紅外電子密碼鎖設(shè)計(jì)說明書方案

1、目目 錄錄 第一章第一章 緒論緒論.1 1.1 引言.1 1.2 紅外通信基本原理.2 1.3 設(shè)計(jì)要求.3 第二章第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì) .4 2.1 通信接口組成及工作原理.4 2.2 紅外鑰匙（從機(jī)）組成及工作原理.5 2.3 紅外遙控門鎖（主機(jī)）組成及工作原理.5 2.4 紅外鑰匙（從機(jī)）與紅外遙控門鎖（主機(jī)）之間的通訊協(xié)議 .6 第三章第三章 方案選擇和論證方案選擇和論證.7 3.1 紅外編碼和發(fā)射模塊.7 3.2 紅外解碼和接收模塊.8 3.3 紅外鑰匙（從機(jī)）子系統(tǒng)設(shè)計(jì).11 3.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì).11 3.5 紅外遙控門鎖子系統(tǒng)設(shè)計(jì).15 3.6 紅外遙控電子密碼鎖的總體

2、原理圖和 pcb 板圖設(shè)計(jì).17 3.7 電路的仿真.20 第四章第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).22 4.1 keil uvision 2 軟件簡(jiǎn)介.22 4.2 系統(tǒng)功能子程序.22 第五章第五章 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試 .30 5.1 調(diào)試儀器.30 5.2 整體調(diào)試.30 5.3 硬件單元調(diào)試.30 5.4 軟件調(diào)試.31 第六章第六章 結(jié)論結(jié)論.32 致致 謝謝.33 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .34 附附 錄錄.35 附錄 1 主要元器件清單.35 附錄 2 程序清單.36 紅外電子密碼鎖 【摘要】：隨著社會(huì)科技和人們的生活水平的提高，如何實(shí)現(xiàn)家庭防盜這一問題也變的尤其的突出， 傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由

3、于其構(gòu)造的簡(jiǎn)單，被撬的事件屢見不鮮，電子鎖由于其保密性高，使用靈活性好， 安全系數(shù)高，受到了廣大用戶的親呢。 紅外電子密碼鎖是一種以高強(qiáng)度密碼序列為基礎(chǔ)，在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)的密碼開關(guān)。它以紅外光作 為信息媒體，從而實(shí)現(xiàn)了遙控，也可以配備一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的接觸式通訊接口，堅(jiān)固并且防損。該鎖 具有使用方便、操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，給人們的生活帶來(lái)了極大方便。特別適用于那些正常 人體不宜接近的特殊場(chǎng)合，比如高輻射區(qū)、高傳染區(qū)等。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 : : 紅外線紅外線 遙控遙控 電子密碼鎖電子密碼鎖 單片機(jī)單片機(jī) infraredinfrared electronicelectronic locklock a

4、bstractabstract : with the scientific and technological community and peoples living standards, how to achieve family security issues that have become prominent in particular, the traditional mechanical lock because of its simple structure, the prize was not uncommon events, electronic lock because

5、of its secrecy, flexibility in the use of good safety factor, by the vast number of users qinne. infrared electronic locks is a high-strength code sequence based on the realization of the single-chip switch password. it infrared light as an information media, in order to achieve the remote control c

6、an also be equipped with a simple contactless communications interface, strong and loss prevention. the lock has a user-friendly, simple, inexpensive, and other characteristics of peoples lives a great convenience. especially suitable for those close to a normal human would not be appropriate for sp

7、ecial occasions, such as high-radiation areas, high-transmission areas. keykey wordswords :infra-red:infra-red remoteremote controlcontrol electronicelectronic lockslocks microcontrollermicrocontroller 0 第一章第一章 緒論緒論 1.1 引言 鎖是置于可啟閉的器物上,用以關(guān)住某個(gè)確定的空間范圍或某種器具的,必須以鑰匙 或暗碼打開的扣件。鎖具發(fā)展到現(xiàn)在已有一百多年的歷史了，人們對(duì)它的結(jié)構(gòu)、機(jī)理也

8、研究得很透徹，因此，不用鑰匙就能打開的方法和工具也層出不窮?，F(xiàn)代人類文明社會(huì) 里，由于社會(huì)中各種矛盾沖突十分劇烈，人們的思想道德觀念，價(jià)值觀念，文化修養(yǎng)水 平等差異，群眾中良莠不齊，善良的人們能夠自覺規(guī)范自已的行為， “非禮不為” ，雖無(wú) 鑰匙亦不會(huì)亂闖。然而，那些毫無(wú)道德觀念的盜賊卻想方設(shè)法利用高科技手段撬門開鎖， 使廣大居民防不勝防。 為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況呢？因?yàn)閭鹘y(tǒng)鎖具都存在致命的弱點(diǎn)： 第一、 鎖芯采用常見的銅、鋁、鋅等材料，抵抗不了強(qiáng)力破壞; 第二、 鎖具制作工藝，技術(shù)落后，無(wú)法阻止技術(shù)手段的開啟。 目前，市場(chǎng)上很多國(guó)內(nèi)外的鎖具，實(shí)際上都不具備真正的防盜功能。在慣偷面前， 兩根鋼絲或

9、幾件簡(jiǎn)單的工具就可以把這些鎖打開，有的慣偷甚至公開揚(yáng)言：“沒有我打 不開的鎖。 ”其實(shí)，不是他們多高明，而是一般鎖具技術(shù)原理太過簡(jiǎn)單。面對(duì)這一殘酷 的現(xiàn)狀，新時(shí)代提出了鎖具必須革命的迫切的要求。 隨著社會(huì)科技的進(jìn)步，鎖已發(fā)展到了密碼鎖、磁性鎖、電子鎖、激光鎖、聲控鎖等 等。在傳統(tǒng)鑰匙的基礎(chǔ)上，加了一組或多組密碼，不同聲音，不同磁場(chǎng)，不同聲波，不 同光束光波，不同圖像。 （如指紋、眼底視網(wǎng)膜等）來(lái)控制鎖的開啟。從而大大提高了 鎖的安全性，使不法之徒無(wú)從下手，人們也就能對(duì)自身財(cái)產(chǎn)安全有了更多的保障。 本設(shè)計(jì)就是其中的一種，紅外遙控電子密碼鎖。本設(shè)計(jì)是利用紅外傳輸為途徑，方 便遠(yuǎn)距離開鎖，不用像傳統(tǒng)

10、鎖那樣一定要將鑰匙插進(jìn)鎖里才能開啟；利用單片機(jī)來(lái)隨機(jī) 產(chǎn)生密碼并加密，防止了在開鎖時(shí)被人中途攔截了密碼信息而復(fù)制出另外的鑰匙來(lái)，這 是因?yàn)槊艽a是隨機(jī)產(chǎn)生的，每次開鎖的具體密碼均是不一樣的，所以就算竊取了上次開 鎖的密碼也是不能將鎖打開。本設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)就在于采用了雙單片機(jī)的雙向通訊，密 碼是在鎖與鑰匙兩邊均有加密的，從而杜絕了開鎖信息被盜取的可能性。該設(shè)計(jì)具有使 用方便、操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，特別適用于那些正常人體不宜接近的特殊場(chǎng)合。 1 1.2 紅外通信基本原理 紅外遙控是單工的紅外通信方式，本設(shè)計(jì)的紅外遙控采用以通信方式為基礎(chǔ)的紅外 遙控，而且本設(shè)計(jì)也使用了紅外通信技術(shù)，故著重分析紅外

11、通信的基本原理。 紅外通信是利用紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)間的近距離保密通信和信息轉(zhuǎn)發(fā)。它一般由紅外 發(fā)射和接收系統(tǒng)兩部分組成。發(fā)射系統(tǒng)對(duì)一個(gè)紅外輻射源進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射紅外信號(hào)，而 接收系統(tǒng)用光學(xué)裝置和紅外探測(cè)器進(jìn)行接收，就構(gòu)成紅外通信系統(tǒng)。 紅外線是波長(zhǎng)在750nm至1mm之間的電磁波，它的頻率高于微波而低于可見光，是一 種人的眼睛看不到的光線。紅外通信一般采用紅外波段內(nèi)的近紅外線，波長(zhǎng)在0.75um至 25um之間。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)（irda）成立后，為了保證不同廠商的紅外產(chǎn)品能夠獲得最佳 的通信效果，紅外通信協(xié)議將紅外數(shù)據(jù)通信所采用的光波波長(zhǎng)的范圍限定在850至900nm 之內(nèi)。 紅外通信的基本原理是發(fā)

12、送端將基帶二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào)（載波 信號(hào)） ，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)。常用的有通過脈沖寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈寬 調(diào)制（pwm）和通過脈沖串之間的時(shí)間間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈時(shí)調(diào)制（ppm）兩種方法。 脈時(shí)調(diào)制（ppm）是紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)(irda)和國(guó)際電子電工委員會(huì)(ieee)都推薦的調(diào)制方 式，本設(shè)計(jì)采用脈時(shí)調(diào)制方法，即用兩個(gè)脈沖串之間的時(shí)間間隔來(lái)表示二進(jìn)制信息，數(shù) 據(jù)比特的傳送仿照不帶奇偶校驗(yàn)的rs232通信，首先產(chǎn)生一個(gè)同步頭，然后接著8位數(shù)據(jù) 比特，如圖1-1所示。 圖1-1 ppm調(diào)制波形圖 載波信號(hào)的頻率 f=38khz，載波周期t=26.32us，本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)

13、軟件產(chǎn)生載波， 取t=26us，脈沖寬度t1=10t=260us，二進(jìn)制數(shù)0的脈沖串周期t2=500us，二進(jìn)制數(shù)1的脈 沖串周期t3=1000us。 普通的紅外遙控采用面向指令的幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)幀由同步碼，地址碼和指令碼組成， 2 指令碼長(zhǎng)度多為816個(gè)比特，傳送多字節(jié)遙控協(xié)議時(shí)效率偏低，而增加指令碼的長(zhǎng)度 不利于接收器同步，為此本設(shè)計(jì)選用一種面向字節(jié)的幀結(jié)構(gòu)，采用類似于異步串行通信 的幀結(jié)構(gòu)，每幀由一個(gè)起始位（二進(jìn)制數(shù)0） 、8個(gè)數(shù)據(jù)位和2個(gè)停止位（二進(jìn)制數(shù)1）構(gòu) 成，如圖2-8所示。每幀傳送1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，幀與幀間隔大于2ms，幀結(jié)構(gòu)不含地址信 息，尋址問題由高層協(xié)議解決。 圖2-2 數(shù)據(jù)幀

14、結(jié)構(gòu)示意圖 由于紅外光存在反射,在全雙工的方式下發(fā)送的信號(hào)也可能會(huì)被本身接收，因此， 紅外通信應(yīng)采用異步半雙工方式，即通信的某一方發(fā)送和接收是交替進(jìn)行的。 1.3 設(shè)計(jì)要求 1.3.1 基本要求 通過紅外遙控，單片機(jī)之間的串口通信來(lái)實(shí)現(xiàn)近距離遙控開鎖。 利用軟件來(lái)加密和解密，加強(qiáng)密碼的安全性。 鎖和鑰匙要成配套，不同套之間的鑰匙和鎖不能使用。 要有鑰匙丟失之后，可將該鑰匙報(bào)廢的功能。 1.3.2 說明 紅外通信元件不限，其安裝位置及安裝方式自定。 紅外傳輸要有 1m 以上的距離。 單片機(jī)類型不限，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，性價(jià)比高為上。 單片機(jī)內(nèi)的序列號(hào)是產(chǎn)品在出廠時(shí)就已經(jīng)設(shè)定，無(wú)法更改。 3 第二章第二章

15、系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1 計(jì)算機(jī) 通 信 接 口 紅外遙控門鎖 （主機(jī)） 紅外鑰匙 （從機(jī)） 圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 2.1 通信接口組成及工作原理 通信接口電路是連接前臺(tái)計(jì)算機(jī)和紅外鑰匙、紅外遙控門鎖的的通信橋梁。它通過 一個(gè)rs-232串行通信接口將紅外鑰匙和紅外遙控門鎖連接到計(jì)算機(jī)。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2- 2： rs-232-c標(biāo)準(zhǔn)是最簡(jiǎn)單最常用的串行通信標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)電氣工業(yè)協(xié)會(huì)(eia) 1969制訂的。rs-232-c標(biāo)準(zhǔn)傳輸信號(hào)采用rs-232-c 計(jì)算機(jī)通 信 接 口 rs232 接 口 紅外鑰匙讀寫接口 紅外遙控門鎖讀寫接口 圖2-2

16、 通信接口結(jié)構(gòu)框圖 邏輯電平，與ttl（05v）、cmos（015v）邏輯電平完全不同：邏輯0電平規(guī)定為 +5v+15v之間，邏輯1電平為-5v-15v之間，因此，一般使用專用芯片把微處理器信 號(hào)電平(ttl電平) 轉(zhuǎn)換為rs-232-c電平。該標(biāo)準(zhǔn)的傳輸速率只能達(dá)到20kb/s,最大傳輸 距離15m。 rs-232-c通信口與計(jì)算機(jī)連接常用db25插座和db9插座，其接口連線分三種：信號(hào) 線、握手線與地線。 rs-232-c通信握手方式有兩種：硬件握手和軟件握手，常用的近距離通信采用軟件 握手方式，三根數(shù)據(jù)線和地線就可以連接起來(lái)通信。 4 2.2 紅外鑰匙（從機(jī)）組成及工作原理 紅外鑰匙是紅

17、外遙控密碼鎖的遙控器部分，紅外鑰匙內(nèi)部存儲(chǔ)了本套系統(tǒng)的序列號(hào)、 注冊(cè)及加密方法等信息。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2-3： 單 片 機(jī) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)紅外發(fā)送 紅外接收軟件看門狗 圖2-3 紅外鑰匙結(jié)構(gòu)框圖 紅外鑰匙采用軟件編碼方式，取代傳統(tǒng)的專用芯片編碼。在待機(jī)狀態(tài)下，整個(gè)紅外 鑰匙系統(tǒng)工作在完全掉電方式，當(dāng)有鍵盤按下，系統(tǒng)上電工作，發(fā)射一個(gè)信息給主機(jī)， 然后接收了主機(jī)發(fā)過來(lái)的隨機(jī)密碼信息，再將接收到的休息加密經(jīng)紅外線調(diào)制后發(fā)射出 去。 2.3 紅外遙控門鎖（主機(jī)）組成及工作原理 紅外遙控門鎖是整套系統(tǒng)的主控部分，其內(nèi)部包含了本套系統(tǒng)的序列號(hào)及其識(shí)別方 法、注冊(cè)信息、隨機(jī)密碼的產(chǎn)生機(jī)制和解密從機(jī)密碼及郊驗(yàn)等信息

18、。其結(jié)構(gòu)框圖如圖 24： 單 片 機(jī) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 軟件看門狗 紅外發(fā)送紅外接收 顯示 開鎖驅(qū)動(dòng) 圖2-4 紅外遙控門鎖結(jié)構(gòu)框圖 待機(jī)狀態(tài)下，紅外遙控門鎖系統(tǒng)工作在完全掉電狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)除了實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路 和紅外檢測(cè)開關(guān)外，均不加電。當(dāng)有檢測(cè)到有紅外線時(shí)，打開電控開關(guān)，系統(tǒng)上電工作， 開始接收紅外線數(shù)據(jù)。收到信息后就產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)送給從機(jī)，當(dāng)接收到經(jīng)過從機(jī)將 發(fā)過去的隨機(jī)數(shù)與本套系統(tǒng)序列叫加密后的信息，就解密并檢驗(yàn)解密后的序列號(hào)是否正 5 確，否就繼續(xù)等待，是就通過。 2.4 紅外鑰匙（從機(jī)）與紅外遙控門鎖（主機(jī)）之間的通訊協(xié)議 第一步：從機(jī)：“我來(lái)了” ； 主機(jī)：“誰(shuí)啊”m1（隨機(jī)數(shù)） ； 第二

19、步：從機(jī)：m1 與序列號(hào)（一套鑰匙與鎖唯一且獨(dú)一的固定號(hào)碼，出廠時(shí)固加硬件上 的）加密后得到 n1,發(fā)數(shù) n1； 主機(jī)：n1 與 m1 解密后得到序列號(hào)，比較序列號(hào)是否相同，不同繼續(xù)等待握手， 相同時(shí)，發(fā)送“密碼”m2（隨機(jī)數(shù)） ； 第三步：從機(jī)：m2 與密碼加密后得到 n2,發(fā)送 n2； 主機(jī)：n2 與 m2 解密后得到密碼，密碼相同則繼續(xù)，不同繼續(xù)等待握手，相同 時(shí)發(fā)送“新的密碼”新的密碼； 第四步：從機(jī)：保存密碼，將密碼再返回給主機(jī)； 主機(jī)：密碼對(duì)了，發(fā)送“結(jié)束” ，開鎖；不對(duì)，再發(fā)送密碼； 從機(jī)：結(jié)束。 注冊(cè)協(xié)議： 第一步：同上； 第二步：不同時(shí)同上；相同時(shí)，發(fā)送“注冊(cè)啦”密碼； 第三

20、步：從機(jī)：保存密碼，將密碼返回給主機(jī)； 主機(jī)：密碼對(duì)了，注冊(cè)完畢，發(fā)送“結(jié)束 ” ，不對(duì)重發(fā)。 6 第三章第三章 方案選擇和論證方案選擇和論證 3.1 紅外編碼和發(fā)射模塊 方案一：專用芯片解決方案。 專用紅外編碼芯片種類很多，如日本三菱公司的 m50426ap、pt2262、bl9148、zd6631等，此類芯片一般集載波振蕩、編碼、發(fā)射于一體， 具有很強(qiáng)的抗干擾能力，外圍電路簡(jiǎn)單，使用很方便，而且價(jià)格也很低。通用的遙控器 上大多使用此類專用芯片。 但是，專用芯片也有致命的弱點(diǎn)：專用芯片的應(yīng)用靈活性很差，其內(nèi)部編碼已經(jīng)固 定，無(wú)法修改內(nèi)部數(shù)據(jù)，不適用于經(jīng)常需要改動(dòng)傳送數(shù)據(jù)的場(chǎng)合；專用芯片幾乎都

21、是面 向指令型的編碼遙控方式，傳輸效率較低；大多數(shù)的專用芯片的內(nèi)部編碼及技術(shù)數(shù)據(jù)已 經(jīng)公諸于世，會(huì)產(chǎn)生安全漏洞。 方案二：微處理器與專用芯片組合解決方案，見圖3-1。 圖3-1 pt2262紅外編碼發(fā)射電路 該方案由微處理器與專用編碼芯片pt2262組合完成編碼工作，載波產(chǎn)生由mc4011與 38khz晶振一起構(gòu)成，振蕩產(chǎn)生38khz方波。 pt2262的功能是讓待發(fā)射數(shù)據(jù)以6位為一體的方式并行發(fā)出。pt2262把6位并行數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，減輕編程負(fù)擔(dān)，使傳輸速度更快。pt2262的a6/d0a11/d5共6個(gè)復(fù)用 端口全部用作數(shù)據(jù)口，則pt2262自動(dòng)把微處理器送出的6位數(shù)據(jù)變成串行數(shù)據(jù)

22、從dout口 7 發(fā)出。 該方案可由微處理器任意制定密碼位數(shù)、編碼解碼算法和同步信號(hào)，大大提高了數(shù) 據(jù)保密度。其缺點(diǎn)是由于使用了pt2262，增加了硬件成本和電路復(fù)雜性。 方案三：微處理器單獨(dú)解決方案。電路如圖4-2所示。 1k r4 rpot q2 2n3906 q1 2n3906 vccds3 led0 pl2tx 2k r3 res1 2k r7 res1 圖3-2 軟件編碼發(fā)射電路 該方案使用微處理器的i/o口直接產(chǎn)生38khz已調(diào)波，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管，發(fā)射紅 外數(shù)據(jù)。38khz方波由cpu的定時(shí)器產(chǎn)生或由軟件編程產(chǎn)生。 紅外編碼工作由軟件完成，因此，紅外編碼方案可以任意設(shè)計(jì)，外部只

23、需配接非常 簡(jiǎn)單的硬件電路，大大降低了了電路的復(fù)雜性，有利于降低成本，減小遙控器的體積。 由于使用軟件編碼方案，占用了cpu的一定的時(shí)間，cpu處理速度 受到一定的影響， 但是，對(duì)于遙控器這一類功能比較單一的系統(tǒng)來(lái)說，處理任務(wù)比較少，根本影響不了 cpu的處理效率，僅僅是增加了軟件編程的負(fù)擔(dān)。 經(jīng)比較，方案三既可滿足題目要求，電路又非常簡(jiǎn)單，硬件成本又很低，僅僅是增 加了軟件的編程負(fù)擔(dān)，使得紅外編碼非常靈活，所以采用該方案。 3.2 紅外解碼和接收模塊 方案一：分立元件解決方案，電路如圖3-3所示。 圖中rd1為紅外接收管；r3、r4，vt1構(gòu)成反相放大器；vt2、r5、c2構(gòu)成濾波器， 濾掉

24、38khz的高頻載波；r6、r7、vt3構(gòu)成整形電路， 8 圖3-3 低電壓紅外接收電路 將濾波后的波形處理為較好的方波；c1、c3為耦合電容；r2為限流電阻，當(dāng)接收到 較強(qiáng)的信號(hào)是保護(hù)vt1。 該方案最大的優(yōu)點(diǎn)是供電電壓比較低，可用兩節(jié)電池3v電壓供電。 但是，由于電路使用分立元件構(gòu)成，其穩(wěn)定性和抗干擾能力不高，影響紅外數(shù)據(jù)傳 輸?shù)臏?zhǔn)確性。 方案二：集成電路解決方案，電路如圖3-4所示。 該方案使用一體化紅外接收器，集紅外接收和放大于一體，不需任何外接元件，就 能完成從紅外接收到輸出與ttl電平兼容的所有工作，而體積和普通的塑封三極管大小 一樣。 1 2 3 p3 一一 一一一 vcc rx

25、 10k r10 res1 圖3-4 tl1838接收電路 tl1838一體化接收頭的簡(jiǎn)介： tl1838的管腳分布如圖4-5所示，2腳、3腳分別為地電源和地，1腳是解調(diào)信號(hào)輸出， 其電平與ttl兼容。tl1838系列特性如下： 38khz 寬電壓一體紅外接收頭 9 作電壓：2.75.5v 工作電流：1.4ma 距離：15m 頻率：38k 角度：45 波長(zhǎng)：940nm 鐵殼：有 tl1838是黑色環(huán)氧聚光透鏡，濾除了可見光的干擾。內(nèi)含紅外線pin接收管、選頻 放大器和解調(diào)器。 當(dāng)紅外線發(fā)射器發(fā)出的信號(hào)經(jīng)空間傳送到tl1838時(shí)，它內(nèi)部的pin紅外線接收管將 紅外線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)選頻放大

26、、解調(diào)后由1腳輸出與ttl電平兼容的電信號(hào)， 該信號(hào)可以直接送入微處理器進(jìn)行處理。 tl1838的輸出波形如圖3-6所示。當(dāng)接收到頻帶內(nèi)的紅外信號(hào)時(shí)，tl1838接收器會(huì) 輸出低電平，否則數(shù)據(jù)高電平，從而“將時(shí)斷時(shí)續(xù)”的紅外信號(hào)解調(diào)成原來(lái)的連續(xù)方波 信號(hào)。 圖3-6 (a) 已調(diào)制紅外信號(hào) (b) tl1838輸出信號(hào) tl1838的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好，抗干擾能力很強(qiáng)，外圍電路非常簡(jiǎn)潔，成本又不高，適 用于各種紅外遙控和紅外數(shù)據(jù)傳輸，是替代其它紅外接收放大器的理想元件。而且它的 10 工作電壓是2.75.5v，有效傳輸距離為15m,是一款性價(jià)比很高的紅外一體化接收頭。 經(jīng)比較，方案二既可滿足題目要

27、求，電路又非常簡(jiǎn)單，硬件成本又很低，通過軟件 編程，使得紅外編碼非常靈活，所以采用該方案。 3.3 紅外鑰匙（從機(jī)）子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)紅外遙鑰匙（從機(jī)）的功能需求和總體設(shè)計(jì)方案，建立紅外鑰匙（從機(jī)）的邏 輯框圖，如圖3-7所示。 紅外遙控器（鑰匙）的硬件特點(diǎn)： 硬件以美國(guó)atmel公司的at89c2051為控制核心，dip-20封裝，體積小，功能齊全， 工作電壓范圍2.7v6v；（考慮到價(jià)格等因素，實(shí)驗(yàn)用at89s52） 設(shè)置電壓監(jiān)控功能，當(dāng)電源電壓低于2.75v時(shí)，產(chǎn)生一下下降沿脈沖，向單片機(jī)申請(qǐng) 電壓低中斷； 低功耗控制電路管理整個(gè)系統(tǒng)的電源，待機(jī)狀態(tài)下，低功耗控制電路關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng) 的電源，

28、系統(tǒng)功耗幾乎為零； at24c01 紅外接收 紅外發(fā)送 開關(guān)按鍵 看門狗 5v 電 源 圖3-7 紅外遙控器邏輯框圖 3.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì) 由于紅外鑰匙（從機(jī)）大部分時(shí)間工作的掉電狀態(tài)下，因此，有必要對(duì)紅外鑰匙 （從機(jī)）正常工作所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，例如紅外鑰匙（從機(jī)）本身的序列號(hào)和加密程 序，由于實(shí)驗(yàn)所有的單片機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)空間有限，所以本設(shè)計(jì)采用了串行eeprom at24c02， 電路原理圖如圖3-8所示。 11 圖3-8 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路 紅外鑰匙（從機(jī)）的加密程序和主機(jī)產(chǎn)生的密碼存放在 at24c02 中，當(dāng)需要更改或 讀取密碼時(shí)，只需對(duì) at24c02 里的數(shù)據(jù)更改或讀取。該電路要注意的是

29、 scl、sda 必須 加上一上拉電阻，阻值為 10k。 3.4.1at24c01 芯片介紹： at24c01 是美國(guó) atmel 公司生產(chǎn)的 i 2c 串行 e2prom。它為可用電擦除、可編程只讀 存儲(chǔ)器，自定時(shí)寫周期，包括自動(dòng)擦除時(shí)間不超過 10ms，典型時(shí)間為 5ms。芯片 2.7v 至 6v 的工作電壓，可擦寫 100 萬(wàn)次，數(shù)據(jù)保存可長(zhǎng)達(dá) 100 年， 提供 8 腳 dip 和 soic 封裝。at24c01 允許在一個(gè)寫周期內(nèi)同時(shí)對(duì) 1 字節(jié)到 1 頁(yè)的若干字節(jié)進(jìn)行編程寫入，一 頁(yè)的大小取決于芯片內(nèi)寄存器的大小。 3.4.1.1 管腳介紹： wp：寫保護(hù)。將該管腳接 vcc，e

30、2prom 就實(shí)現(xiàn)寫保護(hù)（只讀） 。將該管腳接地或懸空， 可以對(duì)器件進(jìn)行讀寫操作 scl：串行時(shí)鐘腳串行輸入輸出數(shù)據(jù)時(shí)，該腳用于輸入時(shí)鐘。 sda：串行數(shù)據(jù)/地址輸入腳雙向串行數(shù)據(jù)/地址腳，用來(lái)輸入輸出數(shù)據(jù)。該腳為射 （漏）極開路輸出，需接上拉電阻。 a0a1a2：片選或頁(yè)選地址輸入。用于芯片尋址。at24c01 內(nèi)部無(wú)連接。 3.4.1.2 器件地址的約定： 主器件在發(fā)送啟動(dòng)命令后開始傳送，主器件發(fā)送相應(yīng)的從器件的地址，8 位從器件 地址的高 4 位固定為 1010。接下來(lái)的 3 位（見圖 4-11）用來(lái)定義存儲(chǔ)器的地址，對(duì)于 12 at24c02 位無(wú)意義。最后一位為讀寫控制位。 “1”表

31、示讀操作， “0”表示寫操作。 圖 3-9 at24c01 從器件尋址 3.4.1.3 應(yīng)答信號(hào) 每次數(shù)據(jù)傳送成功后，接收器件發(fā)送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。當(dāng)?shù)诰艂€(gè)時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，接 收器件將 sda 下拉為低，通知已經(jīng)接收到 8 位數(shù)據(jù)。at24c02 應(yīng)答時(shí)序如圖-10 所示 圖 3-10 at24c01 應(yīng)答時(shí)序 3.4.1.4 at24c02寫操作 字節(jié)寫 在字節(jié)寫模式下，主器件發(fā)送起始命令和從器件地址信息給從器件。在從器件響應(yīng) 應(yīng)答信號(hào)后，主器件將要寫入數(shù)據(jù)的地址發(fā)送到at24c01的地址指針，主器件在收到從 器件的應(yīng)答信號(hào)后，再送數(shù)據(jù)到相應(yīng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)地址。at24c01再響應(yīng)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)， 主

32、器件產(chǎn)生一個(gè)停止信號(hào)；然后，at24c01啟動(dòng)內(nèi)部寫周期。at24c01字節(jié)寫時(shí)序如圖3- 11所示。 圖 3-11 at24c01 字節(jié)寫時(shí)序 頁(yè)寫操作時(shí)，最多可以一次向 at24c01 中寫入 8 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。在寫入命令后， 主器件發(fā)送 8 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，每傳送完一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后，at24c02 響應(yīng)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)， 13 尋址字節(jié)低位自動(dòng)加 1，而高位保持不變。 如果主器件在發(fā)送停止信號(hào)前發(fā)送的字節(jié)數(shù) 超過 8 個(gè)，先前寫入的數(shù)據(jù)被自動(dòng)覆蓋。接收到 8 字節(jié)數(shù)據(jù)后和主器件發(fā)送的停止信號(hào) 后，at24c01 啟動(dòng)內(nèi)部寫周期將數(shù)據(jù)寫到數(shù)據(jù)區(qū)。頁(yè)寫時(shí)序如圖 3-11 所示。 圖3-11 at24

33、c02頁(yè)寫時(shí)序 3.4.1.5 讀操作 對(duì) at24c02 讀操作的初始化和寫操作時(shí)一樣，僅把 r/w 位置為 1，有三種讀操作 方式：立即地址讀；選擇地址讀；立即/選擇地址連續(xù)讀。 立即地址讀： at24c01 的地址計(jì)數(shù)器內(nèi)容為最后操作字節(jié)的地址加 1。如果 n=e（at24c01 中 e=255） ，則寄存器將會(huì)翻轉(zhuǎn)到地址 0 繼續(xù)輸出數(shù)據(jù)，在 at24c01 接收到從機(jī)地址以后 （r/w=1） ，它首先發(fā)送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，然后發(fā)送 8 位一字節(jié)的數(shù)據(jù)。主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)停止 信號(hào)。at24c02 立即地址讀時(shí)序如圖 3-12 所示。 圖3-12 at24c01立即地址讀時(shí)序 選擇地址讀 選擇/

34、隨機(jī)讀操作允許主機(jī)對(duì)寄存器的任意字節(jié)進(jìn)行讀操作。主機(jī)首先進(jìn)行一次空 寫操作，發(fā)送起始條件、從機(jī)地址和它想讀取的字節(jié)數(shù)據(jù)的地址，在 at24c01 應(yīng)答以后， 主機(jī)重新發(fā)送起始條件位和從機(jī)地址位 ，此時(shí) r/w 置為“1” 。 at24c01 響應(yīng)并發(fā)送應(yīng) 答信號(hào)然后輸出要求的 8 位字節(jié)數(shù)據(jù)。主機(jī)不發(fā)送信號(hào)應(yīng)答，但是產(chǎn)生一個(gè)停止位。 14 at24c01 選擇地址讀如圖 3-13 所示。 圖 3-13 at24c01 選擇地址讀 連續(xù)讀 在連續(xù)讀方式中，首先執(zhí)行立即讀或選擇字節(jié)讀操作。在 at24c01 發(fā)送完 8 位一 字節(jié)數(shù)據(jù)后，主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號(hào)來(lái)響應(yīng)，告知 at24c01 主機(jī)要求更

35、多的數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng) 每個(gè)主機(jī)產(chǎn)生的應(yīng)答信號(hào) at24c01 將發(fā)送一個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)字節(jié)。當(dāng)主機(jī)發(fā)送非應(yīng)答信號(hào) 時(shí)結(jié)束讀操作，然后主機(jī)發(fā)送一個(gè)停止信號(hào)。 從 at24c01 輸出的數(shù)據(jù)按順序輸出，由 n 到 n+1。讀操作時(shí)的地址計(jì)數(shù)器在 at24c01 整個(gè)寄存器區(qū)域增加，這樣整個(gè)寄存器區(qū)域可在一個(gè)讀操作內(nèi)全部讀出。當(dāng)超過 e（對(duì) 于 24c01, e=255）字節(jié)數(shù)據(jù)被讀出時(shí)，計(jì)數(shù)器將循環(huán)計(jì)數(shù)繼續(xù)輸出數(shù)據(jù)。連續(xù)讀時(shí)序如 圖 3-14 所示。 圖3-14 at24c01連續(xù)讀時(shí)序 3.5 紅外遙控門鎖子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)紅外遙控門鎖的功能需求和總體設(shè)計(jì)方案，建立紅外遙控門鎖的邏輯框圖，如圖 3-15

36、 所示。 15 圖315 紅外遙控門鎖邏輯框圖 紅外遙控門鎖硬件特點(diǎn)： 紅外遙控門鎖以美國(guó)atmel公司的at89s52為控制核心，dip-40封裝，功能齊全， 工作電壓范圍2.7v6v； 低功耗控制電路管理整個(gè)系統(tǒng)的電源，待機(jī)狀態(tài)下，低功耗控制電路關(guān)閉整個(gè) 系統(tǒng)的電源，僅向紅外開關(guān)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘供電， 功耗只有幾十微安； 紅外開關(guān)是低功耗控制電路的啟動(dòng)控制開關(guān)，當(dāng)有紅外線進(jìn)入有效區(qū)域，紅外 開關(guān)動(dòng)作，低功耗控制電路打開電控開關(guān)，向系統(tǒng)供電，操作完畢，系統(tǒng)掉電； 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)由串行的e 2prom實(shí)現(xiàn)； 351 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì) 紅外遙控門鎖子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊與紅外鑰匙（從機(jī)）子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

37、設(shè)計(jì)在硬件上基本相同。電路參見下面的電路總圖。 352 紅外接收模塊設(shè)計(jì) 紅外遙控門鎖子系統(tǒng)的紅外接收模塊采用一體化的紅外接收集成電路，具體設(shè)計(jì) 在方案比較部分已做詳細(xì)的論述，在此不再贅述。 16 353 紅外發(fā)射模塊設(shè)計(jì) 紅外遙控門鎖子系統(tǒng)的紅外發(fā)射模塊與紅外鑰匙（從機(jī)）的發(fā)射模塊幾乎相同， 具體設(shè)計(jì)在方案比較部分已做詳細(xì)的論述，在此不再贅述。 354 開鎖驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) 鎖體部分使用技術(shù)成熟的電驅(qū)動(dòng)鎖，本設(shè)計(jì)沒有涉及到，僅給出開關(guān)量輸出接口。 355 工作指示模塊設(shè)計(jì) 本模塊使用了發(fā)光二極管指示工作狀態(tài)，包括開鎖成功指示和鑰匙注冊(cè)指示。 3.6 紅外遙控電子密碼鎖的總體原理圖和 pcb 板圖

38、設(shè)計(jì) 系統(tǒng)以單片機(jī) at89s52 作為控制中心，完成四方面的功能：紅外信號(hào)的發(fā)射和接收； 處理紅外傳輸信號(hào)，紅外信號(hào)的檢測(cè)；密碼的加密和解密；開鎖和注冊(cè)的顯示。 單片機(jī) at89s52 資源豐富，內(nèi)含一個(gè) 8 位的微處理器（cpu），8kb 的片內(nèi)程序存儲(chǔ) 器 rom（read only memory），256b 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ram（random access memory）， 四個(gè) 8 位并行 i/o 接口 p0p3，三個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，五個(gè)中斷源，一個(gè)全雙工通用異步 接收發(fā)送器 uart（universal asynchronous receiver transmitter），有片內(nèi)

39、震蕩器 和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，內(nèi)部晶振 11.0592m，內(nèi)置看門狗定時(shí)器 wdt（watch dog timer）和 在系統(tǒng)編程 isp（in system program） 6 .50。 單片機(jī)接收從傳感器檢測(cè)電路輸入的邏輯信號(hào)和脈沖信號(hào)，并將輸入的信號(hào)進(jìn)行處 理運(yùn)算，以控制電流或控制電壓的形式輸出給被控制的單元電路，完成各項(xiàng)任務(wù)的要求。 為了方便單片機(jī)引腳的使用，將單片機(jī)所有 i/o 口引腳用接口引出。在實(shí)際應(yīng)用中，串 行通信與單片機(jī)控制電路密切相關(guān)，因此把串行通信與單片機(jī)控制電路聯(lián)合一起組成單 片機(jī)最小系統(tǒng)，電路如圖 316319 所示。電路設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到器件對(duì)電源噪聲很 敏感，因此 vcc

40、 必須要對(duì)地加去耦電容 c2 和 c3（從機(jī)只加 c2）。 紅外鑰匙（從機(jī)）總體電路原理圖： 17 p1.0/t2 1 p1.1/t2ex 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst 9 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.6/wr 16 p3.7/rd 17 xtal2 18 xtal1 19 vss 20 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.

41、5/a13 26 p2.6/a14 27 p2.7/a15 28 psen 29 ale/prog 30 ea/vpp 31 p0.7/ad7 32 p0.6/ad6 33 p0.5/ad5 34 p0.4/ad4 35 p0.3/ad3 36 p0.2/ad2 37 p0.1/ad1 38 p0.0/ad0 39 vcc 40 u1 at89s52 vcc vcc 1 2 3 p4 一一 一一一一一一 1k r4 rpot q1 2n3906 q2 2n3906 vcc ds1 led0 pl1 pl1 33pf c1 cap 33pf c3 cap 12 y1 12mhz 200 r2 r

42、es1 s1 sw-pb 22uf c4 cap pol2 1k r1 res1 vcc txtx vcc rx rx 1 2 p1 一一 vcc 12 34 56 78 910 p2 header 5x2 mosi rst miso vcc sck rst mosi miso sck e0 1 e1 2 e2 3 gnd 4 sda 5 scl 6 mode 7 vcc 8 u2 st24c01rb5 2k r3 res1 vcc t0 t0 s2 sw-pb 100pf c2 cap pol1 1 2 3 4 p3 一一一一 rx tx vcc 2k r5 res1 10k r6 res1

43、 2k r8 res12k r7 res1 pcb板圖（元件位置示意圖）： pcb制板圖： 18 紅外遙控門鎖（主機(jī)）電路原理圖： ds1 led0 ds2 led0 1k r5 res1 1k r6 res1 p1.0/t2 1 p1.1/t2ex 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst 9 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.6/wr 16 p3.7/rd 17 xtal2 18 xtal1 19 vss 20 p2.0/

44、a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 p2.7/a15 28 psen 29 ale/prog 30 ea/vpp 31 p0.7/ad7 32 p0.6/ad6 33 p0.5/ad5 34 p0.4/ad4 35 p0.3/ad3 36 p0.2/ad2 37 p0.1/ad1 38 p0.0/ad0 39 vcc 40 u1 at89s52 1 2 3 p3 一一 一一一 vcc vcc 1k r4 rpot q2 2n3906 q1 2n3906 vcc vcc ds3

45、led0 s3 sw-pb 1 2 3 4 5 6 7 8 9 p2 res pl2 pl2 33pf c1 cap 33pf c4 cap 12 y1 12mhz 200 r2 res1 s2 sw-pb 22uf c5 cap pol2 1k r1 res1 vcc vcc rx rx txtx 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 s1 sw dip-8 1 2 p1 一一 vcc 12 34 56 78 910 p4 header 5x2 mosi rst miso vcc sck sck miso mosi rst e0 1 e1 2 e2 3

46、 gnd 4 sda 5 scl 6 mode 7 vcc 8 u2 st24c01rb5 t0 2kr3 res1 vcc t1 t0 t1 100uf c2 cap 1 2 3 4 p5 header 4 tx rx vcc 10pf c3 cap 2k r7 res1 1k r9 res1 1k r8 res1 10k r10 res1 pcb 板圖（元件位置示意圖）： 19 pcb 制板圖： 3.7 電路的仿真 3.7.1proteus isis 軟件簡(jiǎn)介： proteus isis 是英國(guó) labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于 windows 操作系統(tǒng)上，可

47、以仿真、分析(spice)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn) 20 是：實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和 spice 電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、 單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、rs232 動(dòng)態(tài)仿真、i2c 調(diào)試器、spi 調(diào)試器、鍵 盤和 lcd 系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。 支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000 系列、8051 系列、 avr 系列、pic12 系列、pic16 系列、pic18 系列、z80 系列、hc11 系列以及各種外圍芯 片。提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試

48、功能， 同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有 這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 keil c51 uvision2 等軟件。 具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和 spice 分析于一身的仿真 軟件，功能極其強(qiáng)大。本章介紹 proteus isis 軟件的工作環(huán)境和一些基本操作。 3.7.2 紅外電子密碼鎖電路的仿真 利用 proteus isis 和 keil c51 uvision2 互聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的仿真（為了簡(jiǎn)便，而 且只是驗(yàn)證方案的可實(shí)性，所以沒加上紅外模塊）： 21 第四章第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.

49、1 keil uvision 2 軟件簡(jiǎn)介 keil c51 是美國(guó) keil software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) c 語(yǔ)言軟件開發(fā)系 統(tǒng)，與匯編相比，c 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而 易學(xué)易用。用過匯編語(yǔ)言后再使用 c 來(lái)開發(fā)，體會(huì)更加深刻。 keil c51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 windows 界面。 另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 keil c51 生成的目 標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí) 更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。 c51 工具包的整體

50、結(jié)構(gòu)，其中 uvision 與 ishell 分別是 c51 for windows 和 for dos 的集成開發(fā)環(huán)境(ide)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。 開發(fā)人員可用 ide 本身或其它編輯器編輯 c 或匯編源文件。然后分別由 c51 及 a51 編譯 器編譯生成目標(biāo)文件(.obj)。目標(biāo)文件可由 lib51 創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一 起經(jīng) l51 連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.abs)。abs 文件由 oh51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 hex 文件， 以供調(diào)試器 dscope51 或 tscope51 使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目 標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，

51、也可以直接寫入程序存貯器如 eprom 中。 4.2 系統(tǒng)功能子程序 4.2.1 數(shù)據(jù)讀寫模塊 模塊名：24cxx,其讀取和寫入方框圖如 41、42 所示。 22 4.2.2 紅外數(shù)據(jù)發(fā)射模塊設(shè)計(jì) 將待發(fā)射數(shù)據(jù)緩沖區(qū)指定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)以紅外線為載波發(fā)射出去。每次發(fā)送一幀數(shù)據(jù)。 其模塊框圖如圖 43 所示。 紅外遙控系統(tǒng)通信協(xié)議： 本系統(tǒng)制定了嚴(yán)格的紅外數(shù)據(jù)通信協(xié)議。 數(shù)據(jù)的發(fā)射和接收以數(shù)據(jù)包的形式進(jìn)行，數(shù)據(jù)包的開始為起始標(biāo)志 stx，隨后為數(shù) 據(jù)塊的長(zhǎng)度、和數(shù)據(jù)塊內(nèi)容，最后為校驗(yàn)碼及數(shù)據(jù)包結(jié)束標(biāo)志 ext。stx 和 etx 分別規(guī) 定為 ascii 字符的 02h 和 03h，其余各項(xiàng)均用 as

52、cii 字符表示。數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度和校驗(yàn)碼各 占 2 個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)塊最大長(zhǎng)度為 32 個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容為發(fā)送者身份標(biāo)識(shí)、指令、 和數(shù)據(jù)，發(fā)送者身份標(biāo)識(shí)和指令各占 1 個(gè)字節(jié)，用 ascii 字符表示，具體參見各個(gè)子系 統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述。 圖4-2 數(shù)據(jù)寫入模塊框圖圖4-1 數(shù)據(jù)讀取模塊框圖 23 圖4-3 紅外數(shù)據(jù)發(fā)射模塊框圖 4.2.3 紅外數(shù)據(jù)接收模塊 紅外數(shù)據(jù)接收原理： 接收部分由單片機(jī) at89s52 的中斷 into、定時(shí)器 t0 及紅外數(shù)據(jù)接收模塊構(gòu)成一個(gè) 紅外遙控接收器。定時(shí)器用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)脈沖串之間的時(shí)間間隔，設(shè)定工作于方式 1，定 時(shí)常數(shù)為零，每次啟動(dòng)測(cè)量前，定時(shí)器均清零。中斷

53、int0 由紅外接收電路輸出的負(fù)脈 沖觸發(fā)，單片機(jī)響應(yīng)中斷后啟動(dòng)定時(shí)器 t0?？紤]到發(fā)射器和接收器中斷響應(yīng)的延遲以及 24 接收器信號(hào)接收延遲的影響，接收器允許脈沖的間隔最大誤差為 100us，即二進(jìn)制數(shù)位 “0”的脈沖串有效間隔范圍為 400us600us，即二進(jìn)制數(shù)位“1”的脈沖串有效間隔范 圍為 900us1100us，不在此范圍內(nèi)的脈沖串被認(rèn)為是干擾信號(hào)或誤碼。 接收器以幀為單位進(jìn)行接收數(shù)據(jù)。當(dāng)紅外接收電路收到頻帶內(nèi)信號(hào)時(shí)輸出一個(gè)負(fù)脈 沖并觸發(fā) int0，單片機(jī)響應(yīng)中斷，先清零定時(shí)器 t0，啟動(dòng)定時(shí)器 t0 定時(shí)，收到第二個(gè) 脈沖時(shí)，讀出定時(shí)器 t0 的計(jì)數(shù)值并計(jì)算該脈沖信號(hào)與前一個(gè)脈

54、沖信號(hào)之間的時(shí)間間隔， 如為 500us，則收到一個(gè)二進(jìn)制數(shù)“0” ，即起始位，否則繼續(xù)搜索起始位。起始位正確 后開始接收數(shù)據(jù)位，在以后 8 個(gè)脈沖中，間隔為 500us 的脈沖是二進(jìn)制數(shù)“0” ，間隔為 1000us 的脈沖是二進(jìn)制數(shù)“1” ，否則認(rèn)為是幀錯(cuò)誤。收到 8 個(gè)數(shù)據(jù)后接收第一個(gè)停止位 （必須是二進(jìn)制數(shù)“1” ，否則認(rèn)為是幀錯(cuò)誤） 。收完第一個(gè)停止位（第二個(gè)停止位是用 來(lái)觸發(fā)中斷檢測(cè)前一脈沖是否為第一個(gè)停止位） ，如停止位正確且已成功接收 1 個(gè)起始 位 8 個(gè)數(shù)據(jù)位、1 個(gè)停止位，則數(shù)據(jù)幀正確，保存數(shù)據(jù)，準(zhǔn)備接收下一個(gè)數(shù)據(jù)幀，否則 接收錯(cuò)誤，復(fù)位定時(shí)器，重新檢測(cè)起始位。 在數(shù)據(jù)接

55、收過程中，如果發(fā)現(xiàn)相鄰的兩個(gè)脈沖的間隔不在允許的范圍內(nèi)，則認(rèn)為數(shù)據(jù) 位有錯(cuò)誤，此時(shí)將按接收幀錯(cuò)誤處理 紅外數(shù)據(jù)接收模塊框圖如圖 44 所示。 25 圖 44 紅外數(shù)據(jù)接收框圖 4.2.4 紅外鑰匙（從機(jī)）子系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)紅外鑰匙（從機(jī)）子系統(tǒng)的功能需求分析，以及紅外鑰匙（從機(jī)）子系統(tǒng)的硬 件電路，設(shè)計(jì)紅外鑰匙（從機(jī)）子系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)圖，如圖 4-4 所示。 26 紅外鑰匙（從 機(jī)）子系統(tǒng) 軟件看門狗 遙控開鎖 紅外發(fā)射 紅外接收 加密 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 注冊(cè) 圖 4-5 紅外鑰匙（從機(jī)）子系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖 4.2.5 紅外遙控門鎖（主機(jī)）子系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)紅外遙控門鎖（主機(jī)）子系統(tǒng)的功能需

56、求分析，以及紅外遙控門鎖子系統(tǒng)的硬 件電路，設(shè)計(jì)紅外遙控門鎖子系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)圖，如圖 4-5 所示。 紅外遙控門鎖 （主機(jī)）子系 統(tǒng) 軟件看門狗 紅外發(fā)射 紅外接收數(shù)據(jù)校驗(yàn) 開鎖、注冊(cè) 顯示 隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生 解密 圖 4-6 紅外遙控門鎖子系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖 4.2.6 紅外鑰匙（從機(jī)）主程序框圖 27 n y n n n y y y 開始 系統(tǒng)喚醒上電 系統(tǒng)初始化 循環(huán)記事器賦初 紅外發(fā)射 延時(shí)等待接收 收到數(shù)據(jù)？ 信號(hào)加密 紅外發(fā)射 延時(shí)等待 收到數(shù)據(jù)？ 信號(hào)加密 紅外發(fā)射 延時(shí)等待 收到數(shù)據(jù)？ 信號(hào)加密 紅外發(fā)射 延時(shí)等待 收到數(shù)據(jù)？ 結(jié)束 系統(tǒng)掉電 圖4-7紅外鑰匙（從機(jī)）主程序框圖 28 4

57、.2.7 紅外遙控門鎖（主機(jī)）主程序框圖 n y y n y n y n n n y y y 開始 系統(tǒng)喚醒上電 系統(tǒng)初始化 延時(shí)等待接收完畢 收到數(shù)據(jù)？ 產(chǎn)生隨機(jī)碼 紅外發(fā)射 延時(shí)等待 收到數(shù)據(jù)？ 解密、數(shù)據(jù)檢驗(yàn) 產(chǎn)生隨機(jī)碼 m1 延時(shí)等待 收到數(shù)據(jù)？ 紅外發(fā)射 延時(shí)等待 收到數(shù)據(jù)？ 結(jié)束 系統(tǒng)掉電 數(shù)據(jù)是否正確？ 紅外發(fā)射 n y 紅外發(fā)射 延時(shí)等待 收到數(shù)據(jù)？ 解密、數(shù)據(jù)檢驗(yàn) 數(shù)據(jù)是否正確？ 產(chǎn)生隨機(jī)碼 m2 n解密、數(shù)據(jù)檢驗(yàn) 數(shù)據(jù)是否正確？ 開鎖 圖48外遙控門鎖主程序框圖 29 第五章第五章 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試 5.1 調(diào)試儀器 調(diào)試使用的儀器設(shè)備如表 51 所示。 表 51 調(diào)試使用

58、的儀器設(shè)備 序號(hào)名稱、型號(hào)、規(guī)格數(shù)量備注 1組裝兼容計(jì)算機(jī)1帶 2 個(gè) 9 針串口 2直流穩(wěn)壓電源25v 3萬(wàn)用表1- 4串口調(diào)試 usbisp 線1- 5keil c51 單片機(jī)編譯軟件美國(guó) keil software 公司 6proteus isis 仿真軟件英國(guó) labcenter 公司 7示波器1 - 5.2 整體調(diào)試 本裝置的調(diào)試主要分為硬件調(diào)試、軟件調(diào)試等兩大部分。 經(jīng)過初步的分析設(shè)計(jì)后，在制作硬件電路的同時(shí)，調(diào)試也在穿插進(jìn)行。這樣有利于 問題的分析和解決，不會(huì)造成問題的積累，而且不會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)小問題而進(jìn)行整體電路的 檢查，從而可以節(jié)約大量的調(diào)試時(shí)間。軟件編程中，我是首先完成單元功能

59、模塊的調(diào)試， 然后進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，整體上與硬件調(diào)試的方法差不多。聯(lián)機(jī)調(diào)試是最重要的一部分，同 時(shí)也是本裝置成功的關(guān)鍵。有許多新問題都不是很容易解決的。 5.3 硬件單元調(diào)試 5.3.1 紅外鑰匙（從機(jī)）調(diào)試 當(dāng)按鍵按下后，系統(tǒng)上電，確保單片機(jī)能夠自鎖電子開關(guān)，維持電子開關(guān)的導(dǎo)通， 系統(tǒng)正常供電。在紅外遙控器（鑰匙）軟件尚未編寫的情況下，首先模擬單片機(jī)的自鎖 操作，發(fā)現(xiàn)電子開關(guān)能自鎖，系統(tǒng)正常供電。考慮到按鍵操作時(shí)間一般為幾十毫秒到幾 秒，單片機(jī)復(fù)位時(shí)間僅為 200ms 左右，一般來(lái)得及輸出自鎖高電平。后來(lái)軟件編好以后， 30 發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)確實(shí)能正常上電工作。 5.3.2 紅外遙控門鎖（主機(jī)）調(diào)試 調(diào)

60、試時(shí)使用串口 usb-isp 線一步步監(jiān)控單片機(jī)的紅外反射和接收信號(hào)是否符合要求， 來(lái)進(jìn)一步地調(diào)整個(gè)別電路。紅外遙控門鎖的電路都是經(jīng)典電路，無(wú)須過多調(diào)試。 5.4 軟件調(diào)試 對(duì)于本系統(tǒng)而言，軟件程序所實(shí)現(xiàn)的功能比較多，所以軟件程序的調(diào)試顯得相當(dāng)?shù)?煩瑣。整個(gè)程序是使用 c 語(yǔ)言。 用 51 系列單片機(jī)的下載線將程序下載到單片機(jī)內(nèi)，用串口 usb 線來(lái)監(jiān)測(cè)發(fā)送和接 收的數(shù)據(jù)，對(duì)照著來(lái)修改程序。首先要保證每個(gè)模塊獨(dú)立能夠發(fā)送接收的數(shù)據(jù)均符合要 求，再來(lái)直接用線來(lái)連接從機(jī)和主機(jī)來(lái)測(cè)試單片機(jī)之間的串口通信協(xié)議是否正確，之后 再加上紅外發(fā)送和接收模塊來(lái)統(tǒng)一測(cè)試。 總結(jié)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，紅外通信只能工作于半雙工方