【文章內(nèi)容簡介】 262自動把微處理器送出的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，大大提高了數(shù)據(jù)保密度。其缺點是由于使用了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，僅僅是增加了軟件編程的負擔。 經(jīng)比較，方案三既可滿足題目要求，電路又非常簡單，硬件成本又很低，僅僅是增加了軟件的編程負擔，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，當接收到較強的信號是保護VT1。 該方案最大的優(yōu)點是供電電壓比較低，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)臏蚀_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：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。 當紅外線發(fā)射器發(fā)出的信號經(jīng)空間傳送到TL1838時，它內(nèi)部的PIN紅外線接收管將紅外線轉(zhuǎn)換為電信號，該信號經(jīng)選頻放大、解調(diào)后由1腳輸出與TTL電平兼容的電信號，該信號可以直接送入微處理器進行處理。 TL1838的輸出波形如圖36所示。當接收到頻帶內(nèi)的紅外信號時，TL1838接收器會輸出低電平，否則數(shù)據(jù)高電平，從而“將時斷時續(xù)”的紅外信號解調(diào)成原來的連續(xù)方波信號。 圖35 MK0038引腳圖Figure35 TL1838 Pin Configuration9 / 53圖36 (a) 已調(diào)制紅外信號 (b) TL1838輸出信號TL1838的優(yōu)點是穩(wěn)定性好，抗干擾能力很強，外圍電路非常簡潔，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。 紅外鑰匙（從機）子系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)紅外遙鑰匙（從機）的功能需求和總體設(shè)計方案，建立紅外鑰匙（從機）的邏輯框圖，如圖37所示。 紅外遙控器（鑰匙）的硬件特點： ? 硬件以美國ATMEL公司的AT89C2051為控制核心，DIP20封裝，體積小，功能齊全，～6V；（考慮到價格等因素，實驗用AT89S52） ? 設(shè)置電壓監(jiān)控功能，產(chǎn)生一下下降沿脈沖，向單片機申請電壓低中斷； ? 低功耗控制電路管理整個系統(tǒng)的電源，待機狀態(tài)下，低功耗控制電路關(guān)閉整個系統(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)存儲模塊設(shè)計由于紅外鑰匙（從機）大部分時間工作的掉電狀態(tài)下，因此，有必要對紅外鑰匙（從機）正常工作所需的數(shù)據(jù)進行保護，例如紅外鑰匙（從機）本身的序列號和加密程序，由于實驗所有的單片機內(nèi)存儲空間有限，所以本設(shè)計采用了串行EEPROM AT24C02，電路原理圖如圖38所示。 圖38 數(shù)據(jù)存儲電路紅外鑰匙（從機）的加密程序和主機產(chǎn)生的密碼存放在 AT24C02 中，當需要更改或讀取密碼時，只需對 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 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存儲器，自定時寫周期，包括自動擦除時間不超過 10ms，典型時間為 5ms。芯片 至 6V 的工作電壓，可擦寫 100 萬次，數(shù)據(jù)保存可長達 100 年， 提供 8 腳 DIP 和 SOIC封裝。AT24C01 允許在一個寫周期內(nèi)同時對 1 字節(jié)到 1 頁的若干字節(jié)進行編程寫入，一頁的大小取決于芯片內(nèi)寄存器的大小。 管腳介紹： WP：寫保護。將該管腳接 VCC，E 2PROM 就實現(xiàn)寫保護（只讀） 。將該管腳接地或懸空，可以對器件進行讀寫操作SCL：串行時鐘腳串行輸入輸出數(shù)據(jù)時，該腳用于輸入時鐘。 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：片選或頁選地址輸入。用于芯片尋址。AT24C01 內(nèi)部無連接。 器件地址的約定： 主器件在發(fā)送啟動命令后開始傳送，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。接下來的 3 位（見圖 411）用來定義存儲器的地址，對于AT24C02 位無意義。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 每次數(shù)據(jù)傳送成功后，接收器件發(fā)送一個應(yīng)答信號。當?shù)诰艂€時鐘信號產(chǎn)生時，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)答時序如圖10 所示 圖 310 AT24C01 應(yīng)答時序 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)答信號后，再送數(shù)據(jù)到相應(yīng)數(shù)據(jù)存儲區(qū)地址。AT24C01再響應(yīng)一個應(yīng)答信號，主器件產(chǎn)生一個停止信號；然后，AT24C01啟動內(nèi)部寫周期。AT24C01字節(jié)寫時序如圖311所示。 圖 311 AT24C01 字節(jié)寫時序頁寫 頁寫操作時，最多可以一次向 AT24C01 中寫入 8 個字節(jié)的數(shù)據(jù)。在寫入命令后，主器件發(fā)送 8 個字節(jié)的數(shù)據(jù)，每傳送完一個字節(jié)數(shù)據(jù)后，AT24C02 響應(yīng)一個應(yīng)答信號，尋址字節(jié)低位自動加 1，而高位保持不變。 如果主器件在發(fā)送停止信號前發(fā)送的字節(jié)數(shù)超過 8 個，先前寫入的數(shù)據(jù)被自動覆蓋。接收到 8 字節(jié)數(shù)據(jù)后和主器件發(fā)送的停止信號后，AT24C01 啟動內(nèi)部寫周期將數(shù)據(jù)寫到數(shù)據(jù)區(qū)。頁寫時序如圖 311 所示。 圖311 AT24C02頁寫時序 讀操作 對 AT24C02 讀操作的初始化和寫操作時一樣，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） ，則寄存器將會翻轉(zhuǎn)到地址 0 繼續(xù)輸出數(shù)據(jù)，在 AT24C01 接收到從機地址以后（R/W=1） ，它首先發(fā)送一個應(yīng)答信號，然后發(fā)送 8 位一字節(jié)的數(shù)據(jù)。主機產(chǎn)生一個停止信號。AT24C02 立即地址讀時序如圖 312 所示。 13 / 53圖312 AT24C01立即地址讀時序選擇地址讀 選擇/隨機讀操作允許主機對寄存器的任意字節(jié)進行讀操作。主機首先進行一次空寫操作，發(fā)送起始條件、從機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，主機重新發(fā)送起始條件位和從機地址位 ，此時 R/W 置為“1” 。 AT24C01 響應(yīng)并發(fā)送應(yīng)答信號然后輸出要求的 8 位字節(jié)數(shù)據(jù)。主機不發(fā)送信號應(yīng)答，但是產(chǎn)生一個停止位。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，主機產(chǎn)生一個應(yīng)答信號來響應(yīng)，告知 AT24C01 主機要求更多的數(shù)據(jù)，對應(yīng)每個主機產(chǎn)生的應(yīng)答信號 AT24C01 將發(fā)送一個 8 位的數(shù)據(jù)字節(jié)。當主機發(fā)送非應(yīng)答信號時結(jié)束讀操作，然后主機發(fā)送一個停止信號。 從 AT24C01 輸出的數(shù)據(jù)按順序輸出，由 N 到 N+1。讀操作時的地址計數(shù)器在 AT24C01整個寄存器區(qū)域增加，這樣整個寄存器區(qū)域可在一個讀操作內(nèi)全部讀出。當超過 E（對于 24C01, E=255）字節(jié)數(shù)據(jù)被讀出時，計數(shù)器將循環(huán)計數(shù)繼續(xù)輸出數(shù)據(jù)。連續(xù)讀時序如圖 314 所示。14 / 53圖314 AT24C01連續(xù)讀時序 紅外遙控門鎖子系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)紅外遙控門鎖的功能需求和總體設(shè)計方案，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： ? 紅外遙控門鎖以美國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系統(tǒng)的電源，待機狀態(tài)下，低功耗控制電路關(guān)閉整個系統(tǒng)的電源，僅向紅外開關(guān)和實時時鐘供電， 功耗只有幾十微安； ? 紅外開關(guān)是低功耗控制電路的啟動控制開關(guān)，當有紅外線進入有效區(qū)域，紅外開關(guān)動作，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；15 / 53 ? 數(shù)據(jù)存儲由串行的E 2PROM實現(xiàn)； 3．5．1 數(shù)據(jù)存儲模塊設(shè)計 紅外遙控門鎖子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲模塊與紅外鑰匙（從機）子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲模塊設(shè)計在硬件上基本相同。電路參見下面的電路總圖。 3．5．2 紅外接收模塊設(shè)計 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)計在方案比較部分已做詳細的論述，在此不再贅述。 3．5．3 紅外發(fā)射模塊設(shè)計 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）的發(fā)射模塊幾乎相同，具體設(shè)計在方案比較部分已做詳細的論述，在此不再贅述。 3．5．4 開鎖驅(qū)動模塊設(shè)計 鎖體部分使用技術(shù)成熟的電驅(qū)動鎖，本設(shè)計沒有涉及到，僅給出開關(guān)量輸出接口。 3．5．5 工作指示模塊設(shè)計 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指示。 紅外遙控電子密碼鎖的總體原理圖和PCB板圖設(shè)計系統(tǒng)以單片機 AT89S52 作為控制中心，完成四方面的功能：紅外信號的發(fā)射和接收；處理紅外傳輸信號，紅外信號的檢測；密碼的加密和解密；開鎖和注冊的顯示。單片機 AT89S52 資源豐富，內(nèi)含一個 8 位的微處理器（ CPU），8kB 的片內(nèi)程序存儲器 ROM（ Read Only Memory），256B 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 RAM（Random Access Memory），四個 8 位并行 I/O 接口 P0－P3，三個定時 /計數(shù)器，五個中斷源，一個全雙工通用異步接收發(fā)送器 UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter），有片內(nèi)震蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，內(nèi)部晶振 ，內(nèi)置看門狗定時器 WDT（Watch Dog Timer）和在系統(tǒng)編程 ISP（In System Program） 6 .50。單片機接收從傳感器檢測電路輸入的邏輯信號和脈沖信號，并將輸入的信號進行處理運算，以控制電流或控制電壓的形式輸出給被控制的單元電路，完成各項任務(wù)的要求。為了方便單片機引腳的使用，將單片機所有 I/O 口引腳用接口引出。在實際應(yīng)用中，串行通信與單片機控制電路密切相關(guān)，因此把串行通信與單片機控制電路聯(lián)合一起組成單片機最小系統(tǒng)，電路如圖 3－16～3－19 所示。電路設(shè)計時，考慮到器件對電源噪聲很16 / 53敏感，因此 Vcc 必須要對地加去耦電容 C2 和 C3（從機只加 C2）。紅外鑰匙（從機）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）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軟件簡介：Proteus ISIS 是英國 Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于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，該軟件的特點是：①實現(xiàn)了單片機仿真和 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單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232 動態(tài)仿真、I2C 調(diào)試器、SPI 調(diào)試器、鍵盤和 LCD 系