【文章內(nèi)容簡介】 電路復(fù)位電路紅外接收頭液晶顯示電路密碼存儲電路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，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，即在顯示時并不是顯示用戶按下的數(shù)字符號，而是在輸入一位時，液晶則顯示一個字符“ *”， 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，便會自動開鎖；如果密碼錯誤，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（ 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)對一個紅外輻射源進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射紅外信號，而接收系統(tǒng)用光學(xué)裝置和紅外探測器進(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)制信號調(diào)制為一系列的脈沖串信號（載波信號），通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。常用的有通過脈沖寬度來實(shí)現(xiàn)信號調(diào)制的脈寬調(diào)制（ PWM）和通過脈沖串之間的時間間隔來實(shí)現(xiàn)信號調(diào)制的脈時調(diào)制（ PPM） [4]兩種方法。脈時調(diào)制（ PPM） 是紅外數(shù)據(jù)協(xié)會 (IrDA) [5]和國際電子電工委員會 (IEEE)都推薦的調(diào)制方式，本設(shè)計(jì)采用脈時 調(diào)制方法，即用兩個脈沖串之間的時間間隔來表示二進(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 個比特，傳送多字節(jié)遙控協(xié)議時效率偏低，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)，每幀由一個起始位（二進(jìn)制數(shù) 0）、 8 個數(shù)據(jù)位和 2 個停止位（二 進(jìn)制數(shù) 1）構(gòu)成，如圖 所示。每幀傳送 1 個字節(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)送的信號也可能會被本身接收，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)送一定的控制信號來實(shí)現(xiàn)對密碼鎖的控制，這個控制信號就是一串紅外脈沖編碼信號。通過發(fā)送的不同編碼脈沖來表示不同的功能按鍵信號，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統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，每個生產(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間間隔來實(shí)現(xiàn)信號的調(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)在高低電平的時間長短或信號周期上，單片機(jī)解 碼時，通常將接收頭輸出腳連接到單片機(jī)的外部中斷，結(jié)合定時器判斷 中斷間隔的時間 ， 從而獲取數(shù)據(jù) 。 接收信號的解碼是根據(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，第一位碼的低電平將啟動中斷程序，實(shí)時接收數(shù)據(jù)幀。在接收數(shù)據(jù)幀時，根據(jù)發(fā)射幀的格式將對第一位（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，將作為錯誤碼處理。當(dāng) 間隔位的高電平脈沖大于 3ms 時，結(jié)束接收，然后根據(jù)累加器 A 中的脈沖個數(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 個數(shù)據(jù)指針， 2 個 16 位定時器 /計(jì)數(shù)器，一個 5 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙 工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。 AT89C51 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯工作?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /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 主電源及時鐘引腳 —— 此類引腳包括電源引腳 Vcc、 Vss、時鐘引腳 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)的時鐘控制信號。 （ 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，有些具有復(fù)用功能。 （ 1） RSR/ VPD（ 9 腳）：復(fù)位信號輸入端，高電平有效，當(dāng)振蕩器運(yùn)行時，在此引 加上兩個機(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， 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。當(dāng)單片機(jī)訪問外部存儲器時，（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)存儲器時，在兩個機(jī)器周期中 ALE 只出現(xiàn)一次，即丟失一個 ALE 脈沖。 ALE 端可以驅(qū)動 8 個 LSTTL 負(fù)載。 （ 3） PSEN（ 29 腳）：程序存儲器 允許輸出控制端。此輸出為單片內(nèi)訪問外部程序存儲器的讀選通信號。在從外部程序存儲器取指令（或取常數(shù)）期間，每個機(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)存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號將不會出現(xiàn)。 PSEN 同樣可以驅(qū)動 8 個 LSTTL 負(fù)載。 （ 4） EA/VPP（ 31 腳）： EA 功能為內(nèi)外程序存儲器選擇控制端。當(dāng) EA 端保持高電平時單片機(jī)訪問內(nèi)部程序存儲器，但在 PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過 0FFFH 時將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。 輸入 /