单片机串行通信原理方案设计毕业论文.docx
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单片机串行通信原理方案设计毕业论文
单片机串行通信原理方案设计毕业论文
第一章绪论
1.1课题背景………………………………………………………………
1.2市场潜力………………………………………………………………
第二章方案设计
2.1设计思路………………………………………………………………
2.2系统结构………………………………………………………………
2.3单片机串行通信原理…………………………………………………
2.4红外通信原理…………………………………………………………
第三章器件介绍
3.1STC89C52介绍…………………………………………………………
3.2LCD1062介绍……………………………………………………………
3.3AT24C02介绍……………………………………………………………
第四章硬件设计
4.1总体方案设计…………………………………………………………
4.2本机电路设计…………………………………………………………
4.3遥控器部分……………………………………………………………
第五章软件设计
5.1本机部分锁程序的流程图………………………………………………
5.2红外遥控部分发射程序的流程图…………………………………………….
5.3仿真分析………………………………………………………………
第六章实物焊接…………………………………………………………….
第七章总结…………………………………………………………………
致谢
参考文献
附录、
第一章绪论
1．1课题背景
时代在进步，原先的安全锁有很多破解的方法被不法分子所掌握。
面对这一问题，人们迫切需要更加安全的手段。
好在，人们的科技水平发展迅速。
尤其是电子技术领域的发展，造就了各种高科技锁的诞生。
本设计的研究项目是利用红外原理来实现具有远程控制能力，电子类密码锁。
由于，此密码锁以单片机为核心，具有可编码性，编码数量很大，使得其很难被随意破解，相较传统的密码锁安全性有了极大的改善。
在中国，电子密码锁的发展还处于初级阶段，由于成本问题，按键式密码锁依然是市面上的主流产品。
但是红外遥控技术却可以在很多人们无法生存的高危环境中发挥总要作用，使得红外遥控电子密码锁必将成为未来很大一段时间，人们中意的密码锁。
在科学技术不断发展的今天，随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗变得越来越来重要。
传统的机械锁由于其构造简单，容易被不法分子恶意破解。
单子锁由于其性高，使用灵活，安全系数高，受到广大用户的喜爱。
本设计以单片机STC89C52作为密码锁的核心部件，分为主机部分与遥控器部分。
根据51单片机之间的串行通信原理，利用红外线来传输，便于对密码信息的随机加密和保护。
采用红外线相对机械锁和键盘输入的电子密码锁具有很多优势。
红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。
本设计的红外遥控密码锁可以实现密码输入真确的解锁功能，密码输入错误报警功能，以及短距离遥控功能和密码修改功能等。
软件设计采用自上而下的模块化设计思想。
测试结果表明本设计各项功能均达到本设计的要求。
1.2市场潜力
密码锁的发展，从早期机械密码锁，到电子密码锁，再到高科技的红外遥控密码锁，经历了一段历程。
随着人们对自身安全越来越关注，更好的安全密码锁无疑会越来越成为大众的必须品。
本设计研究的这类红外电子密码锁，其涉及的技术有，电子光学，通行，计算机，机械等。
由于其各方面优秀的性能而逐渐成为当代人士的喜爱，可以说安全又可靠。
譬如，银行业，大型工厂企业，智能化社区，家庭等等地方。
近年来，随着人们财富的积累，生活水平的提高，人们更加愿意为自己生活质量的提高做出付出。
红外密码锁正可以满足人们这种享受快捷生活方式的想法，也必将受到越来越多人的接受，固其前景非常乐观。
1.3论文的主要工作
课提主要通过硬件和软件两大方面的研究来完成。
硬件方面除了解决应用51单片机为核心来实现电子密码锁解锁等功能，还要解决红外遥控系统的编码解码。
本设计的红外遥控发射器直接采用市场上有出售的成品遥控器，部芯片为WD6122。
采用这个芯片的遥控器非常普遍，容易买到且价格实惠。
所以在红外遥控系统的实现主要在了解红外遥控器的编码上。
在软件方面，需要使系统具备基本的密码修改，开锁功能，蜂鸣器报警，LCD显示等功能。
同时为了预防认为多次试探密码和增加破解难度，也有必要在程序上实现。
第二章方案设计
2.1设计思路
本设计要求研究制作的密码锁，用到了STC89C52单片机。
此款电子密码锁包括有本机部分与红外遥控部分。
单片机上通过c语言编程来实现主机和红外遥控开锁等功能。
本机部分，通过主板上面的按键来实现解锁，并在液晶显示器上面显示。
通过c语言编码控制按键后对单片机接口的操作来实现密码的输入，修改等功能，最后对比密码，来控制电磁锁的开关，以及报警器的操作。
红外遥控部分，当遥控器进行按键操作时，便会发出中断信号，中断信号被本机上的红外接收器所接收。
然后通过串行口将中断指令发送向单片机，随后，单片机对信号进行解码得到原始信号。
最后将信号同原来所设定的密码数字相互比较看看，如果能够相互吻合，就可以实现解锁，如果不能就无法解锁。
2.2系统结构
此红外遥控密码锁共分主机部分和遥控器部分。
主机部分包括，核心部件STC89C52,矩阵键盘，液晶显示器，继电器（报警器），复位电路，红外接收器，峰鸣器，等其图如下
2.3单片机串行通行原理
CPU与外部设备之间的信息交换，可以被称之为“通信”。
通信的分类方式有两种：
串行通行与并行通信。
而本设计所用的正是第一种通信原理，其图下所示：
串行通信则能分为异步以及同步这两种，本设计将会用到的传送方式是异步传送。
其字符帧格式如下：
由这字符帧格式的图能看明白，每个字符都包括4个部分：
（1）起始位：
即0信号，占一位。
（2）数据位：
紧接起始位后。
因为是串行通信，所以与数据的位数成比例，因此随需要来决定数据的位数。
（3）奇偶校检位：
数据之后，且就占一位。
在信息的发送过程中，其有很大的用处，可以检验传送过程中是否出现了错误。
（4）停止位：
表示一个字符已经结束。
2.4红外通信原理
红外线，波长为0.76um——1.5um。
由于，当前红外发射和接收的器件所发光和受光的峰值位0.8um——0.94um，同红外线光谱可以匹配，因此能获得好的传输效率同时有相当高的可靠性。
因此，红外线经常被用以短距离通信载波，例如红外遥控器。
而接收部分，则是，利用光学的装置与红外探测器来接收。
由这两部分组成了红外线作用的通信系统。
红外通信的原理：
先发射端将基带的二进制信号进行调制成脉冲串信号，然后由红外发射管发出。
调制的方法常用的有两种，有通过脉冲宽度和通过脉冲串之间隔的。
本设计使用通过脉冲宽度来实现调节的脉宽调制即PWM。
本设计用。
到了遥控器，当遥控器按。
键按下去时，就有遥控码发出，不同的按键所发射出的遥控编码也是不一样的。
这里的遥控码的作用就是用到了脉宽调制相关的串行码。
图如下：
下面来看看如何来将二进制码完成调制，我们用到的单片机可以实现调制的功能。
通过编码可以生成新的二进制信号，然后因为这里需要用到间断的脉冲信号来实现发射，而且因该选择38khz的频率最为合适。
遥控器上面有一个可以向外面发射红外波的二极管，下面就是编码的二进制图：
遥控器部采用的是32的二进制编码，由其置的单片机可以完成一系列的二进制的组。
未来识别不同的遥控器来接收不同的红外线波，需要为每一款遥控器设定一个识别码，并且同一定为16位的。
下面来看看遥控所发出的特定的数据的波形图：
当按键被按下超过36ms时，振荡器使得芯片激活，于是发射出108ms编码脉冲。
其中包括引导码，结果码，高8位地址码和低8位地址码，8位数据码以及8位数据的反码。
当按下超过108ms，发射的代码有起始码和结果码。
其中引导码，结果码波形图如下：
第三章器件介绍
3.1STC89C52介绍
有本设计的题目是要求用STC89C51单片机，然而在本人编写的程序时，发现存可能会不够，所以改成用存更大的同一系列单片机的一种，也就是STC89C52。
当然这两者的功能是完全一样的对设计没有影响。
因为其带8k字节，可以满足编程容量的需求
下面来简单介绍一下这款单片机，这个器件是本设计最为总要的。
此种单片机的引脚图如下：
下面介绍各引脚的功能：
GND：
接地
Vcc：
电源电压
P0：
这个端口有8个引脚，就是P0.0～P0.7。
P0口每一位包含了一个输出的锁存器，两个三态缓冲器，一个输出驱动电路以及一个输出控制电路。
在没有外扩存储器的时候，可以用来当作I/O应用。
他需要外接一个上拉电阻。
P1：
P1口为一个带。
着部上拉电。
阻且是8位的。
双向I/O接。
口，P1输出的缓。
冲级可以驱。
动4个TTL逻辑。
门电路。
在对端口。
写“1”的时候，由上拉电。
阻将端口拉至高电平，并且可以作。
为输入口。
在其作为输入口的时候，由于存在上拉电阻，导致某。
个引脚在被外部的。
信号拉低时会出现输出一个电流，并且在Flash。
编程以及程序校。
验的时候P1。
接收低8位地址。
P2：
P2口是带有。
部上拉电阻。
且8位的双向。
I/O接口，在P2输。
出的缓冲级。
可以驱动4 TTL 。
逻辑门 电路，在对端。
口写“１”时，部上拉电。
阻作用使得。
端口被拉到高。
电平，并且可以作为。
输入口使用。
在其当输入。
口使用的时候，由于部上。
来电阻，使得某个应交因。
外部的信号而拉低。
从而产生一个。
电流输出。
而且在访问外。
部的程序的存。
储器时或者１６位。
地址外部数据的。
存储器的时候，P２的口线上的容，在这一整个访问的时候不会改变，：
Flash的编。
程与校检的时候，P２也是接收高。
位的地址以及其。
他的控制信号。
P３：
P３是一组。
部带有上拉电阻。
的且也是８。
位的双向I／Ｏ口，P３口的输出缓。
冲级可以驱动４。
TTL的逻辑门电路。
P３接口不仅可以。
当作一般I／O 口线以外，还有另一更。
重要的功能：
接收一些用在。
Flash闪速存储器编程以。
及程序校验上的控制信号。
RST：
也就是复位输入接口。
在振荡器开始。
工作的时候，RST的引脚会。
出现两个机器周期。
之上的高电平来使。
得单片机开始复位。
由于WDT的。
溢出会使得引脚有。
高电平输出，通过设置SFR AUXR 里面的DISRTO 位来实现打开和关闭等功能。
其中，当DISRTO位出现省缺时，RESET会输出高。
电平的打开状态。
ALE／PROG：
在访问数据存。
储器和外部的。
程序存储器的时候，这里ALE会输出脉冲产生锁。
定地址低８位的作用。
就算不去访。
问外部的存储器，ALE 仍然会以时钟的震荡频率１／６来输出特定的正脉冲信号。
所以他可以对外面输出时钟和定时的作用。
PSEN：
在STC89C5。
2通过外部的程。
序存储器取得。
指令的时候，每一个机器周期都会有。
两次PSEN发挥效用，也就是说会产生。
来两个脉冲。
EA/VPP：
要使得CPU。
只访问外部的程。
序存储器，EA端就一定。
得保持低电平，也就是接地。
特别要注意的是：
当加密位即LB1被编程的时候，复位的话那么在部就会锁存EA端口的状态。
XTAL1：
是震荡器的反向。
放大器和部的时钟发。
生器输入端。
XTAL2：
是振荡器反。
相放大器输入端。
３.２ LCD1602的介绍
LCD1602是液晶显示器的其中一种。
液晶显。
示器具有很。
多优点下面举例一些：
功耗小，显示的容丰富，体积小巧，超薄等等。
应此在生产制作一些小的仪表以及要求低功耗的应用系统中有很好的应用。
字符型的液。
晶模块通过５×７的点。
阵显示各字符，由要求显示的容量。
的不同可以分为２行。
６字，２行２０字，１行１６字等种类。
本设计用到的１６０２其。
部字符相关发生存。
储器储存了有１６０不同的点。
阵字符的图形，可供用户选择。
其中，每个字。
符有自身特有的代码，可以根据１６０２液。
晶编写的程。
序来显示相应的各种字。
符。
实物图如下：
如上面的图，字符型LCD一般分１４个引脚或是１６个引脚两种，其中多出来的两条线为接地GND和接Vcc的。
１６０２液。
晶部控。
制器一共有１１条的控。
制指令，如下表所示：
指令１：
指令码０１H，其贯标复位到００H位置。
指令２：
光标复位，即返回到００Ｈ。
指令３：
光。
标和I/D，光标的移。
动方向，高。
电平的向右。
边移，低电。
平的向左边移位。
指令４：
开关控制的显示。
指令５：
显示移。
位S/C或者光。
标，高电。
平时为显示的文字发生移动，定电。
平时则是光。
标发生移动。
指令６：
功能设置命令DL，其中高电平时４位总线，低昂电平的时候是８条总线。
指令７：
字符发生器RAM 地址的设置。
指令８：
DDRAM的地址设置。
指令９：
读忙信号以及光标的地址BF：
是为。
忙标志位，当高电平的时候表示为忙，这个时候莫开是不能进行接。
收命令和数据的，低电平的时候表示不忙。
指令１０：
写数据。
指令１１：
读数据。
３.３ AT24C02的介绍
AT24C02是一个２K位的串行CMOS E2PROM，它是由CATALYST公司所生产的。
其。
部的结。
构为２５６个。
８位字节，并且含一。
个１６字节页的写缓冲器。
此器件可以模。
拟I2C总。
线的数据传送协议，部有一个写保护。
功能。
其图如下：
第四章硬件设计
4.1总的设计方案
本次的设计分为两个部分，其一是本机部分，以STC89C52为核心部件，实现在本机上对密码的操作以及接收遥控器传出信号的功能；另一部分，也就是遥控器部分，本设计直接使用WD6122芯片所合成的遥控器。
4.2本机电路设计
其电路原理图如下：
本次设计中矩。
阵键盘的部分采用的是独立。
式键盘的接口设计，也就是各个按。
键之间是独立的，每一个按键都各接一条输入线，所以可以使得检测电。
平状态的时候能横容易判断按键的位置。
为了保证当按。
键断开的时候，各个I/O接口能有确定的高。
电平，各个按键必须接上上。
拉电阻。
相对而言，独立。
式键盘的设计以及编。
程都简单可靠，也是本设计选择的原因之一。
由上面的原。
理图可以看见采用。
的是LCD1602来显示按键时输入的密码。
信息。
LCD1602上的控制端口RS,RW,E所接的位置对应的是单片机上面的P3.0,P3.1和P3.2这三个引脚，数据端口D0-D7则和P1.0—P1.7对应连接。
其中引脚1以及引脚16要求接地线，而引脚2与引脚15与电源线相连接。
这里的报警电路是以蜂鸣器为核心部件的。
当密码输。
入不正确的时候，报警。
电路发生反应，蜂鸣。
器工作发出报警提示用户密码错误。
如果出现连续三次的密码错误，蜂鸣器发出报警并且会锁住开锁功能1分钟，即此时不能解锁了。
4.3遥控器部分（红外发射电路部分）
本设计用到的遥控器所涉及的的键位码如下图显示：
遥控。
器部核心是WD6122芯片，此芯。
片是通用的红外遥。
控发射集成电路，用的是CMOS的工。
艺制造的，其具有可接64个按键，且拥有三组双。
重按键。
其结构框图如下：
部管脚图：
键盘的输入矩阵参考图如下：
第五章软件设计
本设计软件设计程序流程图分为本机锁程序流程图和红外发射程序流程图
5.1本机锁程序流程图
5.2红外发射程序流程图
5.3仿真分析
当用户输入的密码正确的时候仿真图如下：
当用户输入的密码错误的时候仿真图如下：
用户修改密码时候的仿真图：
修改密码成功并保存的仿真图：
第六章实物焊接
当电路的原理图已经画好后，并进行了初步的仿真，便可以开始准备电子锁实物的焊接了。
由于本设计的红外遥控部分是用的现成的通用遥控器，所以重点在本机部分的焊接。
第一步，按照画好的电路图，选择需要的合适的元器件，并列好清单，以便购买。
第二部，在焊接电路之前，必须要对买来的元器件进行检测。
具体的检测方法更具各元件的不同做出调整，务必要仔细认真，以面发生焊接上坏的元器件的错误。
第三部，可以开始正式焊接了，焊接之前，先好好观察自己画好的电路图。
在焊接之前要对元器件放的位置做好整体的安排，认真与电路图进行核对，在确定无误才能安装原件，并且焊接，防止焊接错误不能修改。
第四部，焊接好后，便可以将编写好的程序烧进单片机了。
然后，便可以调试各部分的功能。
焊接过程中需要注意的问题：
在焊接元器件的时候，应该先焊接电路板上底层的元器件先。
然后再焊接更高以及要求更高的元器件。
还需要注意有元气件容易被损坏，所以应该放在后面来焊接，为了保护芯片的安全，在焊接集成芯片的时候不能将焊接工具对其加热太久。
最后还需要注意芯片不可以装反了。
第七章总结
自此，本设计已经基本完成。
回想半年来做设计的点点滴滴，由一开始的茫然不知所为，到后来渐渐为单片机的世界所吸引。
可以说在研究毕业设计这一段时间里学到了许多知识，更对自己所学习的领域有了更加深刻的了解。
虽然由于自己能力有限，所完成的毕业设计有不少瑕疵，但至少自己所设计出来的产品还是可以满足一部分需求的。
索性有指导老师老师的大力相助，可以说本设计之所以能面世离不开老师的帮助。
自己所设计的红外遥控密码锁，因该说在现实里是有很大用处的，同时由于这段时间的工作，也让我对红外线遥控领域有了全新的认识。
这对我未来的就业，学习，以及工作都会有很大的帮助。
毕业设计就要结束了，大学也快完结了，但学习的路仍在继续，这次毕业设计的宝贵经验将会让我未来的路走得更加踏实。
致谢
自此，本人的设计基本完成。
这个过程中遇到了许多问题，这其中有因为自身所了解的知识的匮乏，也有学业上的种种麻烦，庆幸的是我选到了一个负责耐心的指导老师。
在其帮助下，我才能克服一个又一个毕业设计中遇到的麻烦。
当然我还要谢谢，几个帮助我解决了不少问题的同学。
是他们让我能及时且较好的完成全部的毕业设计。
总之，做毕业设计的这段时间，很宝贵。
学到了很多，也明白了很多。
四年的大学生活即将在这个芬芳的季节画上句号，我们都将踏上人生的下一段征程。
回首过往，总有刻骨铭心的点滴值得我们去珍藏和记忆。
在做毕业设计的这段时间里，遇到的问题是之前学习过程中不曾涉猎的，求教的过程中获得许许多多人的帮助。
在这里，我要感谢蕾老师的殷切关怀和悉心指导，在我遇到问题时，您的态度总是那么和蔼，讲解也很有耐心；在我不知所措时，您会帮我查找资料解决问题，给了我很大的帮助。
同时，也要感谢给予我帮助的同学们，在我觉得程序没有错却又不能出结果而郁闷时，在我查找不出硬件电路的错误而烦躁时，是你们在我耳边给我鼓励，并花时间和我一起调试程序调试电路，让我更有信心和动力完成这次设计，谢谢你们。
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