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正文內(nèi)容

基于at89c51單片機(jī)的紅外遙控防盜密碼鎖設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-01-11 01:23 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電路復(fù)位電路紅外接收頭液晶顯示電路密碼存儲(chǔ)電路AT 89 C 51 總體方案的確定 綜上所述,本設(shè)計(jì)的 發(fā)送部分 采 用網(wǎng)上購買的 WD6122 芯片為內(nèi)核的小型遙控器 ,其編碼基于 NEC 協(xié)議。接收部分則主要由 AT89C5 LCD1602 液晶、繼電器、晶振電路、復(fù)位電路等組成, 由紅外接收頭 HX1838 接收 紅外 信號(hào),數(shù)據(jù)進(jìn)入 51 單片機(jī)解碼。系統(tǒng) 的 整體 設(shè)計(jì)框圖如下圖 所示 : 圖 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖 遙控密碼鎖的基本設(shè)計(jì)功能主要有如下幾個(gè)部分: (1) 設(shè)定密碼:在該設(shè)計(jì)中設(shè)定了一組原始密碼: 123456。用戶可以通過修改鍵來修改原始密碼。比如:撥碼開關(guān)打到修改狀態(tài),接著用遙控器依次輸入兩次六位 密碼,再按確認(rèn)鍵即表示密碼被設(shè)置好了,那么下次用戶輸入這組數(shù)據(jù)即可開鎖。 (2) 密碼輸入有效顯示:為了確信是否有鍵按下以及防止密碼外泄,在電路中設(shè)置了液晶顯示,即在顯示時(shí)并不是顯示用戶按下的數(shù)字符號(hào),而是在輸入一位時(shí),液晶則顯示一個(gè)字符“ *”, 這樣既巧妙地提醒了用戶又保護(hù)了用戶密碼,可靠性也是本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)之一。 (3) 遙控開鎖:用戶可以不必在主機(jī)上輸入密碼開鎖。只要手執(zhí)遙控器,鍵入正確密碼,便會(huì)自動(dòng)開鎖;如果密碼錯(cuò)誤,則不能實(shí)現(xiàn)開鎖。 常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 6 頁 共 32 頁 t 1 t 1t 2 t 3二進(jìn)制 0 二進(jìn)制 13 紅外系統(tǒng)理論 紅外通信 系統(tǒng) 紅外遙控是 單工的紅外通信方式,本設(shè)計(jì)的紅外遙控采用以通信方式為基礎(chǔ)的紅外遙控, 故著重分析紅外通信 系統(tǒng) 的基本原理。 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 至 25um 之間。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)( IrDA)成立后,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)。 紅外通信 [3]是利用紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)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(duì)一個(gè)紅外輻射源進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射紅外信號(hào),而接收系統(tǒng)用光學(xué)裝置和紅外探測(cè)器進(jìn)行接收,就構(gòu)成紅外通信系統(tǒng)。 紅外通信的基本原理是發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào)(載波信號(hào)),通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)。常用的有通過脈沖寬度來實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈寬調(diào)制( PWM)和通過脈沖串之間的時(shí)間間隔來實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈時(shí)調(diào)制( PPM) [4]兩種方法。脈時(shí)調(diào)制( PPM) 是紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì) (IrDA) [5]和國際電子電工委員會(huì) (IEEE)都推薦的調(diào)制方式,本設(shè)計(jì)采用脈時(shí) 調(diào)制方法,即用兩個(gè)脈沖串之間的時(shí)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(yàn)的 RS232 通信,首先產(chǎn)生一個(gè)同步頭,然后接著 8 位數(shù)據(jù)比特。如圖 所示。 圖 PPM 調(diào)制波形圖 普通的紅外遙控采用面向指令的幀結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)幀由同步碼、地址碼和指令碼組成,指令碼長度多為 8~ 16 個(gè)比特,傳送多字節(jié)遙控協(xié)議時(shí)效率偏低,而增加指令碼的長度不利于接收器同步,為此本設(shè)計(jì)選用一種面向字節(jié)的幀結(jié)構(gòu),采用類似于異步串行通信的幀結(jié)構(gòu),每幀由一個(gè)起始位(二進(jìn)制數(shù) 0)、 8 個(gè)數(shù)據(jù)位和 2 個(gè)停止位(二 進(jìn)制數(shù) 1)構(gòu)成,如圖 所示。每幀傳送 1 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù),幀與幀間隔大于 2ms,幀結(jié)構(gòu)不含地址信息,尋址問題由高層協(xié)議解決。 由于紅外光存在反射,在全雙工的方式下發(fā)送的信號(hào)也可能會(huì)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。 常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 7 頁 共 32 頁 圖 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖 紅外遙控 系統(tǒng) 紅外遙控 [6]是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。紅外遙控系統(tǒng)主要由發(fā)射和接收兩大部分組成,應(yīng)用編解碼專用集成電路芯片來進(jìn)行控制操作。發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編 碼調(diào)制、 LED 紅外發(fā)送器;接收部分包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。紅外遙控系統(tǒng)框圖如圖 所示。 圖 紅外遙控系統(tǒng)框圖 紅外 遙控器 編碼原理 紅外遙控器是通過發(fā)送一定的控制信號(hào)來實(shí)現(xiàn)對(duì)密碼鎖的控制,這個(gè)控制信號(hào)就是一串紅外脈沖編碼信號(hào)。通過發(fā)送的不同編碼脈沖來表示不同的功能按鍵信號(hào),通過一體化紅外接收頭接收到編碼 脈沖,并進(jìn)行相應(yīng)的解碼執(zhí)行相應(yīng)的功能,這樣就實(shí)現(xiàn)了紅外遙控 的目的。由此可見,編碼在紅外遙控系統(tǒng)中的重要性,不過編碼方式目前還沒有一個(gè)統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn),每個(gè)生產(chǎn)廠家 所使用的編碼格式各不相同。目前使用的編碼標(biāo)準(zhǔn)主要有 RC NEC、 SONY、 REC80、 SAMSWNG 等,主要是歐洲和日本生產(chǎn)廠家所使用的編碼格式。目前應(yīng)用較多的是 NEC 型編碼方式。下面介紹最常用的 NEC 編碼標(biāo)準(zhǔn),紅外遙控編碼脈沖如圖 示。 圖 NEC 類紅外遙控編碼脈沖 鍵盤 編碼調(diào)制 解調(diào)光電放大解碼單片機(jī)紅外遙控器 一體化紅外接收頭常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 8 頁 共 32 頁 NEC 協(xié)議通過脈沖串之間的時(shí)間間隔來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制( Pulse Position Modulation: PPM)。以脈寬為 ms、間隔 ms、周期為 ms 的組合表示二進(jìn)制的“ 0”; 以脈寬 為 、間隔 ms、周期為 ms 的組合表示二進(jìn)制的“ 1”。圖 所示的是位“ 0”和位“ 1”的波形圖。上述由“ 0”和“ 1”組成的 32 位二進(jìn)制碼經(jīng) 38kHz 的載頻進(jìn)行二次調(diào)制后可提高發(fā)射率 , 從而達(dá)到降低電源功耗的目的。 圖 位“ 0”和位“ 1”的波形圖 由圖 和圖 可以看出 NEC 的編碼方式,脈沖波形開始以高電平 9ms 和低電平 的引導(dǎo)碼進(jìn)行發(fā)射,依次是 引導(dǎo)碼、 客戶碼、數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼。 紅外接收頭 解碼原理 紅外接收頭一般是接收、放大、解調(diào)一 體頭,紅外信號(hào)經(jīng)接收頭解調(diào)后,數(shù)據(jù)“ 0”和“ 1”的區(qū)別通常體現(xiàn)在高低電平的時(shí)間長短或信號(hào)周期上,單片機(jī)解 碼時(shí),通常將接收頭輸出腳連接到單片機(jī)的外部中斷,結(jié)合定時(shí)器判斷 中斷間隔的時(shí)間 , 從而獲取數(shù)據(jù) 。 接收信號(hào)的解碼是根據(jù)紅外線接收器輸出脈沖幀的格式來進(jìn)行解碼的,即用累加器 A 分別對(duì)符合條件的負(fù)跳變脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)紅外線接收器輸出脈沖幀數(shù)據(jù)時(shí),第一位碼的低電平將啟動(dòng)中斷程序,實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)幀。在接收數(shù)據(jù)幀時(shí),根據(jù)發(fā)射幀的格式將對(duì)第一位(起始)碼的碼寬進(jìn)行驗(yàn)證。若第一位低電平碼的脈沖寬小于 2ms,將作為錯(cuò)誤碼處理。當(dāng) 間隔位的高電平脈沖大于 3ms 時(shí),結(jié)束接收,然后根據(jù)累加器 A 中的脈沖個(gè)數(shù),執(zhí)行相應(yīng)的操作。圖 為紅外線接收 遙控碼波形圖。 10ms 1ms 10ms ? 3ms 1ms 圖 紅外接收遙控碼波形圖 常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 9 頁 共 32 頁 復(fù)位電路晶振電路 AT 89 C 51電源P 3. 4( T 0)14X T A L 218X T A L 119R E S E T9P 3. 5( T 1)15G N D20P 3. 1( T X D )11P 3. 0( R X D )10P 3. 3( IN T 1)13P 3. 2( IN T 0)12P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 0. 0( A D 0 )39P 0. 1( A D 1 )38P 0. 2( A D 2 )37P 0. 3( A D 3 )36P 0. 4( A D 4 )35P 0. 5( A D 5 )34P 0. 6( A D 6 )33P 0. 7( A D 7 )32P 2. 7( A 15 )28P 2. 6( A 14 )27P 2. 5( A 13 )26P 2. 4( A 12 )25P 2. 3( A 11 )24P 2. 2( A 10 )23P 2. 1( A 9)22P 2. 0( A 8)21P S E N29V C C40E A /V P P31A L E /P R O G30P 3. 6( W R )16P 3. 7( R D )17A T 89C 514 硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī) 最小系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 單片機(jī) 最小系統(tǒng) [7],或 稱為單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最小的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對(duì)于 51 系列單 片機(jī)來說,最小系統(tǒng)一般包括 AT89C51 單片機(jī)、 電源電路、 復(fù)位 電路和 晶振電路 ,如圖 所示。 圖 最小系統(tǒng)電路框圖 AT89C51 單片機(jī) AT89C 系列單片機(jī) [8]是 Atmel 公司生產(chǎn)的一款標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī)。其中數(shù)字 9 表示內(nèi)含 Flash 存儲(chǔ)器, C 表示 CMOS 工藝。 它與 MCS51 系列產(chǎn)品兼容,是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器,具有 4 k 字節(jié) Flash, 128 字節(jié) RAM, 32 位 I/O 口線, 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針, 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器,一個(gè) 5 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu),全雙 工串行口,片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。 AT89C51 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯工作。空閑模式下, CPU 停止工作,允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 其管腳圖如圖 所示。 圖 89C51 芯片引腳圖 常州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 10 頁 共 32 頁 主電源及時(shí)鐘引腳 —— 此類引腳包括電源引腳 Vcc、 Vss、時(shí)鐘引腳 XTAL XTAL2。 ( 1) Vcc( 40 腳):接 +5V 電源,為單片機(jī)芯片提供電能。 ( 2) Vss( 20 腳) : 接地。 ( 3) XTAL1( 19 腳)在單片機(jī)內(nèi)部,它是一個(gè)反向放大器的輸入端,該放大器構(gòu)成 了片內(nèi) 的振蕩器,可提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。 ( 4) XTAL2( 18 腳)在單片機(jī)內(nèi)部,接至上述振蕩器的反向輸出端。 控制引腳 —— 此類引腳包括 RESET(即 RSR/VPD)、 ALE/PROG、 PSEN、 EA/VPP,可以提供控制信號(hào),有些具有復(fù)用功能。 ( 1) RSR/ VPD( 9 腳):復(fù)位信號(hào)輸入端,高電平有效,當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí),在此引 加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位( REST)。復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平保持為不高于 的低電平,以保證單片機(jī)正常工作。掉電期間,此引腳可接上備用電源( VPD),以保持內(nèi)部 RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng) Vcc 下降到低于規(guī)定值,而 VPD 在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)( 5177。)時(shí), VPD 就向內(nèi)部 RAM 提供備用電源。 ( 2) ALE/PROG( 30 腳): ALE 為地址鎖存允許信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí),(地址鎖存允許)輸出脈沖的下降沿用于鎖存 16 位地址的低 8 位。即使不訪問外部存儲(chǔ)器, ALE 端仍有周期性正脈沖輸出,其頻率為振蕩器頻率的 1/6。但是每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),在兩個(gè)機(jī)器周期中 ALE 只出現(xiàn)一次,即丟失一個(gè) ALE 脈沖。 ALE 端可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 ( 3) PSEN( 29 腳):程序存儲(chǔ)器 允許輸出控制端。此輸出為單片內(nèi)訪問外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令(或取常數(shù))期間,每個(gè)機(jī)器周期均PSEN 兩次有效。但在此期間,每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不會(huì)出現(xiàn)。 PSEN 同樣可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 ( 4) EA/VPP( 31 腳): EA 功能為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端。當(dāng) EA 端保持高電平時(shí)單片機(jī)訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器,但在 PC(程序計(jì)數(shù)器)值超過 0FFFH 時(shí)將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。 輸入 /
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