毕业设计（论文）基于单片机的红外遥控密码锁的设计有仿真.doc

全套CAD图纸，仿真等，联系 153893706 第1章 绪 论1.1前言随着人们生活的不断进步，社会日益科技化，各种电子信息技术进入高速发展阶段，包括信息系统技术微电子、计算机和现代通信技术、传感器技术，这也包括红外线技术。红外线IrDA，简称IR，是一种点对点的无线通讯方式，只能进行短距离的无线数据的传输，且中间不能有障碍物。红外线又称红外光波，在电磁波谱中，光波的波长范围为0.01um 1000um;波长为0.76um 1000um的光波为红外光(线)，红外线遥控是利用近红外光传送遥控指令的，波长为0.76um 1.5um;用近红外作为遥控光源，是因为目前红外发射器件与红外接收器件的发光与受光峰值波长一般为0.8um 0.94um，在近红外光波段内，二者的光谱正好重合，能够很好地匹配，可以获得较高的传输效率及较高的可靠性。目前红外线得到了很普片的应用，如红外线鼠标，红外线打印机，红外线键盘等等。本论文设计的是基于S51单片机的红外遥控密码锁。该锁采用6位数作为密码，红外遥控密码锁的应用研究主要应用了单片机的编程进行红外的编码与解码，并通过单片机实现密码的设置、修改及识别功能。红外通讯，顾名思义，就是通过红外线传输数据。在电脑技术发展早期，数据都是通过线缆传输的，线缆传输连线麻烦，需要特制接口，颇为不便。于是后来就有了了红外、蓝牙、等无线数据传输技术。红外通讯技术利用红外线来传递数据，是无线通讯技术的一种。红外线的特征：红外传输是一种点对点的传输方式，无线，不能离的太远，要对准方向，且中间不能有障碍，由于红外线的直射特性，红外通讯技术不太适合传输障碍比较多的地方。因此，红外通讯技术多数情况下传输距离短、传输速率不高。密码锁产生也是经历了一些阶段的，有传统的机械密码锁，电子密码锁，数字密码锁等。随着科学技术的发展，一些以芯片特别是单片机为处理核心的新型密码锁开始不断出现。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、闭锁等任务。本论文就以AT89S51单片机设计了一个红外遥控密码锁。在Proteus软件上进行仿真，时鲜本设计的功能。Proteus软件是一种低投资的电子设计自动化软件，提供可仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件和多达30多个元件库。提供Schematic Drawing、SPICE仿真与PCB设计功能，同时可以仿真单片机和周边设备，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU，并提供周边设备的仿真，例如373、led、示波器等。Proteus提供了大量的元件库，有RAM、ROM、键盘、马达、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件，编译方面支持Keil和MPLAB等编译器。 一台计算机、一套电子仿真软件，在加上一本虚拟实验教程，就可相当于一个设备先进的实验室。以虚代实、以软代硬，就建立一个完善的虚拟实验室。在计算机上学习电工基础，模拟电路、数字电路、单片机应用系统等课程，并进行电路设计、仿真、调试等。1.2 选题背景及研究的目的与意义1.2.1 选题背景随着科学技术的进步和社会经济的发展，电子密码锁取代传统的机械锁已成为一种必然的趋势。以往基于单片机的密码锁系统，直接将编好的密码程序存储在片内EPROM中，但不易实现密码的修改；如要完成修改密码功能，多采用片外串行E2PROM实现。本文研究并设计的一种基于单片机的红外遥控电子密码锁，不但具有普通密码锁智能控制上锁、开锁、报警等特点，而且在不扩展E2PROM的情况下，可以实现8位密码任意修改的功能，节省了硬件资源，减小了系统体积，这是本设计的一个创新点。另外还增加了遥控开锁的特点。所以该系统不但成本低、保密性强，更适用于那些正常人体不宜接近的特殊场合，比如高辐射区、高传染区等。1.2.2 研究的目的与意义研究目的：本文主要介绍了基于AT89C51RC单片机的红外遥控密码锁的硬件及程序实现流程的具体设计。论文中给出了红外发送器与红外接收器的设计电路以及电子密码锁的典型设计电路部分和具体应用方法，并且通过对红外线信号的发射和接收的详细研究，设计出了一种对遥控信号进行准确译码方法和电路。研究意义：根据用户的要求和需要，主要为了解决当前市场上无遥控密码锁的问题，以提高门禁系统的可靠性和安全性，适应市场需要而设计的该红外红外遥控密码锁系统。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。该锁采用6位数作为密码，总密码组有106组，完全满足用户对密码安全性高的要求。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。以上技术的成熟程度决定了红外遥控密码锁的可靠性。1.3 红外遥控密码锁国内外的研究现状及存在问题我国的红外密码锁从无到有，从小到大；从仿制到自主研发，经过多年的发展，如今我国的红外密码锁行业已初具规模，并在GMP相应领域认证的几年中获得了长足发展。新产品日益增多，技术水平有了很大的改进，但不可否认我国相关行业的总体水平与国外还存在着不少的差距，近60%的产品达不到发达国家上世纪80年代的水平，先进大型的设备主要依赖进口，出口额还不足总产值的5%，进口额却与总产值大抵相当，与发达国家相去甚远。从产品结构看，我国密码锁品种约有1300多种，配套数量少，缺少高精度和大型化产品，不能满足市场需求。产品质量差距表现在产品性能低，稳定性和可靠性差，外观造型不美观，表面处理粗糙，许多元器件质量差，寿命短、可靠性低，影响了整体产品的质量；机械性能落后，大多精度低、速度慢、平稳性差；控制水平低、自动性差、故障率高。1.4 研究方法本课题采用查阅文献与实证研究相结合的方法，通过查阅相关的文献了解到相关课题的理论知识，由此构建出了完成此课题所必备的理论基础。在理论知识的基础上，通过一系列的实验，综合采用观察法，比较分析法，数量分析法，并通过相应的市场调查，综合考虑了整个系统的安全性，可靠性，灵敏性以及经济性从而确定了整体方案。第2章 密码锁的整体设计2.1密码锁的结构与组成该锁采用80S51作为本设计的核心，由遥控发射部分及主机接收部分组成。遥控发射部分有红外发射管实现，而遥控接收部分则要用红外接收其实现。2.1.1 遥控发射部分遥控发射器主要由AT89S51单片机，红外发射二级管，矩形键盘，数码显示管及复位电路等组成。该部分的结构图如图2.1所示。红外发射器AT89S51键 盘显 示复 位晶 振图2.1遥控发射结构框图2.1.2 主机接收部分主机接收部分主要由AT89S51单片机，红外接收头，矩形键盘，数码显示管，报警器，电磁锁及复位电路等组成。该部分的结构图如图2.2所示。红外接收头原理:我们知道，人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.620.76m；紫光的波长范围为0.380.46m。比紫光波长还短的光叫紫外线，比红光波长还长的光叫红外线。红外线遥控就是利用波长为0.761.5m之间的近红外线来传送控制信号的。具体结构框图如图所示，其控制核心为AT89S51。它是整个系统的枢纽，对整个系统起着控制、协调、智慧的作用，看正是整个系统的司令部，是整个系统的大脑，也是最为核心的部分，因而极其重要。键 盘红外接收头AT89S51 显 示电磁锁复 位报警器晶 振图2.2主机结构框图2.2 密码锁的工作原理随着社会生活水平的提高及科学技术的发展,人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。红外遥控密码锁是基于这一要求的保险器件,其设计概念及应用与常见的机械密码锁有所不同。比较机械安全密码锁,红外遥控密码锁具有高可靠安全性、易于网络化管理和智能控制,功能扩展。 2.2.1 基本工作原理主机上通过键盘输入6位密码，将输入的密码与设定的密码进行比较，如果相同则驱动电磁锁进行开锁，如果不相同则不解锁；当从遥控器上输入6位密码时利用红外给主机一个中断信号，使主机执行中断服务程序（解码程序），来控制解锁与否。红处线发射及接收控制电路均采用8051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：发射时如图2.3所示，通过定时器T1（P3.5）口，利用定时中断来发射信号，定时器1中断服务程序的功能是：红外管发射的信号需经过高频（采用38.5KHZ）调制载波才可发射出去，利用定时器1的定时作用，在发射高频脉冲时，通过定时对P3.5口的取反的操作，使发射信号调制成38.5KHZ的高频。再经过红外发射二级管发射，发射距离为8-10m。这里有必要提一下为什么要采用红外线来作为控制信号这是因为红外线波长较短，队长埃伍德颜射能力差，适合应用在需要短距离无线通讯的场合，进行点对点的直线数据传输。而且红外通信具有保密性强，信息容量大，结构简单等特点，既可以是室内使用，也可以在野外使用，并且具有良好的方向性。因而在现代通信技术中有着越来越多的应用。随着现代通讯技术的发展，红外遥控技术必然会得到更加迅猛的发展，因而我们有必要掌握。AT89S51P3.5 红外发射二级管 图2.3红外发射框图接收时如图2.4所示，利用P3.2口（外部中断0）的下降沿触发中断来接收信号，并通过P3.3口来判断高低电平。外部中断0的中断服务程序的功能是：由接收第一位码的下降沿触发中断后，对第一位（起始位）码的码宽进行验证。若第一位低电平码的脉宽小于2ms，将作为错误帧处理。当间隔位的高电平脉冲宽大于3ms时，结束接收，然后根据累加器A中的脉冲数，执行相应的功能操作。AT89S51P3.2（INT0）P3.3 红外接收头 图2.4红外接收框图2.2.2 红外发射信号的编码如以下图所示，为相应按键的编码输出格以及两桢信号的输出格式。红外发射信号式红外遥控最基本的部分，必须做好。发射信号的稳定性与可靠性直接关系到密码锁的性能。遥控器信息码是由AT89S51单片机的定时器T1调制成38.5KHZ红外载波信号，而关键是它的编码，在这里遥控器的编码采用脉冲个数编码格式，不同的脉冲个数代表不同的操作码信息，最少为2个脉冲（采用2个），其它信息码的脉冲个数逐个递增。为了使接收尽量可靠，第一位码宽为3ms，其余码宽为1ms，码间距为1ms，遥控码数据间隔大于10ms。遥控器上每个键都有唯一的一个键号，单片机通过查得按下键的键值发约定个数的脉冲。遥控器的编码格式如图2.5所示。频率为38.5KHZ，即周期约为26us,第一位码需115个脉冲周期，其余为38个脉冲周期，结束帧至少为385个脉冲周期。 按键0编码输出格式 115个 38个 26us 3ms 1ms 1ms 按键1编码输出格式 115个 38个 38个 3ms 1ms 1ms 1ms 1ms两帧信号之间的输出格式 一帧信号 两帧信号间隔 一帧信号 115个 38个 38个 115个 38个 3ms 1ms 1ms 至少为10ms 3ms 1ms 1ms图2.5遥控器编码图2.2.3 红外接收信号的解码接收信号的解码是根据红外线接收器输出脉冲帧的格式来进行解码的，即用累加器A分别对符合条件的负跳变脉冲进行计数。当红外线接收器输出脉冲帧数据时，第一位码的低电平将启动中断程序，实时接收数据帧。在接收数据帧时，根据发射帧的格式将对第一位（起始）码的码宽进行验证。若第一位低电平码的脉冲宽小于2ms，将作为错误码处理。当间隔位的高电平脉冲大于3ms时，结束接收，然后根据累加器A中的脉冲个数，执行相应的操作。图2.6为红外线接收器输出的一帧遥控码波形图。10ms 1ms 10ms 3ms 1ms 图2.6红外接收遥控码波形图2.3 密码锁的主要功能根据以上所述，遥控密码锁的基本设计功能主要有如下几个部分，可实现安全开锁。1 设定密码：在该设计中设定了一组原始密码：123456用户可以通过矩形键盘的修改键来修改原始密码。比如：按一下修改键，接着在本机上依次输入六位密码，再按确认(#)键即表示密码被设置好了，那么下次用户输入这组数据即可开锁。2 密码输入有效显示：为了确信是否有键按下以及防止密码外泄，在电路中设置了数码管显示，即在显示时并不是显示用户按下的数字符号，而是在输入一位时，数码管则显示一个字符“ H”， 这样既巧妙地提醒了用户又保护了 用户密码，此本设计可靠性优点之一。3 密码错误报警：当用户输入的密码连续三次出现密码错误时，系统会长期报警不止，这时必须按复位方可停止。乃安全可靠性能之二。4. 遥控开锁：这是本论文设计中的最大特点之处，用户可以不必在主机上输入密码开锁。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。2.4本章小结 本章实现了对密码锁的整体设计，详近的介绍了密码锁的结构与组成，其核心为80S51，整个密码所有遥控发射分和主机接收部分组成，采用红外遥控原理实现。 第3章 系统硬件电路设计3.1 单片机最小系统设计本系统采用AT89S51 单片机，它对整个系统起总体控制作用，它采用的是CMOS工艺 ，功耗低。3.1.1 单片机AT89S51最小系统的介绍单片机最小系统包括：单片机芯片、电源电路、复位电路、振荡电路等。1.单片机AT89S51芯片AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4kBytes 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80S51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP 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。（1）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。（2）AT89S51单片机引脚图如下： 图3.1 AT89S51单片机引脚图（3）管脚说明VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时,ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出（4）.单片机AT89S51最小系统原理图图3.2 单片机AT89S51最小系统原理图2.电源电路为了使芯片能够正常工作，所以这里需要选择+5V的直流电源。电源电路电路为输出电压+5V、输出电流1.5A的稳压电源。它由电源变压器B，桥式整流电路D1D4，滤波电容C1、C3，防止自激电容C2、C4和一只固定式三端稳压器(7805)极为简捷方便地搭成的。输入端接电容可以进一步的滤波，输出端也要接电容可以改善负载的瞬间影响，电路的稳定性也比较好.220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1D4和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805(三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件)的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压。此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。3.复位电路复位电路又分为上电复位和按键复位。按键复位除了复位开关外，还有1个10K的电阻，1个10F的电解电容，以及1个200的电阻。10K电阻连接芯片的RST脚和地；10F电容与200电阻和复位开关并联，然后连接芯片的RST脚和+5V电源。上电复位电路的组成有：一个10F的电解电容连接单片机芯片AT89S51的第9脚RST和+5V电源， 10K电阻的一个引脚连接单片机芯片AT89S51的第9脚RST，另一个引脚接地。SOUNDERA/BCLK图3.4 单片机控制模块外围电路图原理图说明：单片机AT89S51作为主控模块，将其串行端口（即10、11引脚）与串入并出的寄存器74LS164相连接，通过寄存器将输出的控制信号进行串行与并行的转换，从而实现对多路彩灯的控制。其中彩灯的变换花样通过软件编程来实现。单片机AT89S51的P1.0口（即1引脚）连接发音模块，它是通过一个音频放大电路接到蜂鸣器(SOUNDER)上，通过单片机软件编程来驱动蜂鸣器产生需要的音乐效果。X1、X2（18、19引脚）连接晶振，用来产生中断，为单片机提供时钟(12MHZ)控制信号。RESET（9引脚）连接一个复位电路，用来产生上电自动复位和按钮开关复位。4.振荡电路这里的振荡电路就是由1个12MHz的晶振和2个33pF的瓷介电容构成的振荡电路。晶振连接芯片的XTAL1和XTAL2两个引脚，2个电容串联后并联在晶振的两端，同时，2个电容还需要接地。振荡电路时该系统不可或缺的部分，必须要重视。3.2 红外发射与接收装置红外遥控系统一般由红外发射装置和红外接收设备两大部分组成。红外发射装置又可由键盘电路、电源和应用电路组成。通常为了使信号能更好的被传输发送端将基带二进制信号调制为脉冲串信号，通过红外发射管发射。红外接收装置通常由一红外接收头组成的接收电路。3.2.1 发射装置常用的发射器为红外发光二级管它是录像机、影碟机、音响装置、空调器等各类红外遥控系统中不可缺少的电子器件，它将脉冲编码遥控指令用红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时，受控装置中均有相应的红外光电转换元件，通过这个转换把相应的光信号转换为电信号。这里采用红外发光二极管如 SE303·PH303，外形和发光二极管LED相似，发出红外光（近红外线约0.93m ）。管压降约1.4V ，工作电流一般小于20mA。为了适应不同的工作电压，回路中常串有限流电阻。发射红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。为了增加红外线的控制距离，红外发光二极管工作于脉冲状态，因为脉动光（调制光）的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高峰值电流 ，就能增加红外光的发射距离。提高峰值电流的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度。减小脉冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。要使红外发光二极管产生调制光，只需在驱动管上加上一定频率的脉冲电压。红外发射电路如图3.5所示。3.2.2 接收装置常用的红外接收装置有如红外接收二极管，光电三极管等。实用中已有红外发射和接收配对的二级管。在本设计中采用红外一体化接收头HS0038，接收头图如图(12)所示。它有如下优点：一体化的红外接收装置将遥控信号的接收、放大、检波、整形集于一身，并且输出可以让单片机识别的TTL信号，这样大大简化了接收电路的复杂程度和电路的设计工作，方便使用。接收头连接图及红外接收电路图如图3-6所示。HS0038 黑色环氧树脂封装，不受日光、荧光灯等光源干扰，内附磁屏蔽功耗低，灵敏度高。在用小功率发射管发射信号情况下，其接收距离可达35 m。它能与TTL、COMS 电路兼容。HS0038 为直立侧面收光型。它接收红外信号频率为38KHZ,周期约26s，同时能对信号进行放大、检波、整形，得到TTL 电平的编码信号。三个管脚(1、2、3)分别是地、5 V 电源、解调信号输出端。接收装置是整个系统重要组成部分，必不可少。图3.5 红外发射电路 图3.6红外接收图3.3各模块器件功能3.3.1 3×4矩阵键盘在单片机运用系统中，经常使用简单的键盘和BCD拨码盘作为系统的输入。键盘由一组常开的按键组成，可以通过键盘输入数据或命令。每个按键都被赋予一个代码，称为键码。键码分为编码键盘和非编码键盘。编码键盘是通过一个编码电路识别闭合键的键码，而非编码键盘是通过软件来识别键盘的。通常因由于机械触点的弹性作用，触点在闭合和断开瞬间的电接触情况不稳定，造成了电压信号的抖动现象，键抖动的时间一般为510ms。为了避免一次闭合引起CPU多次处理，通常回采取去抖动措施。非编码键盘有独立式键盘和行列式(矩阵)键盘。由于前者在按键较多时会站用较多的I/O口，因此采用行列式(矩阵)键盘。(1)矩阵键盘及其接口行列式键盘又叫矩阵键盘，是将I/O线的一部分作为行线，另一部分作为列线，按键设置在行线和列线的交叉点上，它是通过检测键盘有无闭合以及查找闭合键的键号，一般采用扫描法。在这里设计了一3×4的矩阵键盘。如图3-7所示。(1) 先向所有的行线输出0，列线输出1，然后检测各列线的按键状态，由相应的列线读入累加器A中。有键按下时，对应的列线输入0，无键按下时所有的列线输入为1。(2) 若有键闭合，依次从行线上逐列输出0，然后依次检测各列线的状态。若为1，说明闭合键不在该列；若有的为0，则说明闭合键在该列与行线的交点上。由于每个按键所有的行号与列号不相同，所以每个按键按行号加列号的值赋予了一个键号。 图3.7 矩阵键盘图3.3.2 74LS164芯片在显示部分，运用LED静态显示，静态显示方式编程简单，但占用单片机I/O口线多适合于显示器位数较少的场合。AT89C51单片机应用系统中，当串行口空闲时，可用来拓展并行I/O口(这里设定串行口工作在移位寄存器方式0状态下)，作为LED静态显示接口。在这里运用74LS164来扩展并行I/O口，节约单片机资源。74LS164是一个串行输入并行输出的移位寄存器。并带有清除端。引脚排练图以及逻辑图如图2-8所示。 引脚说明：74LS164是串行输入、并行输出的移位寄存器，其引脚功能如下：A、B串行输入端。Q0-Q7并行输入端。/MR清除端。CP时钟脉冲输入端。在脉冲上升沿实现移位；当CP=0、/MR=1时，输出保持不变。3.3.3 数码管单片机运用系统中，使用的显示器主要有LED（发光二级管显示器）和LCD（液晶显示器）。这两种显示器成本低廉，配置灵活，与单片机接口方便。LED显示器结构与原理：LED显示器是由发光二级管显示字段的显示器件有共阴极与共阳极两种。其中7只发光二级管(a-g7段)构成字符“8”，另外还有一只小数点发光二级管dp。当某个发光二级管的阳极为高电平时，发光二级管点亮。当人为控制某几段发光二级管点亮就能显示某个数码或字符。LED显示器有静态显示与动态显示两种方式。LED显示器的字码段(7段码)如表1.2。表1.2 LED显示器的字段码（7段码）显示字符共阴极字段码共阳极字段码显示字符共阴极字段码共阳极字段码03FHC0H96FH90H106HF9HA77H88H25BHA4HB7CH83H34FHB0HC39HC6H466H99HD5EHA1H56DH92HE79H86H67DH82HF71H8EH707HF8HP73H8CH87FH80H熄灭00HFFH3.3.4发光二级管LED1LED简介发光二极管简称为LED。由镓(Ga)与砷(AS)、磷(P)的化合物制成的二极管，其核心是PN结。当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；而红外二极管在正向导通时会发出红外光。常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。2LED特性(1) 发光二极管的反向击穿电压约5伏。主要特性是正向导通、反向截止、击穿特性。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流，以防止击穿。 图3.10 LED伏安特性图(2) 发光二极管(LED)的主要参数a. 最大正向电流Ifm: 允许加的最大正向直流电流，超过此值LED损坏。b. 正向工作电流IF: 指LED正常发光时的正向电流值。c. 正向工作电压VF: 在给定的正向电流下测得的工作电压。d. 最大反向电压VRm: 允许加的最大反向电压，超过此值LED可能被击穿损坏。e. 伏安特性: LED的电压与电流的关系可用图3.10表示。3.3.5 电磁继电器在开锁部分采用电磁继电器。通过单片机来控制其线圈的通断电，从而控制其触点的吸和与断开。继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。一般用符号“J”表示。1电磁继电器的工作原理和特性电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。2电磁式继电器的主要参数(1) 额定工作电压: 是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。在这采用直流电压(+5V)的工作电压来驱动。(2) 直流电阻: 是指继电器中线圈的直流电阻.(3) 吸合电流: 是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。3.3.6报警器在报警部分，使用扬声器。从单片机发出的引脚(P2.3)控制信号，经一个三极管放大后再驱动扬声器，使整个系统产生报警。报警电路如图3.12所示。 图3.12 报警电路图 3.4 本章小结本章首先介绍了红外遥控密码锁的硬件设计，经查阅相关资料确定了本文所需要设计的单片机的类型AT89S51。根据实际情况与技术要求，结合已确定的系统结构框图对各部分进行设计，包括红外发射与接收装置、键盘及显示单元、控制与执行单元、系统各部分所需电源等输入与输出通道，并对每一部分都进行了较详细的叙述。从而对密码锁整个工作过程，作用原理有了详尽的概述，对于产品的推广及应用具有重要意义。第4章系统软件设计4.1遥控发射部分程序设计该部分主要分为主程序、按键扫描程序以及遥控编码脉冲发射程序。1. 主程序主要是对定时器T1定时的方式的设定、计数器的初始化等。主程序程序流程图如图4-1所示。开始 初始化 键盘扫描有键闭合? N Y转按键功能程序转脉冲发射程序 *键按下？ N Y Y开始发送返回 图4.1 主程序流程图START: LCALL CLEAR LJMP STARTLCALL KEYIN RETAJMP STARTCLEAR: MOV P1,#0FFH CLR P3.5 MOV SP,#70H MOV IE,#00H;关总中断与中断1 MOV TMOD,#20H;设定时器T1方式2自动重装模式 MOV TH1,#0F3H;定时13us MOV TL1,#0F3 SETB EA;开总中断 MOVE SCON,#OOH;置串行口工作方式02. 按键扫描程序在此设计的是3行4列的矩阵键盘。程序流程图如图4-2所示。开始 闭合键释放否?有键闭合? N N Y