某智能密碼鎖設(shè)計(jì)方案

1 某智能密碼鎖設(shè)計(jì)方案 第 1 章 概述 隨著 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和 人們生活水平的提高，如何實(shí)現(xiàn) 保密 防盜這一問題變的尤其的突出，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由于其構(gòu)造的簡單， 失效 的事件屢見不鮮， 智能密碼 鎖由于其保密性高，使用靈活性好，安全系數(shù)高，受到了廣大用戶的親呢。 智能密碼鎖控制是一種通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作，從而控制機(jī)械開關(guān)的閉合，完成開鎖、閉鎖任務(wù)的電子產(chǎn)品。智能密碼控制不論性能還是安全性都已大大超過了機(jī)械類。其特點(diǎn)如下： 1) 保密性好，編碼量多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于機(jī)械控制。隨機(jī)開鎖成功率幾乎為零。 2) 密碼可變，用 戶可以隨時(shí)更改密碼，防止密碼被盜，同時(shí)也可以避免因人員的更替而使控制的保密性下降。 3) 誤碼輸入保護(hù)，當(dāng)輸入密碼多次錯(cuò)誤時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)。 4) 無活動(dòng)零件，不會磨損，壽命長。 5) 使用靈活性好，不像機(jī)械鎖必須佩帶鑰匙才能開鎖。 6) 智能密碼控制系統(tǒng)具有操作簡單易行，一學(xué)即會的特點(diǎn)。 老師布置下這個(gè)課題時(shí)，其任務(wù)要求條件如下： 計(jì)內(nèi)容 （ 1） 密碼的設(shè)定 ： 此密碼是固定在程序存儲器 ，假設(shè)預(yù)設(shè)的密碼為 “12345” 共 5 位密碼。 2 （ 2） 密碼的輸入： 采用兩個(gè)按鍵 來完成密碼的輸入，其中一個(gè)按鍵為功能鍵，另一個(gè)按鍵為數(shù)字鍵 ,密碼的輸入過程。 然后 進(jìn)入密碼的判斷比較處理狀態(tài)并給出相應(yīng)的處理過程。 （ 3） 按鍵禁止功能：初始化時(shí)，允許按鍵輸入密碼，當(dāng)有按鍵按下并開始進(jìn)入按鍵識別狀態(tài)時(shí)，按鍵禁止功能被激活，但啟動(dòng)的狀態(tài) 是 在 3次密碼輸入不正確的情況下發(fā)生的。 （ 4）報(bào)警功能：當(dāng)有密碼輸入并且密碼判斷后，如果密碼錯(cuò)誤則會有個(gè)短時(shí)間的報(bào)警，當(dāng)在 3 次輸入不正確的情況下時(shí)會一直報(bào)警下去，直到斷掉電源，同時(shí)也 禁止 再輸入。 （ 5）接通電源后數(shù)碼管沒有顯示，在允許按鍵輸入密碼的情況 時(shí)，輸入一個(gè)數(shù)數(shù)碼管則會顯示一個(gè)數(shù)，既通過數(shù)碼管顯示所鍵入的密碼值。 計(jì)要求 （ 1）設(shè)計(jì)方案要合理、正確； （ 2）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及焊接制作； （ 3）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試； （ 4）系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。 主要設(shè)計(jì)條件 （ 1） 片機(jī)實(shí)驗(yàn)操作臺 1 臺； （ 2） 及單片機(jī)調(diào)試軟件； （ 3）單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)板 1 套； （ 4）制作工具 1 套； （ 5）系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的元器件。 基于以上，我的此次課程設(shè)計(jì)以單片機(jī) 核心，完成智能 3 密碼鎖的設(shè)計(jì)。 第 2 章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 此次課程設(shè)計(jì) 基 于單片機(jī)控制的 智能 密碼鎖 ，接到課題后，根據(jù)老師布置的任務(wù)和相關(guān)要求，結(jié)合主要設(shè)計(jì)條件，我設(shè)計(jì)了如下方案，其總體方案設(shè)計(jì)如下： 此控制 系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)、 4*4 矩陣鍵盤、 6 位 碼管 顯示和報(bào)警系統(tǒng)組成。系統(tǒng)能完成開鎖、超時(shí)報(bào)警功能。 片機(jī)系統(tǒng) 此次課題 采用 的 是 一種 以 核心的單片機(jī)控制方案。利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的 口，及其控制的準(zhǔn)確性， 進(jìn)行智能密碼鎖的設(shè)計(jì)。此次課題用單片機(jī) 與鍵 盤相連做輸入口， 與顯示器相連做顯示， 做顯示器掃描并且驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。 陣鍵盤接口電路 此次課程設(shè)計(jì)采用 4*4 矩陣鍵盤，與 相連，采用掃描法。開機(jī)顯示 000000，等待密碼輸入，輸入 6 個(gè)密碼。鍵盤所有鍵的功能的組成如下： （ 1）設(shè)有 0 9 十個(gè)數(shù)字鍵，作為智能密碼鎖得密碼輸入。 （ 2）欲更改密碼時(shí)，先輸入新密碼再按“ *” ，即可建立新的密碼。（ 3）按“ #” ，清楚顯示器為“ 00000” 。 （ 4）要顯示密碼，按住“ C”不放則顯示密碼，放開則顯示“ 00000” 。 （ 5）輸入新密碼， 再按“ D”開門鍵。若號碼與密碼相符合，則會 4 打開，否則顯示器會清楚為“ 00000”。 示電路 此次課程設(shè)計(jì) 5 位密碼 6 顯示器，按鍵后即動(dòng)態(tài)顯示。 送示數(shù)據(jù)， 顯示掃描，根據(jù)按鍵次數(shù)，第一位顯示器顯示第一次按的密碼，第二位顯示器顯示第二次按的密碼，第三位顯示器顯示第三次按的密碼，依此第六位顯示器顯示第六次按的密碼，按鍵完成后按確認(rèn)鍵后，密碼對則執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作，不同則顯示器清零，等待重新輸入。 報(bào)警系統(tǒng) 此次課程設(shè)計(jì)，當(dāng)按鍵錯(cuò)誤后，系統(tǒng)會報(bào)警一小段時(shí)間，當(dāng)錯(cuò)誤次數(shù)到三次時(shí)， 系統(tǒng)一直報(bào)警，報(bào)警裝置由一揚(yáng)聲器實(shí)現(xiàn)，從 輸出脈沖，使揚(yáng)聲器鳴報(bào)警。 號燈 此次課程設(shè)計(jì)，當(dāng)按鍵錯(cuò)誤后， 燈亮，從 出低電平進(jìn)行觸發(fā)，使得紅燈亮，提示密碼錯(cuò)誤請重新輸入。當(dāng)輸入密碼正確后，燈亮，從 出低電平觸發(fā)綠燈亮，提示密碼正確開鎖成功。 5 第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì) 盤電路設(shè)計(jì) 盤電路設(shè)計(jì)原理 此鍵盤系統(tǒng)使用 4*4 矩陣鍵盤，所以本設(shè)計(jì)就采用行列式鍵盤，同時(shí)也能減少鍵盤與單片機(jī)接口時(shí)所占用的 I/O 線的 數(shù)目，在按鍵比較多的時(shí)候，通常采用這樣方法。其原理如圖 示： 圖 陣式鍵盤電路圖 6 每一條水平（行線）與垂直線（列線）的交叉處不相通，而是通過 一個(gè)按鍵來連通，利用這種行列式矩陣結(jié)構(gòu)只需要 N 條行線和 M 條列線，即可組成具有 N M 個(gè)按鍵的鍵盤。 在這種行列式矩陣鍵盤 非鍵盤編碼的單片機(jī)系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認(rèn)有無按鍵按下的程序段。 當(dāng)確認(rèn)有按鍵按下后，下一步就要識別哪一個(gè)按鍵按下。對鍵的識別通常有兩種方法：一種是常用的逐行掃描查詢法；另一種是速度較快的線反轉(zhuǎn)法。 對照圖 示的 4 4 鍵盤，說明線反轉(zhuǎn)個(gè)工作原理。 首先辨別鍵盤中有無鍵按下，有單片機(jī) I/O 口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來判斷。方法是：向行線輸出全掃描字 00H，把全部列線置為低電平，然后將列線的電平狀態(tài)讀入累加器 A 中。如果有按鍵按下，總會有一根行線電平被拉至低電平從而使行線不全為 1。 陣式鍵盤的識別方法 確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下介紹一種 “行掃描法 ”。行掃描法行掃法又稱為逐行 (或列 )掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法，如上圖所示鍵盤，介紹過程如下。 判斷鍵盤中有無鍵按下 ： （ 1） 先 將行線 0111，然后檢測列線的狀態(tài)。 0111，則 按下；如果 1011，則 按下；如果 1101，則 按下；如果 1110，則 按下。 （ 2） 將行線 1011，然后檢測 列線的狀態(tài) ，方法同（ 1）； （ 3） 將行線 1101，然后檢測列線的狀態(tài) ，方法同（ 1）； （ 4） 將行線 1110，然后檢測列線的狀態(tài) ，方法同（ 1） . 7 體的功能設(shè)計(jì) 鍵盤按鍵的功能設(shè)計(jì)如下如表 表 鍵功能 按鍵 鍵名 功能說明 1 9 鍵 數(shù)字鍵 輸入密碼 * 鍵 重設(shè)密碼鍵 設(shè)定新密碼 D 鍵 確定鍵 比較密碼 # 鍵 清除鍵 使顯示器清零 示電路設(shè)計(jì) 示電路原理圖 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的顯示電路是為了給使用 者以提示而設(shè)置的。本系統(tǒng)的顯示采用串行顯示的方式，只使用單片機(jī)的一個(gè)串行口，利用 744制位選信號，就可以完成單片機(jī)的顯示功能，顯示電路的電路原理圖如圖 示。 用 74 A， B， C， D 四端口， 74輸出口接 七段顯示；而 74 A， B， C 三個(gè)輸入口， 74輸出口接 位顯示。通過軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字和位控制。 8 圖 示電路 示原理 是 發(fā)光二極管的英文縮寫，簡稱 是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。 顯示器顯示接口按驅(qū)動(dòng)方式可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示，靜態(tài)顯示時(shí)，除變更顯示數(shù)據(jù)期間外，各顯示器均處于通電狀態(tài)，每個(gè)顯示器的通電占空比為100%，靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是顯示穩(wěn)定，亮度高，缺點(diǎn)是占用硬件電路多；動(dòng)態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省硬件電路，缺點(diǎn)是占用軟件掃描時(shí)占用 間多。對于多位 示器，通常都 是采用動(dòng)態(tài)掃描的方法進(jìn)行顯示，即逐個(gè)地循環(huán)點(diǎn)亮各位顯示器，這樣雖然在任一時(shí)刻只有一顯示器被點(diǎn) 9 亮，但是由于人眼具有視覺殘留效應(yīng)，看起來與全部顯示器持續(xù)點(diǎn)亮效果完全一樣。 為了實(shí)現(xiàn) 示器的動(dòng)態(tài)掃描，除了要給顯示器的輸入之外，還有對顯示器選擇位的控制，這就是通常所說的段控和位控。因此，多位 示器接口電路需要有兩個(gè)輸出口，其中一個(gè)用于 8 條段控線，另一個(gè)用于輸出位控線，位控線的數(shù)目等于顯示器的位數(shù)。 為了方便編寫程序，通常在內(nèi)部 設(shè)置顯示緩沖區(qū)，存放顯示的數(shù)字或字符，顯示緩沖區(qū)單元個(gè)數(shù)與 示器位數(shù)相同。 此次基于單片機(jī)的電子密碼鎖，我選用動(dòng)態(tài)顯示，通過與軟件配合，每輸入一個(gè)密碼，進(jìn)行顯示一次，掃描， 6 個(gè)密碼輸入完后，進(jìn)行比較，密碼正確則開鎖，密碼錯(cuò)誤，可重新輸入三次，三次后仍然錯(cuò)誤，報(bào)警！ 示的功能表 用 74以控制輸出什么字型。 74邏輯功能表如表 示： 表 74邏輯功能表 10 用 74制位循環(huán)顯示，其邏輯功能表如表 表 74輯功能表 C B A 2 3 5 7 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 3 3 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 警電路原理圖 報(bào)警電路設(shè)計(jì)原理圖如圖 示： 圖 警電路原理圖 11 報(bào)警電路原理 報(bào)警模塊由蜂鳴器和單片機(jī)組成。選擇一只壓電式蜂鳴器，壓電式蜂鳴器工作時(shí)約需要 100動(dòng)電流。蜂鳴器電路如圖 示。當(dāng) 輸出為高電平時(shí)，蜂鳴器產(chǎn)生蜂鳴音， 出為低電平時(shí)，蜂鳴器不發(fā)聲。 號燈電路 號燈原理圖 信號燈原理圖如圖 示： 圖 號燈電路圖 12 號燈的原理 號燈是功能用來顯示開鎖是否成功。當(dāng)輸入密碼錯(cuò)誤時(shí)，則紅色的信號燈亮，表示密碼錯(cuò)誤開鎖失敗請重新輸入。當(dāng)輸入的密碼正確時(shí)，綠色信號燈亮，表示開鎖成功。單片機(jī) 輸出低電平時(shí)，綠色燈亮，說明開鎖成功。 輸出為低電平時(shí)，紅色燈亮，此時(shí)說明輸入的密碼錯(cuò)誤開鎖失敗。 13 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 件總體設(shè)計(jì)思路 智能密碼鎖工作的主要過程是 碼管提示開始輸入密碼，通過鍵盤輸入密碼，同時(shí) 示密碼輸入情況，按下確認(rèn)鍵后 判斷密碼的正確性，作出開鎖或報(bào)警處理。當(dāng)輸入密碼連續(xù)輸入錯(cuò)誤 3 次時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。 由于采用兩個(gè)按鍵來完成密碼的輸入，那么其中一個(gè)按鍵為功能鍵，另一個(gè)按鍵為數(shù)字鍵。在輸入過程中，首先輸入密碼的長度，接著根據(jù)密碼的長度輸入密碼的位數(shù)，直到所有長度的密碼都已經(jīng)輸入完畢；或者輸入確認(rèn)功能鍵之后，才能完成密碼的輸入過程。進(jìn)入密碼的判斷比較處理狀態(tài)并給出相應(yīng)的處理過程。 軟件的設(shè)計(jì)主要包括：密碼的固定、鍵盤識別判斷、密碼顯示、密碼比較、密碼對處理、錯(cuò)報(bào)警。 軟件設(shè)計(jì)總流程圖 示： 圖 甲設(shè)計(jì)總流程圖 開始 固定密碼 鍵盤掃描判斷識別（循環(huán)） 動(dòng)態(tài)密碼顯示 密碼比較 比較后相關(guān)處理 結(jié)束 14 子程序設(shè)計(jì) 碼的固定定 將密碼固定在程序存儲器 ，設(shè)定 6 位密碼，密碼固定在 30H 到 35H 六個(gè)單元中 盤掃描子程序 鍵盤掃描流程圖如圖 圖 鍵盤掃描流程圖 15 鍵盤進(jìn)行掃描時(shí)首先給 送個(gè)初值，再讀取檢測 的狀態(tài)是否發(fā)生變化的，再循環(huán)一位來檢測是否有按鍵被按下，發(fā)現(xiàn)有按鍵按下時(shí)馬上延時(shí)一定的時(shí)間 進(jìn)行去抖動(dòng)，再次檢測，發(fā)現(xiàn)還是有鍵被按下這時(shí)可以去獲取被按鍵的按鍵值。同時(shí)出入顯示器單元里面之后調(diào)用顯示子程序并顯示被按下的鍵鎖代表的值。此時(shí)再回到掃描程序繼續(xù)掃描被按鍵。不是數(shù)字鍵時(shí)就去實(shí)行相應(yīng)的功能程序。 示子程序 示流程圖如圖 示： 圖 示流程圖 從顯示單元中獲取按鍵值，再的到一個(gè)顯示器所要顯示的代碼值有按鍵值加上 74掃描值。送到 通過數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示出來， 16 密碼比較和報(bào)警程序 密碼比較和報(bào)警流程圖如圖 示： 圖 碼比較和報(bào)警流程 密碼輸入完成之后，待按下開鎖鍵后，開始進(jìn)行密碼比較，即將設(shè)定密碼單元30H34H 的密碼與輸入密碼 40H44H 的密碼進(jìn)行一一比較，如果相同，則密碼正確， 低電平，綠燈亮開鎖。如果密碼錯(cuò)誤，則顯示器清零，重新等待輸入密碼， 低電平并且紅燈亮。如果三次輸入錯(cuò)，則 出脈沖，使接在 使揚(yáng)聲器鳴笛報(bào)警。 17 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試 本次調(diào)試采用 件仿真。首先設(shè)計(jì)智能密碼鎖的源程序，源程序經(jīng)過匯編后，生成的目標(biāo)文件經(jīng)過仿真調(diào)試 。 依次按下 1， 2， 3， 4， 5 后， 示如圖 示 按下確定鍵后，二極管亮，表示密碼正確開門。如圖 碼正確開門 18 總 結(jié) 課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識 ,發(fā)現(xiàn) ,提出 ,分析和解決實(shí)際問題 ,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié) ,是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程 片機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域， 在 生活中 可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來說掌握單片機(jī)的開發(fā)技術(shù)是十分重要的 此次的課程 設(shè)計(jì)主要針對的是由單片機(jī)控制系統(tǒng)的智能密碼鎖設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)、矩陣鍵盤、 示組成、報(bào)警系統(tǒng)和信號指示燈所組成。系統(tǒng)能完成開鎖、報(bào)警和三次輸入錯(cuò)誤后的禁此輸入功能，以及刪減輸入顯示等的功能。其中包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)是簡單的，但是軟件設(shè)計(jì)是比較復(fù)雜的，通過單片機(jī)控制掃描矩陣鍵盤的輸入值，再通過單片機(jī)軟件控制輸出信號控制 顯示功能的。 態(tài)顯示當(dāng)前輸入數(shù)字的值。矩陣鍵盤是先掃描行再掃描列而得到按鍵值的。 在此次課程設(shè)計(jì)中，讓我更加深刻的了解和認(rèn)識了單片機(jī)，提高了自己的動(dòng)手實(shí)踐和 思考的能力，特別是思考如何掃描鍵盤和如何去顯示自己想要顯示的東西。之前感覺沒有什么思路，但是現(xiàn)在感覺都比較簡單了。同時(shí)也提高了一定的專業(yè)素質(zhì)。最主要是學(xué)會了如何去思考問題。但是這次的課程設(shè)計(jì)不足的地方是不能夠及時(shí)的更改密碼，這樣靈活性不是太大。 19 參 考 文 獻(xiàn) 1 王迎旭主編 . 單片機(jī)原理及及應(yīng)用 . 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 2001 2 周航慈編著 . 單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù) . 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社 2002 3 謝宜仁主編 . 單片機(jī)實(shí)用技術(shù)問答 . 北京： 人 民郵電出版社 2002 4 許立梓主編 . 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 . 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 2002 5 劉樂善主編 . 微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用 . 武漢：華中理工大學(xué)出版社 2000 6 鄒逢興主編 . 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)試驗(yàn)教程 . 北京：高等教育出版社 2000 7 周佩玲主編 . 16 位微型計(jì)算機(jī)原理接口及其應(yīng)用 . 合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社 2000 8 吳秀清主編 . 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù) . 北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社 2001 9 鄧亞平主編 . 微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù) . 北 京： 清華大學(xué)出版社 2001 20 附 錄 附錄 000H 100H 0H,#01H 1H,#02H