基于單片機的紅外遙控電子密碼鎖設(shè)計

1、摘 要紅外遙控電子密碼鎖是將紅外遙控技術(shù)和單片機技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合的一種電子設(shè)備。紅外電子密碼鎖能實現(xiàn)多種控制功能，有較好的市場發(fā)展?jié)摿Αａ槍鹘y(tǒng)的機械鎖的各種缺點和重要部門安全性需求，設(shè)計了一種紅外遙控電子密碼鎖，可以滿足安全方面的要求。密碼鎖電路主要由紅外線編碼電路、紅外線解碼開鎖電路、掉電保護(hù)電路、聲光提示報警電路、鍵盤及顯示電路等組成。系統(tǒng)能完成開鎖、出錯報警、超次鎖定、修改用戶密碼等基本功能，并且能實現(xiàn)遙控、掉電存儲等功能。關(guān)鍵詞 電子密碼鎖；紅外遙控；單片機；掉電保護(hù)AbstractThe electronic password lock is based on infrared re

2、mote control. It is the design of combining technical application of the micro-control unit with infrared remote control technology. A lot of functions are accomplished and it has good market perspective and the value of technical application. This electronic password lock not only meets safety requ

3、irements, but also be able to adapt to the needs in some special environment. The circuit of password lock consists of infra-red coding circuit, infrared decoder circuit, the protecting circuit of drop electricity, sound and light alarm circuit, the keyboards and display circuit. This system has the

4、 basic function of opening the lock, alarming the error prompt and modifying the password of the users as well as the function of remote control, protecting drop electricity and saving, the hint of sound and light etc. Key words Electronic password lock Infrared remote control Single chip microcupte

5、r Protecting of dropping electricity目 錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1電子密碼鎖的優(yōu)點11.2市場潛力1第2章 系統(tǒng)的設(shè)計方案22.1本系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)22.2設(shè)計方案的選擇22.3系統(tǒng)的控制與性能42.4 系統(tǒng)組成42.5 本章小結(jié)5第3章 系統(tǒng)的設(shè)計63.1 STC89C52單片機63.2單片機串行通信原理83.2.1串行通信83.2.2串行通信中I/O和數(shù)據(jù)傳送93.3紅外通信原理93.4硬件電路設(shè)計103.4.1紅外發(fā)射部分的設(shè)計103.4.2本機電路的設(shè)計113.5 本章小結(jié)14第4章 程序設(shè)計154.1模塊介紹154.2程序流程圖

6、154.3 本章小結(jié)16第5章 仿真結(jié)果分析175.1仿真軟件175.2紅外遙控電子密碼鎖仿真結(jié)果175.3紅外遙控電子密碼鎖的實物圖185.4本章小結(jié)20結(jié)論21參考文獻(xiàn)22致謝23附錄24第1章 緒論1.1電子密碼鎖的優(yōu)點電子密碼鎖是一種通過輸入密碼來控制電路或單片機工作，從而控制機械開關(guān)的閉合，完成開鎖、關(guān)鎖任務(wù)的電子產(chǎn)品。這樣使開鎖更加方便，更加安全。電子密碼鎖有以下優(yōu)點：1保密性好，編碼量多。隨機開鎖成功率幾乎為零。2密碼可變。 用戶可以經(jīng)常更改密碼，防止密碼被盜。3密碼保護(hù)。當(dāng)輸入密碼多次錯誤時，報警系統(tǒng)自動啟動。4遠(yuǎn)程控制，更加方便，更加安全。1.2市場潛力隨著人們生活水平的提高

7、，人們的財富不斷積累，如何實現(xiàn)家庭防盜這一問題也變的尤其的突出，傳統(tǒng)的機械鎖由于其構(gòu)造的簡單，被撬的事情已經(jīng)屢見不鮮，安全防盜已成為社會問題。而鎖自古以來就是把守門戶的，人們對它要求甚高，既要安全可靠地防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長期以來所致力的。目前國內(nèi)，大部分人使用的還是傳統(tǒng)的機械鎖。然而，眼下假冒偽劣的機械鎖泛濫嚴(yán)重。機械鎖的弊端為一種新型的鎖電子密碼鎖，提供了發(fā)展的空間。紅外線遙控電子密碼鎖是一種新型的現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，它涉及電子，機械，光學(xué)，計算機技術(shù)，通訊技術(shù)等新技術(shù)。它是解決重要部門出入口實現(xiàn)安全防范管理的有效措施，適用各種場合，如銀行、賓館、機房、軍械庫、機要室、辦公間、

8、智能化小區(qū)、工廠、家庭等場所。紅外遙控技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，通信技術(shù)，家用電器等多種領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用，更加受到了人們的矚目。本設(shè)計的紅外線遙控電子密碼鎖就是將紅外遙控技術(shù)和單片機應(yīng)用相結(jié)合的一種方案。它的特點是：抗干擾能力強，工作可靠，使用方便，具有較強的隱蔽性、保密性。 密碼鎖無需鑰匙，開啟方便。傳統(tǒng)的機械密碼鎖的位數(shù)低(3位數(shù)左右)、重碼率高、安全性差、開啟操作不便。電子式密碼鎖具有高位數(shù)組碼、按鈕式操作、安全 ，可靠等優(yōu)點，逐步取代機械密碼鎖。紅外遙控電子密碼鎖由于其保密性高，使用靈活性好，可近距離遙控，安全系數(shù)高。市場前景看好。第2章 系統(tǒng)的設(shè)計方案2.1本

9、系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)要求設(shè)計一個紅外遙控電子密碼鎖控制器1，能實現(xiàn)紅外遙控，修改密碼，顯示提示，開鎖聲光提示，出錯報警，超次鎖定等功能。2.2設(shè)計方案選擇(1)遙控器部分方案一：采用遙控專用芯片專用紅外編碼芯片種類很多，如日本三菱公司的M50426AP、PT2262、等，此類芯片一般集載波振蕩、編碼、發(fā)射于一體，具有很強的抗干擾能力，外圍電路簡單，使用很方便，而且價格也低廉。通用的遙控器上大多使用此類專用芯片，節(jié)約成本。但是，專用芯片也有致命的弱點：其一是專用芯片的應(yīng)用靈活性很差，其內(nèi)部編碼已經(jīng)固定，無法修改內(nèi)部數(shù)據(jù)，不適用于經(jīng)常需要改動傳送數(shù)據(jù)的場合；其二專用芯片幾乎都是面向指令型的編碼遙控方式，

10、傳輸效率較低；其三大多數(shù)的專用芯片的內(nèi)部編碼及技術(shù)數(shù)據(jù)已經(jīng)公開，會產(chǎn)生安全漏洞。方案二：采用單片機控制使用單片機的I/O口直接產(chǎn)生 38KHz已調(diào)波，驅(qū)動紅外發(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，外部只需配接非常簡單的硬件電路，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 的一定的時間，CPU處理速度受到一定的影響，但是，對于遙控器這一類功能比較單一的系統(tǒng)來說，處理任務(wù)比較少，根本影響不了 CPU 的處理效率。 顯然，方案二既可滿足題目要求，電路又非

11、常簡單，硬件成本又很低，只是增加了軟件的編程負(fù)擔(dān)，使得紅外編碼非常靈活，所以采用第二個方案。系統(tǒng)方框圖2-1所示4*4鍵盤顯示發(fā)射部分AT89S52單片機圖2-1 紅外遙控方框圖(2)本機部分方案一：采用數(shù)字電路控制2。該方案原理圖如圖2-2所示。圖2-2 數(shù)字密碼鎖電路方案采用數(shù)字密碼鎖電路的好處就是設(shè)計簡單。用以74LS112雙JK觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制部分，共設(shè)了9個用戶輸入鍵，其中只有4個是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，若按下干擾鍵。鍵盤輸入電路自動清零，原先輸入的密碼無效，需要重新輸入；如果用戶輸入密碼的時間超過40秒，電路將報警80秒，若電路連續(xù)報警三次

12、，電路將鎖定鍵盤5分鐘，防止他人的非法操作。電路由兩大部分組成：密碼鎖電路、備用電源(UPS)，其中設(shè)置UPS電源是為了防止因為停電造成的密碼鎖電路失效。密碼鎖電路包含：鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測、開鎖電路、執(zhí)行電路、報警電路、鍵盤輸入次數(shù)鎖定電路等。AT89S52單片機晶振AT24C08掉電存儲紅外接收模塊LCD顯示復(fù)位電磁鎖電路報警控制電路4*4鍵盤電路圖2-3 單片機控制方案方案二：用單片機控制。利用單片機靈活的編程設(shè)計、豐富的IO端口，及其控制的準(zhǔn)確性，不但能實現(xiàn)基本的密碼鎖功能，還能添加掉電存儲、聲光提示和遙控控制功能。故本設(shè)計采用第二種方案2.3 系統(tǒng)的控制與性能為了提高電子密碼

13、鎖的安全性和可靠性3，紅外遙控電子密碼鎖除了在器件選擇上采取措施外，在設(shè)計中還要求采用單片機技術(shù)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)以及紅外光學(xué)等技術(shù)。紅外遙控技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，通信技術(shù)，家用電器等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用，更是受到了世界的矚目。本設(shè)計的紅外線遙控電子密碼鎖就是將紅外遙控技術(shù)和單片機應(yīng)用相結(jié)合的一種方案。它的優(yōu)點是：抗干擾能力強，工作可靠，使用方便，具有較強的隱蔽性、保密性。 密碼鎖無需鑰匙，開啟方便，用途廣泛。傳統(tǒng)的機械密碼鎖的位數(shù)低(在3位數(shù)左右)、安全性差、開啟操作不便。電子式密碼鎖具有高位數(shù)組碼、按鈕式操作、安全 ，可靠等優(yōu)點，逐步取代機械密碼鎖。該設(shè)計

14、使用密碼控制技術(shù)，克服了傳統(tǒng)機械式密碼鎖具的缺陷，具有電子式密碼鎖具的特點。同時它的機件牢固，安全可靠，造價低廉，集機械式、電子式密碼鎖具的優(yōu)點為一體。2.4 系統(tǒng)組成電子密碼鎖在今天之所以能得以廣泛的應(yīng)用，與紅外線遙控技術(shù)和單片機技術(shù)密不可分的。當(dāng)按下遙控發(fā)射器上的按鍵時，發(fā)射器內(nèi)的編碼器輸出一組對應(yīng)的二進(jìn)制代碼（這是編碼過程），再將此二進(jìn)制代碼按一定格式調(diào)制到高頻載波上、加至紅外發(fā)光二極管上變成光信號發(fā)射出去。該信號被紅外接收二極管所接收變成電信號，經(jīng)放大，限幅檢波4等處理后送入微處理器。 微處理器是遙控電路的核心，同時又是各種合成電壓信號及開關(guān)控制信號的產(chǎn)生源，人們稱其為CPU。它包括只

15、讀存儲器（ROM）、隨機存?。ㄗx/寫）存儲器（RAM）及專用數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器等單元電路。微處理器對遙控送來的功能信號進(jìn)行譯碼、識別出控制種類和內(nèi)容，據(jù)此控制門的開或關(guān)。 接口電路介于CPU 與被控制電路之間。它的主要任務(wù)是CPU輸出的各種脈沖信號變?yōu)槟M電壓去控制相應(yīng)的電路，因此它的功能是完成數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換和電平轉(zhuǎn)換。 存儲器用來記憶或存儲各種控制參數(shù)，一般采用閃存，它所存儲的信息可長時間地保存下來，即使關(guān)閉電源，存儲的信息也不會丟失。 紅外遙控電子密碼鎖具的組成框圖如圖2-4所示，它也是以單片機為核心，配以相應(yīng)硬件電路，完成密碼的設(shè)置、存貯、識別和顯示、驅(qū)動電磁執(zhí)行器并檢測其驅(qū)動電流值、

16、接收傳感器送來的報警信號、發(fā)送數(shù)據(jù)等功能。單片機接收鍵入的代碼，并與存貯在閃存中的密碼進(jìn)行比較。若密碼正確，則密碼鎖打開；若密碼不正確，密碼鎖打不開。 AT89S52單片機4*4鍵盤電路報警控制電路電磁鎖電路復(fù)位晶振LCD顯示紅外接收模塊AT24C08掉電存儲紅外遙控器圖2-4 紅外遙控電子密碼鎖組成框圖2.5 本章小結(jié)本章簡要講述了紅外遙控電子密碼鎖的設(shè)計任務(wù)，提出了兩種方案并分別進(jìn)行了詳細(xì)的說明比較。通過對兩個方案的比較，選擇出最佳的設(shè)計方案作為最后的方案。最后，對最佳的設(shè)計方案進(jìn)行了分析，介紹了系統(tǒng)的組成，系統(tǒng)的控制特點與性能要求等。第3章 密碼鎖系統(tǒng)的設(shè)計3.1 STC89C52單片機

17、(1)主要性能與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容；8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0Hz33Hz；三級加密程序存儲器；32個可編程I/O口線；三個16位定時器/計數(shù)器；八個中斷源；全雙工UART串行通道；低功耗空閑和掉電模式；掉電后中斷可喚醒；看門狗定時器；雙數(shù)據(jù)指針；掉電標(biāo)識符。(2)功能特性描述STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有

18、8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。(3)STC89C52引

19、腳結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1 STC89C52引腳圖VCC ：電源GND ：地P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1 口：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作

20、為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號和其第二功能如下P1.0 T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1 T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.5 MOSI（系統(tǒng)編程用）P1.6 MISO（系統(tǒng)編程用）P1.7 SCK（系統(tǒng)編程用）P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對

21、P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高

22、，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為STC89C52特殊功能（第二功能）使用如下。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。引腳號 第二功能P3.0 RXD（串行輸入）P3.1 TXD（串行輸出）P3.2 INT0(外部中斷0)P3.3 INT1 (外部中斷1)P3.4 T0（定時器0外部輸入）P3.5 T1（定時器1外部輸入）P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)RST：復(fù)位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復(fù)位?？撮T狗計時完成后，RST 腳輸出

23、96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作將無效。這一位置 “1”，ALE 僅在執(zhí)行MOVX 或MOVC指令時有效。否則，ALE 將被微

24、弱拉高。這個ALE 使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。PSEN：外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng)STC89C52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。EA/VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出

25、端5。3.2 單片機串行通信原理3.2.1 串行通信在實際工作中，CPU與其外部設(shè)備之間常常要進(jìn)行信息的交換，一臺計算機與其他的計算機之間有時也要交換信息，所有這些信息交換均可稱為“通信”。 通信的基本方式可分為并行通信和串行通信兩種5，本設(shè)計選取串行通信，如圖3-2所示為串行通信的示意圖。而按照串行數(shù)據(jù)的傳送方式，串行通信可分為異步傳送和同步傳送兩種，本設(shè)計選取異步傳送方式。計算機計算機圖3-2 串行通信的示意圖異步傳輸方式中的每個字符由4個部分組成：起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位。一個字符由起始位開始，停止位結(jié)束。這4個部分組成異步傳輸中的一幀，即異步傳輸以幀為單位進(jìn)行。（1）起始位：

26、起始位為0信號，占用一位，用來通知接收設(shè)備的字符幀開始來到。線路上在不傳送字符時，應(yīng)保持為1。接收端不斷檢測線路的狀態(tài)，若連續(xù)為1以后又測到一個0，就知道是發(fā)出一個新的字符幀，馬上應(yīng)準(zhǔn)備接收。字符幀的起始位還被用來同步接收端的時鐘以保證以后的接收正確進(jìn)行。（2）數(shù)據(jù)位：起始位后面緊接著的就是數(shù)據(jù)位，它可以是5位、6 位、7位或8 位，由于串行通信的代價是與數(shù)據(jù)的位數(shù)成比例，所以要根據(jù)需要來確定數(shù)據(jù)的位數(shù)，本設(shè)計取8位數(shù)據(jù)，即一幀數(shù)據(jù)傳11位數(shù)據(jù)，其中1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位奇偶校驗位，1位停止位。發(fā)送時，總是最低位先傳送。（3）奇偶校驗位：位于數(shù)據(jù)之后，只占有一位。奇偶校驗位在信息發(fā)送中用

27、處很大，它可以用來檢驗信息傳送過程中是否有錯。它的狀態(tài)常由發(fā)送端的奇偶校驗電路自動根據(jù)發(fā)送字符中的“1”的個數(shù)來確定。本設(shè)計采用奇偶校驗，即在傳輸信息中，若“1”的個數(shù)為奇數(shù)，則奇偶校驗位為0。若“1”的個數(shù)為偶數(shù)，則奇偶校驗位為1。（4）停止位：用來表征一個字符的結(jié)束，高電位有效。接收端收到停止位時，就表明這一字符已接收完畢，同時，也為接收下一個字符幀做好準(zhǔn)備只要收到0 就是新的字符幀的起始位。3.2.2 串行通信中I/O 和數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)的串行轉(zhuǎn)換通常都是用硬件手段一種稱為通用異步接收器/發(fā)射器UART來實現(xiàn)的。硬件UART由3部分組成：接收部分、發(fā)送部分和控制部分。它既能進(jìn)行并行到串行和轉(zhuǎn)

28、換，又能進(jìn)行串行到并行的轉(zhuǎn)換。同時接收和發(fā)送都具有雙緩沖結(jié)構(gòu)。（1）接收部分接收時，由RXD送來的串行數(shù)據(jù)先進(jìn)入接收移位寄存器，變?yōu)椴⑿袛?shù)據(jù)后傳送給接收數(shù)據(jù)緩沖器，在控制信號的作用下，并行數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送給CPU。接收的關(guān)鍵問題是如何實現(xiàn)接收字符信息的再同步。在UART處于工作狀態(tài)時，接收部分始終檢測著RXD線，一旦發(fā)現(xiàn)線路上出現(xiàn)低電平信號，便開始一個字符數(shù)據(jù)的同步過程。UART使用外部時鐘 CLOCK 來同步接收的字符。（2）發(fā)射部分UART的發(fā)送過程由發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器接收CPU送來的并行數(shù)據(jù)，然后并行送至發(fā)送移位寄存器，并在發(fā)送時鐘和發(fā)送控制電路控制下通過TXD線一位一位地發(fā)送出去。起始位

29、、停止位是由UART在發(fā)送時自動添加上去的。UART發(fā)送完一幀后產(chǎn)生中斷請求，CPU響應(yīng)后可以把下一個字符送到發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器，重復(fù)上述過程。（3）控制部分UART在發(fā)送時，電路自動檢測發(fā)送字符位中“1”的個數(shù)，并在奇偶校驗位上添加 “1”或“0”， 使得“1”的總數(shù)（包括奇偶校驗位）為偶數(shù)（奇校驗位時為奇數(shù)）。UART 在接收時，電路對字符和奇偶校驗位中“1”的個數(shù)加以檢測，如“1”的個數(shù)為偶數(shù)（奇校驗位時為奇數(shù)），則表明數(shù)據(jù)傳輸正確；如“1”的個數(shù)為奇數(shù)（奇校驗位時為偶數(shù)）則表明數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)錯誤6。3.3 紅外通信原理紅外遙控是單工的紅外通信方式7，本設(shè)計的紅外遙控采用以通信方式為基

30、礎(chǔ)的紅外遙控，而且本設(shè)計也使用了紅外通信技術(shù)，所以著重分析紅外通信的基本原理。 紅外通信是利用紅外技術(shù)實現(xiàn)兩點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)對一個紅外輻射源進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射紅外信號，而接收系統(tǒng)用光學(xué)裝置和紅外探測器進(jìn)行接收，就構(gòu)成紅外通信系統(tǒng)。 紅外線是波長在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，波長在0.75um至25um之間。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的范圍限定在850至900nm之內(nèi)。 紅外

31、通信的基本原理4是發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號調(diào)制為一系列的脈沖串信號 （載波信號），通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。常用的有通過脈沖寬度來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈寬調(diào)制 （PWM）和通過脈沖串之間的時間間隔來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈時調(diào)制 （PPM）兩種方法。脈時調(diào)制（PPM）是紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(IrDA)和國際電子電工委員會(IEEE)都推薦的調(diào)制方式，本設(shè)計采用脈時調(diào)制方法，即用兩個脈沖串之間的時間間隔來表示二進(jìn)制信息，數(shù)據(jù)比特的傳送仿照不帶奇偶校驗的RS232通信，首先產(chǎn)生一個同步頭，然后接著8位數(shù)據(jù)比特，如圖3-3所示。圖3-3 PPM 調(diào)制波形圖載波信號的頻率 f=38KHz，載波周期 T=26.32us，本設(shè)

32、計使用單片機軟件產(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。由于紅外光存在反射,在全雙工的方式下發(fā)送的信號也可能會被本身接收，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。這樣做有兩點好處：第一，減少了有效的發(fā)射時間，有利于降低平均功耗，這對于采用干電池供電的發(fā)射器十分重要；第二，外部干擾信號多為緩變信號，有利于抗干擾。3.4 硬件電路設(shè)計3.4.1遙控器部分的設(shè)計當(dāng)用紅外遙控開鎖時，按下紅外遙控器上按鍵，經(jīng)過紅外編碼，通過紅外發(fā)射頭（P1.0）發(fā)射紅外線，等

33、待本機接收。整個遙控部分包括單片機最小系統(tǒng)電路，鍵盤電路，數(shù)碼管顯示電路，紅外發(fā)射電路，總電路圖如圖3-4所示：圖3-4紅外遙控器電路圖3.4.2 本機電路的設(shè)計本機電路原理圖如圖3-5所示：圖3-5 本機電路圖各部分設(shè)計分析如下。1 開鎖原理通過單片機送給開鎖執(zhí)行機構(gòu)，電路驅(qū)動電磁鎖吸合，從而達(dá)到開鎖的目的。其原理如圖3-6所示。單片機微控制器開鎖驅(qū)動電路電磁鎖密碼正確確？確確？確確？Y返回N圖3-6密碼鎖開鎖機構(gòu)示意圖當(dāng)用戶輸入的密碼正確而且是在規(guī)定的時間輸入的話，單片機便輸出開門信號，送到開鎖驅(qū)動電路，然后驅(qū)動電磁鎖，達(dá)到開門的目的。其實際電路如電路圖3-7所示。電路由驅(qū)動和開鎖兩級組成

34、。由D5、R1、T10組成驅(qū)動電路，其中T10可以選擇普通的小功率三極管如9014、9018都可以滿足要求。D5作為開鎖的提示；由D6、C24、T11組成。其中D6、C24是為了消除電磁鎖可能產(chǎn)生的反向高電壓以及可能產(chǎn)生的電磁干擾。T11可選用中功率的三極管如8050，電磁鎖的選用要視情況而定，但是吸合力要足夠并且有一定的余量。圖3-7密碼鎖開鎖機構(gòu)電路圖在本次設(shè)計中，為節(jié)省材料，節(jié)約成本，使用發(fā)光二極管代替電磁鎖，發(fā)光管亮，表示開鎖；滅，表示沒有開鎖。2 按鍵電路設(shè)計設(shè)計使用行列式矩陣鍵盤8，這樣能減少鍵盤與單片機接口時所占用的I/O線的數(shù)目，在按鍵比較多的時候，通常采用這樣方法。原理如圖3

35、-8所示。每一條水平（行線）與垂直線（列線）的交叉處不相通，而是通過一個按鍵來連通，利用這種行列式矩陣結(jié)構(gòu)只需要N條行線和M條列線，即可組成具有NM個按鍵的鍵盤。在這種行列式矩陣鍵盤編碼的單片機系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認(rèn)有無按鍵按下的程序段。圖3-8 行列式鍵盤原理電路圖當(dāng)確認(rèn)有按鍵按下后，下一步就要識別哪一個按鍵按下。對鍵的識別通常有兩種方法：一種是常用的逐行掃描查詢法；另一種是速度較快的線反轉(zhuǎn)法。對照圖3-9所示的4*4鍵盤，說明線反轉(zhuǎn)法工作原理。首先辨別鍵盤中有無鍵按下，由單片機I/O口向鍵盤發(fā)送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來判斷。方法是：向行線輸出全掃描字00H，把全部列

36、線置為低電平，然后將列線的電平狀態(tài)讀入累加器A中。如果有按鍵按下，總會有一根行線電平被拉至低電平從而使行線不全為1。判斷鍵盤中哪一個鍵被按下是通過將列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來實現(xiàn)的。方法是：依次給列線送低電平，然后查所有行線狀態(tài)，如果全為1，則所按下的鍵不在此列；如果不全為1，則所按下的鍵必在此列，而且是在與零電平行線相交的交點上的那個鍵。其中10個數(shù)字鍵用來輸入密碼，另外6個鍵可設(shè)置功能鍵。3 顯示電路設(shè)計（1）液晶顯示器LCD1602顯示。（如圖3-9）第1腳：VSS為地電源 第2腳：VDD接5V正電源 第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度

37、最高，使用時可以通過一個50K的電位器調(diào)整對比度第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第1516腳：空腳（2）本設(shè)計采用四線（數(shù)據(jù)線）接法，如圖3-9所示.。圖3-9 1602液晶顯示器接法圖3.5 本章小結(jié)本章介紹了系統(tǒng)的設(shè)計，使用STC89C52單

38、片機作為核心部件。對STC89C52單片機做了詳細(xì)的介紹包括每個引腳的作用和使用方法。簡要介紹了單片機的串行通信原理；紅外通信原理，作為硬件設(shè)計原理的基礎(chǔ)。進(jìn)一步詳細(xì)介紹了紅外發(fā)射部分的設(shè)計和本機電路的設(shè)計。第4章 程序設(shè)計4.1 模塊介紹該密碼鎖的軟件設(shè)計分為以下5個模塊：(1)主程序模塊主程序主要完成初始化、設(shè)置中斷向量、檢查有無按鍵按下、以及調(diào)用顯示等等。主程序的流程圖如4-1所示。(2)紅外遙控的編碼和解碼程序紅外遙控的編碼通過脈沖串之間的時間間隔來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈時調(diào)制 （PPM）9。脈時調(diào)制（PPM）就是讓遙控器的每一個按鍵發(fā)射不同頻率的紅外線，再通過紅外接收頭傳到主機CPU進(jìn)行解

39、碼。(3)鍵盤掃描及識別子程序鍵盤采用查詢的方式，放在主程序中，當(dāng)沒有按鍵按下的時候，單片機循環(huán)主程序，一旦有按鍵按下，便轉(zhuǎn)向相應(yīng)的子程序處理，處理結(jié)束再返回。(4)掉電存儲服務(wù)程序當(dāng)比較密碼的時候，需要讀AT24C08程序，將存儲在芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)讀到RAM中，然后和輸入的密碼相比較。當(dāng)修改密碼的時候，需要把輸入的密碼保存到AT24C08中。(5)顯示子程序由于是分屏顯示數(shù)據(jù)，所以就要用到5個顯示子程序，分別是：關(guān)閉狀態(tài)顯示子程序、開鎖狀態(tài)顯示子程序、密碼輸入及修改狀態(tài)顯示子程序、密碼輸入錯誤后的提示子程序。密碼在規(guī)定的時間內(nèi)輸入錯誤次數(shù)超過3次后的鎖定狀態(tài)顯示子程序10。4.2 程序流程圖（1

40、）主程序流程圖如圖4-1所示。由下圖的程序流程圖我們可知：系統(tǒng)是在不斷地檢測是否有接收到紅外信號的，當(dāng)有接收到紅外信號，則系統(tǒng)會把接收到得信息和儲存在系統(tǒng)中的密碼作比較，如果接收的信息和儲存在系統(tǒng)中的密碼一致，則單片機控制系統(tǒng)開鎖，若不一致，則不開鎖，并發(fā)出警告，錯誤次數(shù)超過三次，蜂鳴器則發(fā)出長時間的報警。當(dāng)沒有接收到紅外信號時，并且系統(tǒng)檢測到本機鍵盤上的按鍵被按下，則系統(tǒng)進(jìn)入中斷程序，這時系統(tǒng)會判斷按下的按鍵是否和儲存在系統(tǒng)中的密碼一致，若一致，則單片機控制系統(tǒng)開鎖，若不一致，則不開鎖，并發(fā)出警告，錯誤次數(shù)超過三次，蜂鳴器則發(fā)出長時間的報警。開始中斷服務(wù)程序紅外接收解碼開始開始始終始初始化有

41、紅外？調(diào)用顯示啟動定時識別按鍵全部接完？超時？自動清除/短報警3次？鎖定/長時報警NNYYYYN比較密碼？開鎖YN有本機鍵按下？中斷返回N圖4-1 主程序流程圖4.3 本章小結(jié)本章進(jìn)行了系統(tǒng)軟件模塊的介紹。分別對主程序模塊、紅外遙控的編碼和解碼程序、鍵盤掃描及識別子程序、掉電存儲服務(wù)程序、顯示子程序進(jìn)行了簡要的說明介紹，最后用流程圖的方式介紹了整個程序的流程。第5章 仿真結(jié)果分析5.1 仿真軟件（1）使用KEILC51編譯工具。（2）使用PROTEUS進(jìn)行仿真調(diào)試。5.2 紅外遙控密碼鎖仿真結(jié)果（1）遙控器在紅外遙控器的鍵盤上按任何一個鍵，紅外遙控器就會發(fā)出紅外線，本機就會接收解碼，執(zhí)行相應(yīng)的

42、任務(wù)。如圖5-1所示。圖5-1 紅外遙控器仿真圖（2）本機因為1602液晶顯示上有英文提示，所以在本機鍵盤上操作時更加方便。如圖5-2所示。開鎖過程 先用4*4鍵盤輸入開鎖密碼（密碼初始值是 ）。結(jié)果是： 若密碼正確，發(fā)光二極管會亮，1602液晶提示如圖5-2 c,表示開鎖； 若密碼錯誤且錯誤次數(shù)小于 3次，則揚聲器鳴叫以報警； 若密碼錯誤且錯誤次數(shù)大于 3次，則揚聲器長時間鳴叫報警，直到按復(fù)位鍵方可重新輸入密碼。圖5-2本機仿真圖a 圖5-2 b本機仿真圖 圖5-2 c本機仿真圖圖5-2 d本機仿真圖5.3 紅外遙控電子密碼鎖的實物圖遙控器實物圖如圖5-3所示。圖5-3 遙控器實物圖 本機實

43、物圖如圖5-4所示。圖5-4 本機實物圖5.4 本章小結(jié)本章主要介紹了使用Protues仿真軟件對設(shè)計紅外遙控電子密碼鎖的程序進(jìn)行仿真運行，仿真結(jié)果表明，其能較好地實現(xiàn)預(yù)定的功能。系統(tǒng)仿真調(diào)試過程中遇到了很多困難，每次仿真失敗后都仔細(xì)檢查程序，經(jīng)過不斷修改，最后實現(xiàn)了預(yù)期的結(jié)果。但是仿真通過不一定在實際的硬件電路上就一定能夠?qū)崿F(xiàn)，在真正的硬件實際運行可能是錯誤的，在程序編寫過程中，由于自身的知識和經(jīng)驗有限，可能有些問題沒有考慮到，導(dǎo)致在調(diào)試電路板的時候調(diào)試不出來。這就需要一定的調(diào)試經(jīng)驗和技巧。只有通過不斷地思考，不斷地請教老師和同學(xué)，反復(fù)地進(jìn)行仿真和實際電路板的調(diào)試，最后才能實現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果。結(jié)

44、 論紅外線遙控電子密碼鎖是一種新型的現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，它集微機自動識別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施為一體，它涉及電子，機械，光學(xué)，計算機技術(shù)，通訊技術(shù)等諸多新技術(shù)。它是解決重要部門出入口實現(xiàn)安全防范管理的有效措施，適用各種場合，如銀行、賓館、機房、軍械庫、機要室、辦公間、智能化小區(qū)、工廠、家庭等場合。本設(shè)計具有許多優(yōu)點：其一紅外線發(fā)射裝置采用紅外發(fā)光二極管，遙控發(fā)射器易于小型化且價格低廉；其二采用數(shù)字信號編碼和二次調(diào)制方式，不僅可以實現(xiàn)多路信息的控制，增加遙控功能，提高信號傳輸?shù)目垢蓴_性，減少誤動作，而且功率消耗低；其三紅外線不會向室外泄露，不會產(chǎn)生信號串?dāng)_、反應(yīng)速度快、傳輸效率高、工作穩(wěn)定可靠等

45、。通過本次的畢業(yè)設(shè)計我受益良多，為了完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，我在圖書館和網(wǎng)上查閱了大量的資料，了解了紅外遙控電子密碼鎖的許多知識，在編程的時候遇到了很多問題，通過查閱資料和請教老師和同學(xué)，最后通過自己思考解決了問題。自認(rèn)為編好的程序沒有問題，到仿真的時候卻不能實現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果，經(jīng)過多翻努力仿真通過了，但是到實際電路調(diào)試時卻不能調(diào)出預(yù)期的結(jié)果，經(jīng)過分析，原因可能是仿真的時候，參與仿真的元件都是在理想情況下工作的，但在實際的元件工作時并不是這樣的。通過這次的畢業(yè)設(shè)計我學(xué)到許多知識，懂得理論必須和實際結(jié)合才能實現(xiàn)自己的預(yù)期結(jié)果。通過這次畢業(yè)設(shè)計我積累了一些軟件和硬件設(shè)計的經(jīng)驗。我相信這次經(jīng)驗將是我踏入社會工

46、作之前的一筆寶貴財富。 參考文獻(xiàn)1 楊剛,周群等. 電子系統(tǒng)設(shè)計于實踐.電子工業(yè)出版社,2004.2 閻石主編. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社,2005.3 康華光主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分. 高等教育出版社,1999.4 廖惜春,項華珍編著. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).華中科技大學(xué)出版社,2008.5 劉煥成.工程背景下的單片機原理及系統(tǒng)設(shè)計.清華大學(xué)出版社,2008.6 吳飛青,丁曉,李林功編著.單片機原理與應(yīng)用實踐指導(dǎo).機械工業(yè)出版社,2009.7 孫余凱.電子實用電路集錦，電子工業(yè)出版社,2008.8 曹漢房主編.數(shù)字電路與邏輯設(shè)計.華中科技大學(xué)出版社,2004.9 DonaldD.Vo

47、isinet.Microcomputerapplicationsfortechnicians.Macmillan/McGraw-Hill,1993.10ClaudeY.Laporte,Jean-LouisHoule.ADISTRIBUTEDCOMPUTERSYSTEMFORTIlEDEVELOPMENTOFVOICEINTERACTIVEAPPLICATIONSJ.InternationalJournalofMiniandMicrocomputers.1988,10(2):34-40.致 謝本論文是在我的畢業(yè)設(shè)計導(dǎo)師項華珍以及我的班導(dǎo)師廖惜春的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他們嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)

48、謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。在此謹(jǐn)向項華珍老師及廖惜春老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。在此，我還要感謝在一起愉快的度過大學(xué)四年的舍友。無論是學(xué)習(xí)還是生活上他們給予了我很多幫助，不求回報。從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，歷時接近半年的時間，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給予我無言的幫助，在這里請接受我真誠的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們!附錄： 單片機部分控制程序/*紅外遙控器程序*/*主函數(shù)*/#include #include /#include int k;void main(void)flag=0;P1_0=0;P2=table0;while(1)mainkey();/fa();if(flag=1) t=(key+1)*8.6; for(k=0;k300;k+) P1_0=1; for(i=0;it;i+) ; P1_0=0; for(