦 除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C51 是它的一種精簡版本。引腳排練如圖 3-1 所示。 它的性能與主要特點(diǎn)如下： (1) 與 MCS-51 微控制器產(chǎn)品系列兼容。 (2) 片內(nèi)有 4KB 可在線重復(fù)編程的快閃擦寫存儲(chǔ)器（ Flash Memory）。 (3) 存儲(chǔ)器可循環(huán)寫入 /擦除 1000 次。 第 8 頁 共 52 頁 圖 3-1 AT89C51 引腳排列圖 (4) 寬工作電壓范圍： Vcc 可為 2.7V-6V。 (5) 128 8 位內(nèi)部 RAM。 (6) 32 條可編程 I/O 線。 (7) 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 (8) 中斷結(jié)構(gòu)具有 5個(gè)中斷源和 2 個(gè)優(yōu)先級(jí)。 (9) 可編程全雙工串行通道。 (10) 空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀 態(tài)保存存儲(chǔ)內(nèi)容。 3.1.2 管腳說明 主要引腳的具體描述如下； Vcc: 電源。提供掉線、空閑、正常 +5V 工作電壓。 Vss(GND): 接地。 P0口 : P0 口可以作普通的雙向 I/O 口使用，也可以在 訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)用作低 8 位地址線和數(shù)據(jù)總線。 P1口 : P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口，向 P2口管腳寫入1 后，被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口，當(dāng)作為輸入腳時(shí)，被外部拉低的P1口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。 P1口還具備第二功能。 P2口 : P2口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口，向 P2口管 腳寫入1 后，被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口，當(dāng)作為輸入腳時(shí)，被外部拉低的 第 9 頁 共 52 頁 P2 口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。在訪問外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，可作為地址總線的高位字節(jié)。 P3口 :也是一個(gè)雙向功能口既可以作普通輸入輸出口使用，也可以按每一位的定義實(shí)現(xiàn)第二功能操作。 P3 口的第二功能如表 1.1 所示。 口 線 第二功能 信 號(hào) 名 稱 P3.0 RXD 串行輸入口 P3.1 TXD 串行輸出口 P3.2 /INT0 外部中斷 0 P3.3 /INT1 外部中斷 1 P3.4 T0 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 P3.5 T1 頂時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 P3.6 /WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 P3.7 /RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 表 1.1 RST: 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間 ALE/PROG: 當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位 字節(jié)。 在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6，因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。 /PSEN: 外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP: 當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器(0000H-FFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源 (VPP)。 XTAL1: 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 第 10 頁 共 52 頁 XTAL2: 來自反向振蕩器的輸出。 3.1.3 芯片可擦除性 AT89C51 單片機(jī)還具有芯片 擦除 性，整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“ 1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉 電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 3.1.4 單片機(jī)的電源電路 電源電路由橋式整流 ,濾波電容 ,7805 穩(wěn)壓器及電源指示燈組成。交流電經(jīng)過橋式整流變成直流電 ,再經(jīng)過電容濾波。 7805 集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓成為穩(wěn)定的 5V電源。用一個(gè)發(fā)光二級(jí)管指示燈指示電源狀態(tài)。電源電路如圖 3-2 所示。 圖 3-2 電源電路圖 3.1.5 復(fù)位電路 第 11 頁 共 52 頁 單片機(jī)復(fù)位時(shí) RESET需要保持 96個(gè)晶振周期的高電平 (即需 8個(gè)機(jī)器周期 )。復(fù)位以后 P0 P3 口輸出高電平，堆棧指針 SP 指向 07H，其他特殊功能寄存器和程序計(jì)數(shù)器 PC 清零。只要 RESET 保持高電平， AT89C51 就會(huì)循環(huán)復(fù)位。 RESET 當(dāng)由高電平變?yōu)榈碗娖胶螅瑔纹瑱C(jī)從程序存儲(chǔ)器 0地址開始執(zhí)行程序。但單片機(jī)復(fù)位不影響內(nèi)部 RAM 的狀態(tài)，包括工作寄存器 R0 R7。 常見的復(fù)位電路有：上電復(fù)位電路和上電按鈕復(fù)位電路，在本設(shè)計(jì)中均采用上電按鈕復(fù)位電路，如圖 3-3 所示。 圖 3-3 復(fù)位電路 3.1.6 晶振電路 所謂的晶振電路即指單片機(jī)的時(shí)鐘電路。該電路通常有內(nèi)部時(shí)鐘電路和外部時(shí)鐘電路。一般選用前者。單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個(gè)反相放大器構(gòu)成的振蕩器。反相放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2，把 XTAL1 和 XTAL2與外部石英晶體及兩個(gè)電容連接起來可構(gòu)成一個(gè)石英晶體振蕩器如圖 3-4所示。時(shí)鐘發(fā)生器是一個(gè) 2 分頻電路。它把晶體振蕩器的頻率 2 分頻后供給片內(nèi)其他電路。一般電容 C1和 C2起到穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。 C1 晶振 C2 圖 3-4 晶振電路 3.2 紅外發(fā)射與接收裝置 XTAL1 XTAL2 第 12 頁 共 52 頁 紅外遙控系統(tǒng)一般由紅外發(fā)射裝置和紅外接收設(shè)備兩大部分組成。紅外發(fā)射裝置又可由鍵盤電路、電源和應(yīng)用電路組成。通常為了使信號(hào)能更好的被傳輸發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制為脈沖串信 號(hào)，通過紅外發(fā)射管發(fā)射。紅外接收 裝置通常由一紅外接收頭組成的接收 電路。 3.2.1 發(fā)射裝置 常用的發(fā)射器為紅外發(fā)光二級(jí) 管它是 錄像機(jī)、影碟機(jī)、音響裝置、空調(diào)器等各類紅外遙控系統(tǒng)中不可缺少的電子器件，它將脈沖編碼遙控指 令 用紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外線去控制受控裝置時(shí)，受控裝置中均有相應(yīng)的紅外光 電轉(zhuǎn)換元件，通過這個(gè)轉(zhuǎn)換把相應(yīng)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。 這里采用紅外 發(fā)光二極管如 SE303 PH303，外形和發(fā)光二極管 LED 相似，發(fā)出紅外光（近紅外線約 0.93 m ）。管壓降約 1.4V ，工作電流一般小于 20mA。為了適應(yīng)不同的工作電壓，回路中常串有限流電阻。發(fā)射紅外線去控制相應(yīng)的受控裝置時(shí)，其控制的距離與發(fā)射功率成正比。為了增加紅外線 的控制距離，紅外發(fā)光二極管工作于脈沖狀態(tài)，因?yàn)槊}動(dòng)光（調(diào)制光）的有效傳送距離與脈沖的峰值電流成正比，只需盡量提高峰值電流 ，就能增加紅外光的發(fā)射距離。提高峰值電流的方法，是減小脈沖占空比，即壓縮脈沖的寬度。減小 脈 沖占空比還可使小功率紅外發(fā)光二極管的發(fā)射距離大大增加。要使紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生調(diào)制光，只需在驅(qū)動(dòng)管上加上一定頻率的脈沖電壓。紅外發(fā)射電路如圖 3-5所示。 圖 3-5 紅外發(fā)射電路 3.2.2 接收裝置 常用的紅外接收裝置有 如紅外接收二極管，光電三極管等。實(shí)用中已有 第 13 頁 共 52 頁 紅外發(fā)射和接收配對(duì)的二級(jí)管。 在本設(shè)計(jì)中采用 紅外一體化接收頭 HS0038，接收頭圖如圖 (12)所示。 它有如下優(yōu)點(diǎn)：一體化的紅外接收裝置將遙控信號(hào)的接收、放大、檢波、整形集于一身，并且輸出可以讓單片機(jī)識(shí)別的 TTL 信號(hào)，這樣大大簡化了接收電路的復(fù)雜程度和電路的設(shè)計(jì)工作，方便使用。 接收頭連接圖及紅外接收電路圖如圖 3-6所示 。 HS0038 黑色環(huán)氧樹脂封裝，不受日光、熒光燈等光源干擾，內(nèi)附磁屏蔽功耗低，靈敏度高。在用小功率發(fā)射管發(fā)射信號(hào)情況下，其接收距離可達(dá) 35 m。它 能與 TTL、 COMS 電路兼容。 HS0038 為直立側(cè)面收光型。它接收 紅外信號(hào)頻率為38KHZ,周期約 26 s，同時(shí)能對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、檢波、整形，得到 TTL 電平的編碼信號(hào)。三個(gè)管腳 (1、 2、 3)分別是地、 5 V 電源、解調(diào)信號(hào)輸出端 。 圖 3-6 紅外接收?qǐng)D 3.3 3 4 矩陣鍵盤 在單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)中，經(jīng)常使用簡單的鍵盤和 BCD 撥碼盤作為系統(tǒng)的輸入。鍵盤由一組常開的按鍵組成，可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令。每個(gè)按鍵都 被賦予一個(gè)代碼，稱為鍵碼。鍵碼分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤是通過一個(gè)編碼電路識(shí)別閉合鍵的鍵碼，而非編碼鍵盤是通過軟件來識(shí)別鍵盤的。 通常因由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，觸點(diǎn)在閉合和斷開瞬間的電接觸情況不穩(wěn)定，造成了電壓信號(hào)的抖動(dòng)現(xiàn)象，鍵抖動(dòng)的時(shí)間一般為 5 10ms。為了避免一次閉合引起 CPU 多次處理，通?；夭扇∪ザ秳?dòng)措施。 非編碼鍵盤有獨(dú)立式鍵盤和行列式 (矩陣 )鍵盤。由于前者在按鍵較多時(shí)會(huì)站用較多的 I/O 口，因此采用行列式 (矩陣 )鍵盤。 1. 矩陣鍵盤及其接口 行列式鍵盤又叫矩陣鍵盤，是將 I/O 線的一部分作為行線， 另一部分作為列 第 14 頁 共 52 頁 線，按鍵設(shè)置在行線和列線的交叉點(diǎn)上，它是通過檢測鍵盤有無閉合以及查找閉合鍵的鍵號(hào)，一般采用掃描法。在這里設(shè)計(jì)了一 3 4 的矩陣鍵盤。 如圖 3-7 所示。 (1) 先向所有的行線輸出 0，列線輸出 1， 然后檢測各列線的按鍵狀態(tài)，由相應(yīng)的列線讀入累加器 A中。有鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的列線輸入 0，無鍵按下時(shí)所有的列線輸入為 1。 (2) 若有鍵閉合，依次從行線上逐列輸出 0，然后依次檢測各列線的狀態(tài)。若為1，說明閉合鍵不在該列；若有的為 0，則說明閉合鍵在該列與行線的交點(diǎn)上。由于每個(gè)按鍵所有的行號(hào)與列號(hào)不相同，所以每個(gè)按 鍵按行號(hào)加列號(hào)的值賦予了一個(gè)鍵號(hào)。 圖 3-7 矩陣鍵盤圖 3.4 74LS164 芯片 在顯示部分，運(yùn)用 LED 靜態(tài)顯示，靜態(tài)顯示方式編程簡單，但占用單片機(jī)I/O 口線多適合于顯示器位數(shù)較少的場合。 AT89C51 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，當(dāng)串行口空閑時(shí)，可用來拓展并行 I/O 口 (這里設(shè)定串行口工作在移位寄存器方式 0 狀態(tài)下 )，作為 LED 靜態(tài)顯示接口。在這里運(yùn)用 74LS164 來擴(kuò)展并行 I/O 口，節(jié)約單 片機(jī)資源 。 74LS164 是一個(gè)串行輸入 第 15 頁 共 52 頁 并行輸出的移位寄存器 。 并 帶有清除端 。引腳排練圖以及邏輯圖如圖 3-8所示。 74LS164 引腳定義圖 74LS164 邏輯 圖 圖 3-8 74LS164 器件圖 引腳說明： 74LS164 是串行輸入、并行輸出的移位寄存器，其引腳功能如下： A、 B 串行輸入端。 Q0-Q7 并行輸入端。 /MR 清除端。 CP 時(shí)鐘 脈沖輸入端。在脈沖上升沿實(shí)現(xiàn)移位；當(dāng) CP=0、 /MR=1 時(shí)，輸出保持不變。 3.5 數(shù)碼管 單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)中，使用的顯示器主要有 LED（發(fā)光二級(jí)管顯示器）和 LCD（液晶顯示器）。這兩種顯示器成本低廉，配置靈活，與單片機(jī)接口方便。 LED 顯示器結(jié)構(gòu)與原理： LED 顯示器是由發(fā)光二級(jí)管顯示字段的顯示器件有共陰極與共陽極兩種，如圖 (15)所示。其中 7 只發(fā)光二級(jí)管 (a-g7 段 )構(gòu)成字符“ 8”，另外還有一只小數(shù)點(diǎn)發(fā)光二級(jí)管 dp。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二級(jí)管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二級(jí)管點(diǎn)亮。當(dāng)人為控制某幾段發(fā)光二級(jí)管點(diǎn)亮就能顯示某個(gè) 數(shù)碼或字符。 LED 顯示器有靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。 LED 顯示器的字碼段 (7 段碼 )如表 3-9 所示。 第 16 頁 共 52 頁 圖 3-9 LED 顯示器 顯示字符 共陰極字段碼 共陽極字段碼 顯示字符 共陰極字段碼 共陽極字段碼 0 3FH C0H 9 6FH 90H 1 06H F9H A 77H 88H 2 5BH A4H B 7CH 83H 3 4FH B0H C 39H C6H 4 66H 99H D 5EH A1H 5 6DH 92H E 79H 86H 6 7DH 82H F 71H 8EH 7 07H F8H P 73H 8CH 8 7FH 80H 熄滅 00H FFH 表 1.2 LED顯示器的字段碼（ 7 段碼） 3.6 發(fā)光二級(jí)管 LED 1 LED 簡介 發(fā)光二極管簡稱為 LED。由鎵 (Ga)與砷 (AS)、磷 (P)的化合物制成的二極管， 其核心是 PN 結(jié)。 當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；而紅外二極管在正向?qū)〞r(shí)會(huì)發(fā)出紅外 光。常簡寫為 LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦浴?2 LED 特性 (1) 發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約 5 伏。主要特性是 正向?qū)ā⒎聪蚪刂埂?第 17 頁 共 52 頁 擊穿特性。 它的正向伏安特性曲線很陡，使用時(shí)必須串聯(lián)限流電阻以 控制通過管子的電流，以防止擊穿。 圖 3-10 LED 伏安特 性圖 (2) 發(fā)光二極管 (LED)的主要參數(shù) a. 最大正向電流 Ifm: 允許加的最大正向直流電流，超過此值 LED 損壞。 b. 正向工作電流 IF: 指 LED 正常發(fā)光時(shí)的正向電流值。 c. 正向工作電壓 VF: 在給定的正向電流下測得的工作電壓。 d. 最大反向電壓 VRm: 允許加的最大反向電壓，超過此值 LED 可能被擊穿損壞。 e. 伏安特性 : LED 的電壓與電流的關(guān)系可用圖 3-10表示。 3.7 電磁繼電器 在開鎖部分采用電磁繼電器。通過單片機(jī)來控制其線圈的通斷電，從而控制其觸點(diǎn)的吸和與斷開。 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng) （又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。一般用符號(hào)“ J”表示。 1 電磁繼電器的工作原理和特性 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在 第 18 頁 共 52 頁 彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。驅(qū)動(dòng)電路如圖 3-11所示。 2 電磁式繼電器的主要參數(shù) (1) 額定工作電壓 : 是指繼電器正常工作時(shí)線圈所需要的電壓。根據(jù)繼電器的型號(hào)不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。在這采用直 流電壓 (+5V)的工作電壓來驅(qū)動(dòng)。 (2) 直流電阻 : 是指繼電器中線圈的直流電阻 . (3) 吸合電流 : 是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動(dòng)作的最小電流。在正常使用時(shí)，給定的電流必須略大于吸合電流， 這樣繼電器 才能穩(wěn)定地工作。 圖 3-11 電磁繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖 3.8 報(bào)警器 在報(bào)警部分，使用揚(yáng)聲器。從單片機(jī)發(fā)出的引腳 (P2.3)控制信號(hào)，經(jīng)一個(gè)三極管放大后再驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，使整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警。報(bào)警電路如圖 3-12 所示。 圖 3-12 報(bào)警電路圖 第 19 頁 共 52 頁 4 軟件程序設(shè) 4.1 遙控發(fā)射部分程序設(shè)計(jì) 該部分主要分為主程序、按鍵掃描程序以及遙控編碼脈沖發(fā)射程序。 1. 主程序 主要是對(duì)定時(shí)器 T1 定時(shí)的方式的設(shè)定、計(jì)數(shù)器的初始化等 。主程序程序流程圖如圖 4-1所示。 N Y N Y Y 圖 4-1 主程序流程圖 主程序的初始化程序如下 : 開始 初始化 鍵盤掃描 有鍵閉 合 ? 轉(zhuǎn)按鍵功能程序 轉(zhuǎn)脈沖發(fā)射程序 *鍵按下？ 開始發(fā)送 返回 第 20 頁 共 52 頁 START: LCALL CLEAR LJMP START LCALL KEYIN RET AJMP START CLEAR: MOV P1,#0FFH CLR P3.5 MOV SP,#70H MOV IE,#00H；關(guān)總中斷與中斷 1 MOV TMOD,#20H；設(shè)定時(shí)器 T1 方式 2自動(dòng)重裝模式 MOV TH1,#0F3H；定時(shí) 13us MOV TL1,#0F3H SETB EA；開總中斷 MOVE SCON,#OOH；置串行口工作方式 0 2. 按鍵掃描程序 在此設(shè)計(jì)的是 3行 4列的矩陣鍵盤 。程序流程圖如圖 4-2所示。 N N Y Y Y N Y 圖 4-2 按鍵掃描程序流程圖 開始 有鍵閉 合 ? 延時(shí) 10ms 有鍵閉 合 ? 逐列逐行掃描 判斷閉合鍵鍵號(hào) 閉合鍵釋放否 ? 閉合鍵號(hào)放入 A 返回 第 21 頁 共 52 頁 按鍵掃描程序如下 : KEYIN : MOV P1,#0F8H MOV R3,A MOV A,P1 MOV A,R5 CJNE A,#0F8H,NEXT1 LJMP NEXT7 KEYOUT: RET NEXT6: MOV A,R4 NEXT1: LCALL DELAY10MS ADD A,#04H；行號(hào)加四 MOV A,P1 MOV R4,A CJNE A,#0F8H,NEXT2 DJNZ R7,KEYOUT LJMP KEYOUT MOV A,R2；進(jìn)行下一列掃描 NEXT2: MOV R4,#0；行號(hào) RL A MOV R7,#03H；掃描行 數(shù) MOV R2,A MOV R2,#0FEH LJMP NXLOOP NXLOOP: MOV R3,#0；列號(hào) QJZ: MOV A,R4；置行號(hào) MOV R6,#04H ADD A,R3；行號(hào)加列號(hào) MOV P1,R2 MOV 30H,A；置鍵號(hào) MOV A,P1 MOV A,P1 ANL A,#0F8H ANL A,#0F0H CJNE A,#0F8H,NEXT3 CJNE A,#0F0H,KEYOUT LJMP KEYOUT LCALL DELAY10MS；待按鍵釋放 NEXT3 : CLR C CJNE A,#0F0H,KEYOUT RLC A MOV A,30H；鍵號(hào)放入 A NEXT7: RLC A RET MOV R5,A JC NEXT4 LJMP QJZ；求鍵值 NEXT4: DJNZ R6,NEXT5 LJMP NEXT6 NEXT5: MOV A,R3 INC A；列號(hào)加一 第 22 頁 共 52 頁 3. 遙控編碼脈沖發(fā)射程序 遙 控器的編碼采用脈沖個(gè)數(shù)編碼格式，不同的脈沖個(gè)數(shù)代表不同的操作碼信息。程序流程圖如圖 4-3所示。 Y N 圖 4-3 遙控器編碼程序流程圖 遙控編碼脈沖發(fā)射程序如下 : SEND: JNB BEGIN,START；BENGIN 為 *(開機(jī) )鍵標(biāo)志 CLR RS1；選工作寄存起器 1 SETB RS0 MOV R1,A；裝入發(fā)射脈沖數(shù) MOV R0,#0FAH；第一個(gè)碼 :250x0.012ms=3ms AJMP SEND2 SEND1: MOV R0,#53；中間碼 :83x0.012=1ms 發(fā)射開始 裝入發(fā)射脈沖個(gè)數(shù) 發(fā)送 3ms 停發(fā) 1ms (R1)-1=0? 發(fā) 1ms 脈沖 停發(fā) 1ms 停發(fā) 10ms 以上 返回 第 23 頁 共 52 頁 SEND2: SETB TR1；開高頻定時(shí)器 1 中斷調(diào)制 (38KHZ) SETB ET1 NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP DJNZ R0,SEND2 MOV R0,#64H；碼距 :100x0.010ms=1ms SENDOUT: CLR ET1；關(guān)高頻定時(shí)器 1 中斷調(diào)制 (38KHZ) CLR TR1 CLR P3.5 NOP NOP NOP NOP NOP DJNZ R0,SENDOUT DJNZ R1,SEND1；若 R1 中仍有脈沖則繼續(xù)發(fā)送 1ms 的碼 LCALL DELAY500MS RET INTT1: CPL P3.5 RETI 4.2 主機(jī)接收部分程序設(shè)計(jì) 主機(jī)程序部分主要分為主程序 、按鍵掃描程序以及解碼接收程序。 1. 主程序 第 24 頁 共 52 頁 主程序中主要是對(duì)外部中斷 0 的設(shè)定以及一些存儲(chǔ)單元的清零等初始化工作。主程序程序流程圖如圖 4-4所示。 N Y 圖 4-4 主程序流程圖 主程序的初始化程序如下 : START: LCALL CLEAR MOV MIMACWCS,#0；密碼錯(cuò)誤存儲(chǔ)單元清零 LCALL KEYIN MOV WZDMIMACWCS,#0 LJMP START NOP CLEAR: MOV SP,#60H NOP SETB IT0；負(fù)跳變中 斷 NOP SETB EX0；開外部中斷 0 NOP SETB EA；開總中斷 NOP CLR P2.0；關(guān)鎖 LJMP START CLR P2.3；關(guān)報(bào)警 RET MOV 20H,#0；清零 MOV 21H,#0 MOV 29H,#0 MOVE SCON,#00H；置串行口工作方式 0 開始 初始化 鍵盤掃描 有鍵按下 ? 轉(zhuǎn)按鍵功能子程序 第 25 頁 共 52 頁 2. 按鍵掃描程序如同上所示。 3. 解碼接收程序。 解碼接收程序利用外部 中斷 0 的中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)的。外部中斷 0服務(wù)子程序流程圖如圖 4-5所示。 N Y N Y 圖 4-5 解碼接收程序流程圖 解碼接收程序如下 : INT0SERVE: PUSH ACC PUSH PSW PUSH DPL PUSH DPH CLR EX0；中斷一來關(guān)外中斷 0 JNB P3.3,INT0SERVE1；確認(rèn)中斷 INT0RET: POP DPH；若為干擾信號(hào)則開中斷 0退出中斷 POP DPL 中斷開始 低電平脈寬 2ms? 接收并對(duì)低電平 (負(fù) )脈沖計(jì)數(shù) 高電平脈寬 3ms? 按脈沖個(gè)數(shù)至對(duì)應(yīng)功能程序 中斷返回 第 26 頁 共 52 頁 POP PSW POP ACC SETB EX0 RETI INT0SERVE1: CLR A MOV DPH,A；用數(shù)據(jù)寄存器對(duì)第一個(gè)碼的低電平計(jì)時(shí) MOV DPL,A INT0SERVE2: JB P3.3,INT0SERVE3；開始對(duì)低電平計(jì)時(shí)當(dāng) p3.3 為高電平 1 時(shí) ；計(jì)時(shí)結(jié)束跳出循環(huán)并計(jì)時(shí)低電平是否大于 2ms INC DPTR NOP NOP AJMP INT0SERVE2；循環(huán)周期為 8us INT0SERVE3: MOV A,DPH；利用 DPTR 的高 8 位判斷低電平是否大于 2ms JZ INT0RET；A 不為 0，說明 DPL 有進(jìn)位則 255x8us=2ms 即為 ；第一個(gè)脈沖 ,A為 0，說明小于 2ms 是一個(gè)干擾 ；則退出中斷程序 CLR A INT0SERVE4: INC A；脈沖個(gè)數(shù)加一 INT0SERVE5: JNB P3.3,INT0SERVE5；為低電平則 等待 MOV R1,#06H；為高電平則開始對(duì)高電平計(jì)時(shí) INT0SERVE6: JNB P3.3,INT0SERVE4；當(dāng) P3.3 有副負(fù)脈沖時(shí)，且前一高電平小 ；于 3ms ,則脈沖個(gè)數(shù)加一 LCALL DELAY513US DJNZ R1,INT0SERVE6；若前一高電平脈寬大于 3ms時(shí)即為一結(jié)幀 DEC A DEC A JZ FUNCION0；A 為 0則接收 0 號(hào)鍵 DEC A 第 27 頁 共 52 頁 JZ FUNCION1；A 為 0則接收 1 號(hào)鍵 DEC A JZ FUNCION2；A 為 0則接收 2 號(hào)鍵 DEC A JZ FUNCION3；A 為 0則接收 3 號(hào)鍵 DEC A JZ FUNCION4；A 為 0則接收 4 號(hào)鍵 DEC A JZ FUNCION5；A 為 0則接收 5 號(hào)鍵 DEC A JZ FUNCION6；A 為 0則接收 6 號(hào)鍵 DEC A JZ FUNCION7；A 為 0則接收 7 號(hào)鍵 DEC A JZ FUNCION8；A 為 0則接收 8 號(hào)鍵 DEC A JZ FUNCION9；A 為 0則接收 9 號(hào)鍵 DEC A DEC A JZ FUNCION11；A 為 0 則接收 11 號(hào)鍵 LJMP INT0RET；退出中斷服務(wù)子程序 RET 第 28 頁 共 52 頁 結(jié)論 本課題研究的是具有單片機(jī)功能的紅外 遙控密碼鎖 , 通過掌握其原理及控制過 程 ,以及運(yùn)用編程來解決紅外的編碼與解碼問題。 最終目的在于學(xué)會(huì)獨(dú)立查資料選方案，采購選擇器件，鞏固所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)單片機(jī)程序 , 印刷電路版布局能力、提高計(jì)算機(jī)的文字錄入水平，提高計(jì)算機(jī)繪圖能力，掌握一個(gè)電子專用軟件設(shè)計(jì)電子電路，加強(qiáng)電子制作的動(dòng)手能力，學(xué)會(huì)電路的調(diào)試方法解決實(shí)際出現(xiàn)的問題 。 利用一個(gè)廉價(jià)的單片機(jī)芯片來控制一個(gè)紅外線遙控 系統(tǒng)使其具有遠(yuǎn)距離遙控 功能。 第 29 頁 共 52 頁 致謝 首先感謝各位在百忙之中抽出時(shí)間對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)的老師。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我有機(jī)會(huì)再次對(duì)以前所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，有很多知識(shí)點(diǎn)在平常的學(xué)習(xí)中沒有掌握好，再加上使用機(jī)會(huì)不多，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中的確遇到了不少困難，如在紅外編碼與解碼的程序編寫中就找了很多參考資料。在做此畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候我也充分利用了身邊一切可用的資源，如網(wǎng)絡(luò)、書籍、老師、同學(xué)，結(jié)合一切力量終于完成 了畢業(yè)設(shè)計(jì)的全部的內(nèi)容。最后感謝指導(dǎo)老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予我的指導(dǎo)。 第 30 頁 共 52 頁 參考文獻(xiàn) 1單片機(jī)原理及接口技術(shù) 主編：胡漢才 清華大學(xué)出版社 2單片機(jī) 與接口 應(yīng)用 技術(shù) 主編： 陶國正 蘇州大學(xué)出版社 38051 單片機(jī) 主編：林伸茂 人民郵電出版社 4跟我學(xué)用單片機(jī) 主編：肖洪兵 北京航天航空大 學(xué)出版社 5基于單片機(jī)的電子安全密碼鎖的設(shè)計(jì) 主編：郭海英 現(xiàn)代電子技術(shù)出社 6電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字） 主編：康華光 高等教育出版社 7紅外線與超聲波遙控 主編：蘇長贊 北京人民郵電出版社 8現(xiàn)代遙控技術(shù)及應(yīng)用 主編：王俊峰 薛鴻德 人民郵電出版社 9數(shù)字電子實(shí)驗(yàn)及課題設(shè)計(jì) 主編：郁漢淇 高等教育出版社 10芯源單片機(jī)教程 作者：季國 上海芯源電子電器設(shè)計(jì)中心 第 31 頁 共 52 頁 附錄 A 完整硬件電路圖 主機(jī)硬件電路圖如圖所示 : 第 32 頁 共 52 頁 遙控器硬件電路圖如圖所示 : 附錄 B 源程序清單 第 33 頁 共 52 頁 遙控器發(fā)射程序 : BEGIN BIT 20H.0； 開機(jī)標(biāo)志 ORG 0000H LJMP START ORG 001BH LJMP INTT1 CLEAR:MOV P1,#0FFH CLR P3.5 MOV SP,#70H MOV SCON,#00H