基于单片机的红外遥控电子密码锁设计（电路图及源程序）

1、红外遥控毕业设计目 录摘 要1关键词1Abstract1Key words11 绪 论21.1 概述21.1.1设计目的21.1.2设计思想21.1.3设计功能21.3电子密码锁的发展趋势32 电子密码锁的两种设计方案简介32.1由数字电路及芯片构建32.2采用以单片机为核心的控制方案33 主要元器件介绍43.1 主控芯片AT89S5143.1.1 AT89S51性能简介43.1.2 AT89S51引脚功能说明53.1.3 AT89S51芯片内部结构63.2 共阳七段数码管LED83.3 晶体振荡器104系统硬件设计及其原理104.1 单片机串行通信原理104.2 遥控发射电路设计及红外遥控原

2、理124.3 本机键开锁设计及工作原理134.4 遥控开锁的工作原理154.5 按键的设计原理155 系统软件设计155.1 软件设计概述155.2 程序流程图156 结论17参考文献17附录：18附录1 电路原理图18附录2 源程序代码19基于单片机的红外遥控电子密码锁设计摘 要：随着电子产品向智能化和微型化的不断发展，单片机已成为电子产品研制和开发中首选的控制器。随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，安全性能低，无法满足人们的需要。单片机原理及应用是一门实践性很强的课程；其课程设计目的在于综合运用所学知识，全面掌握单片微型计算机及其

3、接口的工作原理、编程和使用方法；在设计中，提出并论证设计方案，进行软、硬件调试，最后获得正确的结果，可以加深和巩固对理论知识的更好掌握，进一步建立计算机应用系统体概念，初步掌握单片机软、硬件开发方法，为以后进行实际的单片机软、硬件应用开发奠定良好的基础。本设计采用AT89S51单片机来作为主控芯片与数据存储器单元，结合外围的键盘输入、LED显示、报警、开锁等电路，用汇编语言编写主控芯片的控制程序，设计了一款可以通过红外遥控开锁且具有报警功能的电子密码锁。关键词：密码锁；单片机；红外遥控；报警The Design of Electronic Cipher Lock by Infrared Rem

4、ote Control Based on SCMAbstract:As electronic products are developing towards intelligence and minimization, singlechip computers (SCM ) have become the first choice for controllers in the development of electronic products. With the improvement of people's living standards, it has become parti

5、cularly prominent about how to achieve Anti-theft family. The traditional mechanical lock has such shortcoming as simple structure , Low security, it can't meet people's demands.Microcontroller Theory and Applications is a very practical course; its curriculum is designed to make comprehensi

6、ve use of what they have learned, have complete control of single-chip micro-computer and its interface works, programming and use; in the design, propose and demonstrate design, to software and hardware debugging, finally get the correct results, you can deepen and consolidate a better grasp of the

7、 theoretical knowledge to further establish the concept of computer application system body, a preliminary master microcomputer hardware and software development methods for the future actual MCU hardware and software application development has laid a good foundation.For practicality, this paper de

8、signs a new electronic cipher lock, which has the function of alarm and whose cipher can be controled by infrared remote. This cipher lock uses AT89S51 SCM as main chip and data memory cell . The author made this ciphor lock by use of making controlled program of master SCM with periphery electrocir

9、cuit of keyboard input,LED display, alarm and unlock.Key words:cipher lock;single chip computer;infrared remote control;alarm1 绪 论1.1 概述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。由于红外遥

10、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。1.1.1设计目的通过对电子密码锁的设计、制造和调试，学会综合应用所学的电子技术知识进行电子产品的设计，并在设计、制造和调试过程中初步掌握电子产品的生产工

11、艺流程和相关技能。对所学知识有更进一步的理解，更培养动手的能力，使得知识与实践相结合。1.1.2设计思想本系统采用单片机AT89S51作为本设计的核心元件，利用红外线遥控原理和单片机串行发射、接收等功能而设计的一款具有本机开锁且能遥控开锁和自动报警功能的电子密码锁。1.1.3设计功能 董继成.一种新型安全的单片机密码锁J.北京：电子技术出版社，2004年，03期：12页1）选择密码将编好的密码程序存储在EPROM中，用户通过密码选择键AT89C51中的P1.5口上的按键进行选择。具体操作过程如下：首先按一下P1.5口上的按键，然后再逐渐输入号码，最后按下确认键“#”即可。2）密码显示为了帮助用

12、户确认是否有键按下，特在电路中设置了模拟显示电路；而为了防止密码外泄；显示时，并不是显示用户按下的数字符号，而是以一个特定的字母符号提醒用户是否有键按下。有键按下，就会显示出字符“H”，没键按下，则不会显示字符。这样既巧妙地提醒了用户又保护了用户密码，此乃本设计可靠性优点之一。3）本机键开锁当用户键入正确密码后，再按确认键“#”号，便会自动开锁。但用户键入密码时应注意：数字与数字之间的间隔时间为3秒，例如密码为57618，当键入第一个数字5后应在3秒内键入第二个数字7，否则，就会视为无效。如果键入完密码后不按确认键系统会当做放弃开锁处理4）密码错误报警当用户键入错误密码时，系统就会报警，由扬声

13、器发出5秒报警声。当连续三次出现密码错误时，则系统会长期报警不止。这时必须按复位方可停止。此乃安全可靠性之一。5）遥控开锁当此锁用于私家车库或仓库时，用户可以不用上车，只要手执遥控器，键入正确密码，便会自动开锁；如果密码错误，同样也会报警。这是本设计优越性能之三。1.2 电子密码锁简介 瞿贵荣.实用电子密码锁J.北京：家庭电子出版社，2000年，07期：15页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

14、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。1.3电子密码锁的发展趋势在日常的生

15、活和工作中, 住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。目前门锁主要用弹子锁，其钥匙容易丢失；保险箱主要用机械密码锁，其结构较为复杂，制造精度要求高，成本高，且易出现故障，人们常需携带多把钥匙, 使用极不方便, 且钥匙丢失后安全性即大打折扣。随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险的要求越来越高。为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。 在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点

16、，使密码锁无论在技术上还是在性能上都获得了大大的提高。随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世，出现了带微处理器的智能密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化管理、专家分析系统等功能，从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性，应用日益广泛。 随着人们对安全的重视和科技的发展，许多电子智能锁（指纹识别、IC卡辨认）已在国内外相继面世。但是这些产品的特点是针对特定有效卡、指纹或声音有效，且不能实现远程控制，只能适用于保密要求高且供个人要求高的箱、柜、门等。而且指纹识识别器若在公共场所使用存在容易机械损坏，IC卡还存在容易丢失、损坏等缺点，再加上其成本较高，一定程度上限制了这类产品的普

17、及和推广。鉴于目前的技术水平与市场的接受程度，电子密码锁是这类电子防盗产品的主流。2 电子密码锁的两种设计方案简介2.1由数字电路及芯片构建 康华光.电子技术基础-数字部分M .北京：高等教育出版社，2005：218页用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路作为密码锁的核心控制，共设了9个用户输入键，其中只有4个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无效，需要重新输入；如果用户输入密码的时间超过10秒（一般情况下，用户不会超过10秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警20秒，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘2分钟，防止他人的非法操

18、作。采用数字电路设计的方案好处就是设计简单但控制的准确性和灵活性差。故不采用。2.2采用以单片机为核心的控制方案由于单片机种类繁多，各种型号都有其一定的应用环境，因此在选用时要多加比较，合理选择，以期获得最佳的性价比。一般来说在选取单片机时从下面几个方面考虑：性能、存储器、运行速度、I/O口、定时/计数器、串行接口、模拟电路功能、工作电压、功耗、封装形式、抗干扰性、保密性，除了以上的一些的还有一些最基本的比如：中断源的数量和优先级、工作温度范围、有没有低电压检测功能、单片机内有无时钟振荡器、有无上电复位功能等。在开发过程中单片机还受到：开发工具、编程器、开发成本、开发人员的适应性、技术支持和服

19、务等等因素。基于以上因素本设计选用单片机AT89S51作为本设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，实现基本的密码锁功能。在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制，外接LED显示器用于显示作用。当用户需要开锁时，先按键盘开锁键之后按键盘的数字键09输入密码。密码输完后按下确认键，如果密码输入正确则开锁，不正确显示密码错误重新输入密码，当三次密码错误则发出报警；当用户需要修改密码时，先按下键盘设置键后输入原来的密码，只有当输入的原密码正确后才能设置新密码。新密码输入无误后按确认键使新密码将得到存储，密码修改成功 潘永雄.新编单片机原理与应

20、用M .西安：西安电子科技大学出版社，2003：68页。可以看出方案二控制灵活准确性好且保密性强还具有扩展功能，根据现实生活的需要此次设计采用此方案。3 主要元器件介绍3.1 主控芯片AT89S51 赵建领.51系列单片机开发宝典M .北京：电子工业出版社，2007：5页AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP

21、Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。3.1.1 AT89S51性能简介AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振

22、荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。图3-1 AT89S51 芯片引脚图其主要功能特性： 兼容MCS-51指令系统 4k可反复擦写(>1000次）ISP Flash ROM 32个双向I/O口 4.5-5.5V工作电压 2个16位可编程定时/计数器 时钟频率0-33MHz 全双工UART串行中断口线 128x8 bit内部RAM 2个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3级加密位看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能灵活的ISP字节和分页编程 双数据寄存器

23、指针可以看出AT89S51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时器/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟。同时, AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式何在RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一个硬件复位。3.1.2 AT89S51引脚功能说明Vcc：电源电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口

24、，也即地址/数据总线复用口，作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端口。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号校验期间，P1接收低8位地址。表3-1为P1

25、口第二功能。表3-1 P1口第二功能端口引脚第二功能P1.5MOSI（用于ISP编程）P1.6MISO（用于ISP编程）P1.7SCK（用于ISP编程）P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流I。在访问位地址的外部数据存储器（如执行：MOVX Ri 指令）时，P2口线上的内（也即特殊功能寄存器，在整个访问期间不改变。Flash 编程或校验时，P2也接收高位地址和其它控制信号。P3口：P3口是一组

26、带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端口时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流I。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，P3口的第二功能如下表3-2。表3-2 P3口的第二功能端口功能第二功能端口引脚第二功能RXD（P3.0）串行输入口T0（P3.4）定时/计数器0外部输入TXD（P3.1）串行输出口T1（P3.5）定时/计数器1外部输入INT0（P3.2）外中断0WR（P3.6）外部数据存储器写选通INT1（P3.3）外中断1RD（P3

27、.7）外部数据存储器读选通RST：复位输入。当振荡工作时，RST引脚出现两个机器周期上高电平将使单片机复位。WDT益出将使该引脚输出高电平，设置SFR AUXR 的 DISRTO 位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRTO 位缺省为RESET输出高电平打开状态。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目地，要注意的是：第当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元

28、的D0位置位，可禁止ALE操作。该位禁位后，只有一条MOVX 和MOVC指令ALE才会被激活。此外，该引脚伎被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，高有两次有效的PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU公访问外部程序存储器（地址0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执

29、行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时,该引脚加上12V的编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。3.1.3 AT89S51芯片内部结构特殊功能寄存器：特殊功能寄存器的片内空间分存如下图3-2所示。这些地址并没有全部占用，没有占用的地址不可使用，读这些地址将得到一个随意的数值。而写这些地址单元将不能得到预期的结果。中断寄存器：各中断允许控制位于IE寄存器，5个中断源的中断优先级控制位于IP寄存器。图3-2为AUXR辅助寄存器。图3-2 AUXR辅助寄存器双时钟指针寄存器：为方便地访问内部和外部数据存储器，提供了两个1

30、6位数据指针寄存器：PD0位于SFR区块中的地址82H、83H和DP1位于地址84H、85H，当SFR中的位DPS=0时选择DP0,而DPS=1时选择DP1。在使用前初始化DPS。图3-3为双时钟指针寄存器。图3-3 双时钟指针寄存器电源空闲标志：电源空闲标志（POF）在特殊功能寄存储器SFR中PCON的第4位（PCON.4）,电源打开时POF置“1”,它可由软件设置睡眠状态并不为复位所影响。存储器结构：MCS-51单片机内核采用程序存储器和数据存储器空间分开的结构，均具有64KB外部程序和数据的寻址空间。程序存储器：如果EA引脚接地（GND），全部程序均执行外部存储器。在AT89S51,假如

31、接至Vcc（电源），程序首先执行从地址0000H0FFFH（4KB）内部程序存储器，再执行地址为1000HFFFFH（60KB）的外部程序存储器。数据存储器：在AT89S51的具有128字节的内部RAM，这128字节可利用直接或间接寻址方式访问，堆栈操作可利用间接寻址方式进行，128字节均可设置为堆栈区空间。看门狗定时器（WDT）：WDT是为了解决CPU程序运行时可能进入混乱或死循环而设置，它由一个14bit计数器和看狗复位SFR（WDTRST）构成。外部复位时，WDT默认为关闭状态，要打开WDT，必按顺序将01H和0E1H写到WDTRST寄存器，当启动了WDT，它会随晶体振荡器在每个机器周期

32、计数，除硬件复位或WDT溢出复位外没有其它方法关闭WDT，当WDT溢出，将使RST引脚输出高电平的复位脉冲。3.2 共阳七段数码管LED 何立民.单片机应用技术大全M .北京：北京航空航天大学出版社，1994：127页LED数码管的笔划由发光二极管组成，故其特性与发光二极管相同，它适用于各种电子装置作数字显示。LED显示是用发光二极管显示字段的显示器件，也可称为数码管，其外形结构如图所示，由图3-4可见它由8个发光二极管构成，通过不同的组合可用来显示09、AF及小数点。图3-4 LED显示块的内部电路分段式数码管利用不同的发光段组合来显示不同的数字，其应用很广泛。最常见的分段式数码管有两种，共

33、阴极数码管和共阳极数码管。在电子密码锁的设计中，我们所采用的数码管为共阳极数码管。常见的半导体发光二极管是一种能将电能或电信号转换成光信号的结型发光器。其内部结构是由磷砷化镓等半导体材料组成的PN结。当PN结正向导通时，能辐射发光。辐射波长决定了发光颜色，有红、绿、橙、黄等颜色。单个PN结封装而成的产品就是发光二极管，而多个PN结可以封装成半导体数码管（也称为LED数码管）。半导体数码管内部有两种接法，即共阳极接法和共阴极接法。共阴极是将8个发光二极管阴极连接在一起作为公共端，而共阳极是将8个发光二极管的阳极连接在一起作为公共端。我们这次就是采用的共阳极LED，所以这里要介绍共阳极数码管。如图

34、所示，LED显示器有静态和动态显示两种方式，静态显示是将共阴极联到一起接地，每位的显示段（a-dp）分别与一个8位的锁存器输出相连。由于显示的各位可以相互独立，各位可以互相显示，只要在该位的段选线上保持段选码电平，该位就能保持相应的显示字符。并且由于各位由一个8位锁存器控制段选线，故在同一时间内每一位显示的字符可以不同，这种方式占用锁存器较多。动态显示是将所有位的段选线相应的并联在一起，由一个8位的I/O口控制，形成段选线的多路复用。而各位的阴极分别由相应的I/O口控制，实现各位的分时选通。要LED能够显示相应的字符，就必须采用动态扫描方式，只要每位显示的时间足够短，则可造成多位同时显示的假象

35、，达成显示的目的。发光二极管的工作电压为1.5-3.0伏，工作电流为一毫安到几十毫安，寿命很长。半导体数码管将十位数分成七个字段，每段为一个发光二极管，其字型结构如图所示，选择不同的字段发光，可显示出不同的字型。例如：当a,b,c,d,e,f,g七个字段同时亮时，显示8,b、c 段亮时，显示出。共阳极：把发光二极管的阳极连在一起构成共阳极。使用时公共端接Vcc，当某阳极为低电平时，该发光二极管就导通发光。输出一个段码就可以控制LED显示器的字型，表3-3给出了段码与字型的关系，假定a、b、c、d、e、f、g、DP分别对应D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7。表3-3 段码与字型的关系

36、段码D7DPD6gD5fD4eD3dD2cD2bD0a字型3FH00111111006H0000001015BH0101101124FH01001111366H0110011046DH0110110157DH01111101607H0000011177FH0111111186FH01101111977H01110111a7CH01110111b39H00111001c5EH01011110d79H01111001e71H01110000f3.3 晶体振荡器晶体振荡器，简称晶振，其作用在于产生原始的时钟频率，这个频率经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率。以声卡为例，要实现对

37、模拟信号44.1kHz或48kHz的采样，频率发生器就必须提供一个44.1kHz或48kHz的时钟频率。如果需要对这两种音频同时支持的话，声卡就需要有两颗晶振。但是现在的娱乐级声卡为了降低成本，通常都采用SCR将输出的采样频率固定在48kHz，但是SRC会对音质带来损害，而且现在的娱乐级声卡都没有很好地解决这个问题。现在应用最广泛的是石英晶体振荡器。 石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器，石英晶体振荡器也称石英晶体谐振器，它用来稳定频率和选择频率，是一种可以取代LC谐振回路的晶体谐振元件。石英晶体振荡器广泛地应用在电视机、影碟机、录像机、无线通讯设备、电子钟表、单片机、数字仪器仪表等电

38、子设备中。为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。在单片机中为其提供时钟频率。石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。只要在晶体振子板极上施加交变电压，就会使晶片产生机械变形振动，此现象即所谓逆压电效应。当外加电压频率等于晶体谐振器的固有频率时，就会发

39、生压电谐振，从而导致机械变形的振幅突然增大。4系统硬件设计及其原理4.1 单片机串行通信原理 李群芳、肖看.单片机原理、接口及应用M .北京：清华大学出版社,2004：208页MCS-51单片机内部有一个全双工的串行接收和发射缓冲器（SBUFF），这两个在物理上独立的接收发射器，即可以接收也可以发射数据，但接收缓冲器只可以读出不能写入，而发送缓冲器只能写入不能读出，它们的地址是99H。这个通信口即可以用于网络通信，亦可以实现串行异步通信，还可以构成同步移位寄存器使用。如果在串行口的输入输出引脚上加上电平转换器，就可以方便的构成标准的RS-232接口。下面我们分别介绍。4.1.1串行通信基础数据

40、通信的传输方式：常用于数据通信的传输方式有单工、半双工、全双工和多工方式。1） 单工方式：数据仅按一个固定的方向传送。因为这种传输方式的用途有限，常用于串行口的打印数据传输与简单系统间的数据采集。2） 半双工方式：数据可以实现双向传送，但不能同时进行，实际的应用采用某种协议实现收发开关转换。3） 全双工方式：允许双方同时进行数据双向传送，但一般全双工电路的线路和设备比较复杂。4） 多工方式：以上三种传输方式都是同一线路传输一种频率信号，为了充分的利用线路资源，可通过使用多路复用器或多路集线器，采用频分、时分、或码分复用技术，即可实现在同一线路上资源共享功能，我们称之为多工传输方式。串行通信的两

41、种通信形式1）异步通信 在这种通信方式中，接收器和发射器有各自的时钟，他们的工作是非同步的，异步通信用一帧来表示一个字符，其内容如下：一个起始位，紧接着是若干个数据位。2）同步通信 同步通信格式中，发送器和接收器由同一个时钟源控制，为了克服在异步传输中，每传输一帧字符都必须加上起始位和停止位，占用了传输时间，在要求传送的数据量较大的情况下使用。串行数据通信的传输速率：串行数据传输速率有两个概念，即每秒传送的位数bps(Bit per second)和每秒符号数波特率（Band rate）,在具有调制解调器的通信中，波特率与调制速率有关。4.1.2 MCS-51的串行和控制寄存器MCS-51单片

42、机串行口专用寄存器结构如图所示。SBUF为串行口的收发缓冲器，它是一个可寻址的专用寄存器，其中包含了接收器和发射器寄存器，可以实现全双工通信。但这两个寄存器具有同一地址（99H）。MCS-51的串行数据传输很简单，只要向缓冲器写入数据就可发送数据。而从接收缓冲器读出数据既可接收数据。此外，接收缓冲器前还加上一级输入移位寄存器，MCS-51这种结构的目的在于接收数据时避免发生重叠现象，文献称这种结构为双缓冲结构。而发送数据就不需要这样设计，因为发送时，CPU是主动的，不可能出现这种情况。1）串行通信寄存器在上一节我们已经分析了SCON控制寄存器，它是一个可寻址的专用寄存器，用于串行数据通信的控制

43、，单元地址是98H，其结构格式如下：表4-1 SCON寄存器结构寄存器SCON结构SCOND7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI位地址9FH9EH8DH9CH9BH9AH99H98H下面我们对个控制位功能介绍如下：（1）SM0、SM1：串行口工作方式控制位 SMO SM1 工作方式 功能说明 0 0 方式0 移位寄存器方式（用于I/O扩展） 0 1 方式1 8位UART，波特率可变（T1溢出率/ n） 1 0 方式2 9 位UART，波特率为fosc/64或fosc/321 1 方式3 9位UART，波特率可变（T1溢出率/ n） （2）SM2：多机通信控

44、制位多机通信是工作方式2和方式3，SM2位主要用于方式2和方式3接收状态，当串行口工作方式2或3，以及SM2=1时，只有当接收到第9位数据（RB8）为1时，才把接收的前8位数据送入SBUF，且置位RI发出中断申请，否则会将收到的数据放弃。当SM2=0时，只有在接收到有效停止位时才启动RI，若没接收到有效停止位，则RI清“0”。在方式0中SM2应该为“0”。REN：允许接收控制位。由软件置“1”时，允许接收；软件置“0”时，不许接收。TB8：在方式3和方式3中要发送的第9位数据，需要时用软件置位和清零。TB8：在方式2和方式3中是接收到的第9位数据。在方式1时，如SM2=0，RB8接收到的停止位

45、。在方式0中，不使用RB8。TI：发送中断标志。由硬件在方式0发送完第8位时置“1”，或在其它方式中串行发送停止位的开始时置“1”。必须由软件清“0”。RI：接收中断标志。由硬件在方式0串行发射第8位结束时置“1”B:特殊功能寄存器PCONPCON：主要是是CHMOS型单片机的电源控制而设置的专用寄存器，单元地址为87H其机构格式如下表：表4-2 特殊功能寄存器PCON PCOND7D6D5D4D3D2D1D0位符号SMOD GF1GF0PDIDL在CHMOS型单片机中，除SMOD位外其它位均为虚设的，SMOD是串行波特率倍增位，当SMOD=1时串行口波特率加倍，系统复位默认为SMOD=0。2

46、）中断允许寄存器IE中断允许寄存器这里重述一下对串行口有影响的位ES。ES为串行中断允许控制位，ES=1允许串行中断，ES=0，禁止串行中断。表4-3 中断允许寄存器符号EAESET1EX1ETOEX0位地址AFHAEHADHACHABHAAHA8HA8H3）串行口工作方式MCS-51单片机串行接口具有4种工作方式，我从实际应用和毕业设计的角度，重点讨论方式3发送。串行口定义为方式3时传送1帧数据为10位，其中1位起始地址、8位数据位（先低位后高位）、1位停止位，方式3的波特率可变，波特率由下式确定，即 其中，fosc选12MHz,T1的初值为0F4H，SMOD=04.2 遥控发射电路设计及红

47、外遥控原理遥控发射电路利用了通用的红外发射管 童诗白,华成英.模拟电子技术基础M .北京：高等教育出版社，2000 ：186页 ，现只列出电路图，如下图4-1所示。图4-1 遥控发射电路红外线发射（接收）控制电路均采用AT89S51单片机来实现，电路简单，输出控制方式可选择，实用性强。具体工作过程如下：发射时：图所示为遥控发射电路图。首先，将从串行发射口P3.1送出的数据反馈到P1.1口进行内部调制，再从P1.2口送出，再经过红外发射二极管发射出去，发射距离为10米。接收时：采用与发射配套的红外接收头，将发射出的数据接收后送到串行口P3.0中，再由系统进行确认接收数据是否与发送数据相符，相符则

48、开锁，不相符则放弃。4.3 本机键开锁设计及工作原理 郭海英.基于单片机的电子安全密码锁的设计J .现代电子技术出版社，2005： 86页本机键开锁电路如下图4-2所示，本电路由遥控发射器、接收器、键盘、显示器组成，本机采用了10个按键，作为密码输入键，同时也采用了遥控器开锁。图4-2 本机键开锁电路图AT89S51作为本电路的核心，P0口和P1.0、P1.1、P1.2外接本机键盘，P3.0口外接遥控接收头，P1.3口外接报警信号放大器，用来放大报警信号，驱动扬声器，P1.7口外接开锁电磁驱动电路，P1.5外接密码选择键，EPROM内存有两套密码，P2口接数码管，用来显示按键是否按下，P1.4

49、口外接驱动控制电路用来控制LM386的电源，也就是说只有报警时，LM386才供电源，平常断电，这样大大减小了耗电流。本机键开锁工作特点：1) 当没有接收到遥控信号时，这时由键盘输入密码，当5位有效密码输入正确时按“#”号确认，P1.7口输出高电平使电磁锁动作，完成开锁，同时，电路进入延时状态，延时5秒钟后，电路将自动恢复到初始的闭锁状态。2) 当5位有效密码输入正确，但没有按“#”号键确认时，这时电路将自动放弃，恢复到初始的闭锁状态。3) 在输入5位有效密码时，必须按照先后顺序输入，如顺序错误或密码不对时，这时若不按“#”号确认，将无法开锁，并同时发出5秒钟的报警信号，用以提醒用户。4) 若连

50、续3次输入错误，系统会长时间报警，这时必须按复位键恢复初始化状态。5) 输入密码时，首位密码正确输入后，电路将开始自动计时，每位密码数之间的输入间隔应在3秒内。否则将作为输入超时处理，系统自动放弃，恢复到初始状态。4.4 遥控开锁的工作原理当选择遥控开锁时，本机键便会被封锁。这时，用户手执遥控器按下AT89S51上的P1.0口上的按键时，便有数字从AT89S51 P1.2口发出，发送的过程如下：首先将从P3.0口送出5FH，然后将5FH反馈到P1.1口进行内部调制，调制的规则是“0”电平调制，“1”电平不调制，最后将调好的数据从P1.2口通过红外发光二极管以波长为940nm的红外光发出红外遥控

51、信号。然后，在本机控制电路中的AT89S51的P3.0口接有与红外发光二极管配套的接收头，将接收的光信号转换成电信号数据。最后，通过系统与内部原先设置的数据进行比较确认，如果一致便可开锁，如果不一致便放弃开锁。4.5 按键的设计原理按键方式分为独立式和行列式两种，本设计采用独立式按键结构，共设置了10个按键。独立式按键是指直接用I/O口线构成的单个按键电路。每个独立按键单独占有一根I/O口线，每根I/O口线上的按键工作状态不会影响其他I/O口线的工作状态。它的电路配置灵活，软件结构简单。5 系统软件设计5.1 软件设计概述软件的设计是毕业设计的另一个重要方面，它的好坏直接关系到毕业设计的成功与

52、否。此次设计我是用汇编完成的，需要能熟练地掌握汇编语言。软件部分对应地由主程序、初始化程序、延时模块程序、键盘扫描模块程序、密码设置程序、继电器控制程序、LED显示模块程序和报警鸣响程序等组成。其原理框图如图5-1所示。AT89S51键盘输入复位电路密码存储电路晶振电路电源输入显示电路报警电路开锁电路图5-1 电子密码锁原理框图 5.2 程序流程图程序流程图是编写软件的重要前提。它是在图表上直观地体现拟设计的目的及过程，也是编译的重要依据，按照流程图一步一步编写程序。下面是我主程序总体流程中的遥控发射程序框图5-2和遥控接收程序框图5-3。图5-2 遥控发射程序框图图5-3 遥控接收程序框图6 结论本系统采用MSC-51系列单片机中的AT89S51芯片为核心器件来设计电子密码锁，结合外围的键盘输入、LED显示、报警系统等电路来完成错误报警，超次锁定、修改用户密码，恢复初始密码和红外遥控开锁等功能。其中电磁锁电路暂时利用发光二极管代替，用发光二极管的亮灭和蜂鸣器的响