毕业设计（论文）基于AT89C51单片机的红外遥控防盗密码锁设计

1、目录第一章 绪论1.1摘要31.2引言31.3 at89c51单片机概述41.4 at89c51引脚图4第二章 系统的设计2.1系统结构及原理52.2密码锁基本工作原理52.3红外遥控系统52.4遥控发射器及其编码62.5 tosp1738接收器9第三章 eepromc存贮器at24c02 的读写3.1 i2c原理图103.2 i2c总线特点103.3 i2c总线工作原理113.3.1管脚说明113.3.2总线的构成及信号类型113.4总线基本操作123.4.1总线的时序顺序123.4.2控制字节133.4.3写操作133.4.4读操作133.5红外遥控密码锁原理图14第四章 程序设计4.1程

2、序流程图154.2红外遥控密码锁程序16结论22参考文献23致谢24第一章 绪论1.1摘要本系统采用单片机at89c51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由遥控开锁的电子密码锁。通过遥控器发射信号，由cpu进行解码，与原有的数据进行比对，完全正确后，发出解锁信号，解锁之后进行密码改写，按下修改键之后输入新的密码数据，密码数据存放在24c02存储芯片中，每次进行数据比对都必须从里面提取数据。关键词：单片机 红外 密码 at24c02 1.2引言在日常的生活和工作中, 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

3、解决。若使用传统的机械式钥匙开锁，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器件的要求越来越高。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，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。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

4、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的指纹和有效卡，只能适用于保密要求的箱、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、损坏等特点。加上其成本较高，一定程度上限制了这类产品的普及和推广。鉴于目前的技术水平与市场的接收程度，电子密码锁是这类电子防盗产品的主流。针对这种情况，本文设计了一种红外遥控密码锁，它具有安全可靠、 成本低廉、连接方便、简单易用、结构紧凑等特点。红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段

5、。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。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。1.3 at89c51功能概述 at89c51提供以下标准功能：4k字节flash闪速储存，128字节内部ram，32个i/o口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，at89c51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

6、允许ram，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存ram中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作指导下一个硬件复位。1.4 at89c51引脚图图1第二章 系统的设计2.1系统结构及原理图2系统结构及原理图2.2密码锁基本工作原理 本系统由两部分组成，红外发射部分和红外接收部分，红外发射部分是采用普通的遥控发射器，接收部分由红外遥控一体接收头、发光二极管显示、报警器等组成。当红外遥控发射器有按键按下时，内部的编码电路将其转换为相对应的信号，从红外发射管发出，红外遥控一体接收头接收到信号后，将信号转换成相对应的脉冲信号。红外一体接收的信号接到解码单片机p3.2管脚，进行

7、解码，通过按键扫描，将所按下按键对应的数据存储到规定的单元中。本系统设置了8位密码。当输入8位密码后，输入的8为密码所对应的数据将与原先存放在eeprom存贮器at24c02内部的数据进行逐一的比较，当8位密码都正确以后cpu才会发解码信号，本次设计为了方便，解码信号为点亮一个发光二极管，密码错误时发出报警信号。本系统还设有一个密码改写键，当输入的密码完全正确发出解码信号后，才能进入密码改写，按下密码改写键，输入新的8位密码，新密码所对应的数据将取代原有密码的数据。当输入新密码后能够进行解锁。2.3红外遥控系统通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，遥控器应用编码专用集成电路芯片来进行控制操

8、作，红外遥控发送/接收示意图如图3所示。发射部分包括矩阵键盘、编码调制、led红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。键盘编码调制led发射红外编码码光/电放大调解解码红外编码接收图3红外遥控发送/接收示意图2.4遥控发射器及其编码遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可以分成两大类，这里我们以运用比较广泛，解码比较容易的一类来加以说明，现以日本nec的upd6121g（图4）组成发射电路为例说明编码原理。当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。图4 upd6121g引脚图键盘与upd6121g芯片的连接如图5图5这种遥控码具有以下特征：采用脉宽调制的串

9、行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“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”，其波形如图6所示。图6上述“0”和“1”组成的32位二进制码经38khz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射，如图7所示。upd6121g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，防止不同机种遥控码互相干扰。该芯片的用户识别码固定为十六进制01h；后16位为8位操作码（功能码）及其反码。upd6121g最

10、多额128种不同组合的编码。遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108ms。一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同，大约在4563ms之间，图8为发射波形图。当一个键按下超过36ms，振荡器使芯片激活，将发射一组108ms的编码脉冲,这108ms发射代码由一个起始码（9ms）,一个结果码（4.5ms）,低8位地址码（9ms18ms）,高8位地址码（9ms18ms）,8位数据码（9ms18ms）和这8位数据的反码（9ms18ms）组成。如果键按下超过108ms仍未松开，接下来发射的代码（连发代码）将仅由起始码（9ms）和结束码（2.5ms）组

11、成。代码格式（以接收代码为准，接收代码与发射代码反向）1. 位定义2.单发代码格式 3.连发代码格式 代码宽度算法：16位地址码的最短宽度：1.1216=18ms 16位地址码的最长宽度：2.24ms16=36ms 易知8位数据代码及其8位反代码的宽度和不变：（1.12ms+2.24ms）8=27ms所以32位代码的宽度为（18ms+27ms）(36ms+27ms)1 解码的关键是如何识别“0”和“1”，从位的定义我们可以发现“0”、“1”均以0.56ms的低电平开始，不同的是高电平的宽度不同，“0”为0.56ms,“1”为1.68ms,所以必须根据高电平的宽度区别“0”和“1”。如果从0.5

12、6ms低电平过后，开始延时，0.56ms以后，若读到的电平为低，说明该位为“0”，反之则为“1”，为了可靠起见，延时必须比0.56ms长些，但又不能超过1.12ms,否则如果该位为“0”，读到的已是下一位的高电平，因此取（1.12ms+0.56ms）/2=0.84ms最为可靠，一般取0.84ms左右均可。2 根据码的格式，应该等待9ms的起始码和4.5ms的结果码完成后才能读码。2.5 tsop1738接收器为了电路的简单实用，本实验选用一种集红外线接收和放大一体的一体化红外接收器tosp1738，只要接上电源就能完成从红外接收到输出与ttl电平信号兼容的所有工作，而且适用性强，能满足各种红外

13、遥控以及红外线数据传输的要求。如图9所示，接收器对外只有3个引脚：gnd、vs、out，与单片机连接十分简单方便。其中1脚为gud，接地（0v）；2脚为vs接系统电源（+5v）；3脚为out脉冲信号输出接口，直接接单片机的p3.2引脚。图 9 tosp1738实物图 tosp1738原理图 第三章 eeprom存贮器at24c02 的读写3.1 ic原理图图103.2 ic 总线特点ic(interintegrated circuit)总线是一种由philips 公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。ic 总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接接在组件之上，因此ic

14、 总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达25 英尺，并且能够以10kbps 的最大传输速率支持40 个组件。ic 总线的另一个优点是，它支持多主控(multimastering)， 其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。3.3 ic 总线工作原理3.3.1 管脚说明 图 11图中ao、a1、a2是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址。vcc和vss分别为正、负电源。sda为串行数据输入输出，scl为控制数输入的时钟。sda和scl需要和正电源间各接一个1ok的

15、电阻上拉。第7脚需要接地。这条双向ic 总线串行传送。scl为串行时钟线，at24c02从地址的前四位是固定的“1o1o”。它的低3位为a0、a1、a2，且是可编程的。在电路中3位地址输入引脚必须接vcc或vss，不能悬空。fc总线最多可挂8片at24c02，不需要附加任何硬件电路。它们很适合应用于一些非高速系统中。at24c02既可用于带ic 总线的单片机系统，也可用于不带fc 总线的单片机系统。图12 at24c02接线图3.3.2 总线的构成及信号类型ic 总线是由数据线sda 和时钟scl 构成的串行总线，可发送和接收数据。在cpu 与被控ic 之间、ic 与ic 之间进行双向传送，最

16、高传送速率100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，ic 总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。cpu 发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。ic 总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。开始信号：scl 为高电平时，

17、sda 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。结束信号：scl 为高电平时，sda 由低电平向高电平跳变，结束传送数据。应答信号：接收数据的ic 在接收到8bit 数据后，向发送数据的ic 发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。cpu 向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，cpu 接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。ic 总线上传送的每个字节必须为8 位，启动和停止之间可传输的数据字节数不受限制。采用串行传送，首先传送最高位，每传送一个字节后必须跟一个应答位。主控器产生应答所需的时钟脉冲期间，发送器必须释放数据线

18、（sda 为高），以便接收器输出应答位。低电平为应答信号，高电平为非应答信号。非应答信号是当主控器作为接收器时，收到最后一个字节数据后，必须发送一个非应答信号给被控发送器，使被控发送器释放数据线，以便主控器发出停止信号，终止数据传送。当从器件不能再接收字节时也会出现非应答信号这种情况。3.4 总线基本操作3.4.1总线的时序顺序ic 规程运用主/从双向通讯。器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。 总线必须由主器件（通常为微控制器）控制，主器件产生串行时钟（scl）控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。sda 线上的数据状

19、态仅在scl 为低电平的期间才能改变，scl 为高电平的期间，sda 状态的改变被用来表示起始和停止条件。如图13、14所示。图 13、14 ic总线数据传送信号3.4.2 控制字节在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中高四位为器件类型识别符（不同的芯片类型有不同的定义，eeprom 一般应为1010），接着三位为片选，最后一位为读写位，当为1 时为读操作，为0 时为写操作。如图15所示。图15 控制字节配3.4.3 写操作写操作分为字节写和页面写两种操作，对于页面写根据芯片的一次装载的字节不同有所不同。关于字节写和页面写的地址、应答和数据传送的时序参见图16 和图17。图16 字节写图1

20、7 页面写3.4.4 读操作读操作有三种基本操作：当前地址读、随机读和顺序读。图18是当前地址读，图19是随机读，图20 给出的是顺序读的时序图。应当注意的是：最后一个读操作的第9 个时钟周期不是“不关心”而是为了结束读操作，主机必须在第9 个周期间发出停止条件或者在第9 个时钟周期内保持sda 为高电平、然后发出停止条件。图18当前地址读图19 随机读图20 顺序读3.5红外密码锁原理图图21红外密码锁原理图第四章 程序的设计4.1 程序流程图图22解码主程序图23修改密码子程序4.2红外遥控密码锁程序红外解码程序：org 0000hljmp r_mainorg 0003hljmp inpu

21、t0r_main:mov 30h,#00h mov 31h,#00h mov 32h,#00h mov 33h,#00hsetb ea;允许外部int0申请中断setb ex0setb it0;下降沿申请中断有效sjmp $;中断服务子程序input0input0:clr ea push acc push pswru:mov r4,#9;读9次按键xu:lcall ir;调用解码子程序mov a,33h;取按键号d1:cjne a,#01h,d2;键盘扫描mov 1ch,#01hljmp du;存放按键号d2:cjne a,#02h,d3 mov 1ch,#02h ljmp dud3:cjne

22、 a,#03h,d4 mov 1ch,#03h ljmp dud4:cjne a,#04h,d5mov 1ch,#4hljmp dud5:cjne a,#05h,d6mov 1ch,#05hljmp dud6:cjne a,#06h,d7mov 1ch,#06hljmp dud7:cjne a,#07h,d8mov 1ch,#07hljmp dud8:cjne a,#08,d9 mov 1ch,#08hljmp dud9:cjne a,#09h,d0mov 1ch,#09hljmp dud0:cjne a,#00h,dok mov 1ch,#00hljmp dudok:cjne a,#10h,

23、ok1;确认键back0:mov 30h,#00h;清除遥控值单元，使连按失效 mov 31h,#00h mov 32h,#00h mov 33h,#00h pop psw pop acc setb ea retidu:mov r1,#50h;把8个按键号放入片内ram50h-57hmov a,1chmov r1,ainc r1djnz r4,tiao;判断按键是否按了9次ljmp ok1tiao:ljmp xuok1:lcall e2pr;按键号与储存密码对比mov a,50hcjne a,20h,alarm mov a,51hcjne a,21h,alarmmov a,52hcjne a,

24、22h,alarmmov a,53hcjne a,23h,alarmmov a,54hcjne a,24h,alarmmov a,55hcjne a,25h,alarmmov a,56h cjne a,26h,alarmmov a,57hcjne a,27h,alarmclr p0.1;解码成功led，点亮alarm:cpl p0.2;密码错误报警 lcall delay1 sjmp alarmdelay1:mov r4,#250;密码修改key:jnb p1.0,key1;改密码按键sjmp key key1:mov r4,#9 xu1:lcall irmov a,33hdd1:cjne a

25、,#01h,dd2;键盘扫描mov 1ch,#01hljmp du2;存放按键号dd2:cjne a,#02h,dd3 mov 1ch,#02h ljmp du2dd3:cjne a,#03h,dd4 mov 1ch,#03h ljmp du2dd4:cjne a,#04h,dd5mov 1ch,#4hljmp du2dd5:cjne a,#05h,dd6mov 1ch,#05hljmp du2dd6:cjne a,#06h,dd7mov 1ch,#06hljmp du2dd7:cjne a,#07h,dd8mov 1ch,#07hljmp du2dd8:cjne a,#08,dd9 mov

26、1ch,#08hljmp du2dd9:cjne a,#09h,dd0mov 1ch,#09hljmp du2dd0:cjne a,#00h,ddok mov 1ch,#00hljmp du2ddok:cjne a,#10h,ok2;确认键back1:mov 30h,#00h;清除遥控值单元，使连按失效 mov 31h,#00h mov 32h,#00h mov 33h,#00h pop psw pop acc setb ea retidu2:mov r1,#50h;把8个按键号放入片内ram50h-57hmov a,1chmov r1,ainc r1djnz r4,tiao1;判断按键是否按

27、了9次ljmp ok2tiao1:ljmp xu1ok2:lcall e2pw;写入新密码;解码子程序ir:mov r6,#10;9ms引导低电平状态查询次数ir_t9:lcall delay882;调用882us延时子程序 jb p3.2,ir_error;若p3.2引脚出现高电平则退出解码程序 djnz r6,ir_t9;重复10次，在9ms内检测引脚状态jnb p3.2,$;等待引导脉冲结束acall delay2400jnb p3.2,ir_goto;若为低电平，则表示是连发码信号lcall delay2400;延时4.8ms越过4.5ms读取32位数据码;读取数字信号mov r1,#

28、30h;设30h为读取数据存放起始ram地址mov r2,#4;从30h-33h共4个存放数据单元ir_32b:mov r3,#8;每个单元接收8位二进制数ir_8b:jnb p3.2,$;等待识别码第一位的高电平信号出现 lcall delay882;间隔882us判断输出信号的高低电平状态 mov c,p3.2;将p3.2引脚此时的电平状态0或1存入c中 jnc ir_8bit0;为低电平，是0转至ir_8bit0 lcall delay1000;否则是1，越过1.68ms继续查询下一信号ir_8bit0:mov a,r1 rrc a;将c中的0或1移入a中的最低位 mov r1,a;再将

29、a中的数据存入ram中 djnz r3,ir_8b;接收8位数据 inc r1;修订r1中ram的地址 djnz r2,ir_32b;接收完16位地址码和8位数据码和8位数据反码，;存放在30h/31h/32h/33h的ram中;数字信号识别与判断ir_goto:mov a,30h;按住遥控按键超过108ms将直接转至此处 cjne a,#00h,ir_error;判断30h中用户识别码1，不对则退出 mov a,31h cjne a,#01h,ir_error;判断31h中用户识别码2，不对则退出 mov a,32h;判断两个数据码是否相反 cpl a cjne a,33h,ir_error

30、;两个数据码不相反则退出 clr p0.0 ;led点亮，解码成功 lcall delay2400lcall delay2400 lcall delay2400setb p0.0;led熄灭 ret ir_error:mov 33h,#0ffh;无效码ffh送至键号单元 ret;882us延时子程序: 1.085x (202x4)+5)=882delay882:mov r7,#202tim0:nop nop djnz r7,tim0 ret;1000us延时子程序: 1.085x (229x4)+5)=999.285delay1000:mov r7,#229tim1:nop nop djnz

31、r7,tim1 ret;2400us延时子程序: 1.085x (245x9)+5)=2397.85delay2400:mov r7,#245tim2:nop nop nop nop nop nop nop djnz r7,tim2 ret;at24c02读写程序at24c02:sda bit p2.1scl bit p2.0ajmp initinit:clr rs0 clr rs1mov r1,#30hmov a,#0hmov r7,#08hmov r3,#0a0hmov r4,#50hloop: mov r1,ainc r1inc adjnz r7,loop;初始化存储器的值，将数据00h

32、07h发送到内部30h37h单元;写密码e2pw:mov p2,#0ffh;置p2.0, p2.1 均为1clr p2.1;发开始信号mov a,r3;送器件地址acall subsmov r4,#50hmov a,r4;送片内字节地址acall subs;调发送单字节子程序mov r1,#30hmov r7,#08h;at24c02一次可装载的字节数为8个again:mov a,r1acall subsinc r1djnz r7,again;发送8个字节到i2c模块clr p2.1;发送完8个数据后，先将sda拉低，准备发停止位acall delaysetb p2.0;将scl拉高acall

33、 delaysetb p2.1;在由主设备将sda拉高，送出停止位;读密码mov r7,#08h;再一次给r7赋值，准备读数据mov r3,0a1he2pr: mov r1,#30hmov p2,#0ffh;置p2.0, p2.1 均为1clr p2.1;发开始信号mov a,r3;发器件地址acall subs;调发送单字节子程序mov r4,#20h mov a,r4;送片内字节地址acall subsmov p2,#0ffh;置p2.0, p2.1 均为1clr p2.1;再发开始信号mov a,r3setb acc.0;发读命令acall subsmore: acall subr;进入读数据模式mov r1,ainc r1djnz r7,more;读8个字节到内部30h37hclr p2.1acall delaysetb p2.0acall delaysetb p2.1;送停止信号ajmp $subs: mov r0,#08h;发送单字节子程序loop1: clr p2.0;只有在scl为低电平时才能改变sda的值rlc amov p2.1 ,cnop setb p2.0 ;scl置1，保持数据acall delay;需要保持一段时间djnz r0,loop1;循环8次送8个位clr p2.0acall delayset