【正文】 同樣采用矩陣鍵盤，考慮到需要顯示多個字符的問題，此時(shí)采用液晶顯示LCD1602。此處的模擬鎖用發(fā)光二極管來代替。用存儲器 AT24c02 來存儲密碼，報(bào)警部分依然采用蜂鳴器。 通過兩個方案的比較綜合，考慮到外圍設(shè)備，成本等問題，本次設(shè)計(jì)將采用第二種方案。 硬件方面解決單片機(jī)與外圍電路的 設(shè)計(jì) ， 主控模塊采用方案二來進(jìn)行設(shè)計(jì)，另外用遙控器作為發(fā)送端的同時(shí)，應(yīng)在主控模塊 加上接收模塊，對遙控器發(fā)射的信號進(jìn)行接收，解碼等處理。由于鍵碼值由商家提供，因此只需將每個鍵碼值賦予特定的功能，以此來控制密碼鎖的開關(guān)，改密等，并送到 LCD1602 上顯示。另外，還有單片機(jī)最小系統(tǒng)。 軟件方面，首先是按鍵掃描問題，如何判斷哪一個按鍵按下，如何讓其并以何種形式顯示到 LCD1602 上，這里就要考慮到 1602 的顯示，地址寫入等問題。紅外的控制是本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，遙控器是以紅外波的方式將特定的信號送給紅外接收頭。由于本設(shè)計(jì)采用的遙控器比較普遍，因此編碼解碼問題可以很容易查閱到。 系統(tǒng)框圖 本文 所設(shè)計(jì)的 作品 系統(tǒng)由 AT89S51 單片機(jī)及其最小系統(tǒng)、 矩陣鍵盤、 紅外接收頭、遙控器 、蜂鳴器、 模擬 鎖、 LCD1602 液晶顯示等部分組成。其 系統(tǒng)框架圖 如圖 1 所示 基于 51 單片機(jī)的紅外遙控密碼鎖 3 圖 1 總體系統(tǒng)框架圖 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本 次 設(shè)計(jì)的單片機(jī)采用 ATMEL 公司推出的 AT89S51 系列單片機(jī)。 最小系統(tǒng)包括上電復(fù)位電路和晶振電路 【 1】 【 2】 。 上電復(fù)位電路 結(jié)構(gòu)如圖 2 中 R1,R2， C3 和 R1和 R2 分別為 1K和 10K。通過手動來進(jìn)行復(fù)位。 圖 2 上電復(fù)位電路 晶振 電 路 結(jié)構(gòu)如圖 3 中 Y1,C1, 12MHz 頻率的石英晶體 ,補(bǔ)償電容采用 30pF 左右的瓷片電容 . 紅 外 發(fā) 射 器 晶振電路 紅外接收頭 上鍵復(fù)位 紅 外 發(fā) 射 器 51 單 片 機(jī) LCD 模擬鎖 蜂鳴器 4*4 按鍵 基于 51 單片機(jī)的紅外遙控密碼鎖 4 圖 3 晶振電路 LCD 顯示電路設(shè)計(jì) 從設(shè)計(jì)成本來考慮，顯示電路部分首先會想到用數(shù)碼管，但由于一個數(shù)碼管只可以顯示一個字符，例如本次設(shè)計(jì)中，進(jìn)入界面要顯示 wele，輸入密碼是也要提示input code 等等，就要用到 10 多個數(shù)碼管。此外，每個數(shù)碼管的位選端必須要通過單片機(jī)的 IO 口進(jìn)行控制，這就要占用多個 IO 口，且在 PCB 板中進(jìn)行手動布線時(shí)會很復(fù)雜。因此這次設(shè)計(jì)中，采用 LCD1602。 由于采用的 LCD1602 是 16 2 兩行顯示。 第一行顯示提示內(nèi)容，第二行顯示鍵入的數(shù)值。 LCD1602 具有很高的性價(jià)比，且應(yīng)用很廣泛。另外本設(shè)計(jì)使用插針將 1602接到電路中，若 1602 出現(xiàn)故障更換方便。 1602 外觀如下圖 4 所示： 圖 4 LCD1602 管腳圖 LCD1602 在電路中的連接方式，如下圖所示： 基于 51 單片機(jī)的紅外遙控密碼鎖 5 圖 5 LCD 硬件 連接圖 矩陣鍵盤電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)要運(yùn)用按鍵來控制，這時(shí)會想到有 獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤 兩種連接方式，其中， 獨(dú)立鍵盤 需要使用多個 IO 口， 由于本次設(shè)計(jì)要用到 16 個按鍵，因此若用獨(dú)立按鍵 會極大降低 IO 口的利用率。 因此， 本次實(shí)驗(yàn)采用的是 4 4 矩陣鍵盤， 電路連接比較復(fù)雜，但同時(shí)提高了 IO口的利用率。如下圖所示， 16 個按鍵上分別實(shí)現(xiàn)不同功能，其中輸入數(shù)字鍵： 0、 9；以及相應(yīng)的功能鍵。鍵盤的每個按鍵所代表的功能 如下圖所示： 圖 6 4 4 矩陣鍵盤 基于 51 單片機(jī)的紅外遙控密碼鎖 6 存儲電路設(shè)計(jì) 關(guān)于密碼保護(hù)問題，除了由六位隨機(jī)數(shù)字組成，還要考慮到斷電之后數(shù)據(jù)會丟失的問題， 為了防止掉電丟失，本設(shè)計(jì)采用 AT24c02 存儲器。 是一個 2K 位串行 CMOS E2PROM。 內(nèi)部含有 256 個 8 位字節(jié)， CATALYST 公司的先進(jìn) CMOS 技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗。 管腳圖如圖 7 所示： 圖 7 AT24c02 管腳圖 表 1 AT24c02 管腳功能 管腳名稱 管腳功能 A0、 A A2 器件地址選擇 SDA 串行數(shù)據(jù) /地址 SCL 串行時(shí)鐘 WP 寫保護(hù) Vcc + 工作電壓 Vss 接地 圖 8 存儲器 地址位 下圖為 24C02在硬件中的的連接圖，根據(jù)各個管腳功能只需把 A0、 A A wp接地，按照 I2C協(xié)議，時(shí)鐘線 SCL和數(shù)據(jù)線 SDA需接 10K上拉電阻。 基于 51 單片機(jī)的紅外遙控密碼鎖 7 圖 9 AT24c02 硬件連接圖 紅外發(fā)送接收電路設(shè)計(jì) 1）紅外發(fā)送模塊 這次設(shè)計(jì)中用到的 遙控器 其實(shí)物圖如下圖所示： 圖 10 小型遙控器 特點(diǎn)： 通過無線來控制 ， 攜帶方便，低成本，低功耗 等。 遙控器 應(yīng)用 范圍：電器、兒童玩具等。 按編碼分類，有兩種編碼方式，主要分為 RC5碼和 NEC碼 【 35】 。 由于本次設(shè)計(jì)用到的遙控器采用的是 NEC編碼協(xié)議，下面將重點(diǎn)描述 NEC碼特性。 NEC格式的特征： （ 1） 使用 16位客戶代碼 （ 2） 使用 8位數(shù)據(jù)代碼 （ 3） 引導(dǎo)碼間隔是 9 ms + ms 基于 51 單片機(jī)的紅外遙控密碼鎖 8 （ 4） 使用 38 kHz載波頻率 下圖為 接收頭上 觀察到 的波形： 圖 11 遙控信號周期波形 圖 12 引導(dǎo)碼間隔圖 NEC碼編碼原理如下： （ 1）數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)（組成） N E C 遙 控 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 格 式低 8 位 地 址 碼 高 8 位 地 址 碼 8 位 數(shù) 據(jù) 8 位 數(shù) 據(jù) 反 碼2 0 0 9 7 1 3 2 0 0 9 7 2 0前 導(dǎo) 電 平2 0 0 9 7 1 3 2 0 0 9 7 2 03 2 位 二 進(jìn) 制 編 碼2 0 0 9 7 1 3 2 0 0 9 7 2 0連 發(fā) 代 碼4 . 5 m s2 . 5 m s 圖 13 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)圖 基于 51 單片機(jī)的紅外遙控密碼鎖 9 （ 2）“ 0”、“ 1”的表示方法： 圖 14 “ 0”和“ 1”的發(fā)射圖 2）紅外接收 本次設(shè)計(jì)采用的紅外遙控信號的接收集紅外接收 和放大于一體 ， 不需要添加其他外圍電路 ，就可以輸出與 TTL電平兼容的信號。 以此來完成紅外遙控的發(fā)送于接收。本次設(shè)計(jì)采用的是 VS_1838b。外觀如下： 圖 15 紅外接收頭 VS_1838b 由于密碼采用雙控模式，在主控模塊采用矩陣鍵盤進(jìn)行密碼的輸入及修改，因此，將紅外接收端接到單片機(jī)的外部中斷 1 來檢測是否有紅外信號，進(jìn)而判斷遙控器是否0 . 565 ms2 . 25 ms1 . 685 ms遙控發(fā)射碼 “ 1 ”0 . 565 ms1 . 125 ms0 . 56 ms遙控發(fā)射碼 “ 0 ”基于 51 單片機(jī)的紅外遙控密碼鎖 10 有按鍵按下，并進(jìn)行密碼的輸入與修改。由原 理圖可知，接收頭的三個管腳，只需要將 GND 接地 VCC 接入電源，另一根輸出線接入到單片機(jī)的外部中斷 1 口即可。 紅外接收頭 與單片機(jī)的連接 硬件 電路 如下圖所示： I N T 1P 3 ^ 3S T C 8 9 C 5 2O u tGNDV c c+ 5 VV S _ 1 8 3 8 b 圖 16 紅外接收頭連接圖 模擬鎖與報(bào)警電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)采用 led 來模擬鎖，將發(fā)光二極管接到單片機(jī)的 IO 口上，實(shí)際應(yīng)用中接上一個 1K 電阻以保證發(fā)光二極管的亮度。如下圖所示： 圖 17 led 連接圖 報(bào)警電路采用的是蜂鳴器， 由于蜂鳴器的工作電流一般比較大， 這將導(dǎo)致單片機(jī)的 IO 口無法直接進(jìn)行驅(qū)動 【 6】 【 7】 。以至于 單片機(jī)的 I/O 口是無法直接驅(qū)動 ， 所以 要使用放大電路用以驅(qū)動蜂鳴器，本次設(shè)計(jì)采 用三極管來 進(jìn)行蜂鳴器的驅(qū)動 。 蜂鳴器驅(qū)動 電路的外圍設(shè)計(jì) ： 蜂鳴器、 三極管 再加上一個 1K 電阻接到單片機(jī)的IO 口上 。 蜂鳴器外圍電路如下： 基于 51 單片機(jī)的紅外遙控密碼鎖 11 圖 18 蜂鳴器連接圖 系統(tǒng) PCB 設(shè)計(jì) 根據(jù)上述每個模塊的設(shè)計(jì)，以及單片機(jī)的各個管腳特性整體電路 如圖 19。由于LCD 接的是單片機(jī)的 P0 口所以每個管腳要接一個 10K 的上拉電路，即 10K 排阻。電源部分采用的是 USB 給單片機(jī)提供 +5V 的電源，發(fā)光二極管來指示有沒有給單片機(jī)供電。 再考慮每個模塊需要加入的外圍電路，以及接入到單片機(jī)相應(yīng)的 IO 口，為了方便程序的修改，要嚴(yán)格按照仿真的接法接到單片機(jī)的管腳，本設(shè)計(jì)總體原理圖如下圖所示： 基于 51 單片機(jī)的紅外遙控密碼鎖 12 圖 19 總體原理圖 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)思路 本次設(shè)計(jì)的密碼鎖，采用的是雙控模式，即在主控模塊中有 4 4 矩陣鍵盤可以輸入 數(shù)字來進(jìn)行改密 等功能， 同時(shí)也可以用遙控器來實(shí)現(xiàn) 。 首先考慮到矩陣鍵盤的掃描問題 ，單片機(jī) IO 口默認(rèn)為高電平，如上面矩陣鍵盤圖所示，鍵盤的列和行分別接 P1 口的高低電平，可以先固定在某一行進(jìn)行掃描，利用 switch 語句返回每個按鍵鎖表示的數(shù)值及跳轉(zhuǎn)到某個功能函數(shù)中去，以此來實(shí)現(xiàn)按鍵控制。 其次是 1602LCD 顯示問題，先將 LCD 初始化，首行顯示提示語例如登陸界面 顯示 wele，開鎖是顯示 input code 等。第二行 用來 顯示密碼?？紤]到安全性，將會將數(shù)字顯示成 *，提示語及密碼均顯示在 LCD 的正中間以保證屏幕的整體美觀效果。其中密碼為六位數(shù)。 然后是 AT24c02 存儲器，防止密碼斷電丟 失。先寫 24c02 的驅(qū)動程序，時(shí)鐘信號，讀寫數(shù)據(jù)等等，要考慮怎么將密碼寫入到 24c02 中，以及從中讀取等問題。讓 LCD基于 51 單片機(jī)的紅外遙控密碼鎖 13 顯示 字符 的同時(shí)保存到 AT24c02 中。 最后要考慮 遠(yuǎn)程 遙控問題，遙控器來發(fā)送紅外波，并由接收頭接收信號 經(jīng)過處理之后 傳到單片機(jī)中， 再 經(jīng)過程序運(yùn)行處理來進(jìn)行開鎖、改密等。由前面的硬件介紹部分可知接收 頭 連接的是外部中斷 1，當(dāng) 發(fā)射 器發(fā)送信號時(shí)，外部中斷 1 打開，此時(shí)進(jìn)入中斷程序，遙控器的 21 個按鍵有各自的鍵碼值，同上述按鍵掃描采用 switch 語句可返回各個按鍵代表的數(shù)字及功能，以此來實(shí)現(xiàn)遙控器對密碼鎖 的控制。 另外，密碼鎖是用發(fā)光二極管來模擬，只需用高低電平來控制 IO 口即可。即當(dāng)接發(fā)光二極管接的 IO 口為低電平時(shí) led 點(diǎn)亮（可認(rèn)為開鎖）。當(dāng) IO 口味高電平時(shí) led熄滅，此時(shí)認(rèn)為上鎖。蜂鳴器是用三極管來驅(qū)動接入到單片機(jī)的 IO 口，如發(fā)光二極管，當(dāng) IO 口為低電平時(shí)蜂鳴器響。所以，當(dāng)密碼錯誤時(shí)，給 IO 口送低電平即可達(dá)到報(bào)警效果。 算法與流程圖 鑒于密碼鎖在輸入密碼時(shí)可有矩陣按鍵及遙控器進(jìn)行雙控，紅外遙控采用中斷的方式進(jìn)行接收信號，先是按鍵的掃描，判斷是執(zhí)行某個任務(wù)還是將輸入密碼輸送到LCD1602 上面。 接收頭的輸出管腳連接的是單片機(jī)的外部中斷 1 口，因此，在程序運(yùn)行時(shí)，首先要判斷是否產(chǎn)生中斷。先是遙控器發(fā)射出紅外波，由接收部分將發(fā)射過來的信號轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過放大電路等將其還原成相應(yīng)的編碼信號，然后通過譯碼器譯碼，將相應(yīng)的解碼賦予不同的功能，從而進(jìn)行對密碼鎖的控制，實(shí)現(xiàn)遙控效果。本設(shè)計(jì)的主流程圖如下圖所示： 基于 51 單片機(jī)的紅外遙控密碼鎖 14 圖 2