密碼鎖設計方案

1 密碼鎖 設計方案 第 1 章 緒論 題背景 密碼鎖是鎖的一種，開啟時用的是一系列的數(shù)字或符號。密碼鎖的密碼通常都只是排列而非真正的組合。部分密碼鎖只使用一個轉盤，把鎖內的數(shù)個碟片或凸輪轉動；亦有些密碼鎖是轉動一組數(shù)個刻有數(shù)字的撥輪圈，直接帶動鎖內部的機械。 此單片機設計（密碼鎖）是一種能防止多次探密碼的基于單片機的密碼鎖設計方案，給出了該單片機密碼鎖的硬件電路和軟件程序，同時給出了單片機型號的選擇，硬件設計，軟件流程圖，匯編語言源程序等內容。密碼鎖應用非常廣泛，如生活中的密碼箱等；到 取 款 機 取 款 時 插 入 卡 后 要 輸 入 個 人 設 定 的 密 碼 ； 銀 行 里 的 密 碼柜，再比如核武器在發(fā)射時也有密碼的等等。 很多行業(yè)的許多地方都需要密碼鎖，但普通密碼鎖的密碼容易被多次試探而破譯。我們的設計給出了一種能防止多次試探密碼的密碼鎖設計方法，利用單片機控制。因為單片機不但具有體積小，成本低，控制靈活，便于產品化等特點，而且單片機具有新的發(fā)展，具體主要體現(xiàn)在單片機片內資源越豐富，用它構成的單片機控制系統(tǒng)的硬件開銷就會越少，產品的體積和可靠性就會越高，所以，使用單片機系統(tǒng)控制密碼鎖，體積小，成本低，控制靈活，便于產品化，可以防止多次試探， 從而有效地 克服了上述缺點。 設計課題的研究現(xiàn)狀 隨著電子技術的發(fā)展單片機功能的增強，出現(xiàn)了帶微處理器的智能密碼鎖，它除了具有電子密碼鎖的功能外，還引入了智能化管理、專家分析系統(tǒng)等功能，從而使密碼鎖具有很高的安全性、可靠性。目前發(fā)達國家已經大規(guī)模地應用智能門禁系統(tǒng)，可以通過多種更加安全，更加可靠的方法來實現(xiàn)大門的管理。但電子密碼鎖在我國的應用還不廣泛，主要出現(xiàn)在保險柜、密碼箱、高級賓館等場所， 2 家居用的較少，究其原因，我認為有以下幾點： （ 1）價格原因 （ 2）廠商的推廣力度不夠。 采用單片機制作的電子密碼鎖，就 克服了以上的兩大缺陷。其主要特點為 : （ 1）保密性好。由于采用 6 位密碼，隨機破碼率很低，并且在密碼可能泄露的情況下及時更改密碼，避免因人員的更替等特殊情況而使鎖的安全性下降。 （ 2）破解保護。連續(xù)三次輸入錯誤密碼將鎖定鍵盤一段時間。 （ 3）界面簡潔，操作簡單人性化，故障率低，密碼輸入操作簡便。 3 第 2 章 方案選擇 案確定 密碼鎖有以下幾種類型 （ 1） 多撥式 最簡單的密碼鎖，常見于低安全設定的單車鎖，使用多個撥圈。每個圈的中間有凹位。鎖的中心的一條軸，上有數(shù)個凸出的齒，用來卡住撥圈。 當撥圈轉到正確的密碼組合，鎖便可以打開。這種鎖是最容易打開的。很多這類鎖根本無需知道密碼都能開啟。除非它的內部組件造得完美無瑕，否則只要把軸向外拉，其中一個齒便會比 其 他 更 為 拉 緊 撥 圈 。 這 時 輪 動 被 拉 緊 的 撥 圈 ， 直 至 聽 到 小 小 的卡聲，表示這個齒已進入了正確的凹位。重覆這步驟，很快便可以把鎖打開。 （ 2） 單一轉盤式 用在掛鎖或匣萬上的密碼鎖可以是只有一個轉盤。轉盤推動背后 數(shù)個平衡碟片或凸輪。習慣上，開啟這種鎖時先把轉盤順時針轉到第一個數(shù)字，然後反時針轉到第二個數(shù)字，如此直至最 后 一個數(shù)字。凸輪上通常有凹位，當轉入正確 的密碼 后 ，各位成一直線，鎖便可以打開。 這種密碼鎖較安全，但亦非全無缺點。例如，部分密碼掛鎖可以拉緊鎖頭，然 后 轉動轉盤直至不能再動，這樣便能把密碼找出。亦有些轉盤密碼鎖的數(shù)字之間有特定關系，使到密碼的組合可能性大為降低。廉價的密碼掛鎖可以用特別的襯片打開，而無需使用密碼。 （ 3）其他設計 有些門鎖上有一個數(shù)字鍵盤，開啟時按序鍵入一個數(shù)字系列。這種鎖是使用電子控制，常見于辦工室內。優(yōu)點是只要告訴員工密碼便可，無須復制鑰匙。它由單片機系統(tǒng)、矩陣鍵盤、 示器等組成的電子密 碼鎖。具有開鎖、超次鎖定、解密、 修改、保 4 1 2 3 A 4 5 6 B 7 8 9 C * 0 # D 存密碼、用戶密碼基本的密碼鎖 的功能，還具有調電存儲、聲光提示等功能。克服了普通鎖需要隨身攜帶鑰匙且易丟失、 保密性差的缺點，在賓館、辦公大樓、倉庫、保險柜和家庭普遍適用。 本設計中采用的是電子密碼鎖，基本功能如下： 電源開始后，顯示器顯示 000000； 按 #，清除顯示器為 000000； 更改密碼時，先鍵入新號碼再按 *，即可建立新號碼； 鍵入號碼，再按 D 開門鍵，若號碼與密碼相符，則門會打開，否則顯示器會清 除為 000000； 鍵盤設計要求如圖 2圖 2盤分布圖 計框圖 基于單片機的電子密碼鎖主要由單片機最小應用系統(tǒng)電路、鍵盤接口電路、數(shù)碼顯示電路、密碼存儲電路、開鎖控制電路組成。各電路有其特有功能，以下將分別論述，系統(tǒng)功能框圖如下圖 25 圖 2統(tǒng)功能圖 本章小結 本章主要闡述密碼鎖的種類和設計思路。對于密碼鎖主要講述了 3 種密碼鎖的種類以及差別，并對確定的方案加以陳述，通過本章論述，使整個設計思路變的清晰，有章可循 單片機 鍵盤輸入 復位 晶振 電源輸入 是否有按鍵按下 開鎖 密碼存儲 報警 開鎖 顯示 6 第 3 章 硬件設計 片機簡介 一、 單片機的基礎知識 目前世界單片機的生產廠商很多，如 公司，其主流產品有十幾個系列，幾百個品 種。盡管其個具 特色，其稱各異，但作為集 I/O 接口，定時器 /計數(shù)器，中斷系統(tǒng)為一體的單片機，其原理大同小異?，F(xiàn)以 司的系列產品為列，說明個系列之間的區(qū)別。 司從其生產單片機開始，發(fā)展到現(xiàn)在，大體上可以分為 3 大系列： 列， 列， 列。 二、 單片機的結構與發(fā)展 單片機出現(xiàn)的歷史并不長，它的產生與發(fā)展和微處理器的產生與發(fā)展大體相同。因此，單片機的發(fā)展階段可以分為 4 個階段。 第 1 階段，（ 1974單片機初級階段。此階段的單片機采用雙片的形式而且功能比較簡單。此時推出的 8 位單片機 包含了 8 位 4B 個定時 /計數(shù)器和兩個并行口的3851 芯片才能組成一臺完整的計算機。 第 2 階段（ 1976低性能單片機階段。此階段的單片機 7 已經成為一臺完整的計算機，但內部不夠豐富。以 司生產的 代表 ，片內集成了 8 位 8 位定時 /計數(shù)器， ，但無串行口，中斷系統(tǒng)也比較簡單，片內 進單片機的變革。 第 3 階段（ 1978高性能單片機階段。此階段的單片機品種多，內部資源豐富，功能強。以 司生產的 列為代表，片內集成了 8 位 6 位定時 /計數(shù)器，串行 I/O 口，多級中斷系統(tǒng)， ，片內 量加大，尋址范圍可達 64 第 4 階段（ 1982 年 8 位單片機的鞏固發(fā)展 及 16 位，32 位單片機推出階段。其最大特點是增加了內部資料，實時處理能力更強。 三、單片機的發(fā)展趨勢 （ 1） 單片機的發(fā)展趨勢是：向高性能化，大容量，微型化，外圍電路內裝化等方面發(fā)展。 采用雙 構，以提高處理速度和處理能力。 增加數(shù)據(jù)總線寬度，以提高數(shù)據(jù)處理速度和處理能力。 采用流水結構。指令以隊列形式出現(xiàn)在 ，從而具有很快的運算速度。 串行總線結構。 （ 2）存儲器的發(fā)展 增加存儲容量。片內 達 256B。片內存儲器存儲容量的增大有利于外圍擴展電路的簡化，從而提高產品的穩(wěn)定 性，降低產品的成本。 片內 始到 方化。 程序保密化。 （ 3）片內 I/O 口改進 一般單片機都有較多的并行口，以滿足外圍設備，芯片擴展的需要，并配有串行口，以滿足多機通信功能的需要 以滿足多機通信功能的需要 提高并行口的驅動能力 . 增加 I/O 口的邏輯控制功能 8 特殊的串行接口功能 ,為單片機構成網絡系統(tǒng)提供更便于利用的條件 四、單片機的特點 （ 1） 小巧靈活 ,成本低 ,研發(fā)周期短 ,易于產品 ,能利用它方便的組裝成各種智能式測控設備及各種智能儀表 ,很容易滿足 儀器設備即 智能化又微型化的需求 （ 2） 可靠性高 ,使用的溫度范圍寬 （ 3）易擴展控制能力強 （ 4）指令系統(tǒng)相對簡單 ,較易掌握且指令中有較豐富的邏輯控制功能指令 ,能較方便地直接操作外部 I/O 設備 五、單片機的應用 目前 單片機的 應用已深 入到國民 經濟的各 個領域 ,對各個行 業(yè)的技術 ,改造和產品的更新?lián)Q代起到了重要的推動作用 ,由于單片機的 特點 決定 了單 片機 的應 用領 域 ,:智能 器儀 表 ,機 電一體化 ,實時 控制 ,民用電子品等方面 （ 1） 單片機在智能儀器儀表的應用。 單片機廣泛地應用于實驗室 ,交通運輸工具 ,計量等各種儀器儀表中 ,使 儀 器 儀 表 智 能 化 ,提 高 它 們 的 測 量 速 度 和 測 量 精 度 ,加強控制功能 ,簡化 儀器 儀表 的 硬件 結構 ,便 于使 用 ,維 修和 改進 機在該領域的應用 ,不使傳統(tǒng)的儀器儀表發(fā)生根本性的變革 ,也給傳統(tǒng)的儀器儀表行業(yè)的改造帶來了曙光和美好的前景 . （ 2） 機電一體化是機械工業(yè)發(fā)展的重要方面。機電一體化產品 是 集 機 械 技 術 ,微 電 子 技 術 ,自 動 化 技 術 和 計 算 機 技 術 于 一 體 ,具有 智 能 化 特 征 的 機 電 產 品 揮 它 的 體 積 小 ,可 靠 性 高 ,控制能力強 ,現(xiàn) 場 安 裝 靈 活 方 便 特 點 ,大 大 提 升 了 機 器 的 功 能 ,提 高 了 機 器 的精度 ,自動化和智能化水平 . （ 3）單片機在實時控制領域的應用 單片 機也可廣 泛地應用 于各種實 時控制系 統(tǒng)中 ,測 量和控制 工業(yè)上過程控制中的各種物理參數(shù) ,如轉速 ,位移 ,壓力 ,流量 ,等 ,將測量技術 ,自動控制技術和單片機技術相結合 ,能充分發(fā)揮數(shù)據(jù)處理和實時控制功能 ,使系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài) ,提高系統(tǒng)的生產效率和產品的質量 （ 4）在軍工領域的應用 9 利用可靠性高 ,適用的溫度范圍廣 ,能適應各種惡劣的環(huán)境的特點 ,單片機可廣泛應用于導彈控制 ,航天飛機巡航系統(tǒng)等領域 （ 5）單片機在分布式多機統(tǒng)中應用 分布式多機系統(tǒng)具有功能強 ,可靠性高的特點 （ 6）在民用電子產品中的應用 單片 機在民用 電子產品 中的作用 ,能明 顯提 高產品的 性能價 格比 ,提高產品在市場上的競爭力。 單 片 機 的 應 用 意 義 遠 不 限 于 它 的 應 用 范 疇 或 由 此 帶 來 的 經 濟效 益 ， 更 重 要 的 是 它 已 從 根 本 上 改 變 了 傳 統(tǒng) 的 控 制 方 法 和 設 計 思想。是控制技術的一次革命，是一座重要的里程碑，本次設計采用的是 8051 單片機。 六、單片機芯片的特性及說明 （ 1） 主要特性： 它與 容，有 4節(jié)可編程閃爍存儲器，壽命：1000 寫 /擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時間為 10 年。全靜態(tài)工作時在 0部 128b*8 位，有 32 可編程的 I/O 線，兩個 16位定時器 /計數(shù)器， 5 個中斷源 （ 2） 管腳說明： 51 單片機引腳如圖 3 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78R S T /V P D P 3. 010T X D P 3. 111I P 3. 212I P 3. 313T 0 P 3. 414T 1 P 3. 515W R P 3. 616R D P 3. 717X T 18X T 19V S . 021P 2 . 122P 2 . 223P 2 . 324P 2 . 425P 2 . 526P 2 . 627P 2 . 728P S E /P R ：供電電壓。 地。 ： 為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8 的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 程時， 作為原碼輸入口，當 行校驗時，出原碼，此時 部必須被拉高。 ： 是一個內部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， 緩沖器能接收輸出 4電流。 管腳寫入 1 后 ，被內部上拉為高，可用作輸入， 被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在 程和校驗時， 作為第八位地址接收。 ： 為一個內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， 緩沖器可接收，輸出 4 個 電流，當 被寫 1 時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， 的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。 當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， 輸出地址的高八位。在給出地址 1 時 ，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八 位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， 輸出其特殊功能寄存器的內容。 在 程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 ： 管腳是 8 個帶內部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 電流。當 寫入 1 后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， 將輸出電流（ 是由于上拉的緣故。 也可作為 一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 行輸入口） 行輸出口） 部中斷 0） 部中斷 1） 0（記時器 0 外部輸入） 11 1（記時器 1 外部輸入） 部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） 部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 位輸 入。當振蕩器復位器件時，要保持 兩個機器周期的高電平時間。 訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， 以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個沖。如想禁止 輸出可在 址上置 0。此時， 有在執(zhí)行 令是 起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) 止，置位無效。 /部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /號 將不出現(xiàn)。 /當 / 持 低 電 平 時 ， 則 在 此 期 間 外 部 程 序 存 儲 器（ 0000 不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式 1時， /內部鎖定為 /保持高電平時，此間內部程序存儲器。在 程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ 向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 自反向振蕩器的輸出 。 部時鐘電路 內部方式的時鐘電路如下圖 3示。利用 部的高增益反相放大器，在 腳上外 接定時元件，內部振蕩。定時元件一般采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)振回路。晶體可以在 2間任選，電容可以在 530間選擇，電容 大小可起頻率微調的作用，電容大小要和晶體的容性負載阻搞相匹配，否則不易起振。 12 圖 3部時鐘電路圖 動復位電路 復位 在振蕩器運行時，有兩個機器周期（ 24 個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時，將使單片機復位，只要這個腳保持高電平，51 芯片便循環(huán)復位。復位后 均置 1 引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器 部清零。當復位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為 0000H 處開始運行程序。本系統(tǒng)采用的是手動復位電路，。手動復位電路圖如 3示： 圖 3動復位電路圖 盤接口電路方案的確定 鍵盤是單片機系統(tǒng)中最常用的人機聯(lián)系的一種設備，它由若干個按鍵組成，用戶通過鍵盤向 數(shù)據(jù)或命令以實現(xiàn)簡單的人機通信。 對鍵盤的識別可分為兩類：一類是由專門的硬件電路來識別（如 2376、 74 它 使 用 起來 方 便 ， 但 需 要 價格 昂 貴 的芯片，單片機系統(tǒng)中一般不采用；另一類靠軟件來識別 ，它結構 13 簡單，價格 便宜，應用靈活。本設計中查詢的方法識別鍵，優(yōu)點是電路簡潔，節(jié)省硬件，抗干擾能力強，應用靈活，缺點是占用較多的 間資源。 非 編 碼 鍵 盤 可 以 分 為 兩 種 結 構 形 式 ： 獨 立 式 鍵 盤 和 行 列 式 鍵盤。本次設計中采用的是行列式鍵盤，可節(jié)省 I/O 口線。 其工作原理是：行線 輸入線， 過其電平的高低來判別鍵盤是否被按下。依次使列線 的一根輸出為低電平，則只有與之對應的鍵 按下時，才能使行線為低電平。 鍵盤接口電路圖如圖 3示： 圖 3盤接口電路圖 碼管數(shù)碼顯示電路方案的確定 七段數(shù)碼顯示器如圖 3示 ： 圖 3段數(shù)碼顯示器 14 顯示電路主要由 6 個共陽型七段數(shù)碼管（ 6 只型三極管、一片 74譯碼器以及一個 7447 七段譯碼器組成。電路結構簡單，性能穩(wěn)定，使用方便。 七段顯示數(shù)碼管（動態(tài)）工作原理：逐個地循環(huán)點亮各位顯示器，也就是說在任一時刻只有 1 位顯示器在顯示 。 態(tài)顯示的優(yōu)點是用較少的端口，可以擴展多位 示器。缺點是過多的占用 時間。除了 態(tài)顯示，還 有一種是 態(tài)顯示。 態(tài)顯示的優(yōu)點是不占用 時間，缺點是占用過多的輸出端口。 采用動態(tài)顯示的數(shù)碼管為了使人看到所有顯示器都在顯示，就得 加快循 環(huán)點亮 各位 顯示器 的速度 (提高 掃描頻 率 ) ， 利用 人眼的視覺殘留效應，給人感覺到與全部顯示器持續(xù)點亮的效果一樣。一般地，每秒循環(huán)掃描不低于 50 次。 數(shù)碼管顯示電路的工作原理：數(shù)碼管顯示時， 據(jù)程序輸出高電平或低電平，送到 7447 譯碼器的四個輸入端，經過7447 譯碼后由 7 個輸出端輸出，輸出信號經過限流電阻（防止數(shù)碼 管 因 電 流 過 高 而 損 壞 ） 送 至 數(shù) 碼 管 的 陰 極 。 同 時 ， 單 片 機 的 據(jù)要求輸出高電平或低電平，送到 74三個輸入端，經譯碼后由輸出端輸出，此時， 74輸出端只有一位為 0，使其中的一只三極管導通，引入電源，驅動與其對應的數(shù)碼管，數(shù)碼管工作。數(shù)碼管的各發(fā)光二極管根據(jù)對應的高電平或低電平發(fā)光或不發(fā)光。每只數(shù)碼管依次循環(huán)，就完成了發(fā)光電路的設計，本設計采用動態(tài)數(shù)碼顯示器。 它的內部二極管的連接方式 (共陽極 )如下圖 3示 ： 圖 3部二極管的連接方式 (共陽極 ) 碼顯示器有兩種連接方法： 共陽 極接法：把二極管的陽極連接在一起構成公共陽極，使用時公共陽極接 +5V，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。當陰極端輸入低電平時，七 15 段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入高電平時則不點亮。 共陰極接法：把二極管的陰極連接在一起構成公共陰極，使用時公共陰極接地，每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。當陽極端輸入高電平時，七段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入低電平時則不點亮。 本設計中采用的是 共陽極 碼顯示器 ,用來顯示當前正在播放的曲目號。 發(fā)光二極管的導通電壓為 2電流為 510在發(fā)光 二極管與電阻之間的電壓為 5V,由此可算出阻值。 電阻值 = (兩段電壓 限流電阻 ,避免燒壞發(fā)光二極管。 得出電阻范圍： 3006600 設計中取 330 本設計采用的是共陽極 示器。 數(shù)碼管顯示電路原理圖如下 3示： 圖 3碼管顯示電路原理圖 紹 適用于七段字形共陰極顯示管的譯碼器集成電路有 型 號 ， 適 用 于 共 陽 極 七 段 管 的 譯 碼 器 有 型號。 7447 引腳圖如下圖 3示： 16 圖 3447 引腳圖 現(xiàn)以顯示譯碼器 例作較詳細的討論。 邏輯符號示于 圖中： D、 C、 B、 A：是 輸入信號， a g：譯碼輸出，低電平有效 I 。當 0（有效）時，輸出 a g 均為高電平 1 信號（全滅） ； 當 0 時， = 0。 試燈信號輸入。當 0）且 1（無效）時，不論 DA 狀態(tài)如何， a g 七段全亮。 滅零輸入信號（不顯示 0，其 它數(shù)碼正常顯示）。 0（ ）時，不顯示數(shù)碼 0。 4L 138 譯碼器的運用 在 中 規(guī) 模 集 成 電 路 中 譯 碼 器 有 幾 種 型 號 ， 使 用 最 廣 的 通 常 是74138，其是一個 3 到 8 的譯碼器，下圖是其邏輯符號及管腳排布，下表中列出了該器件的邏輯功能，從表中可以看出其輸出為低電平有效，使能端 高電平有效， /低電平有效，當其中一個為低電平，輸出端全部為 1。 74如下圖 39 所示 ： 圖 34 存儲電路方案的確定 密碼存儲電路主要由 成。 （ 1） 93 一 種 存 儲 器 可 以 定 義 為 16 位 腳接 者定義為 8 位 腳接 1K 位的串行 一個的存儲器都可以通過 腳或 腳進行寫入或讀出， 17 器件可以經受 1,000,000 次的寫入 /擦除操作片內數(shù)據(jù)保存壽命達到 100 年器件可提供的封 裝有 （ 2） 93一個有 1024 位內含工業(yè)標準微處理器的非易 失的存儲器。 93以選擇為 16 位或 8 位結構。當選擇 16 位結構時， 93 7 條 9 位的指令用來控制對器件進行讀、寫和擦除操作；當選擇 8 位結構時， 93 7 條 10 位的指令來控制對器件進行讀、寫和擦除操作。 93所有操作都在單電源上進行，當執(zhí)行任何的寫操作時內部的升壓電路將提供高壓給芯片。 指令、地址和寫入 的數(shù)據(jù)在時鐘信號 上升沿時由 腳 輸 入， 腳除 了 從器 件 讀取 數(shù)據(jù) 或 進行 寫 操作 后查 詢 準備 /繁忙（ 器件工作狀態(tài)外，平常是高阻態(tài)的。 準備 /繁忙 (開始了一個寫操作后選擇器件 高電平后從 腳讀的用來測定期間工作狀態(tài)的信號， 低電平則表示寫操作還沒有完成。當 高電平時則表示器件可以輸入下一條指令，此時如果有需要，可以在 腳移入一個高電平， 進入高阻態(tài)， 腳會在時鐘 下降沿時進入高阻態(tài)，將 腳恢復高阻態(tài)值得推薦在 用一個 I/O 口來讀 /寫的應用中。 所有送往器件的指令格式為一個高電平 1 的開始位，一個 2 位或 4 位的操作碼，寫入數(shù)據(jù)時的 6 位（當選擇 8 位結構時為 7 位）以及 16 位數(shù)據(jù)（當選擇 8 位結構時為 8 位）。 （ 3） 93操作指令如下表： 讀操作指令（ 在接收到一個指令和地址（從 腳在時鐘驅動下輸入）之前， 93 腳是高阻態(tài)的。接收到讀指令和地址后， 先 輸 出 一 個 虛 擬 的 第 電 平 ， 然 后 數(shù) 據(jù) 根 據(jù) 時 鐘 信 號 移 位 輸 出（高位在前）。數(shù)據(jù)在時鐘信號（ 上升沿時輸出并經過一定的時間后穩(wěn)定（ 寫操作指令（ 在 接 收 到 寫 指令 、地 址 和 數(shù) 據(jù) 后， 片選 引 腳 （ 不 片選 芯片的時間要必須大于 選引腳（ 下降沿的時候，器件開動自動時鐘去擦除并把數(shù)據(jù)存放 到指定存儲器。在器件進入自動時鐘的模式后時鐘信號引腳（ 信號不是必須的 938 的準備？繁忙狀態(tài)可以選擇器件并測試數(shù)據(jù)輸出引腳 到。因為器件有在寫入前自動清除的特性，所以沒必要在寫入之前將存儲器該地址的內容擦除。 擦除操作指令（ 在 接 收 到 擦 除指 令和 地 址 以 后 ，片 選引 腳 （ 不 片 選芯 片的時間要必須大于 選引腳（ 下降沿的時候，器件開動自動時鐘，擦除指定存儲器。在器件進入自動時鐘的模式后時鐘信號引腳 (信號不是必須的。 93準備 /繁忙狀態(tài)可以選擇器件并 測試數(shù)據(jù)輸出引腳（ 到。一旦清除了，該位就回到邏輯 1 的狀態(tài)。 擦除 /寫入允許（ 禁止 (作指令 93上電時是默認寫禁止的。任何在上電和寫禁止 (令后的寫入操作都必須先發(fā)送寫允許（ 令。一旦設置了寫允許，它會持續(xù)有效直到斷電或發(fā)送一條寫禁止指令。寫禁止指令用來禁止對 93寫入和擦除操作，同時也可以防止意外的對器件進行寫入和擦除。數(shù)據(jù)可以照常從器件中讀取，論是寫允許還是寫禁止狀態(tài)。 全部擦除 (在 接 收 到 全 部擦 除指 令 后 ， 片 選引 腳（ 不 片 選 信 號的 時間要必須大于 選引腳（ 下降沿的時候，器件開動自動時鐘擦除存儲器的所有內容。在器件進入自動時鐘的模式后時鐘信號引腳（ 信號不是必須的。 93準備 /繁忙狀態(tài)可以選擇器件并測試數(shù)據(jù)輸出引腳 (到。一旦清除了，所有位都回到邏輯 1 的狀態(tài)。 寫全部操作指令 (在 接 收 到 寫 全部 指令 后 ， 片 選 引腳 （ 不片 選 芯 片 的時 間要必須大于 選引腳（ 下降沿的時候，器件開動自動時鐘把數(shù)據(jù)內容寫滿器件的所有存儲器。在器件進入自動時鐘的模式后時鐘信號 引腳（ 信號不是必須的。 93準備 /繁忙狀態(tài)可以選擇器件并測試數(shù)據(jù)輸出引腳（ 到。沒有必要去在寫全部之前把存儲器內容擦除。 93腳定義如下圖 3示 : 19 圖 33腳定義圖 源引腳， +5V。 線。 選信號。在兩條相臨指令執(zhí)行中， 須最少產生 500低電平，以指明前條指令的結束。 據(jù)輸入端 于在串行時鐘 同步下輸入起始位，操作碼地址和寫入數(shù)據(jù) 。 據(jù)輸出端。數(shù)據(jù)輸出端 于 在讀方式中，在串行時鐘 同步下輸出讀出的數(shù)據(jù)。 時鐘信 號，所 有操作 碼、址碼、 數(shù)據(jù)位 均在 號的上升沿輸入或輸出， 號的最高頻率為 1 儲器結構選擇接口，當 ，存儲器為 16 位結構。當 ，存儲器為 8 位結構。當 空時， 內部的上拉電阻把存儲器選擇為 16 位結構。 鎖控制電路方案 開鎖控制電路主要由整流二極管、繼電器、三極管等組成。其優(yōu)點是結構簡單，成本低，操作簡便。 開 鎖 控 制 電 路 的 原 理 ： 當 輸 出 “0”時，連接 10K 電阻 將 三極 管的 基 極 鉗位 在高 電平 ， 三 極管 導通 ，繼 電 器 流過電流，開始動作，繼而開鎖。 開鎖控制電路圖如下圖 3示 ： 20 圖 3鎖控制電路圖 本章小結 本章主要 介紹了硬件電路的設計，主要包括單片機控制單元、數(shù)碼管顯示單元、輸入單元、存儲單元。單片機控制單元主要包括片機的詳細介紹，內部控制和各個接口電路以及譯碼器的介紹。通過本章的論述，可全面了解本設計的硬件設計 21 第 4 章 子密碼鎖軟件系統(tǒng)設計 序功能 （ 1）主程序功能：主要完成初始化、設置中斷向量、檢查有無按鍵按下，以及調用顯示等。 （ 2）鍵 盤掃描及識別子程序功能：鍵盤采用查詢方式，放在主程序中，當沒有按鍵按下時，單片機循環(huán)主程序，一旦有鍵按下，便轉向相應的子程序處理，之后再返回。 （ 3）調用存儲程序功能：比較密碼時，需要讀 93序，將存儲在芯片內的數(shù)據(jù)讀到 ，然后和輸入密碼相比較，當修改密碼時，需要把輸入的密碼保存到 93。 按鍵分布圖如下圖 4示 圖 4鍵分布圖 （ 4） 顯示子程序功能： 當識別到 C 鍵時，可顯示密碼，當需要清除顯示器時，可調用 顯示程序，使數(shù)碼管顯示 000000。 （ 5） 編碼設計： （ 6） 各地址 分配： 20H 地址； 21H 判斷 93 22 00 地址的內容是否為 01（已設定密碼）， 00 表示 93中未存密碼， 01 表示已存有密碼； 22H ；寄存器； 30H 35H ；密碼存儲地址； 36H 38H ；顯示器地址； 3 ； 93 /寫存放高 8 位數(shù)據(jù)地址 ； 3 ； 93 /寫存放低 8 位數(shù)據(jù)地址； 3 ；寄存器。 序框圖 （）主程序框圖如下圖 4示 ： 23 圖 4程序框圖 （ 2）鍵識別子程序框圖如下圖 4示 ： 24 圖 4識別子程序框圖 （ 3）顯示子程序框圖如下圖 4示 ： 是 否 是 是 否 否 是 否 是 否 是 是否按 C 消除抖動 至 按鍵值 是否按* 載入按鍵值 載入按鍵值 顯示按鍵值 鍵盤掃描 令 開 鎖 動作 清 除 設定新密碼 清除 顯示密碼 是否按 D 按 鍵 放 開否 是否按# 按鍵值與密碼 相同嗎 25 圖 4示子程序框圖 （ 4）設定新密碼程序框圖如下圖 4示 ： 圖 4定新密碼程序框圖 （ 5）密碼比較子程序框圖如下圖 4示 ： 是 否 標 志 位 是否為 1 將密碼存入 93130 地址寫入 01H 延 時 返回清除 顯 示 值 存 入 密 碼地址 是密碼地址傳送給 用顯示子程序 是 否 延 時 返 回 否密碼地址傳送給 用顯示子程序 是 否 延 時 返 回 密 碼 地 址 傳 送 給 鍵是否放開 延 時 返 回 調用顯示子程序 26 圖 4碼比較子程序框圖 （ 6）掉電存儲子程序框圖如下圖 4示 ： 圖 4電存儲子程序框圖 本章小結 本章主要介紹了整個設計的程序流程圖。程序流程圖是設計編程的總體思想，方便系統(tǒng)的了解程序的框架結構。通過本章的闡述，可對整個設計的軟件部分一個具體的了解。 是 否 按 鍵 值 與 密 碼 值 比較 密 碼 是 否相同 開 鎖 延 時 返回清除 93始化 依 跳至相關地址 讀 寫 寫使能 寫禁止 27 第 5 章 軟件調試 件調試方法 軟件調試與所選用的軟 件結構有關，如果采用模塊程序設計技術，則逐個任務進行調試。對于模塊結構程序，要一個個子程序分別調試。 調試時，一定要符合入口條件和出口條件，調試可用單步運行和斷點運行方式，通過檢查用戶系統(tǒng)的 場情況、 內容和 I/O 口的狀態(tài)，檢測程序執(zhí)行結果是否符合設計要求，有無死循環(huán)錯誤、有無機器碼錯誤以及轉移地址的錯誤，同時還可以發(fā)現(xiàn)用戶系統(tǒng)中存在的硬件設計錯誤和軟件算法錯誤，各程序模塊調試通過后，則可以把相關功能塊連在一起進行總調，這個階段若有故障，可以考慮各子程序運行時是否破壞了現(xiàn)場、緩沖單元、工作寄存器是否正常等等，若系統(tǒng)是在開發(fā)機的監(jiān)控程序下運行時，還要考慮緩沖單元是否和監(jiān)控程序的工作單元發(fā)生沖突。 件調試環(huán)境 一 、 51 簡介 51 是美國 司出品的 51 系列兼容單片機 匯編相比， C 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。 （ 1） 51 開發(fā)系統(tǒng)基本知識 : 系 統(tǒng)概述： 51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全 面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成 的匯編代碼，就能體會到 51 生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，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。下面詳細介紹 51 開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 51 單片機軟件開發(fā)系統(tǒng)的整體結構 ,具包的整體結構。其中 別是 集成開發(fā)環(huán)境 (可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用 身或其它編輯器編輯 C 或匯編源文 28 件。然后分別由 譯器編譯生成目標文件 (目標文件可由 建生成庫文件，也可以與庫文件一起經 接定位生成絕對目標文件 ( 件由 換成標準的 供調試器 用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器如 。 （ 2） 使用獨立的 真器時，注意事項： 仿真器標配 晶振，但用戶可以在仿 真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振。 仿真器上的復位按鈕只復位仿真芯片， 不復位目標系統(tǒng)。 仿真芯片的 31 腳（ /接至高電平，所以仿真時只能使用片內 能使用片外 仿真器外引插針中的 31 腳并不與仿真芯片的 31 腳相連，故該仿真器仍可插入到擴展有外部 /腳接至低電平）的目標系統(tǒng)中使用。 二、 件簡介 件是英國 司出版的 具軟件（該軟件中國總代理為廣州風標電子技術有限公司）。它不僅具有其它 具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的 仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。 世界上著名的 具 (仿真軟件 )，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 計，真正實現(xiàn)了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計臺，其處理器模型支持 8051 、 2/16/18/24/30/8086 和 ，2010 年增加 列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持 多種編譯器。 （ 1） 件具有其它 具軟件（例： 功能。這些功能是： 原理布圖。 動或人工布線。 命性的特點 ） （ 2）電路功能仿真：在 制好原理圖后，調入已編譯好的目標代碼文件： *以在 原理圖中看到模擬的實 29 物運行狀態(tài)和過程。 單片機課堂教學的先進助 手。 可將許多單片機實例運行過程形象化。前者可在相當程度上得到實物演示實驗的效果，后者則是實物演示實驗難以達到的效果。它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機實驗硬件高度對應。這在相當程度上替代了傳統(tǒng)的單片機實驗教學的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調試、運行結果等。課程設計、畢業(yè)設計是學生走向就業(yè)的重要實踐環(huán)節(jié)。由于 供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設計的靈活性、提供了實驗室在數(shù)量、質量上難以相比的虛擬儀 器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學生實踐精神、創(chuàng)造精神的平臺。 （ 3）隨著科技的發(fā)展， “計算機仿真技術 ”已成為許多設計部門重要的前期設計手段。它具有設計靈活，結果、過程的統(tǒng)一的特點。可使設計時間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風險。相信在單片機開發(fā)應用中 能茯得愈來愈廣泛的應用。 使用 件進行單片機系統(tǒng)仿真設計 , 是虛擬仿真技術和計算機多媒體技術相結合的綜合運用，有利于培養(yǎng)學生的電路設計能力及仿真軟件的操作能力 。 實踐證明，在使用 行系統(tǒng)仿真開發(fā)成功之后再進 行實際制作，能極大提高單片機系統(tǒng)設計效率。因此， 較高的推廣利用價值。 目前 最新版為 7.7 年將推出 本，增加 列及 理器。 本章小結 本章主要介紹了軟調試過程中，應用到的工具及調試環(huán)境。詳細的說明了各軟件的功能和使用技巧。還講述了在調試過程中主要遇到的問題及解決方法。對調試的整個過程，進行了一個系統(tǒng)的概述。通過本章，我回顧了自己在設計中犯下的錯誤，豐富了自己的實踐經驗。對解決問題的方法不斷的總結，對自己的將來的工作一定會有很大的幫助 和提高。 結 論 30 一、 主要工作及結論 （ 1）熟悉 片機功能及工作特性，掌握其接口擴展方法。 （ 2）對鍵盤和顯示器進行選型比較，得出各種型號優(yōu)劣比。 （ 3）采用面向對象的思想，分層次、分模塊構建設計的總體框架。 二、 存在的問題 （ 1）電子電路的設計中對各種影響因素的考慮不夠完全，比如在對過電壓情況的處理中未作防范措施。 （ 2）系統(tǒng)設計不夠優(yōu)化，有待改善。比如系統(tǒng)的超量程信號直接由單片機送入報警電路，沒有設計保護電路再入單片機處理后送入報警電路。 （ 3）沒有擴展更多電路，如日歷時鐘電路、通 訊接口電路等。 （ 4）對各種實用芯片價格了解不夠，選擇上任有欠缺。 這些都為我 今后的學習和工作留下了積極的影響 。 致 謝 過兩個多月的忙碌和工作，本次畢業(yè)論文設計已經接近尾聲，作 31 為一個本科生的畢業(yè)論文，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，但是在導師的諄諄教導下，以及周圍同學的一起努力下，最終還是順利完成了本次的設計任務。通過此次設計，我在軟、硬件設計與測試方面有很大收獲。 感謝學院和計算機系提供的良好的開發(fā)環(huán)境和設備。 感謝我的導師，徐秋景老師在我畢業(yè)設計的各個階