基于單片機的紅外遙控電子密碼鎖設計（電路圖及源程序）

1、紅外遙控畢業(yè)設計目 錄摘 要1關鍵詞1Abstract1Key words11 緒 論21.1 概述21.1.1設計目的21.1.2設計思想21.1.3設計功能21.3電子密碼鎖的發(fā)展趨勢32 電子密碼鎖的兩種設計方案簡介32.1由數(shù)字電路及芯片構建32.2采用以單片機為核心的控制方案33 主要元器件介紹43.1 主控芯片AT89S5143.1.1 AT89S51性能簡介43.1.2 AT89S51引腳功能說明53.1.3 AT89S51芯片內(nèi)部結構63.2 共陽七段數(shù)碼管LED83.3 晶體振蕩器104系統(tǒng)硬件設計及其原理104.1 單片機串行通信原理104.2 遙控發(fā)射電路設計及紅外遙控原

2、理124.3 本機鍵開鎖設計及工作原理134.4 遙控開鎖的工作原理154.5 按鍵的設計原理155 系統(tǒng)軟件設計155.1 軟件設計概述155.2 程序流程圖156 結論17參考文獻17附錄：18附錄1 電路原理圖18附錄2 源程序代碼19基于單片機的紅外遙控電子密碼鎖設計摘 要：隨著電子產(chǎn)品向智能化和微型化的不斷發(fā)展，單片機已成為電子產(chǎn)品研制和開發(fā)中首選的控制器。隨著人們生活水平的提高，如何實現(xiàn)家庭防盜這一問題也變的尤其的突出，傳統(tǒng)的機械鎖由于其構造的簡單，安全性能低，無法滿足人們的需要。單片機原理及應用是一門實踐性很強的課程；其課程設計目的在于綜合運用所學知識，全面掌握單片微型計算機及其

3、接口的工作原理、編程和使用方法；在設計中，提出并論證設計方案，進行軟、硬件調(diào)試，最后獲得正確的結果，可以加深和鞏固對理論知識的更好掌握，進一步建立計算機應用系統(tǒng)體概念，初步掌握單片機軟、硬件開發(fā)方法，為以后進行實際的單片機軟、硬件應用開發(fā)奠定良好的基礎。本設計采用AT89S51單片機來作為主控芯片與數(shù)據(jù)存儲器單元，結合外圍的鍵盤輸入、LED顯示、報警、開鎖等電路，用匯編語言編寫主控芯片的控制程序，設計了一款可以通過紅外遙控開鎖且具有報警功能的電子密碼鎖。關鍵詞：密碼鎖；單片機；紅外遙控；報警The Design of Electronic Cipher Lock by Infrared Rem

4、ote Control Based on SCMAbstract:As electronic products are developing towards intelligence and minimization, singlechip computers (SCM ) have become the first choice for controllers in the development of electronic products. With the improvement of people's living standards, it has become parti

5、cularly prominent about how to achieve Anti-theft family. The traditional mechanical lock has such shortcoming as simple structure , Low security, it can't meet people's demands.Microcontroller Theory and Applications is a very practical course; its curriculum is designed to make comprehensi

6、ve use of what they have learned, have complete control of single-chip micro-computer and its interface works, programming and use; in the design, propose and demonstrate design, to software and hardware debugging, finally get the correct results, you can deepen and consolidate a better grasp of the

7、 theoretical knowledge to further establish the concept of computer application system body, a preliminary master microcomputer hardware and software development methods for the future actual MCU hardware and software application development has laid a good foundation.For practicality, this paper de

8、signs a new electronic cipher lock, which has the function of alarm and whose cipher can be controled by infrared remote. This cipher lock uses AT89S51 SCM as main chip and data memory cell . The author made this ciphor lock by use of making controlled program of master SCM with periphery electrocir

9、cuit of keyboard input,LED display, alarm and unlock.Key words:cipher lock;single chip computer;infrared remote control;alarm1 緒 論1.1 概述目前國內(nèi)外密碼鎖系統(tǒng)的主要方向的發(fā)展是：接觸式密碼鎖系統(tǒng)，非接觸式密碼鎖系統(tǒng)，智能識別密碼鎖系統(tǒng)，但是他們都相應的存在著不同的缺點。例如：接觸式密碼鎖系統(tǒng)成本較低，體積小，卡片本身無須電源，但使用不太方便，而且有接觸磨損。相比之下，紅外遙控密碼鎖系統(tǒng)的成本與接觸式密碼鎖系統(tǒng)相當，而且可以進行近距離遙控，使用十分方便。由于紅外遙

10、控具有許多優(yōu)點，例如紅外線發(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；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；紅外線不會向室外泄露，不會產(chǎn)生信號串擾；反應速度快、傳輸效率高、工作穩(wěn)定可靠等。工業(yè)設備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾。所以紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。1.1.1設計目的通過對電子密碼鎖的設計、制造和調(diào)試，學會綜合應用所學的電子技術知識進行電子產(chǎn)品的設計，并在設計、制造和調(diào)試過程中初步掌握電子產(chǎn)品的生產(chǎn)工

11、藝流程和相關技能。對所學知識有更進一步的理解，更培養(yǎng)動手的能力，使得知識與實踐相結合。1.1.2設計思想本系統(tǒng)采用單片機AT89S51作為本設計的核心元件，利用紅外線遙控原理和單片機串行發(fā)射、接收等功能而設計的一款具有本機開鎖且能遙控開鎖和自動報警功能的電子密碼鎖。1.1.3設計功能 董繼成.一種新型安全的單片機密碼鎖J.北京：電子技術出版社，2004年，03期：12頁1）選擇密碼將編好的密碼程序存儲在EPROM中，用戶通過密碼選擇鍵AT89C51中的P1.5口上的按鍵進行選擇。具體操作過程如下：首先按一下P1.5口上的按鍵，然后再逐漸輸入號碼，最后按下確認鍵“#”即可。2）密碼顯示為了幫助用

12、戶確認是否有鍵按下，特在電路中設置了模擬顯示電路；而為了防止密碼外泄；顯示時，并不是顯示用戶按下的數(shù)字符號，而是以一個特定的字母符號提醒用戶是否有鍵按下。有鍵按下，就會顯示出字符“H”，沒鍵按下，則不會顯示字符。這樣既巧妙地提醒了用戶又保護了用戶密碼，此乃本設計可靠性優(yōu)點之一。3）本機鍵開鎖當用戶鍵入正確密碼后，再按確認鍵“#”號，便會自動開鎖。但用戶鍵入密碼時應注意：數(shù)字與數(shù)字之間的間隔時間為3秒，例如密碼為57618，當鍵入第一個數(shù)字5后應在3秒內(nèi)鍵入第二個數(shù)字7，否則，就會視為無效。如果鍵入完密碼后不按確認鍵系統(tǒng)會當做放棄開鎖處理4）密碼錯誤報警當用戶鍵入錯誤密碼時，系統(tǒng)就會報警，由揚聲

13、器發(fā)出5秒報警聲。當連續(xù)三次出現(xiàn)密碼錯誤時，則系統(tǒng)會長期報警不止。這時必須按復位方可停止。此乃安全可靠性之一。5）遙控開鎖當此鎖用于私家車庫或倉庫時，用戶可以不用上車，只要手執(zhí)遙控器，鍵入正確密碼，便會自動開鎖；如果密碼錯誤，同樣也會報警。這是本設計優(yōu)越性能之三。1.2 電子密碼鎖簡介 瞿貴榮.實用電子密碼鎖J.北京：家庭電子出版社，2000年，07期：15頁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，從而控制機械開關的閉合，完成開鎖、閉鎖任務的電子產(chǎn)品。它的種類很多，有簡易的電路產(chǎn)品，也有基于芯片的性價比較高的產(chǎn)品。傳統(tǒng)的電子密碼鎖采用組合邏輯電路，但電路較復雜，可靠性差?，F(xiàn)在應用較

14、廣的電子密碼鎖是以芯片為核心，通過單片機編程來實現(xiàn)的。其性能和安全性已大大超過了機械鎖。其特點如下：1) 保密性好，編碼量多，遠遠大于彈子鎖。隨機開鎖成功率幾乎為零。2) 密碼可變，用戶可以隨時更改密碼，防止密碼被盜，同時也可以避免因人員的更替而使鎖的密級下降。 3) 誤碼輸入保護，當輸入密碼多次錯誤時，報警系統(tǒng)自動啟動。4) 無活動零件，不會磨損，壽命長。5) 使用靈活性好，不像機械鎖必須佩帶鑰匙才能開鎖。6) 電子密碼鎖結構簡潔，故障率低，密碼輸入操作簡單易行。7) 通用性強，可根據(jù)需要安裝在不同的設備上。8) 硬件成本低廉，軟件簡潔可靠，易于批量生產(chǎn)。1.3電子密碼鎖的發(fā)展趨勢在日常的生

15、活和工作中, 住宅與部門的安全防范、單位的文件檔案、財務報表以及一些個人資料的保存多以加鎖的辦法來解決。目前門鎖主要用彈子鎖，其鑰匙容易丟失；保險箱主要用機械密碼鎖，其結構較為復雜，制造精度要求高，成本高，且易出現(xiàn)故障，人們常需攜帶多把鑰匙, 使用極不方便, 且鑰匙丟失后安全性即大打折扣。隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對日常生活中的安全保險的要求越來越高。為滿足人們對鎖的使用要求，增加其安全性，用密碼代替鑰匙的密碼鎖應運而生。密碼鎖具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等優(yōu)點。 在安全技術防范領域，具有防盜報警功能的電子密碼鎖逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式密碼鎖，克服了機械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點

16、，使密碼鎖無論在技術上還是在性能上都獲得了大大的提高。隨著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，特別是單片機的問世，出現(xiàn)了帶微處理器的智能密碼鎖，它除具有電子密碼鎖的功能外，還引入了智能化管理、專家分析系統(tǒng)等功能，從而使密碼鎖具有很高的安全性、可靠性，應用日益廣泛。 隨著人們對安全的重視和科技的發(fā)展，許多電子智能鎖（指紋識別、IC卡辨認）已在國內(nèi)外相繼面世。但是這些產(chǎn)品的特點是針對特定有效卡、指紋或聲音有效，且不能實現(xiàn)遠程控制，只能適用于保密要求高且供個人要求高的箱、柜、門等。而且指紋識識別器若在公共場所使用存在容易機械損壞，IC卡還存在容易丟失、損壞等缺點，再加上其成本較高，一定程度上限制了這類產(chǎn)品的普

17、及和推廣。鑒于目前的技術水平與市場的接受程度，電子密碼鎖是這類電子防盜產(chǎn)品的主流。2 電子密碼鎖的兩種設計方案簡介2.1由數(shù)字電路及芯片構建 康華光.電子技術基礎-數(shù)字部分M .北京：高等教育出版社，2005：218頁用以74LS112雙JK觸發(fā)器構成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設了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10秒（一般情況下，用戶不會超過10秒，若用戶覺得不便，還可以修改）電路將報警20秒，若電路連續(xù)報警三次，電路將鎖定鍵盤2分鐘，防止他人的非法操

18、作。采用數(shù)字電路設計的方案好處就是設計簡單但控制的準確性和靈活性差。故不采用。2.2采用以單片機為核心的控制方案由于單片機種類繁多，各種型號都有其一定的應用環(huán)境，因此在選用時要多加比較，合理選擇，以期獲得最佳的性價比。一般來說在選取單片機時從下面幾個方面考慮：性能、存儲器、運行速度、I/O口、定時/計數(shù)器、串行接口、模擬電路功能、工作電壓、功耗、封裝形式、抗干擾性、保密性，除了以上的一些的還有一些最基本的比如：中斷源的數(shù)量和優(yōu)先級、工作溫度范圍、有沒有低電壓檢測功能、單片機內(nèi)有無時鐘振蕩器、有無上電復位功能等。在開發(fā)過程中單片機還受到：開發(fā)工具、編程器、開發(fā)成本、開發(fā)人員的適應性、技術支持和服

19、務等等因素?；谝陨弦蛩乇驹O計選用單片機AT89S51作為本設計的核心元件，利用單片機靈活的編程設計和豐富的I/O端口，及其控制的準確性，實現(xiàn)基本的密碼鎖功能。在單片機的外圍電路外接輸入鍵盤用于密碼的輸入和一些功能的控制，外接LED顯示器用于顯示作用。當用戶需要開鎖時，先按鍵盤開鎖鍵之后按鍵盤的數(shù)字鍵09輸入密碼。密碼輸完后按下確認鍵，如果密碼輸入正確則開鎖，不正確顯示密碼錯誤重新輸入密碼，當三次密碼錯誤則發(fā)出報警；當用戶需要修改密碼時，先按下鍵盤設置鍵后輸入原來的密碼，只有當輸入的原密碼正確后才能設置新密碼。新密碼輸入無誤后按確認鍵使新密碼將得到存儲，密碼修改成功 潘永雄.新編單片機原理與應

20、用M .西安：西安電子科技大學出版社，2003：68頁?？梢钥闯龇桨付刂旗`活準確性好且保密性強還具有擴展功能，根據(jù)現(xiàn)實生活的需要此次設計采用此方案。3 主要元器件介紹3.1 主控芯片AT89S51 趙建領.51系列單片機開發(fā)寶典M .北京：電子工業(yè)出版社，2007：5頁AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP

21、Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。3.1.1 AT89S51性能簡介AT89S51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89S51設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振

22、蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。圖3-1 AT89S51 芯片引腳圖其主要功能特性： 兼容MCS-51指令系統(tǒng) 4k可反復擦寫(>1000次）ISP Flash ROM 32個雙向I/O口 4.5-5.5V工作電壓 2個16位可編程定時/計數(shù)器 時鐘頻率0-33MHz 全雙工UART串行中斷口線 128x8 bit內(nèi)部RAM 2個外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式 3級加密位看門狗（WDT）電路 軟件設置空閑和省電功能靈活的ISP字節(jié)和分頁編程 雙數(shù)據(jù)寄存器

23、指針可以看出AT89S51提供以下標準功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，看門狗（WDT），兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16位定時器/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘。同時, AT89S51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式何在RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一個硬件復位。3.1.2 AT89S51引腳功能說明Vcc：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口

24、，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口，作為輸出口用時，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端口。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號校驗期間，P1接收低8位地址。表3-1為P1

25、口第二功能。表3-1 P1口第二功能端口引腳第二功能P1.5MOSI（用于ISP編程）P1.6MISO（用于ISP編程）P1.7SCK（用于ISP編程）P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流I。在訪問位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行：MOVX Ri 指令）時，P2口線上的內(nèi)（也即特殊功能寄存器，在整個訪問期間不改變。Flash 編程或校驗時，P2也接收高位地址和其它控制信號。P3口：P3口是一組

26、帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端口時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流I。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，P3口的第二功能如下表3-2。表3-2 P3口的第二功能端口功能第二功能端口引腳第二功能RXD（P3.0）串行輸入口T0（P3.4）定時/計數(shù)器0外部輸入TXD（P3.1）串行輸出口T1（P3.5）定時/計數(shù)器1外部輸入INT0（P3.2）外中斷0WR（P3.6）外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通INT1（P3.3）外中斷1RD（P3

27、.7）外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通RST：復位輸入。當振蕩工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期上高電平將使單片機復位。WDT益出將使該引腳輸出高電平，設置SFR AUXR 的 DISRTO 位（地址8EH）可打開或關閉該功能。DISRTO 位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目地，要注意的是：第當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元

28、的D0位置位，可禁止ALE操作。該位禁位后，只有一條MOVX 和MOVC指令ALE才會被激活。此外，該引腳伎被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE無效。PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89S51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，高有兩次有效的PSEN信號。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU公訪問外部程序存儲器（地址0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)

29、行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時,該引腳加上12V的編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.1.3 AT89S51芯片內(nèi)部結構特殊功能寄存器：特殊功能寄存器的片內(nèi)空間分存如下圖3-2所示。這些地址并沒有全部占用，沒有占用的地址不可使用，讀這些地址將得到一個隨意的數(shù)值。而寫這些地址單元將不能得到預期的結果。中斷寄存器：各中斷允許控制位于IE寄存器，5個中斷源的中斷優(yōu)先級控制位于IP寄存器。圖3-2為AUXR輔助寄存器。圖3-2 AUXR輔助寄存器雙時鐘指針寄存器：為方便地訪問內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)存儲器，提供了兩個1

30、6位數(shù)據(jù)指針寄存器：PD0位于SFR區(qū)塊中的地址82H、83H和DP1位于地址84H、85H，當SFR中的位DPS=0時選擇DP0,而DPS=1時選擇DP1。在使用前初始化DPS。圖3-3為雙時鐘指針寄存器。圖3-3 雙時鐘指針寄存器電源空閑標志：電源空閑標志（POF）在特殊功能寄存儲器SFR中PCON的第4位（PCON.4）,電源打開時POF置“1”,它可由軟件設置睡眠狀態(tài)并不為復位所影響。存儲器結構：MCS-51單片機內(nèi)核采用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器空間分開的結構，均具有64KB外部程序和數(shù)據(jù)的尋址空間。程序存儲器：如果EA引腳接地（GND），全部程序均執(zhí)行外部存儲器。在AT89S51,假如

31、接至Vcc（電源），程序首先執(zhí)行從地址0000H0FFFH（4KB）內(nèi)部程序存儲器，再執(zhí)行地址為1000HFFFFH（60KB）的外部程序存儲器。數(shù)據(jù)存儲器：在AT89S51的具有128字節(jié)的內(nèi)部RAM，這128字節(jié)可利用直接或間接尋址方式訪問，堆棧操作可利用間接尋址方式進行，128字節(jié)均可設置為堆棧區(qū)空間?？撮T狗定時器（WDT）：WDT是為了解決CPU程序運行時可能進入混亂或死循環(huán)而設置，它由一個14bit計數(shù)器和看狗復位SFR（WDTRST）構成。外部復位時，WDT默認為關閉狀態(tài)，要打開WDT，必按順序?qū)?1H和0E1H寫到WDTRST寄存器，當啟動了WDT，它會隨晶體振蕩器在每個機器周期

32、計數(shù)，除硬件復位或WDT溢出復位外沒有其它方法關閉WDT，當WDT溢出，將使RST引腳輸出高電平的復位脈沖。3.2 共陽七段數(shù)碼管LED 何立民.單片機應用技術大全M .北京：北京航空航天大學出版社，1994：127頁LED數(shù)碼管的筆劃由發(fā)光二極管組成，故其特性與發(fā)光二極管相同，它適用于各種電子裝置作數(shù)字顯示。LED顯示是用發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也可稱為數(shù)碼管，其外形結構如圖所示，由圖3-4可見它由8個發(fā)光二極管構成，通過不同的組合可用來顯示09、AF及小數(shù)點。圖3-4 LED顯示塊的內(nèi)部電路分段式數(shù)碼管利用不同的發(fā)光段組合來顯示不同的數(shù)字，其應用很廣泛。最常見的分段式數(shù)碼管有兩種，共

33、陰極數(shù)碼管和共陽極數(shù)碼管。在電子密碼鎖的設計中，我們所采用的數(shù)碼管為共陽極數(shù)碼管。常見的半導體發(fā)光二極管是一種能將電能或電信號轉(zhuǎn)換成光信號的結型發(fā)光器。其內(nèi)部結構是由磷砷化鎵等半導體材料組成的PN結。當PN結正向?qū)〞r，能輻射發(fā)光。輻射波長決定了發(fā)光顏色，有紅、綠、橙、黃等顏色。單個PN結封裝而成的產(chǎn)品就是發(fā)光二極管，而多個PN結可以封裝成半導體數(shù)碼管（也稱為LED數(shù)碼管）。半導體數(shù)碼管內(nèi)部有兩種接法，即共陽極接法和共陰極接法。共陰極是將8個發(fā)光二極管陰極連接在一起作為公共端，而共陽極是將8個發(fā)光二極管的陽極連接在一起作為公共端。我們這次就是采用的共陽極LED，所以這里要介紹共陽極數(shù)碼管。如圖

34、所示，LED顯示器有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種方式，靜態(tài)顯示是將共陰極聯(lián)到一起接地，每位的顯示段（a-dp）分別與一個8位的鎖存器輸出相連。由于顯示的各位可以相互獨立，各位可以互相顯示，只要在該位的段選線上保持段選碼電平，該位就能保持相應的顯示字符。并且由于各位由一個8位鎖存器控制段選線，故在同一時間內(nèi)每一位顯示的字符可以不同，這種方式占用鎖存器較多。動態(tài)顯示是將所有位的段選線相應的并聯(lián)在一起，由一個8位的I/O口控制，形成段選線的多路復用。而各位的陰極分別由相應的I/O口控制，實現(xiàn)各位的分時選通。要LED能夠顯示相應的字符，就必須采用動態(tài)掃描方式，只要每位顯示的時間足夠短，則可造成多位同時顯示的假象

35、，達成顯示的目的。發(fā)光二極管的工作電壓為1.5-3.0伏，工作電流為一毫安到幾十毫安，壽命很長。半導體數(shù)碼管將十位數(shù)分成七個字段，每段為一個發(fā)光二極管，其字型結構如圖所示，選擇不同的字段發(fā)光，可顯示出不同的字型。例如：當a,b,c,d,e,f,g七個字段同時亮時，顯示8,b、c 段亮時，顯示出。共陽極：把發(fā)光二極管的陽極連在一起構成共陽極。使用時公共端接Vcc，當某陽極為低電平時，該發(fā)光二極管就導通發(fā)光。輸出一個段碼就可以控制LED顯示器的字型，表3-3給出了段碼與字型的關系，假定a、b、c、d、e、f、g、DP分別對應D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7。表3-3 段碼與字型的關系

36、段碼D7DPD6gD5fD4eD3dD2cD2bD0a字型3FH00111111006H0000001015BH0101101124FH01001111366H0110011046DH0110110157DH01111101607H0000011177FH0111111186FH01101111977H01110111a7CH01110111b39H00111001c5EH01011110d79H01111001e71H01110000f3.3 晶體振蕩器晶體振蕩器，簡稱晶振，其作用在于產(chǎn)生原始的時鐘頻率，這個頻率經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。以聲卡為例，要實現(xiàn)對

37、模擬信號44.1kHz或48kHz的采樣，頻率發(fā)生器就必須提供一個44.1kHz或48kHz的時鐘頻率。如果需要對這兩種音頻同時支持的話，聲卡就需要有兩顆晶振。但是現(xiàn)在的娛樂級聲卡為了降低成本，通常都采用SCR將輸出的采樣頻率固定在48kHz，但是SRC會對音質(zhì)帶來損害，而且現(xiàn)在的娛樂級聲卡都沒有很好地解決這個問題?，F(xiàn)在應用最廣泛的是石英晶體振蕩器。 石英晶體振蕩器是一種高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，石英晶體振蕩器也稱石英晶體諧振器，它用來穩(wěn)定頻率和選擇頻率，是一種可以取代LC諧振回路的晶體諧振元件。石英晶體振蕩器廣泛地應用在電視機、影碟機、錄像機、無線通訊設備、電子鐘表、單片機、數(shù)字儀器儀表等電

38、子設備中。為數(shù)據(jù)處理設備產(chǎn)生時鐘信號和為特定系統(tǒng)提供基準信號。在單片機中為其提供時鐘頻率。石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結晶體）的壓電效應制成的一種諧振器件，它的基本構成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個對應面上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。只要在晶體振子板極上施加交變電壓，就會使晶片產(chǎn)生機械變形振動，此現(xiàn)象即所謂逆壓電效應。當外加電壓頻率等于晶體諧振器的固有頻率時，就會發(fā)

39、生壓電諧振，從而導致機械變形的振幅突然增大。4系統(tǒng)硬件設計及其原理4.1 單片機串行通信原理 李群芳、肖看.單片機原理、接口及應用M .北京：清華大學出版社,2004：208頁MCS-51單片機內(nèi)部有一個全雙工的串行接收和發(fā)射緩沖器（SBUFF），這兩個在物理上獨立的接收發(fā)射器，即可以接收也可以發(fā)射數(shù)據(jù)，但接收緩沖器只可以讀出不能寫入，而發(fā)送緩沖器只能寫入不能讀出，它們的地址是99H。這個通信口即可以用于網(wǎng)絡通信，亦可以實現(xiàn)串行異步通信，還可以構成同步移位寄存器使用。如果在串行口的輸入輸出引腳上加上電平轉(zhuǎn)換器，就可以方便的構成標準的RS-232接口。下面我們分別介紹。4.1.1串行通信基礎數(shù)據(jù)

40、通信的傳輸方式：常用于數(shù)據(jù)通信的傳輸方式有單工、半雙工、全雙工和多工方式。1） 單工方式：數(shù)據(jù)僅按一個固定的方向傳送。因為這種傳輸方式的用途有限，常用于串行口的打印數(shù)據(jù)傳輸與簡單系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)采集。2） 半雙工方式：數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)雙向傳送，但不能同時進行，實際的應用采用某種協(xié)議實現(xiàn)收發(fā)開關轉(zhuǎn)換。3） 全雙工方式：允許雙方同時進行數(shù)據(jù)雙向傳送，但一般全雙工電路的線路和設備比較復雜。4） 多工方式：以上三種傳輸方式都是同一線路傳輸一種頻率信號，為了充分的利用線路資源，可通過使用多路復用器或多路集線器，采用頻分、時分、或碼分復用技術，即可實現(xiàn)在同一線路上資源共享功能，我們稱之為多工傳輸方式。串行通信的兩

41、種通信形式1）異步通信 在這種通信方式中，接收器和發(fā)射器有各自的時鐘，他們的工作是非同步的，異步通信用一幀來表示一個字符，其內(nèi)容如下：一個起始位，緊接著是若干個數(shù)據(jù)位。2）同步通信 同步通信格式中，發(fā)送器和接收器由同一個時鐘源控制，為了克服在異步傳輸中，每傳輸一幀字符都必須加上起始位和停止位，占用了傳輸時間，在要求傳送的數(shù)據(jù)量較大的情況下使用。串行數(shù)據(jù)通信的傳輸速率：串行數(shù)據(jù)傳輸速率有兩個概念，即每秒傳送的位數(shù)bps(Bit per second)和每秒符號數(shù)波特率（Band rate）,在具有調(diào)制解調(diào)器的通信中，波特率與調(diào)制速率有關。4.1.2 MCS-51的串行和控制寄存器MCS-51單片

42、機串行口專用寄存器結構如圖所示。SBUF為串行口的收發(fā)緩沖器，它是一個可尋址的專用寄存器，其中包含了接收器和發(fā)射器寄存器，可以實現(xiàn)全雙工通信。但這兩個寄存器具有同一地址（99H）。MCS-51的串行數(shù)據(jù)傳輸很簡單，只要向緩沖器寫入數(shù)據(jù)就可發(fā)送數(shù)據(jù)。而從接收緩沖器讀出數(shù)據(jù)既可接收數(shù)據(jù)。此外，接收緩沖器前還加上一級輸入移位寄存器，MCS-51這種結構的目的在于接收數(shù)據(jù)時避免發(fā)生重疊現(xiàn)象，文獻稱這種結構為雙緩沖結構。而發(fā)送數(shù)據(jù)就不需要這樣設計，因為發(fā)送時，CPU是主動的，不可能出現(xiàn)這種情況。1）串行通信寄存器在上一節(jié)我們已經(jīng)分析了SCON控制寄存器，它是一個可尋址的專用寄存器，用于串行數(shù)據(jù)通信的控制

43、，單元地址是98H，其結構格式如下：表4-1 SCON寄存器結構寄存器SCON結構SCOND7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI位地址9FH9EH8DH9CH9BH9AH99H98H下面我們對個控制位功能介紹如下：（1）SM0、SM1：串行口工作方式控制位 SMO SM1 工作方式 功能說明 0 0 方式0 移位寄存器方式（用于I/O擴展） 0 1 方式1 8位UART，波特率可變（T1溢出率/ n） 1 0 方式2 9 位UART，波特率為fosc/64或fosc/321 1 方式3 9位UART，波特率可變（T1溢出率/ n） （2）SM2：多機通信控

44、制位多機通信是工作方式2和方式3，SM2位主要用于方式2和方式3接收狀態(tài)，當串行口工作方式2或3，以及SM2=1時，只有當接收到第9位數(shù)據(jù)（RB8）為1時，才把接收的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，且置位RI發(fā)出中斷申請，否則會將收到的數(shù)據(jù)放棄。當SM2=0時，只有在接收到有效停止位時才啟動RI，若沒接收到有效停止位，則RI清“0”。在方式0中SM2應該為“0”。REN：允許接收控制位。由軟件置“1”時，允許接收；軟件置“0”時，不許接收。TB8：在方式3和方式3中要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，需要時用軟件置位和清零。TB8：在方式2和方式3中是接收到的第9位數(shù)據(jù)。在方式1時，如SM2=0，RB8接收到的停止位

45、。在方式0中，不使用RB8。TI：發(fā)送中斷標志。由硬件在方式0發(fā)送完第8位時置“1”，或在其它方式中串行發(fā)送停止位的開始時置“1”。必須由軟件清“0”。RI：接收中斷標志。由硬件在方式0串行發(fā)射第8位結束時置“1”B:特殊功能寄存器PCONPCON：主要是是CHMOS型單片機的電源控制而設置的專用寄存器，單元地址為87H其機構格式如下表：表4-2 特殊功能寄存器PCON PCOND7D6D5D4D3D2D1D0位符號SMOD GF1GF0PDIDL在CHMOS型單片機中，除SMOD位外其它位均為虛設的，SMOD是串行波特率倍增位，當SMOD=1時串行口波特率加倍，系統(tǒng)復位默認為SMOD=0。2

46、）中斷允許寄存器IE中斷允許寄存器這里重述一下對串行口有影響的位ES。ES為串行中斷允許控制位，ES=1允許串行中斷，ES=0，禁止串行中斷。表4-3 中斷允許寄存器符號EAESET1EX1ETOEX0位地址AFHAEHADHACHABHAAHA8HA8H3）串行口工作方式MCS-51單片機串行接口具有4種工作方式，我從實際應用和畢業(yè)設計的角度，重點討論方式3發(fā)送。串行口定義為方式3時傳送1幀數(shù)據(jù)為10位，其中1位起始地址、8位數(shù)據(jù)位（先低位后高位）、1位停止位，方式3的波特率可變，波特率由下式確定，即 其中，fosc選12MHz,T1的初值為0F4H，SMOD=04.2 遙控發(fā)射電路設計及紅

47、外遙控原理遙控發(fā)射電路利用了通用的紅外發(fā)射管 童詩白,華成英.模擬電子技術基礎M .北京：高等教育出版社，2000 ：186頁 ，現(xiàn)只列出電路圖，如下圖4-1所示。圖4-1 遙控發(fā)射電路紅外線發(fā)射（接收）控制電路均采用AT89S51單片機來實現(xiàn)，電路簡單，輸出控制方式可選擇，實用性強。具體工作過程如下：發(fā)射時：圖所示為遙控發(fā)射電路圖。首先，將從串行發(fā)射口P3.1送出的數(shù)據(jù)反饋到P1.1口進行內(nèi)部調(diào)制，再從P1.2口送出，再經(jīng)過紅外發(fā)射二極管發(fā)射出去，發(fā)射距離為10米。接收時：采用與發(fā)射配套的紅外接收頭，將發(fā)射出的數(shù)據(jù)接收后送到串行口P3.0中，再由系統(tǒng)進行確認接收數(shù)據(jù)是否與發(fā)送數(shù)據(jù)相符，相符則

48、開鎖，不相符則放棄。4.3 本機鍵開鎖設計及工作原理 郭海英.基于單片機的電子安全密碼鎖的設計J .現(xiàn)代電子技術出版社，2005： 86頁本機鍵開鎖電路如下圖4-2所示，本電路由遙控發(fā)射器、接收器、鍵盤、顯示器組成，本機采用了10個按鍵，作為密碼輸入鍵，同時也采用了遙控器開鎖。圖4-2 本機鍵開鎖電路圖AT89S51作為本電路的核心，P0口和P1.0、P1.1、P1.2外接本機鍵盤，P3.0口外接遙控接收頭，P1.3口外接報警信號放大器，用來放大報警信號，驅(qū)動揚聲器，P1.7口外接開鎖電磁驅(qū)動電路，P1.5外接密碼選擇鍵，EPROM內(nèi)存有兩套密碼，P2口接數(shù)碼管，用來顯示按鍵是否按下，P1.4

49、口外接驅(qū)動控制電路用來控制LM386的電源，也就是說只有報警時，LM386才供電源，平常斷電，這樣大大減小了耗電流。本機鍵開鎖工作特點：1) 當沒有接收到遙控信號時，這時由鍵盤輸入密碼，當5位有效密碼輸入正確時按“#”號確認，P1.7口輸出高電平使電磁鎖動作，完成開鎖，同時，電路進入延時狀態(tài)，延時5秒鐘后，電路將自動恢復到初始的閉鎖狀態(tài)。2) 當5位有效密碼輸入正確，但沒有按“#”號鍵確認時，這時電路將自動放棄，恢復到初始的閉鎖狀態(tài)。3) 在輸入5位有效密碼時，必須按照先后順序輸入，如順序錯誤或密碼不對時，這時若不按“#”號確認，將無法開鎖，并同時發(fā)出5秒鐘的報警信號，用以提醒用戶。4) 若連

50、續(xù)3次輸入錯誤，系統(tǒng)會長時間報警，這時必須按復位鍵恢復初始化狀態(tài)。5) 輸入密碼時，首位密碼正確輸入后，電路將開始自動計時，每位密碼數(shù)之間的輸入間隔應在3秒內(nèi)。否則將作為輸入超時處理，系統(tǒng)自動放棄，恢復到初始狀態(tài)。4.4 遙控開鎖的工作原理當選擇遙控開鎖時，本機鍵便會被封鎖。這時，用戶手執(zhí)遙控器按下AT89S51上的P1.0口上的按鍵時，便有數(shù)字從AT89S51 P1.2口發(fā)出，發(fā)送的過程如下：首先將從P3.0口送出5FH，然后將5FH反饋到P1.1口進行內(nèi)部調(diào)制，調(diào)制的規(guī)則是“0”電平調(diào)制，“1”電平不調(diào)制，最后將調(diào)好的數(shù)據(jù)從P1.2口通過紅外發(fā)光二極管以波長為940nm的紅外光發(fā)出紅外遙控

51、信號。然后，在本機控制電路中的AT89S51的P3.0口接有與紅外發(fā)光二極管配套的接收頭，將接收的光信號轉(zhuǎn)換成電信號數(shù)據(jù)。最后，通過系統(tǒng)與內(nèi)部原先設置的數(shù)據(jù)進行比較確認，如果一致便可開鎖，如果不一致便放棄開鎖。4.5 按鍵的設計原理按鍵方式分為獨立式和行列式兩種，本設計采用獨立式按鍵結構，共設置了10個按鍵。獨立式按鍵是指直接用I/O口線構成的單個按鍵電路。每個獨立按鍵單獨占有一根I/O口線，每根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他I/O口線的工作狀態(tài)。它的電路配置靈活，軟件結構簡單。5 系統(tǒng)軟件設計5.1 軟件設計概述軟件的設計是畢業(yè)設計的另一個重要方面，它的好壞直接關系到畢業(yè)設計的成功與

52、否。此次設計我是用匯編完成的，需要能熟練地掌握匯編語言。軟件部分對應地由主程序、初始化程序、延時模塊程序、鍵盤掃描模塊程序、密碼設置程序、繼電器控制程序、LED顯示模塊程序和報警鳴響程序等組成。其原理框圖如圖5-1所示。AT89S51鍵盤輸入復位電路密碼存儲電路晶振電路電源輸入顯示電路報警電路開鎖電路圖5-1 電子密碼鎖原理框圖 5.2 程序流程圖程序流程圖是編寫軟件的重要前提。它是在圖表上直觀地體現(xiàn)擬設計的目的及過程，也是編譯的重要依據(jù)，按照流程圖一步一步編寫程序。下面是我主程序總體流程中的遙控發(fā)射程序框圖5-2和遙控接收程序框圖5-3。圖5-2 遙控發(fā)射程序框圖圖5-3 遙控接收程序框圖6 結論本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機中的AT89S51芯片為核心器件來設計電子密碼鎖，結合外圍的鍵盤輸入、LED顯示、報警系統(tǒng)等電路來完成錯誤報警，超次鎖定、修改用戶密碼，恢復初始密碼和紅外遙控開鎖等功能。其中電磁鎖電路暫時利用發(fā)光二極管代替，用發(fā)光二極管的亮滅和蜂鳴器的響