一種無線遙控密碼鎖的設(shè)計

一種無線遙控密碼鎖的設(shè)計

【摘要】

第1章緒論1.1

國內(nèi)外現(xiàn)狀隨著人們生活的提高和安全意識的加強，各種系列的保險箱廣泛進入人們的

第1章緒論

1.1

國內(nèi)外現(xiàn)狀

隨著人們生活的提高和安全意識的加強，各種系列的保險箱廣泛進入人們的生活和工作，因而保險箱鎖系統(tǒng)的安全性就變得至關(guān)重要。當前市場上的保險箱鎖具有以下幾種方式。一種是機械式的密碼鎖，它具有成本低，抗干擾能力強的優(yōu)點，同也具有密碼量少，安全性差，鑰匙易于復(fù)制的缺點。一種是電子式的密碼鎖，它具有成本相對不高，密碼量大，不易破譯的優(yōu)點，但是這些電子密碼鎖系統(tǒng)都采用的是固定鍵盤式的，也就是將操作鍵盤固定在保險箱的面板上，這就使得用戶在操作時沒有隱蔽性，極易被人看見和偷拍而使得密碼不安全，因而操作的安全性不高。同時市面上還有少量的其它保險箱鎖，如磁卡式的保險箱鎖、智能卡IC卡式的保險箱鎖，指紋保險箱鎖等。磁卡式的保險箱鎖和智能卡IC卡式的保險箱鎖都具有更換方便，易于操作的優(yōu)點，但是由磁卡本身結(jié)構(gòu)簡單、磁條(磁層)暴露在外、存儲容量小、無內(nèi)部安全保密措施等，使其容易被破譯。安全性差，同時由于磁卡和IC卡本身對使用環(huán)境要求高，它的穩(wěn)定性和可靠性也就相應(yīng)降低，同時攜帶也不方便。指紋式的保險箱鎖具有操作簡單，安全性高，不易破譯，攜帶方便的優(yōu)點，但是它的成本偏高，不能被人們廣泛地接受。在這幾種保險箱鎖中，電子式的密碼保險箱鎖的市場占有量最大，因為它的成本低，安全高，操作簡單，最能符合用戶的需要，但當前市面上的電子式的密碼鎖也有它的不足，因?qū)λM行必要的改造將勢在必行。[11]

對于無線遙控技術(shù)，當前基本上通過以下幾種方式來實現(xiàn):紅外線(infraredray)遙控方式，無線電遙控方式，超聲波遙控方式和聲音遙控方式。紅外線技術(shù)出現(xiàn)較早成本低，價格也具有優(yōu)勢。紅外線遙控具有以下優(yōu)點:控制內(nèi)容多，抗干擾能力較強，不會發(fā)生任何誤動作:響應(yīng)速度快，不會對其它電器產(chǎn)生干擾，從而影響用戶使用;體積小，成本低，功耗小，與其它方式相比，可降低消耗功率90%。但它的缺點也明顯，在使用中需要保證遙控發(fā)射器和遙控接收設(shè)備處于一定的角度范圍，中間不能有任何物品，否則就會阻擋紅外線的傳輸，因為紅外線不能穿越磚瓦水泥砌筑的墻體，這在日常使用中經(jīng)常會造成不便，畢竟用戶不希望只能在一定的角度范圍內(nèi)才能對保險箱進行操作，此外紅外方式也容易受到外界干擾。超聲波遙控方式中的超聲傳感器頻帶窄，所能攜帶的信息量少，易受干擾而引起誤動作，同時該種方式作用距離短，通用性強，可互換，因而，不適合在鎖具遙控上應(yīng)用。聲音遙控方式通用性強，作用距離短，聲音攜帶的信息量少，易受干擾而引起誤動作，它適合于像聲控電燈開關(guān)的場合，不適合在鎖具遙控上應(yīng)用。無線電作為新一代的無線外設(shè)解決方案(目前火熱的藍牙也屬于此類)，具有繞射和穿透特性，只要在有效工作范圍內(nèi)，無線設(shè)備就可以不受角度、方向和障礙物的限制而自由使用。并且采用特定的編碼解碼技術(shù)可防止無線電波的相互干擾，抗干擾能力強。當前市面上大量使用的汽車防盜鎖就是采用的這種方式。經(jīng)過上述綜合比較，無線電射頻遙控方式更適合本系統(tǒng)的設(shè)計需要。[11]

1.2課題來源

為了克服當前市面上的電子式密碼鎖的不足以滿足用戶的不同需求，提出將無線遙控方法與密碼技術(shù)相結(jié)合，在保證原有密碼鎖系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上研發(fā)新型的遙控密碼鎖系統(tǒng)來克服固定鍵盤式的密碼鎖的不足，使用戶能在一定范圍內(nèi)的任何位置都能對保險箱進行開啟，這樣就保證了密碼的安全性。這種新型遙控密碼鎖系統(tǒng)填補了國內(nèi)空白，在給用戶提供更加安全可靠的產(chǎn)品的同時也將提高了公司的市場競爭力。

1.3遙控密碼鎖系統(tǒng)簡介

遙控密碼鎖系統(tǒng)由兩部分組成:遙控發(fā)射器和遙控接受系統(tǒng)。使用者在10米的范將密碼從遙控發(fā)射器上的鍵盤輸入，然后由發(fā)射器發(fā)射出去。遙控接受系統(tǒng)接受到用戶輸入的密碼后由微處理器進行破譯并與原來設(shè)定密碼進行比，如果比對通過則驅(qū)動電磁鐵帶動栓門開鎖，如果比對失敗則不產(chǎn)生任何操作。同時遙控密碼鎖系統(tǒng)具有一般電子密碼鎖系統(tǒng)的普遍特點，該系統(tǒng)能由用戶自己設(shè)定密碼，密碼由0到9個4位數(shù)構(gòu)成，最高有10的4次方個組合方式，安全性高，并能對試圖非法開鎖操作進行懲罰性的自鎖，同時發(fā)出蜂鳴警告，此外每一套遙控密碼鎖系統(tǒng)還配置了一組備用密碼，以滿足某些特殊地方如賓館的管理需要。用戶在使用本系統(tǒng)時，只有在開啟本遙控系統(tǒng)后才能用機械鑰匙打開保險箱，可以使保險箱具有雙保險功能，使保險箱更加安全。同時遙控器具有通用性，便于生產(chǎn)，即使遙控器被盜或丟失，由于密碼的保密性，其他人也無法打開本系統(tǒng)。[12]

第1章緒論1.1

國內(nèi)外現(xiàn)狀隨著人們生活的提高和安全意識的加強，各種系列的保險箱廣泛進入人們的

1.4設(shè)計目標及方案

1.4.1遙控密碼鎖系統(tǒng)設(shè)計目標

1、密碼容量：0001～9999；

2、密碼輸入時間限定功能；

3、穩(wěn)壓電源需要自制；

4、密碼輸入錯誤報警；

5、核心控制部件采用單片機控制，不需要看門狗電路，直接利用單片機資源。

1.4.2方案論證

目前電子密碼鎖普遍采用單片微處理器來作為應(yīng)用系統(tǒng)的中央處理器。單片微理器具有集成度高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用靈活，處理功能強，運算速度快等一系列優(yōu)點，這就使單片機為基礎(chǔ)的應(yīng)用系統(tǒng)容易做到體積小，性能好，價格便宜，易于產(chǎn)品化。

目前單片機種類繁多，有8位機的IntelMCS-51系列，PIC系列等，16位單片機有IntelMCS-96系列等。在本系統(tǒng)中，8位單片機就能滿足系統(tǒng)的設(shè)計需要。目前的8位單片機中，以IntelMCS-51系列單片機的品種最多，接口芯片以及應(yīng)用軟件也非常豐富。在選擇MCS-51系列單片機芯片時，在成本允許的情況下，盡可能地選用集成度高的微處理器。ATEML公司推出的At89s51低功耗單片機，高性能的8位COMS單片機。它內(nèi)部集成了8k的flash程序存儲器，這種flash存儲器可以反復(fù)擦除1000次之多，將使程序調(diào)試非常方便。同時At89s51具有128字節(jié)內(nèi)部RAM,32位輸出/輸入口線，2個16位定時器/計數(shù)器，6個中斷源2級中斷處理能力，具有休眠和掉電兩種節(jié)電模式。從系統(tǒng)的各個方面考慮，選用At89s51單片機作為遙控接受系統(tǒng)的中央處理器，它應(yīng)該完全能夠滿足系統(tǒng)的需要。[2]

通過上一節(jié)的分析，本系統(tǒng)中選用無線315mhz射頻RF(radiofrequency)方式來完成無線通訊。315mhz的發(fā)射頻率是國家規(guī)定的無線報警專用頻率，符合國家規(guī)定。因為無線遙控采用了多組編碼的射頻方式，頻率調(diào)制精密，發(fā)射功率微小，既不容易對外界造成干擾，也不容易受到外界干擾。

對于信號的編碼和解碼，可以采用專門的配對編碼芯片和解碼芯片。臺灣普城公司生產(chǎn)的PT2262,PT2272芯片就是一對專用的信號編碼解碼芯片。下面簡要介紹其設(shè)計思路:要使解碼芯片PT2272能夠正常地接收并解碼信號產(chǎn)生輸出就必須使其地址位的狀態(tài)與編碼芯片PT2262的地址位狀態(tài)完全相同，也就是說，只要解碼芯片PT2272和編碼芯片PT2262的地址位接地，接高電平或懸空狀態(tài)相同，那么解碼芯片就會有數(shù)據(jù)輸出。例如，如發(fā)射電路下圖1-1所示。

圖1-1遙控發(fā)射器原理

接收電路圖如下圖1-2

圖1-2遙控接收器解碼原理圖

(注意:D0,D1,D2，D3控制腳分別與單片機的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3I/0口相連。）

原理：當按下SET開始輸入密碼，按下密碼則相應(yīng)的單片機接口為低，并按順序?qū)⒚艽a存入單片機中，將每位密碼轉(zhuǎn)換為二進制碼由P1.0~P1.3輸出。由于采用的三極管是PNP型（低電平導(dǎo)通）則相當于對P1.0~P1.3取反在D0~D3上輸出。當D0~D3任意為高電平時PT2262上電開始工作，并且PT2262上相應(yīng)的數(shù)據(jù)為也為高，PT2262進行編碼，這時當四位密碼都輸入后且P3.4的為低時，發(fā)射模塊工作將數(shù)據(jù)位D0~D3發(fā)送出去。PT2262的地址位接地都為低電平，那么解碼芯片PT2272地址位都為低電平，編碼芯片PT2262和解碼芯片PT2272的地址位狀態(tài)相同，PT2272就能正常地解碼信號。

當PT2272收到從接收模塊發(fā)送來的信號，并進行解碼。且VT為高則9031，導(dǎo)

通INT0為低中斷有效，開始處理中斷。由于D0~D3輸出到AT89S51的P1.0~P1.3，且由軟件來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的確定，由數(shù)碼管顯示出來。

由于系統(tǒng)中涉及到必要數(shù)據(jù)的儲存，例如用戶密碼不僅需要存儲，而且需要在系

統(tǒng)掉電情況下密碼也不丟失，因而需要外接存儲器。同時也得采用適當?shù)臄?shù)據(jù)傳輸方

式。并行的，或串行總線。目前較著名的芯片間串行總線有：：Philips公司為8051

第1章緒論1.1

國內(nèi)外現(xiàn)狀隨著人們生活的提高和安全意識的加強，各種系列的保險箱廣泛進入人們的

系列設(shè)置的IZC總線(InterICBUS)，

MOTOROLA推出的串行外圍接口(SPI:seral

peripheralinterface)以及NS公司推出的Mcrowire串行接口。其中以串行總線接口最為簡單，該總線已為不少公司采用。由I2CBUS構(gòu)成的單片機應(yīng)用系統(tǒng)能方便地構(gòu)成件只需具有I2C總線接口而不必考慮其派系;系統(tǒng)中I2C總線上任一節(jié)可在系統(tǒng)

統(tǒng)運行狀態(tài)撥插而不影響其他節(jié)點工作，I2C總線的最少連線，獨立的工作方式為用

戶最終實現(xiàn)標準化，系列化奠定了基礎(chǔ)。在這種情況下，本系統(tǒng)選用具有I2C通訊的CAT24WC01的EEPROM存儲器。[2]

1.4.3總體方案

遙控密碼鎖系統(tǒng)的基本組成如下:

(1)

13鍵遙控發(fā)射器

包括:13個按鍵，微處理器，編碼芯片PT2262，發(fā)射電路。

原理圖1-3如下:

圖1-3

圖1-3搖控發(fā)射原理圖

工作原理:用5伏電源供電，當按鍵按下時，PT2262上電，發(fā)射電路上電，PT2262將按鍵的狀態(tài)編碼產(chǎn)生方波，采用315M報警專用高頻頻率作為載，在經(jīng)過ASK調(diào)制，由發(fā)射電路發(fā)射出去。

(2)遙控接受電路

包括:遙控接收模塊，解碼芯片PT2272-M4，單片微處理器(Atme189s51),

固定鍵盤，EEPROM24c01等。

原理圖如下:

圖1-4遙控接收原理圖

固定鍵盤用于設(shè)定密碼，或者是用戶不用遙控發(fā)射器的時候用來開啟密碼鎖。遙控部分的工作原理如下:默認狀態(tài)下CPU處于掉電狀態(tài)，遙控接收模塊和PT2272-M4一直處于工作狀態(tài)，當遙控器的數(shù)據(jù)位上的健按下時，遙控接收模塊接收到己調(diào)波信號，經(jīng)過解調(diào)還原成原來的方波信號，這些方波信號經(jīng)過電壓匹配處理，輸入給解碼芯片PT2272-M4產(chǎn)生輸出，這個輸出將CPU從掉電模式中喚醒，使CPU處于正常工作狀態(tài)，CPU接受數(shù)據(jù)，然后CPU對接收到的數(shù)據(jù)輸入進行處理，產(chǎn)生相應(yīng)的操作結(jié)果。在不使用遙控發(fā)射器的時候，固定鍵盤上的任意一個按鍵按下時，單片機硬件復(fù)位，單片機從掉電模式轉(zhuǎn)入正常工作模式，完成密碼的比對，產(chǎn)生驅(qū)動輸出。總結(jié)起來，上述設(shè)計方案是切合實際的，是能夠?qū)崿F(xiàn)的。第2章

控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)包括下列兩部分:

.遙控發(fā)射器上的硬件結(jié)構(gòu)

.遙控接受系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

遙控發(fā)射器上的硬件結(jié)構(gòu)包括下列幾部分

.13鍵鍵盤電路

.編碼電路

.射頻發(fā)射電路

遙控接受系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)包括下列幾部分

.CPU及外圍電路

.鍵盤電路

.解碼電路

.外部存儲器電路

.上電復(fù)位電路

.射頻接收電路

2.1硬件系統(tǒng)設(shè)計原則

一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含有兩部分內(nèi)容:一是系統(tǒng)擴展，即單片機內(nèi)部的功能單元，如ROM,RAM,I/0口，定時/計數(shù)器，中斷系統(tǒng)等容量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進行擴展，選擇合適的芯片，設(shè)計相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤，顯示器，打印機，A/D,D/A轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計合適的接口電路。在本系統(tǒng)中，89S51單片機內(nèi)部的功能單元已經(jīng)能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計需要，不需要系統(tǒng)擴展。按系統(tǒng)功能需求，需要配置固定鍵盤，LED顯示，EEPROM存儲器等。系統(tǒng)的擴展和配置設(shè)計遵循下列原則:

1)盡可能選擇典型電路，并符合單片機的常規(guī)用法。為硬件的標準化，模塊化打下良好的基礎(chǔ)。

2)系統(tǒng)的擴展與外圍設(shè)備配置的水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當?shù)挠嗟?，以便二次開發(fā)。在本系統(tǒng)中選用有32個I/0口線的89S51，當前設(shè)計中接收、遙控電路分別選用了其中的27和18根口線，留有5和16個I/0口為以后系統(tǒng)擴展留有空間。

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3)硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會產(chǎn)上相互影響，考慮的原則是:軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件實現(xiàn)，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。但必須注意，由軟件實現(xiàn)的硬件功能，其相應(yīng)時間要比直接用硬件實現(xiàn)來得長，而且占用CPU時間。因此，選用軟件方案時要考慮這些因素。

4)整個系統(tǒng)中的相關(guān)的器件要盡可能做到性能匹配。如在本系統(tǒng)中，選擇CMOS芯片單片機構(gòu)成低功耗系統(tǒng)時，系統(tǒng)中所有芯片都應(yīng)該選擇低功耗的產(chǎn)品。

5)可靠性及抗干擾設(shè)計是硬件系統(tǒng)設(shè)計不可缺少的一部分，它包括芯片，器件選擇，印刷電路板布線等。

6)該系統(tǒng)的遙控發(fā)射器和遙控接收器都是由220伏的經(jīng)過變壓器變壓整流穩(wěn)壓后得到的5v電壓，所以遙控器和遙控接收器上的所有元器件必須滿足5伏的工作電壓。

2.2CPU及外圍電路

CPU是整個無線遙控系統(tǒng)接收部分的核心。在考慮經(jīng)濟性和滿足需求前提下，本系統(tǒng)選用Atmel公司生產(chǎn)的8位89S51單片機作為整個系統(tǒng)的控制中心。Atmel89S51具有以下的一些特點:

命令與MCS-51系列產(chǎn)品完全兼容。

1）4K的FLASH(閃爍)存儲器?？梢苑磸?fù)擦除1000次之多。

2）OHZ-33MHZ的全部靜態(tài)執(zhí)行頻率。

3）三態(tài)程序存儲時鐘。

4）256字節(jié)的片內(nèi)RAM。

5）32位輸入輸出口線。

6）2個16位定時器/計數(shù)器。

7）6個中斷源。

8）休眠和掉電兩種節(jié)電模式。

在發(fā)射系統(tǒng)中，89S51的32根輸入/輸出口線分配如下:P1.0-P1.7的8個I/0口線用于控制鍵盤;P2.0-P2.3的4根工//0口線用于接收編碼芯片的四位數(shù)據(jù)位:P3.0-P3.4的5根I/0口線用于控制鍵盤。

在接收系統(tǒng)中，89S51的32根輸入/輸出口線分配如下:P1.0接開鎖電路；P1.1控制報警電路；P1.2-P1.6的5個I/0口線用于控制密碼設(shè)定鍵;P3.2I/0口線用于接0中斷；P3.4-P3.5控制外部存儲器24C01；P2.0-P2.3接收解碼芯片的四位數(shù)據(jù)位:P0.0-P0.7和P2.4-P2.7的12根I/0口線用于控制LED顯示電路。

由于該芯片采用了CMOS工藝，它配置了空閑模式和掉電模式?？臻e模式下外圍器件繼續(xù)工作，可以產(chǎn)生中斷激活處理器。所有被允許的中斷及復(fù)位均可結(jié)束空閑模式。在掉電模式將振蕩器停振以使功耗最小，片內(nèi)RAM和SFR內(nèi)容被保存直至掉電模式結(jié)束。該芯片只能通過硬件復(fù)位來結(jié)束掉電模式。復(fù)位將從新定義SFR(特殊功能寄存器)但不改變片內(nèi)RAM的值。89S51具有節(jié)電模式，且節(jié)電效果顯著，因而能夠滿足系統(tǒng)需要。

2.3編碼解碼電路

PT2262和PT2272是臺灣普城公司生產(chǎn)的一對COMS專用編碼解碼芯片。本系統(tǒng)采用這對芯片來實現(xiàn)鍵值的編碼與解碼。PT2262和PT2272的振蕩頻率都是通過一個外接電阻進行調(diào)節(jié)。

2.3.1

PT2262介紹

圖2-1

PT2262的引腳和功能

PT2262最大可以具有12個地址位，它的數(shù)據(jù)位最大可以有6個。每一個地址位可以有接地，接電源，懸空三種狀態(tài)。每個數(shù)據(jù)位可以有接地，接高兩種狀態(tài)。PT2262就是將地址位和數(shù)據(jù)位的狀態(tài)進行編碼然后輸出相應(yīng)的編碼信號。PT2262能夠滿足兩種工作方式:射頻工作方式(RF)和紅外線工作方式(IR)。由于在整個系統(tǒng)的遙控方式上我選用的射頻的工作方式，下面詳細介紹PT2262的射頻工作方式。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由:地址碼，數(shù)據(jù)碼，同步碼組成一個完整的碼字。

位碼是編碼波形的基本單位，可以分為AD位(地址，數(shù)據(jù))和SYNC位(同步)。根據(jù)相應(yīng)端子電平的低，，高，或者懸空狀態(tài)，AD位可分別置為“0""1"或“f"，每位波形由兩個脈沖周期構(gòu)成，每個脈沖周期含16個時鐘周期詳見下圖2-2。

同步位的長度是四個AD位的長度，含有一個1/8AD位寬度的脈沖。詳見下圖2-3。

第1章緒論1.1

國內(nèi)外現(xiàn)狀隨著人們生活的提高和安全意識的加強，各種系列的保險箱廣泛進入人們的

圖2-2AD位波形

圖2-3同步位波形

一組位碼構(gòu)成了字碼，字碼由12位AD位碼再緊跟1位SYNC位碼構(gòu)成。12位AD位碼的值是由發(fā)射時的AO-A5和A6/D5-All/DO位的相應(yīng)狀態(tài)決定的。當PT2262的數(shù)據(jù)位被使用時，它的地址位就相應(yīng)地減少。PT2262/PT2272有最大12個地址位，其中包括6個地址數(shù)據(jù)共用位。下圖就反映了字碼與相應(yīng)引腳的關(guān)系:

0Data

A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11Sync.bit

1Data

A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10D0Sync.bit

2Data

A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9D1

D0Sync.bit

3Data

A0A1A2A3A4A5A6A7A8D2D1

D0Sync.bit

圖2-4引腳與字關(guān)系圖

例如:當使用4位數(shù)據(jù)位時，地址位就有8位，發(fā)射格式如下圖:

圖2-5字碼的組成

幀碼:一個幀碼包括4個連續(xù)的字碼。當PT2262的T\E\(發(fā)射使能位)置底時，PT2262的DOUT腳就輸出幀碼。如果T\E\(發(fā)射使能位)在幀碼輸出完以后依然置底，那么PT2262就輸出其他的幀碼。注意，只要T\E\置低，DOUT就輸出幀碼，這是同步的。

在本系統(tǒng)中，PT2262的具體應(yīng)用電路圖見圖1.1遙控發(fā)射器原理圖。它的

一個完整字與地址位的關(guān)系如下圖2-6所示:

圖2-6本系統(tǒng)的字與地址位關(guān)系圖

因而當按鈕按下時，PT2262輸出的相應(yīng)的編碼波形。具體輸出的編碼波形(一個字的編碼波形)如下圖2-7所示，輸出的編碼波就可以直接輸入射頻發(fā)射電路進行工作。

圖2-7按下按鈕與輸出波形的關(guān)系

2.3.2

PT2272介紹

PT2272是與PT2262配對使用的一塊遙控解碼專用集成電路。采用COMS工

藝制造，它最大擁有12位的三狀態(tài)地址管腳，可支持多大531441個地址的編碼。因此極大地減少了碼的沖突和非法對編碼進行掃描以使匹配的可能性。

圖2-8PT2272-L4引腳

由于PT2262必須與解碼芯片PT2272配對使用，而市場上大量的PT2272都

是4個數(shù)據(jù)位的，所以我們選用4個數(shù)據(jù)位的設(shè)計。

有效接收確認：

當PT2272接收到編碼信號時，它會檢查該信號是否有效。（1）它必須是一個完

整的字碼;（2）碼地址必須與接收電路的碼地址端子的設(shè)置一致。當進行兩個

連續(xù)有效的接收后，PT2272會將接受到的數(shù)據(jù)在相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出端輸出。并將

VT置為高電平。

它們的定時關(guān)系如下圖2-9:

圖2-9數(shù)據(jù)輸入與數(shù)據(jù)輸出關(guān)系圖

鎖存型或瞬態(tài)型數(shù)據(jù)輸出：

PT2272根據(jù)其后綴地不同，其數(shù)據(jù)輸出類型可分為鎖存型和瞬態(tài)型。PT2272-L4是鎖存型。鎖存型在接收到有效編碼后將數(shù)據(jù)輸出，并將數(shù)據(jù)一直保存到下一次接收到有效編碼。而瞬態(tài)型在接收到有效編碼后，只是將數(shù)據(jù)瞬間輸出，接收結(jié)束后，并不保留。請參見下圖2-10:

圖2-10鎖存型和瞬態(tài)型的不同PT2272的操作流程:

圖2-11PT2272上電工作流程圖

上電后PT2272進入待機模式，檢查是否有接收信號，如無接收信號，仍停留在待機狀態(tài)。否則在收到信號后，進行接收，碼地址與設(shè)置的碼地址進行比較。當接收地址與設(shè)置地址相互匹配時，數(shù)據(jù)存于寄存器中。當檢查到連續(xù)兩幀的碼地址都匹配，且數(shù)據(jù)都一致時，相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出端有輸出，并且驅(qū)動VT輸出。當聯(lián)系兩幀的碼地址不匹配時，VT不會被驅(qū)動，對于瞬態(tài)輸出型來說，輸出數(shù)據(jù)復(fù)位，而對鎖存型的輸出，則輸出數(shù)據(jù)維持。

2.4遙控發(fā)射器電路

12鍵遙控發(fā)射器電路可以分為兩部分:編碼電路和射頻發(fā)射電路。編碼電路的功能如上節(jié)說述由編碼芯片PT2262來實現(xiàn)，下面先介紹射頻發(fā)射電路的原理和方法。

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2.4.1射頻發(fā)射電路

射頻發(fā)射電路要實現(xiàn)的功能就是將經(jīng)PT2262編碼后的編碼信號通過調(diào)制然后發(fā)射出去。下列是些基本概念的說明:

調(diào)制:就是用一個頻率較低的信號去控制(改變)另一個頻率高得多的信號的幅度，頻率或相位，這種用一個信號的變化規(guī)律去改變另一個信號的變化規(guī)律的過程稱為調(diào)制。

載波:在調(diào)制過程中，頻率高得多的那個信號就叫載波。

調(diào)幅:就是用一個低頻信號去改變另一個頻率較高的載波信號的幅度，使載波的幅度發(fā)生變化。

ASK調(diào)制:(Amplitude-shift-keyingmodulation)幅移鍵控調(diào)制，兩個二進制的值用載波信號的兩個不同幅度表示。ASK調(diào)制是調(diào)幅的一種方式。

OOK調(diào)制:(ON-OFFKeyedmodulation)通斷鍵控調(diào)制。幅移鍵控中，載波幅度是隨著調(diào)制信號而變化的。其最簡單的形式是載波在二進制調(diào)制信號控制下通斷，這種方式稱作通-斷鍵控(OOK)。

在本系統(tǒng)中我們選用315MHZ的報警專用頻率的高頻信號作為載波，選用ASK調(diào)制方式。ASK調(diào)制工作穩(wěn)定，因此得到了廣泛的應(yīng)用?；景l(fā)射電路圖如

下圖2-12:

圖2－12

發(fā)射模塊原理圖

采用進口聲表諧振器(SAW)穩(wěn)頻。采用聲表諧振器，點頻接收，絕不頻漂，可靠靜噪，工作穩(wěn)定;具有過流、過壓、浪涌等多種保護功能。頻率一致性非常好，穩(wěn)定度極高，頻率穩(wěn)定度極高。由于使用了聲表器件，電路工作非常穩(wěn)定，即使手抓天線、聲表或電路其他部位，發(fā)射頻率均不會漂移。工作頻率315MHZ頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-5，使用中無需調(diào)整頻點，特別適合多發(fā)一收等無線電遙控系統(tǒng)使用，而目前一般的無線電遙控一般仍采用LC振蕩器，穩(wěn)定度及一致性較差，即使采用高品質(zhì)微調(diào)電容，溫度變化及震動也很難保證已調(diào)試好的頻點不會發(fā)生偏移，造成發(fā)射距離縮短，穩(wěn)定性變差，所以采用聲表面濾波器件能夠提高發(fā)射的穩(wěn)定性。該電路的工作電壓在3-12v電壓，當12v的工作電壓時，發(fā)射距離為50米。

2.5射頻接收電路

射頻接收電路可使用超再生電路或超外差電路。超再生電路成本低，功耗小可達100uA左右，調(diào)整良好的超再生電路靈敏度和一級高放、一級振蕩、一級混頻以及兩級中放的超外差接收機差不多。然而，超再生電路的工作穩(wěn)定性比較差，選擇性差，從而降低了抗干擾能力。

圖2-13接收電路

與超再生接收電路相比，超外差接收電路的穩(wěn)定性，靈敏度和選擇性都可從做得很好，并且調(diào)試簡單。

RX3310A是臺灣HMARK公司生產(chǎn)的專門用于幅度鍵控ASK調(diào)制的無線遙控及數(shù)傳信號的接收集成電路，內(nèi)含低噪音高頻放大、混頻器、本機振蕩、中頻放大器、中頻濾波器、比較器等，為一次變頻超外差電路，雙列18腳寬體貼片封裝，主要技術(shù)指標如下：

工作頻率：150～450MHZ

工作電壓：2.7～6V

工作電流：2.6毫安（3V電源時）

接收靈敏度：－105DBM(1K數(shù)據(jù)速率而且天線匹配時）

最高數(shù)據(jù)速率：9.6KBPS

從外接天線接收的信號經(jīng)C8耦合到L3、C9組成的選頻網(wǎng)絡(luò)進行阻變換后輸入RX3310的內(nèi)部高頻放大器輸入端14腳，經(jīng)芯片內(nèi)的高頻放大后（增益為15～20DB）的信號再經(jīng)混頻器與本機振蕩信號（316.8M)混頻，產(chǎn)生1.8M的中頻信號，此中頻信號經(jīng)內(nèi)部中頻放大后由第3腳輸出，再進入比較器放大整形，最后數(shù)據(jù)從第8腳輸出。

超外差接收機對天線的阻抗匹配要求較高，要求外接天線的阻抗必須是50歐姆的，否則對接收靈敏度有很大的影響，所以如果用1/4波長的普通導(dǎo)線時應(yīng)為23厘米最佳，要盡可能減少天線根部到發(fā)射模塊天線焊接處的引線長度，如果無法減小，可以用特性阻抗50歐姆的射頻同軸電纜連接（天線焊點右側(cè)有一個專門的接地焊點）。

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2.6鍵盤和顯示接口

系統(tǒng)的所有密碼設(shè)置以及在沒有用遙控器開鎖的情況下密碼的輸入都需要由鍵盤輸入。同時采用發(fā)光二極管來進行提示操作，使用戶操作更加直觀和方便。由于系統(tǒng)采用89S51單片機作為遙控接收電路的核心處理器，它的I/O口線共有32根，能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計的需要。系統(tǒng)需要13個鍵輸入，原理圖如下圖

圖2-14遙控鍵盤和固定鍵盤電路

圖2-15LED顯示電路

電路的數(shù)碼管采用的是共陽極的接法。相同的數(shù)碼段是通過A、B、C、D、E、F、G連接在一起的。當要顯示數(shù)字時，相應(yīng)的數(shù)碼位電源接通，并且單片機動態(tài)掃描各位的電源，開始顯示密碼。

2.7上電復(fù)位電路

由于本系統(tǒng)是應(yīng)用于保險箱上，在本系統(tǒng)中，系統(tǒng)一般情況下保持掉電狀態(tài)，只有當遙控器上的特定鍵或固定鍵盤上的通電時，系統(tǒng)從掉電狀態(tài)喚醒，進入正常工作狀態(tài)。通電瞬間，由于電解電容的瞬間時相當于短路則電路復(fù)位，當一段時間電容充電完畢后，電路相當于斷路，則復(fù)位接口為低，進入正常工作狀態(tài)。注意，要正確退出掉電模式在Vcc要恢復(fù)到正常操作電壓范圍之內(nèi)并且要保持足夠長的時間(通常小于lOms)以使振蕩器重新起振并穩(wěn)定下來。

具體復(fù)位電路設(shè)計如下圖:

圖2-16復(fù)位電路

2.8外部存儲器電路

為了保證用戶密碼在系統(tǒng)掉電時不會丟失，本系統(tǒng)采用CAT24WC02的EEPROM存儲器來存儲用戶密碼。電擦除可編程只讀存儲器EEPROM(ElectricallyErasablePROM)是近年來開始被廣泛使用的一種只讀存儲器，它能在應(yīng)用系統(tǒng)中進行在線改寫，并能在掉電的情況下保存數(shù)據(jù)而不需保證電源，因而完全符合系統(tǒng)的設(shè)計要求。雖然EEPROM的擦除時間較長，但這不影響整個系統(tǒng)的功能。在本系統(tǒng)，用戶設(shè)定的密碼就存于EEPROMCAT24WC01中。CAT24WC01與單片機之間采用I2C總線通訊方式。

I2C總線概述:

I2C總線(InterICBus)通過兩根線(串行數(shù)據(jù)線SDA和串行時鐘線SCL)使掛接到總線上的器件相互進行信息傳遞。總線使用軟件尋址來識別每個器件微控制器，存儲器，LCD驅(qū)動器，時鐘芯片及其它。I2C總線器件完全省去了每個器件的片選線因而使系統(tǒng)的接線極其簡潔。典型的系統(tǒng)接線如下圖:

圖2-17I2C總線接線圖

所示總線上的每一次數(shù)據(jù)傳送活動都是主控器先發(fā)送起始信號，然后主控器發(fā)送被控器的地址及讀寫位((1個字節(jié))，這之后是主控器等待被控器的應(yīng)答信號(接著的第九位)，再接著就是主控器發(fā)送數(shù)據(jù)給被控器(寫被控器)或接收被控器發(fā)出來的數(shù)據(jù)(讀被控器)，最后由主控器發(fā)出停止信號通知被控器結(jié)束整個數(shù)據(jù)傳送過程。

I2C總線的數(shù)據(jù)傳送過程如圖2-19所示:

I2C總線協(xié)議規(guī)定傳送的數(shù)據(jù)長度為8位而每次傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)由被控器所限制如24WC01(128字節(jié)EEPROM)規(guī)定一次最多可以傳送8個字節(jié)，24WC02(256字節(jié)EEPROM)規(guī)定一次最多傳送16個字節(jié)。

圖2-18

I2C總線的數(shù)據(jù)傳送過程

按照I2C總線協(xié)議，總線上非單片機類型的外圍器件地址由器件編號地址(高4位D7-D4由器件類型決定)和器件引腳地址(D3-D1)組成。24WC01/02的器件編號地址為1010，器件的引腳地址由A2,Al,AO三根硬件地址線決定。例如A2和A1接地AO接高電平則器件地址為A2H，若AO也接低電平則器件地址為AOH。其格式如下圖所示由此可以看出I2C總線上最多可以掛接8片24WC01/02。

圖2-1924WC01器件的地址組成

(注:器件地址的第0位為讀寫位，在讀數(shù)據(jù)時由程序自動處理成1,所以該位固定為0)I2C總線由主發(fā)送，主接收，從發(fā)送，從接收，4種方式組成。每種方式都有典型的數(shù)據(jù)傳送過程而每種數(shù)據(jù)傳送過程都由一些狀態(tài)處理過程組成。本單片機系統(tǒng)只存在著一個微控制器Atmel89S51，此時I2C總線的數(shù)據(jù)傳送過程要簡單得多，不存在總線的競爭與同步，只存在單片機89S51對外圍器件的主發(fā)送和主接收操作。由于Atmel89S51沒有專門的I2C接口，所以利用單片機Atmel89S51的兩根I/0口線來模擬I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸格式和時序來實現(xiàn)對外圍I2C接口器件的數(shù)據(jù)操作。

第1章緒論1.1

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本系統(tǒng)選用CAT24WC01EEPROM是具有1K位或128字節(jié)的CMOSEEPROM。CAT24WC01有一個8字節(jié)頁寫緩沖器，具有1.8伏至6.0伏的電壓工作范圍，低功耗，1000000編程/擦除周期，100年的數(shù)據(jù)儲存期，可以設(shè)定寫保護，并且與400KHZ的I2C總線完全兼容，因而完全能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計需要。

下圖為本系統(tǒng)的硬件電路圖:

圖2-2024WC01與單片機接線圖

如上圖所示，本系統(tǒng)設(shè)計是利用Atmel89S51的P3.4和P3.5來模擬I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸格式和時序來實現(xiàn)單片機Atmel89S51與EEPROM24WC01的數(shù)據(jù)傳輸。P3.4模擬串行時鐘線，P3.5模擬串行數(shù)據(jù)線。24WC01的器件地址為AOH,以為去藕電容。具體軟件實現(xiàn)過程見第三章軟件部分。

2.9電源電路

圖2-21

電源電路

該電路是經(jīng)過變壓器變壓到9V的交流電，再又橋式整流，變?yōu)橹绷?，通過穩(wěn)壓管穩(wěn)7805壓得到到5V電壓VCC，電流為300mA。本系統(tǒng)中主要元器件的工作電流和靜態(tài)電流如下表圖2-1:

表2-1主要元器件的工作電流

系統(tǒng)中遙控板：動態(tài)電流=25mA+5mA+5mA=35mA；靜態(tài)電流=50uA+0.3uA+0.1uA=50.3uA。系統(tǒng)中接收板：動態(tài)電流=25mA+3mA+4.5mA=32.5mA；靜態(tài)電流=50uA+1uA+10uA=61uA?？梢娤到y(tǒng)中的最大電流為35mA，電源完全能滿足系統(tǒng)的需要。

2.10硬件總體電路

根據(jù)上面幾節(jié)的分析和設(shè)計，就可以在此基礎(chǔ)上設(shè)計出系統(tǒng)的整體硬件電路。具體的整體硬件電路見下圖2-24，圖2-25，。該電路以at89S51為核心，合理利用了at89S51的各種資源。硬件復(fù)位電路，用戶在操作過程中如果出現(xiàn)死機和程序死循環(huán)或跑飛的情況時，用戶只需再按一下鍵盤上的任意一鍵和遙控器上的ENTER鍵或密碼設(shè)定鍵就可完成系統(tǒng)的復(fù)位，同時系統(tǒng)內(nèi)部程序也不是太復(fù)雜，邏輯簡單，系統(tǒng)的工作環(huán)境也不惡劣，環(huán)境對系統(tǒng)的影響較小，因而系統(tǒng)沒有必要再設(shè)計專門的看門狗(watchdog)電路。

2.11小結(jié)

本章詳細敘述了無線遙控控制系統(tǒng)硬件電路的結(jié)構(gòu)，分析了各個硬件電路的工作原理。在設(shè)計硬件電路的同時，充分考慮將軟件和硬件結(jié)合起來，發(fā)揮單片機的智能化優(yōu)勢。簡化硬件電路的設(shè)計，提高硬件電路的可靠性和穩(wěn)定性。

圖2－22遙控發(fā)射

圖2－25遙控接收第3章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件是整個控制系統(tǒng)設(shè)計的核心，它具有充分的靈活性，可以根據(jù)系統(tǒng)的要求而變化。在硬件結(jié)構(gòu)一定的情況下，只要改變軟件就能實現(xiàn)一些不同的功能。單片機所具有的智能功能要由軟件來完成。在本系統(tǒng)中，軟件結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計方法，將遙控接收器所要完成的功能分別編寫和調(diào)試。所有模塊調(diào)試成功以后，將各個模塊連接構(gòu)成單片機軟件系統(tǒng)。這樣的設(shè)計有利于程序代碼的優(yōu)化，而且便于設(shè)計、調(diào)試和維護。

對于51系列單片機，現(xiàn)有四種語言支持，即匯編、PL/M.C和BASIC。BASIC通常附在PC機上，是初學(xué)編程的第一種語言。一個新變量名定義之后可在程序中作變量使用，非常易學(xué)，根據(jù)解釋的行可以找到錯誤而不是當程序執(zhí)行完才能顯現(xiàn)出來。BASIC由于逐行解釋自然很慢，每一行必須在執(zhí)行時轉(zhuǎn)換成機器代碼，需要花費許多時間不能做到實時性。BASIC為簡化使用變量，所有變量都用浮點值。BASIC是用于要求編程簡單而對編程效率和運行速度要求不高的場合。當前己經(jīng)很少用到此語言了。

PL/M是Intel從&080微處理器開始為其系列產(chǎn)品開發(fā)的編程語言。它很像PASCAL，是一種結(jié)構(gòu)化語言，但它使用關(guān)鍵字去定義結(jié)構(gòu)。PL/M編譯器好像匯編器一樣可產(chǎn)生緊湊代碼。PL/M總的來說是“高級匯編語言”，可詳細控制著代碼的生成。但對51系列，PL/M不支持復(fù)雜的算術(shù)運算、浮點變量而無豐富的庫函數(shù)支持。

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C語言是一種源于編寫UNIX操作系統(tǒng)的語言，它是一種結(jié)構(gòu)化語言，可產(chǎn)生壓縮代碼。C可以進行許多機器級函數(shù)控制而不用匯編語言。與匯編相比，有如下優(yōu)點:對單片機的指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對51的存儲器結(jié)構(gòu)有初步了解，寄存器分配、不同存儲器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細節(jié)可由編譯器管理程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)。這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化將可變的選擇與特殊操作組合在一起的能力，改善了程序的可讀性編程及程序調(diào)試時間顯著縮短，從而提高效率。提供的庫包含許多標準子程序，具有較強的數(shù)據(jù)處理能將己編好程序可容易的植入新程序，因為它具有方便的模塊化編程技術(shù)C語言作為一種非常方便的語一言而得到廣泛的支持，C語一言程序本身并不依賴于機器硬件系統(tǒng)，基本上不做修改就可根據(jù)單片機的不同較快地移植過來。

51的匯編語言非常像其他匯編語一言，簡單實用。指令系統(tǒng)比第一代微處理器要強一些。51的不同存儲區(qū)域使得其復(fù)雜一些。但是利用匯編語言指令就可以充分利用片內(nèi)RAM資源，充分利用單片機內(nèi)部的一些特殊規(guī)定，充分利用單片機的一切資源，因而單片機資源的利用效率高。同時匯編語言是最接近機器語言的，因而代碼的執(zhí)行效率高。在本系統(tǒng)中，選擇C語言來編寫相應(yīng)代碼。

3.1應(yīng)用軟件設(shè)計原則

應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計的，應(yīng)可靠實現(xiàn)系統(tǒng)的各

種功能。在本系統(tǒng)中，軟件設(shè)計要力求做到以下幾點:

1)軟件結(jié)構(gòu)清晰，簡捷，流程合理。

2)各功能程序?qū)崿F(xiàn)模塊化，子程序化。這樣，即便于調(diào)試，鏈接，又便于移植，修改。

3)程序存儲區(qū)，數(shù)據(jù)存儲區(qū)要合理規(guī)劃，既能節(jié)約內(nèi)存容量，又使操作方便。

4)運行狀態(tài)實現(xiàn)標志化管理。各個功能程序運行狀態(tài)，運行結(jié)果以及運行要求都要設(shè)置狀態(tài)標志以便查詢，程序的轉(zhuǎn)移，運行，控制都可通過狀態(tài)標志條件來控制。

5)經(jīng)過調(diào)試修改后的程序應(yīng)進行規(guī)范化，除去修改的痕跡，以便于交流和借鑒，也為以后的軟件模塊化，標準化打下基礎(chǔ)。

6)實現(xiàn)全面軟件抗干擾設(shè)計。軟件抗干擾是單片機應(yīng)用系統(tǒng)提高可靠性的有利措施。具體的軟件抗干擾方法，將在第四章中介紹下面幾節(jié)將詳細介紹各個模塊要實現(xiàn)的功能以及實現(xiàn)方法。

3.2遙控接收子程序

遙控接收子程序要完成的功能就是不斷地掃描解碼芯片的地址位，接收解碼芯片的數(shù)據(jù)位和有效傳輸確認位，判斷出遙控器上發(fā)射過來的相應(yīng)鍵值。由于解碼芯片的地址位是接地的，對于遙控器上連接在編碼芯片的數(shù)據(jù)位上的鍵值，只要置高，那么相應(yīng)的解碼芯片對應(yīng)的數(shù)據(jù)位也會為高，遙控接收子程序可以直接接收判斷，不需要再對地址位置位。當有信號輸入到解碼芯片PT2272時，使能輸出位VT就位高，則與之相連的NPN9013與單片機的接口就為高，則處理外部中斷0，單片機開始讀取解碼芯片的數(shù)據(jù)輸出與存儲器的密碼進行比對，正確開鎖，錯誤就報警。

圖3-1遙控接收程序

說明:遙控處理程序要完成的功能就是接收遙控器上的用戶鍵值，完成密碼比對，比對通過，電磁鐵吸和，可以打開鎖，如果比對失敗，報警。

3.3

I2C通訊子程序

如前說述，本系統(tǒng)中由單片機89S51的P3.4和P3.5來分別模擬SCL(行時鐘線)和SDA(串行數(shù)據(jù)線)來實現(xiàn)與EEPROM24WC01的I2C通訊。EEPROM24WC01的器件地址為AOH。下圖3-2為通訊流程圖:

(一)寫操作

1.字節(jié)寫

在字節(jié)寫模式下，主器件發(fā)送起始命令和從器件地址信息(R/W位置零)給從器件，在從器件產(chǎn)生應(yīng)答信號后，主器件發(fā)送CAT24WC01的字節(jié)地址，主器件在收到從器件的另一個應(yīng)答信號后，再發(fā)送數(shù)據(jù)到被尋址的存儲單元。再次應(yīng)答。并在主器件產(chǎn)生停止信號后開始內(nèi)部數(shù)據(jù)的擦寫，在內(nèi)部擦寫過程中，CAT24WC01不再應(yīng)答主器件的任何請求。

第1章緒論1.1

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2.頁寫

用頁寫CAT24WC01可以一次寫入8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。頁寫操作的啟動和字節(jié)寫一樣。不同在于傳送了一字節(jié)數(shù)據(jù)后并不產(chǎn)生停止信號。主器件被允許發(fā)送7個額外的字節(jié)。每發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)后CAT24WC01產(chǎn)生一個應(yīng)答位并將字節(jié)地址低位加1，高位保持不變。

如果在發(fā)送停止信號之前主器件發(fā)送超過8個字節(jié)，地址計數(shù)器將自動翻轉(zhuǎn)，先前寫入的數(shù)據(jù)被覆蓋。

接收到8字節(jié)數(shù)據(jù)和主器件發(fā)送的停止信號后，CAT24WC01啟動內(nèi)部寫周期將數(shù)據(jù)寫到數(shù)據(jù)區(qū)。所有接收的數(shù)據(jù)在一個寫周期內(nèi)寫入CAT24WC01。

3.應(yīng)答查詢

可以利用內(nèi)部寫周期時禁止數(shù)據(jù)輸入這一特性。一旦主器件發(fā)送停止位指示主器件操作結(jié)束時，CAT24WC01啟動內(nèi)部寫周期，應(yīng)答查詢立即啟動，包括發(fā)送一個起始信號和進行寫操作的從器件地址。如果CAT24WC01正在進行內(nèi)部寫操作，不會發(fā)送應(yīng)答信號。如果CAT24WC01已經(jīng)完成了內(nèi)部自寫周期，將發(fā)送一個應(yīng)答信號主器件可以繼續(xù)進行下一次讀寫操作。

圖3-2數(shù)據(jù)通信流程圖

4.寫保護

寫保護操作特性可使用戶避免由于不當操作而造成對存儲區(qū)域內(nèi)部數(shù)據(jù)的改寫。當WP管腳接高時，整個寄存器區(qū)全部被保護起來而變?yōu)橹豢勺x取。CAT24WC01可以接收從器件地址和字節(jié)地址。但是裝置在接收到第一個數(shù)據(jù)字節(jié)后不發(fā)送應(yīng)答信號從而避免寄存器區(qū)域被編程改寫。

(二)讀操作

對CAT24WC01讀操作的初始化方式和寫操作時一樣，僅把R/W位置為1，有三種不同的讀操作方式:立即地址讀，選擇讀和連續(xù)讀。

1.立即地址讀

CAT24WC01的地址計數(shù)器內(nèi)容為最后操作字節(jié)的地址加1。也就是說，如果上次讀/寫的操作地址為N，則立即讀的地址從地址N+1開始。如果N=EC對24WC02E=127)則計數(shù)器將翻轉(zhuǎn)到0且繼續(xù)輸出數(shù)據(jù)。CAT24WC01接收到從器件地址信號后(R/W位置1)，它首先發(fā)送一個應(yīng)答信號，然后發(fā)送一個8位字節(jié)數(shù)據(jù)。主器件不需發(fā)送一個應(yīng)答信號，但要產(chǎn)生一個停止信號。

2.選擇性讀

選擇性讀操作允許主器件對寄存器的任意字節(jié)進行讀操作。主器件首先通過發(fā)送起始信號，從器件地址和它想讀取的字節(jié)數(shù)據(jù)的地址執(zhí)行一個偽寫操作。在CAT24WC01應(yīng)答之后，主器件重新發(fā)送起始信號和從器件地址，此時R/W位置1,CAT24WC01響應(yīng)并發(fā)送應(yīng)答信號，然后輸出所要求的一個8位字節(jié)數(shù)據(jù)，主器件不發(fā)送應(yīng)答信號但產(chǎn)生一個停止信號。

3.連續(xù)讀

連續(xù)讀操作可通過立即讀或選擇性讀操作啟動。在CAT24WC01發(fā)送完一個8位字節(jié)數(shù)據(jù)后，主器件產(chǎn)生一個應(yīng)答信號來響應(yīng)，告知CAT24WC01主器件要求更多的數(shù)據(jù)，對應(yīng)每個主機產(chǎn)生的應(yīng)答信號CAT24WC01將發(fā)送一個8位數(shù)據(jù)字節(jié)。當主器件不發(fā)送應(yīng)答信號而發(fā)送停止位時結(jié)束此操作。

CAT24WC01輸出的數(shù)據(jù)按順序由N到N+l輸出。讀操作時地址計數(shù)器在CAT24WC01整個地址內(nèi)增加。這樣整個寄存器區(qū)域在可在一個讀操作內(nèi)全部讀出。當讀取的字節(jié)超127，計數(shù)器將翻轉(zhuǎn)到零并繼續(xù)輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。

3.4系統(tǒng)程序

系統(tǒng)上電后首先完成初始化工作，然后按照事先設(shè)定好的程序執(zhí)行。本系統(tǒng)程序是基于單任務(wù)機制的。這種機制的應(yīng)用程序是一個無限的循環(huán)，在這循環(huán)的過程中調(diào)用相應(yīng)的子程序函數(shù)來完成相應(yīng)的操作。這種機制具有簡單直觀，易于控制的優(yōu)點。程序中有以下一些設(shè)定:設(shè)定用戶輸入的密碼一律存于發(fā)射緩沖區(qū)中。在密碼修改時從發(fā)射緩沖區(qū)取出，寫入24wc01。密碼比對時將24wco1中的密碼取出來存于接受緩沖區(qū)中，然后將發(fā)射緩沖區(qū)中的密碼與接受緩沖區(qū)的密碼進行比對。固定鍵盤處理程序的操作，包括:密碼的設(shè)定和密碼的比對。遙控器的操作包括:密碼的比對。

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3.4.1遙控密碼系統(tǒng)的操作方法

(一)密碼設(shè)置(說明:密碼設(shè)置必須在固定鍵盤上操作)

1)先按密碼設(shè)定按鈕NUM。

2)在固定鍵盤的SET鍵按一下，表示開始設(shè)定第一位密碼，并通過UP（加鍵）DOWN（減鍵）來加減數(shù)值；SET鍵按兩下，表示開始設(shè)定第二位密碼通過UP（加鍵）DOWN（減鍵）來加減數(shù)值；第三四位設(shè)置方法相同

3)然后按“ENTER”鍵，密碼設(shè)定完成。

注：在輸入密碼沒有四位或沒有按下“ENTER”鍵等待20秒系統(tǒng)清零，需重新輸入密碼才能開啟。

(二)開啟操作

(說明:開啟保險箱操作既可以在固定鍵盤上也可以在遙控器上操作)

A)固定鍵盤上的開啟操作

1)首先按下SET鍵，通過鍵DOWN鍵UP鍵依次輸入你設(shè)定的四位密碼，按下ENTER鍵完成密碼的輸入。

2)，綠燈亮即可轉(zhuǎn)動鑰匙打開保險箱門。輸入錯碼，并持續(xù)2秒報警。待報警停止，可重新輸入密碼，在行開啟。

B)遙控器上的開啟操作

1)先按“SET”鍵。

2)依次輸入你設(shè)定的四位密碼，

3)然后按“ENTER”鍵，綠燈亮即可轉(zhuǎn)動鑰匙打開保險箱門。輸入錯碼，持續(xù)2秒報警。

注：在輸入密碼沒有四位或沒有按下“ENTER”鍵等待20秒系統(tǒng)清零，需重新輸入密碼才能開啟。

3.4.2實現(xiàn)上述操作方法的程序流程圖

圖3-3主流程圖

說明:主程序中通過對不同的硬件復(fù)位源的判斷來調(diào)用不同的處理子程

序。以下是遙控發(fā)射流程圖：

圖3-4遙控發(fā)射流程圖

圖3-5密碼設(shè)定程序

3.5小結(jié)

本章詳細敘述了系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)。軟件是整個控制器的重要組成部分，設(shè)計的好壞關(guān)系到系統(tǒng)的性能。在控制器的軟件設(shè)計中，采用C語言設(shè)計程序，編程、調(diào)試方便。第4章

技術(shù)難點及解決方案

本系統(tǒng)是一個數(shù)字和模擬相結(jié)合的系統(tǒng)。無線射頻的發(fā)射和接收是屬于模擬電路部分，單片機及其外圍器件有屬于數(shù)字電路部分。因而防止數(shù)字和模擬信號相互干擾就顯得尤為重要。

4.1系統(tǒng)抗干擾措施

在本系統(tǒng)設(shè)計中，由于有無線信號的發(fā)射和接收，因而必須減少元器件之間的干擾和采取措施提高系統(tǒng)的抗干擾能力。為了少走彎路和節(jié)省時間，本系統(tǒng)在設(shè)計時就充分考慮并滿足抗干擾性的要求，避免在設(shè)計完成后再去進行抗干擾的補救措施。形成干擾的基本要素有三個:

(1)干擾源，指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號，用數(shù)學(xué)語言描述如下:du/dt,

di/dt大的地方就是干擾源。如:雷電、繼電器、可控硅、電機、高頻時鐘等都可能成為干擾源。在本系統(tǒng)中12MHZ的晶振就是干擾源。

(2)傳播路徑，指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的傳播路徑是通過導(dǎo)線的傳導(dǎo)和空間的輻射?？臻g的輻射干擾必將影響到無線射頻信號的傳播。

(3)敏感器件，指容易被干擾的對象。如:A/D,D/A變換器，單片機，數(shù)字IC，弱信號放大器等。

本無線電系統(tǒng)的基本任務(wù)就是傳遞用戶按下的鍵值信息。理想的本系統(tǒng)所接收到的信息應(yīng)該和原來發(fā)送的信息完全一樣。但是這種理想情況實際上是很難實現(xiàn)的，信息在傳遞過程中總要伴隨著一定程度的信號失真(接收端重現(xiàn)的信息總是和發(fā)射端的原始信息有些差異稱為失真)。在無線電系統(tǒng)中，產(chǎn)生失真的原因大致可以分為兩類。一類是由于通信設(shè)備本身不完善，如發(fā)射器和接收器中的部分器件性能不好，產(chǎn)生失真。這種失真可以通過反復(fù)試驗比較，找出問題，更換元器件就能實現(xiàn)。另一種失真是干擾和噪聲引起的，這種失真在很多情況下是不能完全克服的。對于無線電系統(tǒng)，常見的干擾有:電臺干擾，工業(yè)干擾，天電干擾和宇宙干擾，此外還有設(shè)備內(nèi)部所產(chǎn)生的噪聲。

第1章緒論1.1

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電臺干擾是指其它無線電發(fā)射設(shè)備所產(chǎn)生的干擾。由于無線電技術(shù)的迅猛發(fā)展，當前在無線電波的各個波段中工作的電臺日益增多，因此空中的電波非常擁擠。在接受天線上除了我們想要接收的信號之外，還有許許多多其它各種無線電臺的信號。這些電臺的信號就可能進入接收機中，成為有害的干擾。電臺干擾在無線電波的各個波段中都存在。在目前，短波波段內(nèi)電臺間的相互干擾比較嚴重，所以本系統(tǒng)中就采用超短波超高頻波段315MHZ。

工業(yè)干擾是由各種各樣的電氣設(shè)備所產(chǎn)生的。如電燈，電動機及汽車的點火系統(tǒng)所產(chǎn)生的電火花等，都是工業(yè)干擾的來源。工業(yè)干擾信號的頻譜很寬，它從極低頻率開始，一直延伸到幾十，甚至幾百兆赫的超高頻波段。由于保險箱一般在室內(nèi)工作，所以受工業(yè)干擾的影響較小，同時也采取了后面介紹的方法進行抑制。

天電干擾是指大氣中的各種電磁現(xiàn)象所引起的干擾。雷電所產(chǎn)生的強大電

磁波輻射是我們所熟悉的天電干擾。打雷時，收音機也可以發(fā)出很大的“哦啦”聲。天電干擾的頻譜主要在波長較長的波段，在超短波范圍內(nèi)，這種干擾實際上很微弱。因而本系統(tǒng)基本上不受天電干擾的影響。

宇宙干擾是指來自于宇宙間各種天體的電磁輻射。太陽就是一個強大的具有很寬頻譜的輻射源，它的頻譜從米波，分米波一直延伸到可見光以外的波段。此外銀河系中的一些恒星以及許多遠離地球的星體也都輻射各種頻率的電磁，這種輻射對某些無線電設(shè)備有時也是有害的。但對于本系統(tǒng)，這種影響微乎其微。

在本系統(tǒng)中，針對干擾形成的三要素，具體采取了下列的抗干擾設(shè)計。整個抗干擾設(shè)計的基本原則是:抑制干擾源，切斷干擾傳播路徑，提高敏感器件的抗干擾性能。

(一)抑制干擾源

抑制干擾源就是盡可能的減小干擾源的du/dt,di/dt。這是抗干擾設(shè)計中最優(yōu)先考慮和最重要的原則，常常會起到事半功倍的效果。減小干擾源的du/dt主要是通過在干擾源兩端并聯(lián)電容來實現(xiàn)。減小干擾源的di/dt則是在干擾源回路串聯(lián)電感或電阻以及增加續(xù)流二極管來實現(xiàn)。

抑制干擾源的常用措施如下:

1)給電磁鐵兩端增加續(xù)流二極管，消除斷開線圈時產(chǎn)生的瞬時反電動勢干擾。

2)電路板上每個IC的電源與地之間，都并接一個O.luF高頻電容或100uF的電解電容作為去藕電容，以減小IC對電源的影響。注意高頻電容的布線，連線應(yīng)靠近電源端并盡量粗短，否則，等于增大了電容的等效串聯(lián)電阻，會影響濾波效果。

3)電源輸入端跨接了100uF的電解電容和一個O.1uF的陶瓷電容作為去藕電容，這將有效地減少電源對與之相連的IC的影響。

4)布線時避免90度折線，減少高頻噪聲發(fā)射。

(二)按干擾的傳播路徑可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類。

所謂傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)線傳播到敏感器件的干擾。高頻干擾噪聲和有用信號的頻帶不同，可以通過在導(dǎo)線上增加濾波器的方法切斷高頻干擾噪聲的傳播，有時也可加隔離光譜來解決。電源噪聲的危害最大，要特別注意處理。所謂輻射干擾是指通過空間輻射傳播到敏感器件的干擾。一般的解決方法是增加干擾源與敏感器件的距離，用地線把它們隔離和在敏感器件上加蔽罩。

本系統(tǒng)中采取的切斷干擾傳播路徑的措施如下:

1)充分考慮電源對單片機的影響。電源做得好，整個電路的抗干擾就解決了一大半。單片機對電源噪聲很敏感，要給單片機電源加濾波電路，減小電源噪聲對單片機的干擾。設(shè)計中利用電感和電容組成LC濾波電路，使各個IC之間都用濾波電路相隔離，這樣使它們的相互干擾降到最低。這里不能用電阻和電容組成RC濾波電路，因為電阻上有大的壓降，電源電壓為6V，在經(jīng)過電阻的分壓后在IC上的電源電壓將很難滿足IC工作需要。由于電感的內(nèi)阻很小(56mh的電感內(nèi)阻小于10歐姆)，與IC的內(nèi)阻相比，電源電壓的在電感上的壓降微不足道，不會影響IC的電源電壓。

第1章緒論1.1

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(2)注意晶振布線。晶振與單片機引腳盡量靠近，用地線把時鐘區(qū)隔離起來，晶振外殼接地并固定。此措施可解決許多疑難問題。

(3)電路板合理分區(qū)，如強、弱信號，數(shù)字、模擬信號。盡可能把干擾源(如電磁鐵)與敏感元件(如單片機)遠離。

(4)用地線把數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)隔離，數(shù)字地與模擬地要分離，最后一點接于電源地。

(二)提高敏感器件的抗干擾性能

提高敏感器件的抗干擾性能是指從敏感器件這邊考慮盡量減少對干擾噪聲的拾取，以及從不正常狀態(tài)盡快恢復(fù)的方法。本系統(tǒng)中采取的提高敏感器件抗干擾性能的措施如下:

(1)布線時盡量減少回路環(huán)的面積，以降低感應(yīng)噪聲。

(2)布線時，電源線和地線要盡量粗。除減小壓降外，更重要的是降低禍合噪聲。

(3)對于單片機閑置的I/0口，不要懸空，都接地或接電源。其它IC的閑置端在不改變系統(tǒng)邏輯的情況下接地或接電源。

(4)在單片機89S51運算速度滿足要求的前提下，選用12MHZ的晶振。

(5)

IC器件盡量直接焊在電路板上，少用IC座。

通過采取上面的一系列措施，本系統(tǒng)的抗干擾能力得到明顯的提高，系統(tǒng)的穩(wěn)定性顯著增強。

4.2小結(jié)

本章中列出了兩個在系統(tǒng)設(shè)計必須考慮的技術(shù)難點，系統(tǒng)的抗干擾措施，并結(jié)合在本系統(tǒng)中的具體應(yīng)用進行了說明。這些抗干擾措施不僅在本系統(tǒng)有用，而且對于其它的任何單片機控制系統(tǒng)設(shè)計都有一定的參考意義。

第5章調(diào)試

5.1軟件介紹

整個設(shè)計我采用的是C語言進行軟件編程的。KeilC51是德國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。Keil軟件提供豐富的庫函數(shù)和強大的集成開發(fā)調(diào)試工具Vision3。Vision3全Windows截面，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到KeilC51生成的目標代碼效率非常高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，很容易理解，在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。

5.2用KEILC51編譯與調(diào)試

編寫好程序代碼，就可以在KeilC51的編譯環(huán)境Vision3中編譯調(diào)試了，具體步驟如下：（1）將代碼在Vision3環(huán)境中編寫好，并保存為以.C為后綴的文