基于单片机的红外遥控智能密码锁设计

摘 要摘 要红外遥控具有许多优点，红外遥控密码锁和PC 机、数据库相结合，能够实现适时的、强大的管理，使得整个红外遥控系统得到更好的完善。目前大部分的锁采用的都是机械式的，其最大的缺点是利用简单工具就能很容易地把锁打开。针对这种情况，我们设计了一种红外遥控密码锁，而一般设备都采用专用的遥控编码及解码集成电路，其制作简单、容易，但由于特定功能的限制，只适用于专用的电器产品，其应用范围受到限制。本设计由AT89C2051编程实现的发射电路和AT89C52控制的接收部分构成。采用单片机进行遥控系统的应用设计，具有编程灵活多样，电路结构清晰。整个设计具有遥控开锁，遥控的节能设计，本机控制开锁，密码修改，密码显示，工作状态显示，按键提示，密码错误报警等功能，可在密码外泄的情况下及时修改密码，具有保密性好、安全可靠、成本低廉、连接方便，简单易用，适用范围广等特点，而且特别适合家庭，宾馆，仓库，私家车库等场所。本文的第一章介绍了红外遥控智能密码锁的一些基本现状及前景，第二章介绍了红外遥控智能密码锁基于的红外技术及其整体设计方案，第三章是具体的单元电路，第四、五章分别是软件部分和抗干扰分析。另外本次设计，可以进一步的改善系统的方案，改变部分电路可以实现该密码锁不同场所的应用。关键词：单片机，红外技术，遥控，报警，密码锁IAbstractAbstractInfrared remote control has lots of advantages, Integrating Infrared intelligent combination with lock, computer and dates we can realize some functions which are powerful and timing .And as a system it has many other function that only a code lock do not have. The project is designed by using microcontroller of AT89 sets as the core of system. The system has two microcontrollers , one is in infrared remote control system ,the other in system of receive and manage .Whats more if we add some chips with wanted function, of course matched circuits are necessary we can design the infrared remote control combination lock. In the system one SCM transmits digital signals in code, the other SCM receive the signals ,decode it, and managed by designed .By this the system can realize remote control , revise password , alarm and so on.Chapter one introduces some update information about the infrared remote control combination lock and predict its future. Chapter two introduces infrared transmission and the major design. Chapter three is the most important chapter, it introduces all the part circuit in detail, both the transmitter and the receiver. Chapter four talk about the procedure of system working on the whole. The last chapter is taking about interferon and how to make that to the least.Make some changes we can use the system in many scenes.Key words: SCM, remote control, infrared technology, password, lockII目 录目 录摘 要. .I ABSTRACT. II目 录.III第一章 引 言1.1 本课题背景及意义.11.2 目前国内外研究现状 .21.3 课题研究方法.21.4 任务及其完成方法.3第二章 基本原理及方案的论证.52.1 红外通讯原理. .52.2 红外通信标准.62.3 整体方案设计.7第三章 硬件电路设计.83.1 遥控器部分.83.1.1 AT89C2051单片机.73.1.2 遥控器键盘电路.103.1.3 红外发射部分.113.2 主机部分电路.133.2.1 接收单元.133.2.2 AT89C52芯片介绍.143.2.3 RS232通信电路.163.2.4 存储电路.193.2.5 键盘及显示电路 .223.2.6 报警电路.253.2.7 锁体电路. .263.2.8 电源部分电路图. .26第四章 软件设计.28总 结.32参考文献.33致 谢 .34附录一 原理图.35附录二 程序.36III第一章 引 言第一章 引 言1.1 本课题背景及意义电子技术近来飞速发展，产生了一大批比如声控锁、磁控锁、密码锁、遥控锁，指纹锁等先进的锁具。 目前国内外密码锁系统的主要方向的发展是：接触式密码锁系统，非接触式密码锁系统，智能识别密码锁系统，但是他们都相应的存在着不同的缺点。例如：接触式密码锁系统成本较低，体积小，卡片本身无须电源，但使用不太方便，而且有接触磨损。相比之下，红外遥控密码锁系统的成本与接触式密码锁系统相当，而且可以进行近距离遥控，使用十分方便。而且它已经与 PC 机的数据库相结合，可以组成一套非常实用的门禁管理系统。 由于红外遥控具有许多优点，例如红外线发射装置采用红外发光二极管遥控发射器易于小型化且价格低廉；采用数字信号编码和二次调制方式，不仅可以实现多路信息的控制，增加遥控功能，提高信号传输的抗干扰性，减少误动作，而且功率消耗低；红外线不会向室外泄露，不会产生信号串扰；反应速度快、传输效率高、工作稳定可靠等。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。所以红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。在本设计中，红外遥控密码锁和 PC 机、数据库相结合，能够实现适时的、强大的管理，使得整个红外遥控系统得到更好的完善。 电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。传统的电子密码锁采用组合逻辑电路，但电路较复杂，可靠性差。现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过单片机编程来实现的。其性能和安全性已大大超过了机械锁。其特点如下：（1) 保密性好，编码量多远远大于弹子锁。随机开锁成功率几乎为零。（2) 密码可变，用户可以随时更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降。 （3) 误码输入保护，当输入密码多次错误时，报警系统自动启动。（4) 无活动零件，不会磨损，寿命长。（5) 使用灵活性好，不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁。（6) 电子密码锁结构简洁，故障率低，密码输入操作简单易行。（7) 通用性强，可根据需要安装在不同的设备上。（8) 硬件成本低廉，软件简洁可靠，易于批量生产。1.2 国内外研究现状目前遥控密码锁的技术已经成熟，有很多的产品问世。一般市场上设计的红外遥控密码锁大都采用专用的遥控编码及解码集成电路，其制作简单、容易，但由于特定功能的限制，只适用于专用的电器产品，其应用范围受到限制。而本次设计的红外遥控密码锁系统能提高门禁系统的可靠性和安全性，适应市场需要。该系统具有普通电子密码锁功能的同时，还增加了遥控功能密码修改等功能。该系统具有较强的实际应用价值，所涉及的技术包括：红外载波数据传输技术、单片机控制技术、红外遥控系统编码及译码技术、电路设计与演示板制作技术等。1.3 课题研究方法本设计基于AT89C52单片机系列，运用了两块单片机芯片，一片实现红外解码，一块用来按键控制，数码管显示以及数据存储，通过查找资料确定各个模块的功能及实现方法，先在软件上进行调试，再根据硬件修改调试软件，最后将各个模块合理组合在一起，达到预计的功能与目标。1.4 红外遥控锁任务分析与实现本设计的任务是：以AT89C52单片机为处理核心，用红外接收管接收来自遥控器的红外波形，经过接收管解调后转化成的脉冲送入单片机进行处理。红外波的解码是通过AT89C52单片机对红外接收头产生的信号的脉宽进行检测，从而判断接收到多少个0和1，最后合成为4个字节的8位代码。通过软件编码，给该遥控器编写相应的初始化密码（启动系统是可以修改成任意的四位密码），然后通过解码来识别密码，以进行进一步的操作。本系统总体思路如下：根据遥控器的按键编码值对遥控锁进行编程，从而设置开锁的初始化密码。当系统启动时，系统进入设正常工作状态，此时，如果用户更改了初始密码，用户输入新的密码，步进电机正转90度开锁。为了使用方便，专门设置了一个按键关锁（电机反转）。采用初始密码的操作同上。如果连续五次输入的密码均为错误，蜂鸣器会长鸣30秒报警（报警时间可以通过软件设定）。要求达到的各项指标及实现方法如下：利用红外接收头接收来自红外遥控器的编码波形，经红外接收头解调放大后的脉冲送入单片机进行处理。对脉冲信号的高低电平的时间长短进行存储和计数。实现：通过软件编程，用单片机的定时和计数器对脉冲的高低电平进行计时和计数。对数据进行处理，根据红外的编码方式以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms 的组合表示二制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms 的组合表示二进制的“1”。解码出的32位二进制码前16为位用户识别码，能识别不同的电器设备，后16位为8 位操作码（功能码）及其反码。实现：利用软件编程对数据进行处理得到相应按键对应的编码值。最终实现目标：对遥控器的按键值进行识别、存储和计数，然后和设定的密码组进行比较以识别密码和控制步进电机开关锁。- 4 -第二章 基本原理及方案的论证第二章 基本原理及方案的论证2.1 红外通讯原理红外遥控是单工的红外通信方式，本设计的红外遥控采用以通信方式为基础的红外遥控，而且本设计也使用了红外通信技术，故着重分析红外通信的基本原理。红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。它一般由红外发射和接收系统两部分组成。发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。红外线是波长在 750nm至1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。红外通信一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75um至25um之间。红外数据协会(IrDA)成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通信效果，红外通信协议将红外数据通信所采用的光波波长的范围限定在 850nm 至900nm之内。红外通信的基本原理是发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号(载波信号)，通过红外发射管发射红外信号。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制(PWM)和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制(PPM)两种方法。脉时调制(PPM)是红外数据协会(IrDA)和国际电子电工委员会(IEEE)都推荐的调制方式，本设计采用脉时调制方法，即用两个脉冲串之间的时间间隔来表示二进制信息，数据比特的传送仿照不带奇偶校验的RS232通信,首先产生一个同步头，然后接着8位数据比特。如图 2-1所示。普通的红外遥控采用面向指令的帧结构，数据帧由同步码，地址码和指令码组成，指令码长度多为 816个比特，传送多字节遥控协议时效率偏低，而增加指令码的长度不利于接收器同步,为此本设计选用一种面向字节的帧结构，采用类似于异步串行通信的帧结构，每帧由一个起始位(二进制数 0)、8个数据位和2个停止位(二进制数 1)构成，如图 2-2 所示。每帧传送 1个字节的数据，帧与帧间隔大于 2ms，帧结构不含地址信息，寻址问题由高层协议解决。由于红外光存在反射，在全双工的方式下发送的信号也可能会被本身接收，因此，红外通信应采用异步半双工方式，即通信的某一方发送和接收是交替进行的。 图2-1 PPM 调制波形图二进制数0二进制数1 t3t1t1t2 数据帧起始位数据位(8)位)帧间隔停止位停止位图2-2 数据帧结构示意图2.2 红外通信标准1993年，由HP、COMPAQ、INTEL等二十多家公司发起成立了红外数据协会(Infrared Data Association，简称IRDA)，1993年6月28日，来自50多家企业的120多位代表出席了红外数据协会的首次会议，并就建立统一的红外通讯标准问题达成了一致。IRDA1.0简称为SIR(Serial InfraRed)，它是基于HP-SIR开发出来的一种异步的、半双工的红外通讯方式。SIR以系统的异步通讯收发器(UART)为依托，通过对串行数据脉冲的波形压缩和对所接收的光信号电脉冲的波形扩展这一编码解码过程(3/16EnDec)实现红外数据传输。由于受到UART通讯速率的限制，SIR的最高通讯速率只有115.2kbps，也就是大家熟知的电脑串行端口的最高速率。IRDA标准包括三个基本的规范和协议：物理层规范(Physical Layer Link Specification)链接建立协议(ink Access Protocol: IRLAP)链接管理协议(Link Management Protocol: IRLMP)。物理层规范制定了红外通信硬件设计上的目标和要求，IRLAP和IRLMP为两个软件层，负责对链接进行设置、管理和维护。在IRLAP和IRLMP基础上，针对一些特定的红外通信应用领域，IRDA还陆续发布了一些更高级别的红外协议。IRBUS红外线通信协议层如图2-3所示。HID deviceApplicationHome ApplianceApplicationFuture deviceApplicationHA LLCFuture device LLCHID-IrBusLLCIrBus MACIrBus PHY图2-3 IRBUS红外线通信协议层2.3 整体方案设计系统主要由红外发射模块和本机处理接收模块两部分构成，系统总体设计框图如图2-4所示。发射模块和本机处理接收模块的核心分别采用AT89C2051和AT89C52单片机。负责对链接进行设置、管理和维护。在IRLAP和IRLMP基础上，针对一些特定的红外通信应用领域，IRDA还陆续发布了一些更高级别的红外协议。发射模块和本机处理接收模块的核心分别采用AT89C2051和AT89C52单片机。AT89C2051单片机是AT89C51的一种精简版本，只有20个引脚，体积小；具有2.76 V的宽电压工作范围；具备低功耗空闲和掉电模式。该单片机满足本系统低电压供电、低功耗、方便随身携带的要求。- 8 -第二章 基本原理及方案的论证AT89C2051单片机是AT89C51的一种精简版本，只有20个引脚，体积小；具有2.76 V的宽电压工作范围；具备低功耗空闲和掉电模式。该单片机满足本系统低电压供电、低功耗、方便随身携带的要求。- 8 -第三章 硬件电路设计AT89C2051显示红外接收红外发射键盘键盘密码存储晶振AT89C52电磁锁232通信键盘报警器晶振 图2-4整体框架图第三章 硬件电路设计 3.1 遥控器部分3.1.1 AT89C2051单片机在本机处理发射模块中，采用了AT89C2051单片机。AT89C2051是一带有2K字节闪速可编程可擦除只读存储器(EEPROM)的低电压，高性能8位CMOS微处理器。AT89C2051是一强劲的微型处理器，它对许多嵌入式控制应用提供一定高度灵活和成本低的解决办法。AT89C2051提供以下标准功能：2.76V的工作电压，2K字节闪速存储器，128字节RAM，15根I/O口，两个16位定时器，一个五向量两级中断结构，一个全双工串行口，一个精密模拟比较器以及两种可选 的软件节电工作方式。空闲方停止CPU工作但允许RAM、定时器/计数器、串行工作口和中断系统继续工作。掉电方式保存RAM内容但振荡器停止工作并禁止有其它部件的工作到下一个硬件复位。由于89C2051内部程序存贮器为Flash，所以修改它内部的程序十分方便快捷，只要配备一个可以编程89C2051的编程器即可。调试人员可以采用程序编辑-编译-固化-插到电路板中试验这样反复循环的方法。P1口：P1口是一个8位双向I/O口。口引脚P1.2P1.7提供内部上拉电阻，P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入(ANI0)和反相输入(AIN1)。P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。当P1口引脚写入“1”时，其可用作输入端，当引脚P1.2P1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的写入“1”时，其可用作输入端。当引脚P1.2P1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的上拉电阻而流出电流。P3口：P3口的P3.0P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻 的七个双向I/O口引脚。P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。P3口缓冲器可吸收20mA电流。当P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。用作输入时，被外部时拉低的P3口脚将用上拉电阻而流出电流。P3口：P3口的P3.0P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻 的七个双向I/O口引脚。P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。P3口缓冲器可吸收20mA电流。当P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。P3口缓冲器可吸收20mA电流。当P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。用作输入时， P3口脚将用上拉电阻而流出电流。 P3口还用于实现AT89C2051的各种第二功能，如表3-1所列。 表3-1 AT89C2051的P3口引脚第二功能P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5RXD串行输入端口TXD串行输入端口INT0外中断0INT0外中断1T0定时器0外部输入T0定时器1外部输入3.1.2 遥控器键盘电路由于遥控器仅仅是作为一个红外发射部分使用，仅仅需用按键即可。因此电路较为简单不需要用专用的键盘驱动芯片；本设计采用行列式键盘，同时也能减少所占用的I/O线的数目，节省资源。每一条水平(行线)与垂直线的交叉处不相通，而是通过一个按键来连通，利用这种行列式矩阵结构只需要N条行线和M条列线，即可组成具有NM个按键的键盘。本设计发射部分采用4*3键盘，键盘扫描时，首先由I/O口低四位输出高电平，高四位输出低电平，假若有键按下，那么在I/O口低四位即可读出低电平，接着延时消抖，再具体判断是何键按下。现将接收部分的键盘功能做一下说明。如图3-1所示，0至9号键为数字键，六位密码从中产生。“确认”键，“清除”键，具有控制开锁，更改密码和取消相关操作等功能。原理图如图3-1所示。图3-1 遥控器键盘电路3.1.3 红外发射部分方案一：由微处理器与专用编码芯片PT2262组合完成编码工作， 载波产生由MC4011 与 38KHz晶振一起构成，振荡产生 38KHz方波。 PT2262 的功能是让待发射数据以 6 位为一体的方式并行发出。PT2262 把 6 位并行数据转换成串行数据，减轻编程负担，使传输速度更快。 PT2262的A6/D0A11/D5共6个复用端口全部用作数据口， 则PT2262自动把微处理器送出的6 位数据变成串行数据从 Dout 口发出。该方案可由微处理器任意制定密码位数、编码解码算法和同步信号，大大提高了数据保密度。其缺点是由于使用了PT2262，增加了硬件成本和电路复杂性。方案二：使用微处理器的I/O口直接产生38KHz已调波，驱动红外发光二极管，发射红外数据。38KHz方波由CPU的定时器产生或由软件编程产生。红外编码工作由软件完成，因此，红外编码方案可以任意设计，外部只需配接非常简单的硬件电路，大大降低了了电路的复杂性，有利于降低成本，减小遥控器的体积。 由于使用软件编码方案，占用了CPU 的一定的时间，CPU 处理速度受到一定的影响，但是，对于遥控器这一类功能比较单一的系统来说，处理任务比较少，根本影响不了 CPU 的处理效率，仅仅是增加了软件编程的负担。经比较，此方案既可满足题目要求，电路又非常简单，硬件成本又很低，仅仅是增加了软件的编程负担，使得红外编码非常灵活，所以采用该方案。硬件图如图3-2所示。图3-2 红外发射电路遥控器里面是一个键盘编码器，每个按键对应一个编码，在把编码调制到一个高频信号上，其目的是为了降低发射的功率损耗；再把调制好的信号送给红外发光管把信号发送出去。经遥控器发送的是串行数据， 通过脉冲的占空比来区别 “1” 和 “0” ； 以脉宽为 0.5ms，间隔 0.5ms，周期为 2.5ms 的组合表示二进制“1”；无脉冲周期为 2.5ms 的组合表示二进制“0” 。其波形如图3-3所示。遥控器产生的遥控编码是连续的32位二进制码组，其中前16位为用户识别码，能区别不同的电器设备；后16位为8 位操作码及其反码，最多可产生128 个不同的编码。当遥控器一个键按下超过5ms但是不超过36ms，震荡器使芯片激活，将发射一组 108ms 的编码脉冲，这90ms 发射代码由一个起始码 (5ms) ， 一个结果码 (5ms) ， 低8位地址码(20ms) ，高8位地址码(20ms) ，8位数据码(20ms)及其反码(20ms)组成。地址码即是该设备的识别码。“1”“0”图3-3 遥控码的“0”和“1”3.2 主机部分电路3.2.1 接收单元接收过程恰好与此相反，首先由红外接收管收到微弱的信号，经放大后解解调(把高频载波去掉)，再进行解码，就可得到遥控器发过来的数据。如图3-4所示。 键盘编码调制LED光/电放大解调解码遥控发射器遥控接收器图3-4 红外遥控流程图图3-4中遥控接收器部分的“光/电放大”和“解调”由一体化接收头MK0038完成，单片机要做的只是“解码”。实验板上一体化接收头的数据输出线连接到单片机的 P1.5脚。本设计使用一体化红外接收器MK0038，集红外接收和放大于一体，不需任何外接元件，就能完成从红外接收到输出与 TTL 电平兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样。MK0038 的管脚分布如图 3-5所示。2 脚(Vin)、3 (Gnd)脚分别为接电源和接地。频率范围：32.75KHz、36.7KHz、38 KHz、40 KHz 电源电压范围：4.7V5.3V工作电流：3 mA,最大遥控距离：8 m,工作温度：-10+60 MK0038是黑色环氧聚光透镜，滤除了可见光的干扰。内含红外线 PIN 接收管、选频放大器和解调器。当红外线发射器发出的信号经空间传送到 MK0038 时，它内部的 PIN红外线接收管将红外线转换为电信号，该信号经选频放大、解调后由 1脚输出与 TTL 电平兼容的电信号，该信号可以直接送入微处理器进行处理。MK0038 的输出波形如图 3-6所示。当接收到频带内的红外信号时，MK0038 接收器会输出低电平，否则数据高电平，从而“将时断时续”的红外信号解调成原来的连续方波信号。图3-5 MK0038图3-6 (a) 已调制红外信号 (b) MK0038 输出信号3.2.2 AT89C52芯片介绍作为红外遥控智能密码锁的控制核心AT89C52具备很强大的控制、拓展功能下面简要介绍一下AT89C52的引脚，如图3-7所示。主电源及时钟引脚，此类引脚包括电源引脚VCC、GND、时钟引脚XTAL1、XTAL2。图3-7 AT89C52芯片引脚图(1) VCC(40脚)：接+5V电源，为单片机芯片提供电能。(2) GND(20脚)：接地。(3) XTAL1(19脚)：在单片机内部，它是一个反向放大器的输入端，该放大器构了片内的振荡器，可提供单片机的时钟控制信号。(4) XTAL2(18脚)：在单片机内部，接至上述振荡器的反向输出端。控制引脚此类引脚包括RESET(即RSR/VPD)、ALE/PROG、PSEN、EA/VPP，可以提供控制信号，有些具有复用功能。(1) RSR/ VPD(9脚)：复位信号输入端，高电平有效，当振荡器运行时，在此引加上两个机器周期的高电平将使单片机复位(REST)。复位后应使此引脚电平保持为不高于0.5V的低电平，以保证单片机正常工作。掉电期间，此引脚可接上备用电源(VPD)，以保持内部RAM中的数据不丢失。当Vcc下降到低于规定值，而VPD在其规定的电压范围内(50.5V)时，VPD就向内部RAM提供备用电源。(2) PSEN(29脚)：程序存储器允许输出控制端。此输出为单片机内访问外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令(或取常数)期间，每个机器周期均PSEN两次有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不会出现。PSEN同样可以驱动8个LSTTL负载。(3) EA/VPP(31脚)：EA功能为内外程序存储器选择控制端。当EA端保持高电平时单片机访问内部程序存储器，但在PC(程序计数器)值超过0FFFH时将自动转向执行外部程序存储器内的程序。输入/输出引脚此类引脚包括P0口、P1口、P2口和P3口。(1) P0(P0.0P0.7)是一个8位三态双向I/0口，在不访积压外部存储器，做通用I/0口使用，用于传送CPU的输入/输出数据，当访问外部存储器时，此口为地址总路线低8位及数据总路线分时复用口，可带8个LSTTL负载。(2) P1(P1.0P1.7)是一个8位准双向I/O口(作为输入时，口锁存器置1)，带有内部上拉电阻，可带4个LSTTL负载。(3) P2(P2.0P2.7)是一个8位准双向I/O口，与地址总路线高8位复用，可驱动4个LSTTL负载。3.2.3 RS232通信电路RS232串口通信参数：(1) 波特率：RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。(2) 数据位：标准的值是5、7和8位，如何设置取决于你想传送的信息。比如，标准的ASCII码是0127(7位)；扩展的ASCII码是0255(8位)。(3) 停止位：用于表示单个包的最后一位，典型的值为1，1.5和2位。由于数是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。 (4) 奇偶校验位：在串口通信中一种简单的检错方式。对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位(数据位后面的一位)，用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。例如，如果数据是011，那么对于偶校验，校验位为0，保证逻辑高的位数是偶数个。如果是奇校验，校验位位1，这样就有3个逻辑高位。 串口通信的传输格式如下： 串行通信中，线路空闲时，线路的TTL电平总是高，经反向RS232的电平总是低。一个数据的开始RS232线路为高电平，结束时RS232为低电平。数据总是从低位向高位一位一位的传输。示波器读数时，左边是数据的高位。例如，对于16进制数据55H，当采用8位数据位、1位停止位传输时，55H=01010101B，取反后10101010B，加入一个起始位1，一个停止位0，55H的数据格式为1010101010B；它在信号线上的波形如图3-8所示。图3-8 例“55H”的发送波形图串口通信的接收过程(异步通信：接收器和发送器有各自的时钟； RS232是异步通信)：(1) 开始通信时，信号线为空闲(逻辑1)，当检测到由1到0的跳变时，开始对“接收时钟”计数。 (2) 当计到8个时钟时，对输入信号进行检测，若仍为低电平，则确认这是“起始位”，而不是干扰信号。 (3) 接收端检测到起始位后，隔16个接收时钟，对输入信号检测一次，把对应的值作为D0位数据。若为逻辑1，作为数据位1；若为逻辑0，作为数据位0。(4) 再隔16个接收时钟，对输入信号检测一次，把对应的值作为D1位数据。直到全部数据位都输入。 (5) 检测校验位P(如果有的话)。 (6) 接收到规定的数据位个数和校验位后，通信接口电路希望收到停止位S(逻辑1)，若此时未收到逻辑1，说明出现了错误，在状态寄存器中置“帧错误”标志。若没有错误，对全部数据位进行奇偶校验，无校验错时，把数据位从移位寄存器中送数据输入寄存器。若校验错，在状态寄存器中置奇偶错标志。(7) 本帧信息全部接收完，把线路上出现的高电平作为空闲位。(8) 当信号再次变为低时，开始进入下一帧的检测。本机处理接受模块中通信电路如图3-9所示。图3-9 串行通信RS2323.2.4 存储电路由于红外遥控器大部分时间工作的掉电状态下，因此，有必要对红外遥控器正常工作所需的数据进行保护，例如红外遥控器本身的用户名和密码，因为用户名和密码经常需要修改，不可能固化到程序存储器中。为了缩小体积，本设计采用了串行 E2PROM AT24C02，电路原理图如图3-10所示。图3-10密码存储单元电路图单片机AT89C52的P1.7接AT24C02的SCL口作为它的串行移位时钟，AT89C2051 的P1.6 接AT24C02 的SDA口作为它的串行数据或地址输入输出。该电路要注意的是 SCL、SDA 必须加上一上拉电阻，阻值为10K。红外遥控器的用户密码存放在 AT24C02中，当需要更改或读取用户名和密码时，只需对 AT24C02 里的数据更改或读取。1. I2C总线。I2C总线使用两根信号线来进行数据传输， 一根是串行数据线(SDA)，另一根是串行时钟线(SCL)。它允许若干兼容器件共享总线。总线上所有器件要依靠SDA发送的地址信号寻址，不需要片选线。任何时刻总线只能由一个主器件控制，各从器件在总线空闲时启动数据传送，由I2C总线仲裁来决定哪个主器件控制总线。I2C总线数据传输的最高速率为 400Kbps，标准速率为100Kbps。SDA与SCL为双向I/O线，都是开漏极端(输出1时，为高阻抗状态)。因此I2C总线上的所有设备的SDA、SCL引脚都要外接上拉电阻。总线的协议如下： (1) 只有在总线非忙时才被允许进行数据传送。 (2) 在数据传送时，当时钟线为高电平，数据线必须为固定状态，不允许有跳变。时钟线为高电平时，数据线的任何电平变化将被当作总线的启动或停止条件。2.AT24C02 芯片介绍AT24C02 是美国ATMEL公司生产的I2C串行E2PROM。它为可用电擦除、可编程只读存储器，自定时写周期，包括自动擦除时间不超过 10ms，典型时间为 5ms。芯片 2.7V至 6V的工作电压，可擦写 100 万次，数据保存可长达 100 年，提供 8 脚DIP和SOIC封装。AT24C02 允许在一个写周期内同时对1 字节到 1 页的若干字节进行编程写入，一页的大小取决于芯片内寄存器的大小。 AT24C02管脚介绍如下： WP：写保护。将该管脚接VCC，E2PROM就实现写保护(只读) 。将该管脚接地或悬空，可以对器件进行读写操作。 SCL：串行时钟脚串行输入输出数据时，该脚用于输入时钟。 SDA：串行数据/地址输入脚双向串行数据/地址脚，用来输入输出数据。该脚为射 (漏)极开路输出，需接上拉电阻。 A0，A1，A2：片选或页选地址输入，用于芯片寻址。AT24C02 内部无连接。 (1) 器件地址的约定： 主器件在发送启动命令后开始传送，主器件发送相应的从器件的地址，8位从器件地址的高 4位固定为1010。接下来的 3 位用来定义存储器的地址，对于 AT24C02 位无意义。最后一位为读写控制位。 “1”表示读操作，“0”表示写操作。(2) 应答信号 每次数据传送成功后，接收器件发送一个应答信号。当第九个时钟信号产生时，接收器件将SDA下拉为低，通知已经接收到 8 位数据。(3) AT24C02 写操作 i. 字节写 在字节写模式下，主器件发送起始命令和从器件地址信息给从器件。在从器件响应应答信号后，主器件将要写入数据的地址发送到 AT24C02的地址指针，主器件在收到从器件的应答信号后，再送数据到相应数据存储区地址。AT24C02再响应一个应答信号，主器件产生一个停止信号； ii. 页写 页写操作时，最多可以一次向 AT24C02中写入 8 个字节的数据。在写入命令后，主器件发送 8 个字节的数据，每传送完一个字节数据后，AT24C02 响应一个应答信号，寻址字节低位自动加 1，而高位保持不变。如果主器件在发送停止信号前发送的字节数超过 8 个，先前写入的数据被自动覆盖。接收到 8 字节数据后和主器件发送的停止信号后，AT24C02启动内部写周期将数据写到数据区。(4) 读操作 对 AT24C02 读操作的初始化和写操作时一样，仅把 R/W 位置为 1，有三种读操作方式：立即地址读；选择地址读；立即/选择地址连续读。i. 立即地址读： AT24C02 的地址计数器内容为最后操作字节的地址加 1。则寄存器将会翻转到地址 0 继续输出数据，在AT24C02 接收到主机地址以后(R/W=1) ，它首先发送一个应答信号，然后发送 8 位一字节的数据。主机产生一个停止信号。ii. 选择地址读 选择/随机读操作允许主机对寄存器的任意字节进行读操作。主机首先进行一次空写操作，发送起始条件、从机地址和它想读取的字节数据的地址，在AT24C02 应答以后，主机重新发送起始条件位和从机地址位，此时R/W 置为“1”。AT24C02 响应并发送应答信号然后输出要求的 8 位字节数据。主机不发送信号应答，但是产生一个停止位。iii. 连续读 在连续读方式中，首先执行立即读或选择字节读操作。在 AT24C02发送完 8 位一字节数据后， 主机产生一个应答信号来响应，告知 AT24C02主机要求更多的数据，对应每个主机产生的应答信号 AT24C02 将发送一个 8 位的数据字节。当主机发送非应答信号时结束读操作，然后主机发送一个停止信号。从AT24C02 输出的数据按顺序输出，由N到N+1。读操作时的地址计数器在 AT24C02 整个寄存器区域增加，这样整个寄存器区域可在一个读操作内全部读出。 3.2.5 键盘及显示电路为了简化键盘和显示电路设计，本系统采用高度集成的串行接口数码管、键盘智能控制芯片HD7279，电路原理图如图3-11所示。HD7279是一片具有串行接口的、可驱动8位共阴极LED显示器(或64只独立的LED)的显示驱动芯片，该芯片同时可连接多达64键的键盘矩阵。HD7279内部设有译码器，可将BCD码或二进制码直接译成七段码，并且芯片具有消隐、闪烁、左移、右移及段寻址等多种控制指令。(1)HD7279的引脚HD7279为双列直插式28引脚。其中：，GND：电源及地。：片选输入端。此引脚为低电平时，可