智能密碼鎖畢業(yè)設(shè)計論文.doc

目 錄摘要:iabstract:ii第1章 緒論1 1.1 課題背景1 1.2 課題設(shè)計目標(biāo)2第2章 系統(tǒng)方案論證4 2.1 主控部分的選擇4 2.2 密碼輸入方式的選擇5第3章 系統(tǒng)總體設(shè)計和主要芯片介紹6 3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計6 3.2 主要芯片介紹6 3.2.1 at89c516 3.2.2 存儲芯片at24c0210 3.2.3 顯示電路（lcd1602）11第4章 系統(tǒng)硬件構(gòu)成13 4.1 系統(tǒng)整體電路圖13 4.2 單片機最小系統(tǒng)原理圖13 4.3 復(fù)位電路14 4.4 時鐘電路15 4.5 鍵盤輸入部分16 4.6 密碼存儲部分17 4.7 顯示部分18 4.8 報警部分19第5章 軟件的設(shè)計與實現(xiàn)20 5.1 軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計20 5.2 主程序流程圖20 5.3 鍵功能程序流程圖22第6章 結(jié)論23附 錄26 附件1：英文原文及中文翻譯26 附件2：任務(wù)書40 附件3：開題報告41 附件4：原理圖46 附件5：實物圖47 附件6：程序48 附件7：元件清單66基于單片機的智能密碼鎖的設(shè)計摘要: 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們在日常生活與工作中對保險器件的要求越來越高。同時，電子設(shè)備也正在向智能化與微型化不斷發(fā)展，電子密碼控制系統(tǒng)已經(jīng)越來越符合人們的要求。而單片機已經(jīng)成為電子產(chǎn)品研制和開發(fā)中首選的控制器。為了滿足人們對鎖的使用要求，增加其安全性，同時克服傳統(tǒng)鎖具帶來的不方便性，用數(shù)據(jù)密碼代替鑰匙的智能密碼鎖便應(yīng)運而生。智能密碼鎖具有安全性高、操作簡易、成本低、功耗低等優(yōu)點。本次設(shè)計由單片機系統(tǒng)、矩陣鍵盤、lcd顯示和報警系統(tǒng)組成。系統(tǒng)能完成開鎖、超次鎖定、報警、修改用戶密碼等基本的密碼鎖功能。除上述基本的密碼鎖功能外，還具有掉電存儲、聲光提示等功能，依據(jù)實際的情況還可以添加遙控功能。所采用的編程語言是c語言。本系統(tǒng)電路穩(wěn)定性高、成本低廉、功能實用，符合辦公室、住宅等場所的用鎖要求，具有推廣價值。關(guān)鍵詞：at89c51；at24c02；電子密碼鎖；矩陣鍵盤design of intelligent password lock based on mcuabstract: with the continuous development of science and technology, insurance devices have become increasingly demanding in peoples daily life and work. meanwhile, the electronic intelligence devices are also being miniaturized to the intelligent and evolving. electronic code control system has been increasingly in line with peoples requirements.the microcontroller has become the preferred controller in the research and development of electronic product. in order to meet peoples requirements for the use of locks to increase their security and overcoming the inconvenience of traditional locks, smart locks which use the data encryption instead of key come into being. smart locks have many advantages such as high security, ease of operation, low cost and low power consumption. this design ismadeupof scm system, matrix keyboard, lcd display and alarm system. system can perform basic password lock function such as unlocking, smart-locking, alarming, modifying user passwords. in addition to these basic password lock function, it also has a power-down storage, sound and light tips and other functions, according to the actual situation can also add remote control functionality. the programming language used is c language. the system circuit high stability, low cost, functional and practical. it conforms to the office, residential and other places with a lock request and has promotional value.key words: at89c51, at24c02, electronic password lock, matrix keyboardii第1章 緒論隨著科技的發(fā)展和人們對安全的高度要求，密碼鎖也從原來的大塊頭變成現(xiàn)在的芯片設(shè)計。鎖自古以來就被人們廣泛的運用，并且對它的可靠性要求甚高。一方面，人們需要安全可靠的防盜，同時在使用中又希望可以方便的進行操作，這成為了制鎖技術(shù)長久發(fā)展以來永恒的技術(shù)攻關(guān)方向。隨著電子技術(shù)的不斷進步，電子產(chǎn)品在人們的日常生活與工作等方面發(fā)揮著愈來愈重要的作用，智能密碼鎖就是其中之一。例如，具有鎖定報警功能的電子密碼鎖。電子密碼鎖是一種通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作，從而控制機械開關(guān)的閉合，完成開鎖、報警、閉鎖任務(wù)的電子產(chǎn)品。在安全防盜領(lǐng)域，完美的替代了傳統(tǒng)的機械式密碼鎖，解決了機械式密碼鎖長久以來存在的密碼量少、安全性能差的缺陷，使鎖具在技術(shù)層面與性能優(yōu)化上都有了很大的提高。同時，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的成熟，尤其是是單片機的普及，出現(xiàn)了帶微處理器的智能密碼鎖，通過不同的外接硬件，使鎖具功能多樣化，從而提高了安全性與可靠性，應(yīng)用日益廣泛。1.1 課題背景所謂的智能密碼鎖，就是通過微電子技術(shù)、集成電路技術(shù)，同時使用大量的電子元器件，結(jié)合多種新穎有效的識別技術(shù)（包括指紋識別技術(shù)、鎖體的機械設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)報警等），進行多元開發(fā)生產(chǎn)的綜合型產(chǎn)品。關(guān)于智能密碼鎖的研究從20世紀(jì)30年代就開始了，已經(jīng)應(yīng)用于當(dāng)時的一些特殊場所。智能鎖的密鑰量極大，不僅可以通過芯片控制，也可以與精密的機械原理相融合。有了這樣的雙層保障，就可以減少或避免由于鑰匙丟失或被盜竊后造成的安全隱患。人們只要記住自己所設(shè)定的密碼，不需要隨身攜帶鑰匙，不需要擔(dān)心遺失鑰匙的情況，方便了人們的生活。因此人們愈發(fā)的欣賞這種方便安全的保護措施。20世紀(jì)80年代后，通過進一步的研發(fā)，智能鎖專用集成電路已經(jīng)出現(xiàn)在科研人員的手中，它的體積進一步縮小，可靠性有了大幅度提高，不過成本較高，比較適用于在要求安全措施較高的場合。顯而易見，它的使用范圍還有所局限，難以普及到大眾生活中，所以對它的研究有一度的停滯。到了20世紀(jì)90年代，日本、美國、意大利、韓國、德國、加拿大以及我國的臺灣、香港等地的微電子技術(shù)和通信技術(shù)有了較大的科研進展，這一進步為密碼鎖的后續(xù)發(fā)展提供了技術(shù)上的有力援助，從而肯定了密碼鎖向?qū)嶋H應(yīng)用普及的發(fā)展方向。到了21世紀(jì)初，在西方的一些國家里，密碼鎖技術(shù)更加先進，拓展的使用功能更加多樣化。例如，人們把電子密碼鎖廣泛應(yīng)用于智能門禁系統(tǒng)中從而實現(xiàn)大門的管理，不僅更加安全，同時也更加可靠了。我國開始對密碼鎖進行的前期科學(xué)研究是在90年代初期。隨著國家的快速發(fā)展，國力的不斷增強，我國在微電子技術(shù)與信息技術(shù)的研究中也有所建樹。從20世紀(jì)初的技術(shù)水平和市場認(rèn)可程度看，最被人們廣泛歡迎與接受的是鍵盤式電子密碼鎖。該產(chǎn)品安全性能高，價格低廉，主要應(yīng)用于私人儲物、保險柜和銀行的金庫等，同時也可以應(yīng)用于保管箱和運鈔車。由于這種密碼鎖的優(yōu)點突出，很有市場推廣價值，因此科研投入高。這種鎖很快的克服了初期的性能穩(wěn)定差的缺點，變得越來越實用，愈發(fā)的受到人們的歡迎。智能密碼鎖的種類繁多，例如數(shù)碼鎖、指紋鎖、磁卡鎖、ic卡鎖、生物鎖、遙控式電子密碼鎖、卡片式密碼鎖等。當(dāng)代社會，由于生物特征技術(shù)發(fā)展迅速，除了一些近期難以被克服的體積、價格、材料等方面的缺點外，生物特征防盜鎖在應(yīng)用方面的前景被人們普遍看好。這是因為人體生物特征例如指紋、虹膜、dna等一些含有字符、圖形圖像和時間等電子生物信息要素均可成為唯一的開鎖鑰匙，通過對這些辨識度高、特征性強的信息的自由組合，能夠大幅度提高電子防盜鎖保密特性。同時，對特征信息的組合使用也能夠更多方面的擴展電子防盜的方法，使功能更加豐富。21世紀(jì)初，接觸式卡的技術(shù)成熟、價格低廉，應(yīng)用也較為廣泛；不過非接觸式卡使用更加隱蔽、方便，大有后來居上之勢。它不僅可以作為鑰匙，還包含多項個人的信息特征，可以用于入門、開鎖、存儲、付費等，這種一卡多用的方法給持卡人帶來了便利，它特別適合金融業(yè)注重“驗明正身”的行業(yè)特點，而且儲存信息量大是此種智能鎖的優(yōu)勢。不過同時存在一些缺點，使用這類防盜鎖，需要謹(jǐn)慎的保管卡，尤其當(dāng)遺失卡時為了防止信息的泄露與經(jīng)濟的損失，須盡快取消對該卡的授權(quán)。在技術(shù)層面上，我國密碼鎖整體水平尚處于國際上70年代左右，高端智能密碼鎖的成本還很高，市場上仍以按鍵電子鎖為主。不過在生物特征防盜鎖和卡片鑰匙式電子鎖方面，已引進國際先進生產(chǎn)水平。由于高端密碼鎖商業(yè)市場結(jié)構(gòu)尚未形成，技術(shù)還不成熟，國內(nèi)自行研制開發(fā)的多功能電子鎖，應(yīng)用還不廣泛。1.2 課題設(shè)計目標(biāo)本設(shè)計硬件采用at89c51單片機為主控芯片，lcd1602為顯示芯片，以at24c02作為密碼存儲芯片。同時依靠軟件程序編程，組成電子密碼鎖整體系統(tǒng)，可以實現(xiàn)多種功能：(1)正確輸入密碼前提下，開鎖提示；(2)在輸入密碼錯誤的情況下，蜂鳴器會持續(xù)報警；如果連續(xù)輸入錯誤次數(shù)超過三次，鎖定鍵盤；(3)密碼可以根據(jù)用戶需要更改；(4)忘記密碼可以進行密碼初始化；(5)斷電存儲功能。第2章 系統(tǒng)方案論證系統(tǒng)從控制方案部分和密碼輸入方式兩方面進行論證，找到最優(yōu)方案。2.1 主控部分的選擇方案一：采用數(shù)字電路控制。電路內(nèi)容包括：鍵盤輸入、密碼更改、密碼檢測、密碼校驗、開鎖電路、執(zhí)行電路、報警電路、斷電檢測、充電電路、鍵盤輸入次數(shù)鎖定電路。共設(shè)9個用戶按鍵，其中4個有效按鍵，剩余4個為干擾按鍵。若按下干擾按鍵，輸入密碼無效。密碼鎖的核心控制用74ls112雙jk觸發(fā)器組成數(shù)字邏輯電路，用jk觸發(fā)器儲存用戶提前設(shè)定的密碼，通過與輸入的密碼進行比較，從而判斷輸入與原始密碼是否相同，進而判斷是否開鎖。對于數(shù)字電路設(shè)計方案的密碼鎖，好處就是設(shè)計簡單，不過缺點也很明顯，對系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確性和操作的靈活性差。 方案二：單片機作為控制核心的方案。采用單片機作為密碼鎖的核心硬件，從而進行對系統(tǒng)的控制與處理。單片機是一種集成電路芯片，采用的是超大規(guī)模集成電路技術(shù)。具體是在一塊硅片上集成具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器cpu、只讀存儲器rom、隨機存儲器ram、多種i/o口和定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、鍵盤輸入電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、d/a轉(zhuǎn)換器、a/d轉(zhuǎn)換器等）。這樣就可以構(gòu)成一個體積雖小，但是性能完善的微型計算機系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。單片機從問世以來，經(jīng)過不斷的發(fā)展，越來越多的優(yōu)點體現(xiàn)了出來，如體積小、功耗低、價格低廉、可擴展性強、控制功能強、環(huán)境適應(yīng)能力好、使用方便等。利用單片機可以構(gòu)成形式豐富、功能強大的控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)、無線遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)、機器人等應(yīng)用控制系統(tǒng)。例如蔬菜大棚的溫濕度采集系統(tǒng)、智能機器人、工廠流水線的智能化管理、波形信號發(fā)生器、電梯智能化控制以及各種報警系統(tǒng)，或與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。通過使用單片機來制作智能密碼鎖，可以利用它具有i/o端口功能豐富、運算處理速度快、編程容易和控制精準(zhǔn)等優(yōu)點，同時利用單片機內(nèi)部的隨機存儲器（ram）和只讀存儲器（rom），通過外接液晶顯示（lcd）用于顯示密碼以及操作提示，使用矩陣鍵盤來輸入密碼，同時外接at24c04芯片用于存儲密碼。這種設(shè)計功能實用，同時擴展性強、操作簡便、系統(tǒng)靈活?；旧峡梢詫崿F(xiàn)設(shè)計所要求的指標(biāo)。通過對比與考慮，本系統(tǒng)采用方案二進行設(shè)計。2.2 密碼輸入方式的選擇方案一：指紋輸入識別。指紋識別技術(shù)的核心思想是把人和他的指紋一一對應(yīng)，由于指紋具有唯一性，檢測也非常方便，因此這種技術(shù)發(fā)展前景良好。具方法體是通過與預(yù)留指紋的比較，就可以驗證進行指紋識別的人的真實身份信息。每個人的皮膚紋路，例如指紋，在圖案、紋數(shù)、核心點和三角點這些細(xì)節(jié)上具有不同的特征。指紋識別技術(shù)主要涉及四個功能：讀取指紋圖像、提取特征、保存數(shù)據(jù)和比對特征。讀取人體指紋特征的圖像是通過指紋讀取設(shè)備進行的，緊接著要對讀取到的原始圖像進行初期的處理，為的是讓圖像更加清晰，然后再通過指紋辨識軟件搜集指紋的特征進行數(shù)據(jù)化操作。軟件可以從指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標(biāo)位置上找到被稱為“節(jié)點”（minutiae）的數(shù)據(jù)點，這些點特征的唯一性很強，可以同時具有七種以上的唯一性特征。一般來說，每個人手指上平均具有70個節(jié)點，這樣的話通過使用這種方法大約會產(chǎn)生490個數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)，通常被稱為模板。通過使用計算機將這些模版進行比較比，可以計算出它們的相似程度，最終得到兩個指紋的比較結(jié)果，從它們的匹配程度可以判斷輸入結(jié)果的正確與否?？紤]到本方案軟硬件過于復(fù)雜，同時成本較高，故不采用。方案二：矩陣鍵盤輸入識別。由于密碼鎖是依靠鍵盤輸入密碼，同時有確認(rèn)與取消等其他鍵位。這樣的話，鍵盤中按鍵數(shù)量就會較多，為了方便操作，必須減少i/o口的占用，通常用將按鍵排列成矩陣形式來解決這個問題。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。在由按鍵組成的矩陣鍵盤上，每條行線和列線都相對應(yīng)i/o口線。鍵位設(shè)在行線和列線的交叉點，因此當(dāng)有鍵位按下時，就會有一條行線與一條列線相接觸，這時通過確定接觸的兩條線的位置，即兩個i/o口線的位置，就可以對觸動的鍵位進行定位。這樣，通過設(shè)計就可以構(gòu)成4*4=16個按鍵，比著直接將端口線用于鍵盤的方法多出了一倍的按鍵。而且線數(shù)越多，差距愈明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵。另外，每個按鍵都可通過程序賦予不同的功能，從而完成密碼識別。比較來看，方案二簡單易行、成本不高，故采用此方案。第3章 系統(tǒng)總體設(shè)計和主要芯片介紹系統(tǒng)主要芯片有at89c51,at24c02 ,lcd1602等。3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計本設(shè)計主要由單片機at89c51、矩陣鍵盤、密碼存儲芯片at24c02和液晶顯示器lcd1602等部分構(gòu)成。其中矩陣鍵盤用于輸入密碼和進行功能的實現(xiàn)。用戶通過連接單片機的矩陣鍵盤輸入密碼，然后單片機對用戶通過鍵盤輸入的密碼與保存在at24c02芯片中的密碼進行對比，從而判斷密碼是否正確，然后將引腳的高低電平傳到開鎖電路或者報警電路，從而選擇控制開鎖還是報警。在實際使用時只需要將單片機的負(fù)載由繼電器換成控制密碼鎖開關(guān)的電磁鐵吸合線圈即可。系統(tǒng)整體框圖如圖3-1所示：顯示電路電源電路中央控制芯片at24c02密碼保護報警電路at89c51鍵盤輸入電路圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖各模塊功能如下：(1)矩陣鍵盤輸入模塊：分為從“0”“9”共10個密碼輸入按鍵與幾個功能按鍵，用于完成密碼的輸入與修改功能；(2)顯示模塊：用于完成對輸入密碼正確與否狀態(tài)顯示及操作提示功能；(3)報警電路：用于完成輸錯密碼時候的報警功能； (4)密碼存儲模塊：可以使修改過的密碼斷電后仍能保存在芯片中；(5)電源模塊：用于對系統(tǒng)電路提供+5v的直流電壓。3.2 主要芯片介紹3.2.1 at89c51 at89c51是在半導(dǎo)體硅片上集成微處理器，存儲器與各種i/o接口的單片機。單片機上的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。并且該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，抗干擾能力強。由于將多功能8位cpu和閃速存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，功能齊全，簡單方便。at89c51單片機提供了一種靈活性高且價廉的方案，許多嵌入式控制系統(tǒng)青睞于這種多功能的芯片。它的外形及引腳排列如圖3-2所示：圖3-2 at89c51芯片主要特性：（1）與mcs-51 可以兼容；（2）可編程flash存儲器（4k字節(jié)）；（3）壽命：1000次寫/擦循環(huán)；（4）數(shù)據(jù)保留時間長，可達10年；（5）全靜態(tài)工作：最高24mhz；（6）三級程序存儲器鎖定；（7）1288位內(nèi)部ram；（8）32可編程i/o線；（9）兩個16位定時器/計數(shù)器；（10）5個中斷源；（11）可編程串行通道；（12）片內(nèi)有振蕩器和時鐘電路。特性概述：at89c51 不僅可以為使用者提供以上標(biāo)準(zhǔn)功能，同時可支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止cpu的工作，但允許ram，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存ram中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。管腳說明：（1）i/o引腳p0口：p0口是一個8位漏級開路的雙向i/o口，每腳可驅(qū)動8個ls型ttl負(fù)載。當(dāng)p0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。當(dāng)89c51擴展外部存儲器及i/o接口芯片時，p0口作為地址總線（低八位）及數(shù)據(jù)總線的分時復(fù)用端口。在flash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)flash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須接上拉電阻，此時為準(zhǔn)雙向口。p1口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向i/o口。同時它可驅(qū)動4個ls型tll負(fù)載。 p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流。在flash編程和校驗時，p1口作為低八位地址接收。p2口：八位，準(zhǔn)雙向i/o口，具有內(nèi)部上拉電阻。p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流。當(dāng)作為普通的i/o輸入時，應(yīng)先向端口的輸出鎖存器寫入1。因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)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，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3口：p3口是8位，同時帶有內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當(dāng)p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)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，p3口將輸出電流（ill），這是由于上拉的緣故。p3口也可為at89c51提供第二功能，如表3-1所示：表3-1 p3口的第二功能引腳第二功能說明p3.0rxd串行數(shù)據(jù)輸入口p3.1txd串行數(shù)據(jù)輸出口p3.2/int0外部中斷0輸入p3.3/int1外部中斷1輸入p3.4t0定時器0外部計數(shù)輸入p3.5t1定時器1外部計數(shù)輸入p3.6/wr外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通輸入p3.7/rd外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通輸入p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。（2）電源電源引腳接入單片機的工作電源；vcc 接+5v電源；vss 接地 。（3）時鐘引腳xtal1：是用來做為片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器電路的輸入端。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時，該引腳連接外部石英晶體和微調(diào)電容。當(dāng)采用外接時鐘源時，引腳xtal1接收外部時鐘振蕩器的信號。xtal2：作為片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外接時鐘源時， xtal2引腳懸空。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時，該引腳連接外部石英晶體和微調(diào)電容。（4）控制引腳該類引腳不僅可以提供控制信號，有的引腳還具有復(fù)用功能。rst：作為復(fù)位信號的輸入端，高電平時有效。當(dāng)對單片機進行復(fù)位操作時，要保持rst腳大于兩個機器周期的高電平時間。ale/prog：當(dāng)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低8位字節(jié)。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為時鐘振蕩器頻率fosc的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或定時信號使用。然而要注意的是：每當(dāng)用作訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。因此嚴(yán)格來說，它不適宜用作準(zhǔn)確的時鐘源或定時信號。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。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)ale禁止，置位無效。/prog為該引腳的第二功能，在對片內(nèi)flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。/psen：外部程序存儲器的選通信號。在單片機讀取外部程序存儲器期間，此引腳輸出脈沖的負(fù)跳沿作為讀外部程序存儲器的選通信號。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，/psen信號將不出現(xiàn)。/ea/vpp：/ea為外部程序存儲器訪問允許控制端。當(dāng)/ea保持低電平時，則在此期間對程序存儲器的讀操作只限定在外部程序存儲器，地址為0000h-ffffh，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時，單片機讀片內(nèi)程序存儲器，但在pc值超過0fffh時，將自動轉(zhuǎn)向訪問外部程序存儲器中的程序。vpp為該引腳的第二功能，為變成電壓輸入端。在對片內(nèi)flash固化編程時，對于89c51引腳加載的編程電壓為+5v或+12v。3.2.2 存儲芯片at24c02 具有i2c串行總線接口eeprom有多個廠家生產(chǎn)的多種類型的產(chǎn)品。其中，at24c02是美國atmel公司生產(chǎn)的低功耗cmos型eeprom，內(nèi)含2568位存儲空間，具有工作電壓寬(2.55.5 v)、擦寫次數(shù)多(大于10000次)、寫入速度快(小于10 ms)、抗干擾能力強、數(shù)據(jù)可保存100年、體積小等特點。而且它是采用了i2c總線式進行數(shù)據(jù)讀寫的串行器件，具有寫保護、可靠性高、功耗低等特點，同時占用很少的資源和i/o線，并且支持在線編程，具有一個16b的頁寫緩沖器，進行數(shù)據(jù)實時的存取十分方便。i2c（interintegrated circuit）總線是由philips公司推出的一種兩線式串行總線。它是目前使用較為廣泛的芯片間串行擴展總線。它用于連接微控制器及其外圍設(shè)備，可以通過兩條連線實現(xiàn)全雙工同步數(shù)據(jù)傳送。它是微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種總線標(biāo)準(zhǔn)，同時也是同步通信的一種特殊形式。它可以使具有i2c總線的單片機直接與具有i2c總線接口的各種擴展器件連接。它具有接口線少，控制方式簡單，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點。at24c02操作時有兩種尋址方式，芯片尋址和片內(nèi)子地址尋址。at24c02中帶有的片內(nèi)地址寄存器，每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加1，從而可以實現(xiàn)對下一個存儲單元的讀寫，并且所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。一次操作可寫入多達8個字節(jié)的數(shù)據(jù)，這樣的話可以降低總的寫入時間。它依靠sda(串行數(shù)據(jù)線)及scl(串行時鐘線)兩根線在連到總線上的器件之間進行信息的傳輸，并通過地址識別每個器件。at24c02正是運用了i2c規(guī)程，使用主/從機雙向通信，主機(通常為單片機)和從機(at24c02)均可在接收器和發(fā)送器狀態(tài)進行。主機產(chǎn)生串行時鐘信號(通過 scl引腳)的同時，會發(fā)出控制字，用來控制總線的傳送方向，并產(chǎn)生開始和停止的條件。無論是主機還是從機，接收到一個字節(jié)后必須發(fā)出一個確認(rèn)信號ack。at24c02的控制字由8位二進制數(shù)構(gòu)成。管腳描述：scl 為串行時鐘管腳：用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘，這是一個輸入管腳。sdl 為串行數(shù)據(jù)/地址管腳：用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收sdl，是一個開漏輸出管腳。此管腳可與其它開漏輸出或集電極開路輸出進行線或。a0、a1、a2 為器件地址輸入端：當(dāng)使用at24c02 時，最大可級聯(lián)8個器件。如果只有一個24c02被總線尋址，這三個地址輸入腳a0、a1、a2可懸空或連接到vss。wp為寫保護：如果wp 管腳連接到vcc， 所有的內(nèi)容都被寫保護只能讀。當(dāng)wp,管腳連接到vss 或懸空,允許器件進行正常的讀/寫操作。管腳圖如圖3-2所示：圖3-2 at24c02引腳3.2.3 顯示電路（lcd1602）lcd(liquid crystal display)是液晶顯示器的縮寫，它是一種被動式的顯示器，即液晶本身并不發(fā)光，而是利用液晶經(jīng)過處理后能改變光線通過方向的特點，從而達到白底黑字或黑底白字顯示的目的。lcd 的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃基板當(dāng)中放置液晶盒，下基板玻璃上設(shè)置薄膜晶體管，上基板玻璃上設(shè)置彩色濾光片，通過tft上的信號與電壓改變來控制液晶分子的轉(zhuǎn)動方向，從而達到控制每個像素點偏振光出射與否而達到顯示目的。液晶顯示器具有很多優(yōu)點，低壓微功耗、外觀小巧精致 、被動顯示型(無眩光、不刺激人眼、不會引起眼睛疲勞)、顯示信息量大、易于彩色化(在色譜上可以非常準(zhǔn)確的復(fù)現(xiàn))、無電磁輻射(對人體安全、利于信息保密)、長壽命、抗干擾性能強，因而在儀器儀表和控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。所謂的lcd1602即是16字符*2行的字符型lcd顯示器，它由32個字符點陣塊組成，每個字符點陣塊由57或511個點陣組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用?？梢燥@示ascii碼表中的所有可視的字符。它內(nèi)置了字符產(chǎn)生器rom(cgrom)、字符產(chǎn)生器ram(cgram)和顯示數(shù)據(jù)ram（ddram）。cgrom中內(nèi)置了192個常用字符的字模，cgram包含8個字節(jié)的ram，用來存放用戶自定義的字符，ddram就是用來寄存待顯示的字符代碼。1602引腳及其具體功能如表3-2：表3-2 1602引腳及功能編號符號引腳說明編號符號引腳說明1vss電源地9d2data i/o2vdd電源正極10d3data i/o3vee液晶顯示偏壓信號11d4data i/o4rs數(shù)據(jù)/命令選擇端（h/l）12d5data i/o5r/w讀/寫選擇端(h/l)13d6data i/o6e使能信號14d7data i/o7d0data i/o15bla背光源正極8d1data i/o16blk背光源負(fù)極控制器內(nèi)部設(shè)有一個數(shù)據(jù)地址指針，用戶可通過它們來訪問內(nèi)部的全部80字節(jié)ram。數(shù)據(jù)指針設(shè)置如表3-3所示表3-3 數(shù)據(jù)指針設(shè)置指令碼功能80h+地址嗎（0-27h,40-67h）設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針第4章 系統(tǒng)硬件構(gòu)成 4.1 系統(tǒng)整體電路圖 本密碼鎖系統(tǒng)硬件電路是由at89c51單片機、lcd1602液晶顯示、存儲器at24c02、矩陣鍵盤電路以及控制報警電路5個模塊組成的。其整體電路圖如下圖4-1所示：圖4-1 整體電路4.2 單片機最小系統(tǒng)原理圖由at89c51，電源，復(fù)位電路，時鐘產(chǎn)生電路組成。電源由+5v的直流提供。圖4-2 單片機最小系統(tǒng)原理4.3 復(fù)位電路單片機在啟動時都需要復(fù)位，以使cpu及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。只需給at89c51的復(fù)位引腳rst加上大于2個機器周期（即24個時鐘振蕩周期）的高電平就可使at89c51復(fù)位。復(fù)位時，pc初始化為0000h，為的是使at89c51單片機從0000h單元開始執(zhí)行程序。不僅在正常啟動時需要復(fù)位，當(dāng)程序運行出錯或操作錯誤是系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，也需按復(fù)位鍵使rst腳為高電平，使單片機擺脫“程序走飛”或“死機”狀態(tài)而重新啟動。除pc之外，復(fù)位操作還對其他一些寄存器有影響。復(fù)位時，sp=07h,而4個i/o口p0p3的引腳均為高電平。在某些控制應(yīng)用中，要注意考慮p0p3引腳的高電平對接在這些引腳上的外部電路的影響。另外，在復(fù)位有效期間，單片機的ale引腳和/psen引腳均為高電平，且內(nèi)部ram的狀態(tài)不受復(fù)位影響。at89c51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路實現(xiàn)的。89c51片內(nèi)復(fù)位電路的結(jié)構(gòu)見圖4-3。復(fù)位電路rst引腳片內(nèi)復(fù)位電 阻施密特觸發(fā)器圖4-3 復(fù)位電路結(jié)構(gòu)單片機的復(fù)位引腳rst通過一個施密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器的作用是用來抑制噪聲。復(fù)位電路在每個機器周期的s5p2采集一次施密特觸發(fā)器的輸出電平，然后得到的信號是內(nèi)部復(fù)位操作所需要的。復(fù)位電路的復(fù)位方式有上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。另外，按鈕復(fù)位有電平和脈沖兩種復(fù)位方式。本設(shè)計采用按鍵電平復(fù)位。電平復(fù)位是通過rst端口經(jīng)電阻與電源vcc接通來實現(xiàn)的，按鍵電平復(fù)位電路見圖4-4。圖 4-4 按鍵電平復(fù)位電路4.4 時鐘電路時鐘電路是用于產(chǎn)生單片機工作時所必需的時鐘控制信號的電路。時鐘電路一般由晶體振蕩器、晶振控制芯片和電容組成。在時鐘信號控制下，at89c51單片機的內(nèi)部電路嚴(yán)格地按時序執(zhí)行指令進行工作,而指令執(zhí)行中各個信號在時間上的關(guān)系就是由時序所體現(xiàn)的。在執(zhí)行指令時，在程序存儲器中cpu首先取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后進行譯碼，并由時序電路產(chǎn)生一系列控制信號完成指令所給定的操作。at89c51單片機各功能部件的運行都以時鐘控制信號為基準(zhǔn)，有序的進行地工作。因此，時鐘頻率能夠?qū)纹瑱C的速度造成很重要的影響，時鐘電路的質(zhì)量也會直接影響到單片機系統(tǒng)的運行時的穩(wěn)定性。一般來說，鐘電路設(shè)計分兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種是外部時鐘方式。本設(shè)計使用內(nèi)部時鐘方式如圖4-5：圖4-5 內(nèi)部時鐘電路89c51內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，它的輸入端為芯片引腳xtal1，輸出端為引腳xtal2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中電容c1、c2的大小會對振蕩器頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性有所影響。晶體振蕩頻率的范圍一般在1.212mhz。晶體的頻率越高，系統(tǒng)的時鐘頻率越高，單片機的運行速度也就越快。但反過來，運行速度快對存儲器的速度要求就高，對印制電路板的工藝要求也高，即要求線間的寄生電容要小。4.5 鍵盤輸入部分由于本設(shè)計所用到的按鍵具有多種功能，數(shù)量較多，不適合用獨立按鍵式鍵盤，采用的是矩陣式按鍵鍵盤。矩陣式鍵盤也成行列式鍵盤，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上。本設(shè)計中使用的這個4*4鍵盤可以構(gòu)成一個16個按鍵的鍵盤。它不但能完成密碼的輸入，還能作特別功能鍵使用，例如清空顯示功能，更改密碼等。鍵盤的每個按鍵功能在程序設(shè)計中設(shè)計。鍵盤及與單片機引腳接法如圖4-6所示：圖4-6 鍵盤輸入原理4.6 密碼存儲部分 用eerom芯片at24c02存儲密碼。eeprom使用電信號編程，同時是用電信號擦除的rom芯片。對eeprom的讀寫操作與ram存儲器的操作幾乎沒有什么差別，不過寫入的速度慢一些，但斷電后仍能保存信息。at24c02存儲容量為2kb，操作時有兩種不同的尋址方式：芯片尋址和片內(nèi)子地址尋址。芯片尋址方式：at24c02的芯片地址為1010，地址控制字格式1010a2a1a0r/w。其中a2，a1，a0為可編程地址選擇位。a2，a1，a0的引腳接高、低電平后得到確定的三位編碼，與1010形成7位編碼，即為該器件的地址碼。r/w為該芯片讀寫控制位，該位為0，表示芯片進行寫操作。片內(nèi)子地址尋址方式：芯片尋址可對內(nèi)部256b中任一個進行讀/寫操作，其尋址范圍為00ff，一共256個尋址單位。其接線如圖4-7所示：圖4-7 密碼存儲電路原理4.7 顯示部分為了使密碼鎖的密碼顯示效果更加人性化，便于操作，本設(shè)計的顯示部分由液晶顯屏lcd1602取代普通的八段數(shù)碼管來完成。系統(tǒng)開機后，顯示器一直處于初始狀態(tài)，等待密碼的輸入。當(dāng)對密碼鎖進行開鎖操作時，按下鍵盤上的數(shù)字鍵“0”“9”來進行密碼的輸入。每按下一個數(shù)字鍵后，會在顯示器上顯示一個“*”字符，這是為了保護密碼，輸入多少位就會顯示多少個“*”。當(dāng)密碼輸入完成以后，接著按下確認(rèn)鍵。如果輸入的密碼正確，lcd會顯示“true”，否則，lcd顯示屏?xí)@示“error”來表示密碼輸入有誤。此時，p2.0口輸出的是低電平，電子密碼鎖不能被打開。通過lcd顯示屏，可以清楚的判斷出鎖所處的狀態(tài) 。其顯示部分引腳接口如圖4-8所示：圖4-8 顯示電路原理4.8 報警部分報警部分由喇叭電路組成，當(dāng)有鍵按下時，每按一下，喇叭響一次，當(dāng)密碼輸入錯誤時，單片機的p2.1引腳為低電平，喇叭發(fā)出噪鳴聲報警。如圖4-9所示：圖4-9 報警電路原理第5章 軟件的設(shè)計與實現(xiàn)軟件是整個控制系統(tǒng)的核心部分，它具有很強的靈活性，可以根據(jù)不同的系統(tǒng)需求進行更改。在硬件結(jié)構(gòu)一定的情況下，通過改變編程就能實現(xiàn)不同的功能。智能密碼鎖所具有的功能主要由軟件來完成。5.1 軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計系統(tǒng)上電后會首先完成系統(tǒng)的初始化工作，然后根據(jù)事先設(shè)定好的進行執(zhí)行程序。在本系統(tǒng)中，軟件結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計方法，主要包括密碼鎖主程序、初始化程序、鍵功能程序、鍵盤掃描程序、密碼比較模塊、密碼修改模塊、掉電存儲模塊、lcd顯示程序、密碼對開鎖、密碼錯誤報警等。5.2 主程序流程圖主程序?qū)δK進行初始化，而后調(diào)用密碼輸入子程序、密碼比較子程序、判斷密碼是否輸入正確。具體流程：插上電源后，系統(tǒng)自動調(diào)入初始密碼，然后進行鍵盤檢測。若發(fā)現(xiàn)有按鍵按下，將輸入的密碼與初始密碼進行比較。（1）如果輸入密碼正確，顯示屏顯示“true”開鎖。開鎖后，可以通過按下取消鍵關(guān)閉開鎖狀態(tài)，進入系統(tǒng)初始化狀態(tài)；或者可以通過再次輸入正確的密碼，按下修改鍵，進入密碼修改程序。（2）如果輸入密碼與初始化密碼不同，檢測它是否與“1”、“3”、“1”、“4”、“2”、“0”相同，若相同，則強制將初始密碼寫入at24c02存儲。（3）如果輸入密碼與以上都不同，則輸入錯誤，顯示“error”，同時蜂鳴器響三秒，報警。如果連續(xù)錯誤輸入三次，蜂鳴器持續(xù)報警，鍵盤進入鎖定狀態(tài)，可以按下復(fù)位鍵進入系統(tǒng)初始化狀態(tài)。主程序流程圖如圖5-1所示：開始錯誤次數(shù)=3次，手動復(fù)位初始化 錯誤次數(shù)2鍵盤掃描 出錯報警 返回初始化,與初始密碼相比相同？n與131420相比相同？開鎖 n yy輸入舊密碼強制密碼初始化 n原密碼相同？ 修改密碼 返回初始化y n出錯報警n圖5-1 系統(tǒng)主程序流程5.3 鍵功能程序流程圖系統(tǒng)初始化后進行鍵盤掃描，若有按鍵按下，判斷按鍵類型。鍵功能流程如圖5-2所示：鍵功能程序 y密碼輸入程序 鍵值=09？ ny 確認(rèn)開鎖程序 鍵值=確認(rèn)？ ny 取消當(dāng)前操作程序 鍵值=取消？ ny修改密碼程序 鍵值=修改？ n進入對應(yīng)流程圖5-2 鍵功能流程圖第六章 結(jié)論本設(shè)計從經(jīng)濟實用的角度出發(fā)，采用美國atmel公司的單片機at89c51與低功耗cmos型eeprom at24c02作為主控芯片與數(shù)據(jù)存儲器單元，結(jié)合外圍的矩陣鍵盤輸入、lcd1602液晶顯示屏顯示、報警等電路并用c語言編寫主控芯片的控制程序，研制了一款可以多次更改密碼同時兼具報警功能的智能密碼鎖。設(shè)計完全可行并且可以達到設(shè)計要求。該電路設(shè)計還具有按鍵有效提示，輸入錯誤提示，控制開鎖電平，控制報警電路，修改密碼等多種功能。本設(shè)計安全性強，靈活性高，價格經(jīng)濟，特別適用于辦公室、私人住所及酒店等場所。智能鎖取代機械鎖是一個必然的趨勢，因為智能鎖有強大的技術(shù)優(yōu)勢與安全保障，我相信，智能密碼鎖會讓更多的人更放心地在更多的場合使用，也會讓我們的未來更加安全。68參考文獻1 張毅剛,彭喜元.單片機原理與應(yīng)用設(shè)計m.北京:電子工業(yè)出版社，2012.2 童詩白,華成英，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)m.北京:高等教育出版社，2000.3 閻石主著.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)m.北京:高等教育出版社，2003.4 張云,周明輝,周海林,等.基于at89s51的多功能電子密碼鎖設(shè)計j.電子設(shè)計工程，2010, 18(6):23-25.5 陳丹萍.基于at89s51單片機的電子密碼鎖設(shè)計j.大眾科技，2010（6）:45-46.6 田曉翠，李林英.基于單片機at89c51電子密碼鎖的設(shè)計j.無線互聯(lián)科技，2013（10）：94.7 余錫存.單片機原理及接口技術(shù)m.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2000.8 李全利.單片機原理及接口技術(shù)m.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004.9 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謝經(jīng)過幾個月的忙碌和工作，畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近完成。由于本人經(jīng)驗的匱乏，在進行設(shè)計時，有許多考慮不完善的地方，如果沒有導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是非常困難的。經(jīng)過這次的畢業(yè)設(shè)計，我在處理方案上得到了許多啟發(fā)，極大的提高了自己的動手能力。四年的大學(xué)生活馬上就要結(jié)束了，在這段難忘的光陰中，我有許多美好的回憶。非常感謝我的大學(xué)，它不僅教會我更多的知識，同時也教會我做人的道理，讓我從一個稚嫩的高中生變成一個成熟的青年。同時，畢業(yè)設(shè)計完成之際，我由衷地感謝陳俊峰老師對我的幫助和指導(dǎo)，感謝寢室的兄弟們，在我遇到各種各樣復(fù)雜問題的時候，給予我鼓勵和幫助，使我的分析問題和解決問題能力有了很大的提高。同時，感謝通信工程學(xué)院的所有老師在四年里對我的悉心教導(dǎo)，是你們的付出，讓我自己有了更高的提升。最后，感謝在大學(xué)期間認(rèn)識我和我認(rèn)識的所有人，有你們的伴隨，才有我大學(xué)生活的豐富多彩。謝謝！附 錄附件1：英文原文及中文翻譯英文原文the design of infrared remote control electronic code locktianxing meng, lanlan yuschool of electric and electronic engineeringshandong university of technologyschool of electric and electronic engineering, shandong university of technology, 255049zibo, cabstract: the lock used a microcontroller as the core of the control. it was consist of two major components: the infrared remote control launching system and the infrared remote control receiver system, including a microcomputer control and display, many other m