【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 262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)從Dout口發(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42所示。 1KR4PotQ2N390VCDSLETXes7圖32 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7 / 53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(shuō)，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。 紅外解碼和接收模塊方案一：分立元件解決方案，電路如圖33所示。 圖中RD1為紅外接收管；RR4，VT1構(gòu)成反相放大器；VTRC2構(gòu)成濾波器，濾掉38KHz的高頻載波；RRVT3構(gòu)成整形電路， 圖33 低電壓紅外接收電路將濾波后的波形處理為較好的方波；CC3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34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。 8 / 53123P一VCRX0Kes圖34 TL1838接收電路TL1838一體化接收頭的簡(jiǎn)介：TL1838的管腳分布如圖45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作電壓：～工作電流：距離：15M頻率：38K角度：177。45176。波長(zhǎng)：940nm鐵殼：有 TL1838是黑色環(huán)氧聚光透鏡，濾除了可見(jiàn)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、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36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35 MK0038引腳圖Figure35 TL1838 Pin Configuration9 / 53圖36 (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～，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求，電路又非常簡(jiǎn)單，硬件成本又很低，通過(guò)軟件編程，使得紅外編碼非常靈活，所以采用該方案。 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37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，DIP20封裝，體積小，功能齊全，～6V；（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，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，系統(tǒng)功耗幾乎為零； 10 / 53AT24C01紅外接收紅外發(fā)送開(kāi)關(guān)按鍵 看門狗5V電源圖37 紅外遙控器邏輯框圖 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38所示。 圖38 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 SCL、SDA 必須加上一上拉電阻，阻值為 10K。 芯片介紹：AT24C01 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的 I2C 串行 E2PROM。它為可用電擦除、可編程只讀11 / 53存儲(chǔ)器，自定時(shí)寫周期，包括自動(dòng)擦除時(shí)間不超過(guò) 10ms，典型時(shí)間為 5ms。芯片 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。 管腳介紹： WP：寫保護(hù)。將該管腳接 VCC，E 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(kāi)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。 器件地址的約定： 主器件在發(fā)送啟動(dòng)命令后開(kāi)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(jiàn)圖 411）用來(lái)定義存儲(chǔ)器的地址，對(duì)于AT24C02 位無(wú)意義。最后一位為讀寫控制位。 “1”表示讀操作， “0”表示寫操作。 圖 39 AT24C01 從器件尋址 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 310 AT24C01 應(yīng)答時(shí)序 AT24C02寫操作 字節(jié)寫 12 / 53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311所示。 圖 311 AT24C01 字節(jié)寫時(shí)序頁(yè)寫 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)，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(guò) 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 311 所示。 圖311 AT24C02頁(yè)寫時(shí)序 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 312 所示。 13 / 53圖312 AT24C01立即地址讀時(shí)序選擇地址讀 選擇/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。AT24C01 選擇地址讀如圖 313 所示。 圖 313 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(guò) 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 314 所示。14 / 53圖314 AT24C01連續(xù)讀時(shí)序 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315 所示。 圖3－15 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，DIP40封裝，功能齊全，～6V； ? 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(kāi)關(guān)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘供電， 功耗只有幾十微安； ? 紅外開(kāi)關(guān)是低功耗控制電路的啟動(dòng)控制開(kāi)關(guān)，當(dāng)有紅外線進(jìn)入有效區(qū)域，紅外開(kāi)關(guān)動(dòng)作，低功耗控制電路打開(kāi)電控開(kāi)關(guān)，向系統(tǒng)供電，操作完畢，系統(tǒng)掉電；15 / 53 ? 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)由串行的E 2PROM實(shí)現(xiàn)； 3．5．1 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)模塊設(shè)計(jì)在硬件上基本相同。電路參見(jiàn)下面的電路總圖。 3．5．2 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。 3．5．3 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。 3．5．4 開(kāi)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(méi)有涉及到，僅給出開(kāi)關(guān)量輸出接口。 3．5．5 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(kāi)鎖成功指示和鑰匙注冊(cè)指示。 紅外遙控電子密碼鎖的總體原理圖和PCB板圖設(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(kāi)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 P0－P3，三個(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)震蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，內(nèi)部晶振 ，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 3－16～3－19 所示。電路設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到器件對(duì)電源噪聲很16 / 53敏感，因此 Vcc 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： PCB板圖（元件位置示意圖）：17 / 53PCB制板圖：紅外遙控門鎖（主機(jī)）電路原理圖： PCB 板圖（元件位置示意圖）：18 / 53PCB 制板圖： 電路的仿真 ISIS軟件簡(jiǎn)介：Proteus ISIS 是英國(guó) Labcenter 公司開(kāi)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，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：①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、19 / 53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