课程设计 - 红外遥控电子密码锁的设计与实现(2)

2 系统的硬件设计与实现

2.1 AT24C02模块

2.1.1 器件及原理介绍

AT24C02串行E2PROM具有I2C总线接口功能，功耗低，宽电源电压(根据不同型号2.5～6.0V)，工作电流约为3mA，静态电流随电源电压不同为30μA～110μA。

图表 2

I2C通信原理：I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化，如图A。SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号；SCL线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平的变化表示终止信号，如图4。

图表 3

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图表 4

2.1.2 电路实现

A0 、A1 、A2作为地址线，因在此只有一个器件，故全都接GND。SDA作串行数据读写端接P1.2口，SCL作为时钟信号接P1.1口。

图表 5 AT24C02硬件结构

2.2 红外通信模块

2.2.1 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 组成发射电路为例说明编码原理， 我们使用的超薄型红外线遥控器使用的就是6121 编码。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。这种遥控码具有以下特征： 采用脉宽调制的串行码，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7 所示。

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图表 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。

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，如我们可以同时使用电视机、机顶盒、功放等遥控器，但它们不会产生误触发。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45～63ms 之间，

图表 7 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（9ms~18ms）,高8 位地址码（9ms~18ms）,8 位数据码（9ms~18ms）和这8 位数据的反码（9ms~18ms）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

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图表 8

2) 单发代码格式

图表 9

3) 连发代码格式

图表 10

2.2.2 电路实现

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。在本系统中我们采用红外一体化接收头HS0038，外观图如图所示。

图表 11

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35m。

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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38 kHz,周期约26 μs，同时能对信号进行放大、检波、整形，得到TTL 电平的编码信号。三个管脚分别是地、＋5 V 电源、解调信号输出端。利用外部中0断进行数据的接收。

图表 12 HS0038硬件结构

2.3 矩阵键盘模块

将12个按键分为4排3列排列好，如图：矩阵键盘硬件结构。当有一个键按下时，通过某一边引脚赋低电平，扫描全部引脚看是否与最初的赋值一样，不一样则根据相应的算法（通过改变后的值与初始值相或，根据结果赋值）确定是哪个键按下。

图表 13 矩阵键盘硬件结构

2.4 显示模块

2.4.1 LCD12864介绍

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