智能電子密碼鎖設(shè)計(jì)

1、天 津 大 學(xué) 網(wǎng) 絡(luò) 教 育 學(xué) 院專(zhuān)科畢業(yè)論文題目：智能電子密碼鎖設(shè)計(jì) 完成期限：2016年1月8日 至 2016年4月20日學(xué)習(xí)中心：嘉興專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：電氣自動(dòng)化技術(shù)學(xué)生姓名：姚建林學(xué)生學(xué)號(hào)：7指導(dǎo)教師：劉伯穎智能電子密碼鎖設(shè)計(jì) 1 引言隨著人們生活水平的提高和安全意識(shí)的加強(qiáng)，對(duì)安全的要求也就越來(lái)越高。鎖自古以來(lái)就是把守護(hù)門(mén)的鐵將軍，人們對(duì)它要求甚高，既要安全可靠的防盜，又使用方便，這也是制鎖者長(zhǎng)期以來(lái)研制的主題。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各類(lèi)電子產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，電子密碼鎖就是其中之一。據(jù)有關(guān)資料介紹，電子密碼鎖的研究從20世紀(jì)30年代就開(kāi)始了，在一些特殊場(chǎng)所早就有所應(yīng)用。這種鎖是通過(guò)鍵盤(pán)輸入一組密

2、碼完成開(kāi)鎖過(guò)程。研究這種鎖的初衷，就是為提高鎖的安全性。電子鎖的密鑰量（密碼量）極大，可以與機(jī)械鎖配合使用，并且可以避免因鑰匙被仿制而留下安全隱患。電子鎖只需記住一組密碼，無(wú)需攜帶金屬鑰匙，免除了人們攜帶金屬鑰匙的煩惱，因而被越來(lái)越多的人所欣賞。電子鎖的種類(lèi)繁多，例如數(shù)碼鎖，指紋鎖，磁卡鎖，IC卡鎖，生物鎖等，但較實(shí)用的還是按鍵式電子密碼鎖。20世紀(jì)80年代后，隨著電子鎖專(zhuān)用集成電路的出現(xiàn)，電子鎖的體積縮小，可靠性提高，成本較高，是適合使用在安全性要求較高的場(chǎng)合，且需要有電源提供能量，使用還局限在一定范圍，難以普及，所以對(duì)它的研究一直沒(méi)有明顯進(jìn)展。目前，在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，密碼鎖技術(shù)相對(duì)先進(jìn)，種類(lèi)

3、齊全，電子密碼鎖已被廣泛應(yīng)用于智能門(mén)禁系統(tǒng)中，通過(guò)多種更加安全、可靠的技術(shù)實(shí)現(xiàn)大門(mén)的管理。在我國(guó)密碼鎖整體水平尚處于國(guó)際上70年代左右，電子密碼鎖的成本還很高，市場(chǎng)上仍以按鍵電子鎖為主，按鍵式和卡片鑰匙式電子鎖已引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)水平，現(xiàn)國(guó)內(nèi)有幾個(gè)廠(chǎng)生產(chǎn)供應(yīng)市場(chǎng)。但國(guó)內(nèi)自行研制開(kāi)發(fā)的電子鎖，其市場(chǎng)結(jié)構(gòu)尚未形成，應(yīng)用還不廣泛。國(guó)內(nèi)的不少企業(yè)也引進(jìn)了世界上先進(jìn)的技術(shù)，發(fā)展前景非?？捎^。希望通過(guò)不斷的努力，使電子密碼鎖在我國(guó)也能得到廣泛應(yīng)用。2 系統(tǒng)方案論證2.1 主控部分的選擇方案一：采用數(shù)字電路控制用以74LS112雙JK觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，將密碼保存在JK觸發(fā)器中，與輸入密

4、碼通過(guò)比較器比較，判斷結(jié)果是否相符合。采用數(shù)字電路設(shè)計(jì)的方案好處就是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但控制的準(zhǔn)確性和靈活性差，故不采用。方案二：采用以單片機(jī)為核心的控制方案選用單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。單片機(jī)具有資源豐富、速度快、編程容易等優(yōu)點(diǎn)。利用單片機(jī)內(nèi)部的隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）及其引腳資源，外接數(shù)碼管顯示（LED），鍵盤(pán)輸入等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理傳輸和顯示功能，基本上能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)指標(biāo)，因此綜合考慮，本系統(tǒng)采用方案二。2.2 密碼輸入方式的選擇方案一：指紋輸入識(shí)別指紋識(shí)別技術(shù)主要涉及四個(gè)功能：讀取指紋圖像、提取特征、保存數(shù)據(jù)和比對(duì)。通過(guò)指紋讀取設(shè)備讀取到人體指紋的圖像，然后要對(duì)

5、原始圖像進(jìn)行初步的處理，使之更清晰再通過(guò)指紋辨識(shí)軟件建立指紋的特征數(shù)據(jù)。軟件從指紋上找到被稱(chēng)為“節(jié)點(diǎn)”（minutiae）的數(shù)據(jù)點(diǎn)，即指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標(biāo)位置，這些點(diǎn)同時(shí)具有七種以上的唯一性特征。通常手指上平均具有70個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以這種方法會(huì)產(chǎn)生大約490個(gè)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)，通常稱(chēng)為模板。通過(guò)計(jì)算機(jī)模糊比較的方法，把兩個(gè)指紋的模板進(jìn)行比較，計(jì)算出它們的相似程度，最終得到兩個(gè)指紋的匹配結(jié)果，從而判斷輸入結(jié)果的正確與否?？紤]到本方案軟硬件太過(guò)復(fù)雜，而且成本也高，故不采用。方案二：矩陣鍵盤(pán)輸入識(shí)別由各按鍵組成的矩陣鍵盤(pán)每條行線(xiàn)和列線(xiàn)都對(duì)應(yīng)一條I/O口線(xiàn)，鍵位設(shè)在行線(xiàn)和列線(xiàn)的交叉點(diǎn)，當(dāng)一個(gè)鍵

6、按下就會(huì)有某一條行線(xiàn)與某一條列線(xiàn)接觸，只要確定接觸的是哪兩條線(xiàn)，即哪兩個(gè)I/O口線(xiàn)，就可以確定哪一個(gè)鍵被觸動(dòng)。行線(xiàn)設(shè)計(jì)成上拉口線(xiàn)，初始時(shí)被置高電位，列線(xiàn)懸空，初始置低。通過(guò)不斷讀行線(xiàn)口線(xiàn)，或者中斷方式觸發(fā)鍵位掃描。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有鍵按下，將列線(xiàn)逐一置低，其他列線(xiàn)置高，讀行線(xiàn)口線(xiàn)。當(dāng)某條列線(xiàn)置低時(shí)，某條行線(xiàn)也被拉低，則確定這兩條線(xiàn)的交點(diǎn)處的按鈕被按下。每個(gè)按鍵都可通過(guò)程序賦予功能，從而完成密碼識(shí)別。本方案簡(jiǎn)單易行，故采用。3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和主要芯片介紹3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)、矩陣鍵盤(pán)、數(shù)碼管顯示以及開(kāi)鎖報(bào)警等部分組成。其中矩陣鍵盤(pán)用于輸入數(shù)字密碼和進(jìn)行各種功能的實(shí)現(xiàn)，由用戶(hù)通過(guò)連接單片機(jī)

7、的矩陣鍵盤(pán)輸入所設(shè)定的密碼，驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示輸入的數(shù)字，后經(jīng)過(guò)單片機(jī)對(duì)用戶(hù)輸入的密碼與自己保存的密碼進(jìn)行對(duì)比，從而判斷密碼是否正確，然后控制引腳的高低電平傳到開(kāi)鎖電路或者報(bào)警電路控制開(kāi)鎖（黃燈亮）還是報(bào)警（紅燈亮）。系統(tǒng)整體框圖如圖3-1AT89S52晶振電路鍵盤(pán)輸入模塊復(fù)位電路密碼存儲(chǔ)模塊驅(qū)動(dòng)模塊開(kāi)鎖報(bào)警模塊顯示模塊所示。圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖各模塊具體功能如下：1鍵盤(pán)輸入模塊：分為密碼輸入的數(shù)字按鍵與幾個(gè)功能按鍵，用于完成密碼的輸入功能。2復(fù)位電路：完成系統(tǒng)的復(fù)位。3密碼存儲(chǔ)模塊：用于完成掉電存儲(chǔ)功能，使密碼斷電后仍能保存。4驅(qū)動(dòng)電路：用于驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管對(duì)鍵盤(pán)所輸入的數(shù)字進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。5

8、顯示模塊：用于完成對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的顯示及操作提示功能。6報(bào)警電路：應(yīng)用發(fā)光二極管模擬報(bào)警，用于完成密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)候的指示。7開(kāi)鎖電路：應(yīng)用發(fā)光二極管模擬開(kāi)鎖，完成開(kāi)鎖及開(kāi)鎖提示。3.2 主要芯片介紹3.2.1 主控芯片AT89S52AT89S52單片機(jī)是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8KBytesISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT

9、89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性?xún)r(jià)比的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。AT89S52的管腳分布如圖3-2。 圖3-2 AT89S52芯片管腳其各引腳功能如下：（2

10、9引腳）：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。/VPP（31引腳）：外部訪(fǎng)問(wèn)允許，欲使CPU僅訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL

11、1（19引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2（18引腳）：振蕩器反相放大器的輸出端。ALE/PROG（30引腳）：當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。RST（9腳）：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，使得單片機(jī)復(fù)位。P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流

12、。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P1.0 T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 P1.1 T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） P1.5 MOSI（在系統(tǒng)編程用）下載線(xiàn)P1.6 MISO（在系統(tǒng)編程用）下載線(xiàn)P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用）下載線(xiàn)P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I

13、/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，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(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P3口作為AT89S52的一些特殊功能管腳備選功能：P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 （外部中斷0）P3.3 （外部中斷1）P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1（記

14、時(shí)器1外部輸入）P3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）AT89S52主要特性如表1所示。表1 AT89S52主要特性兼容MCS-51指令系統(tǒng)8k可反復(fù)擦寫(xiě)(1000次）ISP Flash ROM32個(gè)雙向I/O口4.5-5.5V工作電壓3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率0-33MHz全雙工UART串行中斷口線(xiàn)256x8bit內(nèi)部RAM2個(gè)外部中斷源低功耗空閑和省電模式中斷喚醒省電模式3級(jí)加密位看門(mén)狗（WDT）電路軟件設(shè)置空閑和省電功能靈活的ISP字節(jié)和分頁(yè)編程雙數(shù)據(jù)寄存器指針3.2.2 存儲(chǔ)芯片AT24C1024AT24C1024是美國(guó)Atmel公司的低功耗CM

15、OS型EPROM，內(nèi)含2568位存儲(chǔ)空間，具有工作電壓寬(2.55.5V)、擦寫(xiě)次數(shù)多(大于10000次)、寫(xiě)入速度快(小于10ms)、抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)不易丟失、體積小等特點(diǎn)。而且他是采用了IC總線(xiàn)式進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的串行器件，占用很少的資源和I/O線(xiàn)，并且支持在線(xiàn)編程，進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的存取十分方便。AT24C1024中帶有的片內(nèi)地址寄存器。每寫(xiě)入或讀出一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動(dòng)加1，以實(shí)現(xiàn)對(duì)下一個(gè)存儲(chǔ)單元的讀寫(xiě)。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫(xiě)入時(shí)間，一次操作可寫(xiě)入多達(dá)8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。IC總線(xiàn)是一種用于IC器件之間連接的二線(xiàn)制總線(xiàn)。它通過(guò)SDA(串行數(shù)據(jù)線(xiàn))及SCL(串行時(shí)鐘線(xiàn))

16、兩根線(xiàn)在連到總線(xiàn)上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識(shí)別每個(gè)器件。AT24C1024正是運(yùn)用了IC規(guī)程，使用主/從機(jī)雙向通信，主機(jī)(通常為單片機(jī))和從機(jī)(AT24C1024)均可工作于接收器和發(fā)送器狀態(tài)。主機(jī)產(chǎn)生串行時(shí)鐘信號(hào)(通過(guò)SCL引腳)并發(fā)出控制字，控制總線(xiàn)的傳送方向，并產(chǎn)生開(kāi)始和停止的條件。無(wú)論是主機(jī)還是從機(jī)，接收到一個(gè)字節(jié)后必須發(fā)出一個(gè)確認(rèn)信號(hào)ACK（確認(rèn)應(yīng)答）。AT24C1024的控制字由8位二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成，在開(kāi)始信號(hào)發(fā)出以后，主機(jī)便會(huì)發(fā)出控制字，以選擇從機(jī)并控制總線(xiàn)傳送的方向。具體管腳描述如下：SCL為串行時(shí)鐘(Serial Clock Input)：串行時(shí)鐘輸入管腳用于產(chǎn)生器件所有數(shù)

17、據(jù)發(fā)送或接收的時(shí)鐘這是一個(gè)輸入管腳。串行時(shí)鐘上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)輸入芯片(寫(xiě)入)；串行時(shí)鐘下降沿時(shí)，數(shù)據(jù)從芯片輸出(讀出)。SDA為串行數(shù)據(jù)/地址(Serial DAta)：雙向串行數(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，該端為漏極開(kāi)路驅(qū)動(dòng)，可與任意數(shù)量的其他漏極開(kāi)路或集電極開(kāi)路器件“線(xiàn)或”。A1為器件/頁(yè)面地址輸入端(DevicPage Addresses)：當(dāng)使用24C1024時(shí)最大可級(jí)聯(lián)8個(gè)器件，如果只有一個(gè)24C1024被總線(xiàn)尋址，地址輸入腳A1可懸空或連接到Vss。WP為寫(xiě)保護(hù)：如果WP管腳連接到Vcc所有的內(nèi)容都被寫(xiě)保護(hù)只能讀當(dāng)WP，管腳連接到Vss或懸空，允許器件進(jìn)行正常的讀

18、/寫(xiě)操作。管腳圖如圖3-3所示。圖3-3 AT24C1024芯片管腳3.2.3 驅(qū)動(dòng)芯片74LS13874LS138用于高性能的存貯譯碼或要求傳輸延遲時(shí)間短的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，在高性能存貯器系統(tǒng)中，用這種譯碼器可以提高譯碼系統(tǒng)的效率。將快速賦能電路用于高速存貯器時(shí)，譯碼器的延遲時(shí)間和存貯器的賦能時(shí)間通常小于存貯器的典型存取時(shí)間，這就是說(shuō)由肖特基鉗位的系統(tǒng)譯碼器所引起的有效系統(tǒng)延遲可以忽略不計(jì)。74LS138基本功能：74LS138為3線(xiàn)8線(xiàn)譯碼器，共有54/74S138和54/74LS138兩種線(xiàn)路結(jié)構(gòu)型式，其工作原理如下：當(dāng)一個(gè)選通端（E1）為高電平，另兩個(gè)選通端（/(E2)和/(E3)）為低電

19、平時(shí)，可將地址端（A、B、C）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。74LS138的作用：利用E1、/(E2)和/(E3)可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成24線(xiàn)譯碼器；若外接一個(gè)反相器還可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成32線(xiàn)譯碼器。若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器以及與非門(mén)組成的3線(xiàn)-8線(xiàn)譯碼器74LS138等。其引腳功能如下：A、B、C譯碼地址輸入端E1選通端/(E2)和/(E3)選通端（低電平有效）Y0Y7譯碼輸出端（低電平有效）其功能表如表2所示。表2 3線(xiàn)-8線(xiàn)譯碼器74LS138的功能表74LS138的八個(gè)輸出管腳，任何時(shí)刻要么全為高電平1芯片處于不工作狀態(tài)，要么只有一個(gè)為低電平0，

20、其余7個(gè)輸出管腳全為高電平1。如果出現(xiàn)兩個(gè)輸出管腳在同一個(gè)時(shí)間為0的情況，說(shuō)明該芯片已經(jīng)損壞。74LS138有三個(gè)附加的控制端，當(dāng)輸出為高電平（S1），譯碼器處于工作狀態(tài)。否則，譯碼器被禁止，所有的輸出端被封鎖在高電平，如功能表所示。這三個(gè)控制端也叫做“片選”輸入端，利用片選的作用可以將多篇連接起來(lái)以擴(kuò)展譯碼器的功能。帶控制輸入端的譯碼器又是一個(gè)完整的數(shù)據(jù)分配器。在電路中如果把作為“數(shù)據(jù)”輸入端（同時(shí)），而將作為“地址”輸入端，那么從送來(lái)的數(shù)據(jù)只能通過(guò)所指定的一根輸出線(xiàn)送出去。圖3-4是74LS138譯碼器芯片引腳圖，圖中小圓圈表示低電平有效。圖3-4 74LS138芯片管腳4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本

21、系統(tǒng)外圍電路包括鍵盤(pán)輸入部分、密碼存儲(chǔ)部分、復(fù)位部分、晶振部分、顯示部分、驅(qū)動(dòng)部分，開(kāi)鎖以及報(bào)警等部分組成。根據(jù)實(shí)際情況鍵盤(pán)輸入部分選擇44矩陣鍵盤(pán)，顯示部分選擇字符型8位七段數(shù)碼管顯示，密碼存儲(chǔ)部分選用芯片AT24C1024，驅(qū)動(dòng)部分選用74LS138芯片來(lái)完成，報(bào)警及開(kāi)鎖部分由LED燈模擬來(lái)控制。4.1 鍵盤(pán)輸入模塊由于本設(shè)計(jì)所用到的按鍵數(shù)量較多而不適合用獨(dú)立按鍵式鍵盤(pán)。采用的是矩陣式按鍵鍵盤(pán)，它由行和列組成，也稱(chēng)行列式鍵盤(pán)，按鍵位于行列的交叉點(diǎn)上，密碼鎖的密碼由鍵盤(pán)輸入完成，與獨(dú)立式按鍵鍵盤(pán)相比，能減少鍵盤(pán)與單片機(jī)連接時(shí)所占用的I/O線(xiàn)的數(shù)目。本設(shè)計(jì)中使用的這個(gè)44鍵盤(pán)不但能完成密碼的輸

22、入還能作特別功能鍵使用。其行線(xiàn)和單片機(jī)P1.0P1.3相連，列線(xiàn)與單片機(jī)P1.4P1.7相連，共有16個(gè)按鍵。本設(shè)計(jì)用到了其中的12個(gè)，如圖4-1所示，包括09十個(gè)數(shù)字鍵，確認(rèn)和清除兩個(gè)控制鍵（作為密碼輸入時(shí)的確定和清除鍵），本設(shè)計(jì)中的鍵盤(pán)掃描采用行掃描法，即依次置行線(xiàn)中的每一行為低電平，其余均為高電平，掃描列線(xiàn)電平狀態(tài)，為低電平即表示該鍵按下。圖4-1 鍵盤(pán)輸入模塊具體的按鍵功能設(shè)置如下按鍵鍵名功能說(shuō)明0-9鍵數(shù)字鍵輸入密碼清除鍵功能鍵清除數(shù)字確認(rèn)鍵功能鍵確認(rèn)密碼的輸入+ 鍵功能鍵使顯示器清零4.2 密碼存儲(chǔ)模塊密碼存儲(chǔ)采用AT24C1024傳輸方式I2C總線(xiàn)式，占用的單片機(jī)端口少，它能掉電

23、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。掉電存儲(chǔ)單元的作用是在系統(tǒng)電源斷開(kāi)的時(shí)候，存儲(chǔ)當(dāng)前設(shè)定的密碼數(shù)據(jù)。密碼讀寫(xiě)存儲(chǔ)模塊當(dāng)比較密碼的時(shí)候，需要將存儲(chǔ)在AT24C1024的數(shù)據(jù)讀到RAM中，然后和輸入的密碼相比較。圖4-2所示AT24C1024的2腳是地址線(xiàn)，用于確定芯片的硬件地址。在AT89S52試驗(yàn)開(kāi)發(fā)板上接地，第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過(guò)這條雙向IC總線(xiàn)串行傳送，在AT89S52試驗(yàn)開(kāi)發(fā)板上和單片機(jī)的P2.6連接。第6腳SCL為串行時(shí)鐘輸入線(xiàn)，在AT89S52試驗(yàn)開(kāi)發(fā)板上和單片機(jī)的P2.5連接。SDA和SCL都需要和正電源間各接一個(gè)5.1K的電阻上拉。第7腳接地。AT24C1024中帶有片內(nèi)地址寄存器。

24、每寫(xiě)入或讀出一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動(dòng)加1，以實(shí)現(xiàn)對(duì)下一個(gè)存儲(chǔ)單元的讀寫(xiě)。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫(xiě)入時(shí)間，一次操作可寫(xiě)入多達(dá)8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。圖4-2 密碼存儲(chǔ)電路4.3 復(fù)位和晶振模塊單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。該電路在最簡(jiǎn)單的復(fù)位電路下增加了手動(dòng)復(fù)位按鍵，在接通電源瞬間，電容C1上的電壓很小，復(fù)位下拉電阻上的電壓接近電源電壓，即RST為高電平，在電容充電的過(guò)程中RST端電壓逐漸下降，當(dāng)RST端的電壓小于某一數(shù)值后，CPU脫離復(fù)位狀態(tài)，由于電容C1足夠大，可以保證RST高電平有效時(shí)間大于24個(gè)振蕩周期，CPU

25、能夠可靠復(fù)位。增加手動(dòng)復(fù)位按鍵是為了避免死機(jī)時(shí)無(wú)法可靠復(fù)位。當(dāng)復(fù)位按鍵按下后電容C3通過(guò)R10放電。R10的作用在于限制按鍵按下瞬間電容C3的放電電流，避免產(chǎn)生火花，以保護(hù)按鍵觸電。AT89S52引腳XTAL1和XTAL2與晶體振蕩器及電容C1、C2按圖4-3所示方式連接。晶振、電容C1/C2及片內(nèi)與非門(mén)（作為反饋、放大元件）構(gòu)成了電容三點(diǎn)式振蕩器，振蕩信號(hào)頻率與晶振頻率及電容C1、C2的容量有關(guān)，但主要由晶振頻率決定，范圍在033MHz之間，電容C1、C2取值范圍在530pF之間。根據(jù)實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)中采用12MHZ作為系統(tǒng)的外部晶振。電容取值為10pF。復(fù)位和晶振電路圖如圖4-3所示。圖4

26、-3 復(fù)位和晶振電路4.4 顯示模塊顯示部分由一組八個(gè)LED數(shù)碼管來(lái)完成。當(dāng)單片機(jī)上電后，從左到右第八位數(shù)碼管會(huì)閃亮，說(shuō)明顯示屏已經(jīng)接通電源正等待密碼的輸入。開(kāi)鎖時(shí)，利用鍵盤(pán)上的數(shù)字鍵09輸入密碼，每按下一個(gè)數(shù)字鍵后在顯示器上顯示一個(gè)數(shù)字，輸入多少位就顯示多少個(gè)數(shù)字。當(dāng)密碼輸入完成時(shí)，按下確認(rèn)鍵，如果輸入的密碼正確的話(huà)，LED顯示屏第八位數(shù)碼管閃亮且不再顯示以后輸入的數(shù)字，單片機(jī)其中P2.0引腳會(huì)輸出高電平，電子密碼鎖被打開(kāi)（黃燈亮）；若輸入密碼錯(cuò)誤，顯示屏無(wú)任何顯示，單片機(jī)其中P2.1引腳會(huì)輸出高電平，電子密碼鎖不能打開(kāi)且報(bào)警（紅燈亮），錯(cuò)誤確認(rèn)密碼不能超過(guò)三次，超過(guò)三次，顯示屏將不再顯示輸

27、入的任何數(shù)字，鍵盤(pán)自動(dòng)鎖定。通過(guò)LED顯示屏，可以清楚地判斷出密碼鎖所處的狀態(tài)。顯示電路如圖4-4所示。圖4-4 顯示電路4.5 開(kāi)鎖和報(bào)警模塊開(kāi)鎖和報(bào)警部分各由一個(gè)LED燈來(lái)完成，當(dāng)單片機(jī)上電后可自動(dòng)識(shí)別密碼。若輸入密碼與設(shè)定的密碼相同時(shí)，即可開(kāi)鎖（黃燈亮）；當(dāng)輸入密碼與設(shè)定的密碼不相同時(shí)，即可報(bào)警（紅燈亮）；該密碼鎖有三次輸入密碼的機(jī)會(huì)：若一次就確認(rèn)密碼輸入正確，則開(kāi)鎖（黃燈亮）且顯示器不再顯示以后任何輸入的數(shù)字；若三次都確認(rèn)輸入錯(cuò)誤密碼，則報(bào)警（紅燈亮）三次且顯示器不再顯示任何輸入的數(shù)字，即鍵盤(pán)自動(dòng)鎖定。單片機(jī)斷電后即可清除原有記錄，上電后可再次輸入密碼進(jìn)行有關(guān)操作。開(kāi)鎖和報(bào)警部分電路如

28、圖4-5所示。圖4-5 開(kāi)鎖和報(bào)警電路5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與硬件電路相關(guān)聯(lián)，本電子密碼鎖系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)模塊：主程序模塊，鍵盤(pán)掃描模塊，密碼讀寫(xiě)存儲(chǔ)模塊，LED顯示模塊，報(bào)警模塊等等。軟件設(shè)計(jì)思路：電子密碼鎖工作的主要過(guò)程是LED數(shù)碼管提示開(kāi)始輸入密碼，通過(guò)鍵盤(pán)輸入密碼，同時(shí)LED顯示密碼輸入情況，按下確認(rèn)鍵后判斷密碼的正確性，作出開(kāi)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)，鎖定鍵盤(pán)10s。A. 主程序模塊在主程序模塊中要完成系統(tǒng)初始化，檢測(cè)按鍵，調(diào)用存儲(chǔ)模塊以及調(diào)用顯示模塊等功能。B. 鍵盤(pán)掃描子程序模塊該模塊在主程序中調(diào)用，具備判斷鍵盤(pán)上有無(wú)鍵按下、逐列掃描鍵盤(pán)以確定被

29、按鍵的位置即行列號(hào)、形成鍵值并將鍵值存入指定的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)等功能。鍵盤(pán)掃描子程序中采用行掃描法，掃描方式為查詢(xún)方式，當(dāng)鍵盤(pán)無(wú)鍵按下時(shí)，程序一直在該模塊中循環(huán)，當(dāng)有鍵按下時(shí)，程序立即計(jì)算鍵值并在LED顯示相應(yīng)的值。C. 密碼讀寫(xiě)存儲(chǔ)模塊當(dāng)比較密碼的時(shí)候，需要將存儲(chǔ)在AT24C1024芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)讀到RAM中，然后和輸入的密碼相比較。D. 顯示子程序模塊實(shí)現(xiàn)顯示子程序的關(guān)鍵是編寫(xiě)LED的串口驅(qū)動(dòng)程序。在想要顯示數(shù)值的時(shí)候，只要在程序中寫(xiě)好要顯示的數(shù)字，然后直接調(diào)用LED的串口驅(qū)動(dòng)程序就可以實(shí)現(xiàn)在數(shù)碼管上顯示的數(shù)字。有多位需要同時(shí)顯示時(shí)，可以采用動(dòng)態(tài)刷新的方法，就可以得到穩(wěn)定的輸出。5.1 系統(tǒng)總程序

30、流程圖初始化開(kāi)始調(diào)用顯示全部輸完？比較密碼？開(kāi)門(mén)YNNY密碼輸入識(shí)別按鍵確定輸入輸入密碼結(jié)束返回調(diào)用顯示存入緩沖調(diào)用24c1024手動(dòng)清除重新輸入NNYY比較密碼主程序主要完成初始化，有無(wú)按鍵按下以及調(diào)用顯示等等。主程序的流程圖如圖5-1所示。圖5-1 主程序流程圖5.2 密碼比較及開(kāi)鎖流程圖開(kāi)始比較第一位八位比較完比較下一位清零清屏顯示報(bào)警記錄錯(cuò)誤次數(shù)三次鎖定鍵盤(pán)返回NNNYYY正確開(kāi)鎖圖5-2 密碼比較及開(kāi)鎖流程圖6 軟件調(diào)試及性能分析6.1 軟件介紹6.1.1 KeilC51簡(jiǎn)介隨著單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語(yǔ)言到逐漸使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)軟件也在不斷發(fā)展。Keil

31、是目前最流行的51單片機(jī)開(kāi)發(fā)軟件，它提供了一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境uVision，它包括C編譯器，宏匯編，連接器，庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器。這樣在開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件的過(guò)程中，編輯、編譯、匯編、連接、調(diào)試等各階段都集成在一個(gè)環(huán)境中，先用編輯其編寫(xiě)程序，接著調(diào)用編譯器進(jìn)行編譯，連接后即可直接運(yùn)行，可以縮短開(kāi)發(fā)周期。6.1.2 Proteus介紹Proteus軟件是一塊功能強(qiáng)大的電路設(shè)計(jì)分析軟件。它組合了高級(jí)原理布圖、混合模式SPICE仿真,PCB設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它和KeilC51結(jié)合起來(lái)就可以實(shí)現(xiàn)軟硬件的聯(lián)調(diào)仿真。ISIS是Proteus系統(tǒng)的中心，它遠(yuǎn)不僅是一個(gè)表庫(kù)。Pr

32、oteus的ISIS是一款Lab-center出品的電路分析實(shí)物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC，并支持單片機(jī)。元件庫(kù)齊全，使用方便，是不可多得的專(zhuān)業(yè)單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)，它具有控制原理圖設(shè)計(jì)外觀的超強(qiáng)制作環(huán)境。無(wú)論用戶(hù)的要求是快速實(shí)現(xiàn)復(fù)雜設(shè)計(jì)的仿真以及PCB設(shè)計(jì)，還是設(shè)計(jì)精美的原理圖以供出版，ISIS是您的最好工具。6.2 軟件調(diào)試通過(guò)編寫(xiě)出系統(tǒng)的主程序、密碼比較判斷程序、顯示程序的測(cè)試，結(jié)合外圍電路及輸出驅(qū)動(dòng)控制等器件來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)是否能夠正常工作。通過(guò)Keil uVision2軟件來(lái)編譯調(diào)試程序，看程序中是否有死循環(huán)錯(cuò)誤、機(jī)器碼錯(cuò)誤及轉(zhuǎn)移地址錯(cuò)誤，若程序正確并執(zhí)行跟蹤或單步運(yùn)行，確保了程序的正確

33、性后結(jié)合Proteus仿真軟件的使用來(lái)判斷程序和原理圖的結(jié)合是否能實(shí)現(xiàn)所要求的功能，即能夠順利的實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖及報(bào)警的功能。其調(diào)試的結(jié)果如圖6-1所示；仿真結(jié)果如圖6-2及圖6-3所示。圖6-1 Keil uVision2編譯結(jié)果圖6-2 Proteus仿真結(jié)果（1）圖6-3 Proteus仿真結(jié)果（2）6.3 系統(tǒng)功能簡(jiǎn)述系統(tǒng)設(shè)定初始密碼為，共8位。系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)內(nèi)各部分都處于初始狀態(tài)，LED上閃爍顯示8。用戶(hù)通過(guò)鍵盤(pán)輸入8位密碼，按下“確認(rèn)”鍵后，系統(tǒng)將輸入密碼與設(shè)定密碼進(jìn)行比較。若密碼正確，則發(fā)出開(kāi)鎖信號(hào)，將鎖打開(kāi)（黃燈亮）且LED屏上清除所輸入的密碼顯示數(shù)字8；若密碼不正確，則報(bào)警（紅燈亮

34、）。用戶(hù)可以重新輸入密碼，重新輸入密碼的次數(shù)不能超過(guò)3次，若3次輸入的密碼都不正確，則鍵盤(pán)被鎖定并且系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)（紅燈亮），此次開(kāi)鎖可意為失敗，對(duì)單片機(jī)重新上電，可重新進(jìn)行有關(guān)操作。結(jié) 論在著手本次畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)查閱網(wǎng)絡(luò)與圖書(shū)館搜集到的資料，再加上指導(dǎo)老師指點(diǎn)，結(jié)合生活中對(duì)密碼鎖的功能特性要求，以單片機(jī)AT89S52芯片為控制核心部件,結(jié)合顯示部分、以及輸出控制這三部分的主要驅(qū)動(dòng)，通過(guò)按鍵及LED燈的亮滅控制密碼輸入的正確與否設(shè)計(jì)出了這一套電子密碼鎖系統(tǒng)的主要硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)，基本完成了課題的要求：密碼正確開(kāi)鎖，密碼錯(cuò)誤報(bào)警，密碼輸入錯(cuò)誤超過(guò)三次鍵盤(pán)自動(dòng)鎖定。其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易推廣、維

35、護(hù)方便、從各個(gè)方面體現(xiàn)出它具有較高的實(shí)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)1李智輝，周靈彬，白宇龍.基于51單片機(jī)電子密碼鎖與proteus仿真的設(shè)計(jì)J.電腦知識(shí)與技術(shù)，2009，5（24）2任艷艷.基于AT89C51單片機(jī)多功能密碼鎖的研究J.重慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008.53楊將新，李華軍，劉到駿等.單片機(jī)程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用（從基礎(chǔ)到實(shí)踐）J電子工業(yè)出版社，20064王為青，程國(guó)鋼.單片機(jī)Keil Cx51應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)J.人民郵電出版社，2007.25于勇，戴佳，常江.51單片機(jī)C語(yǔ)言常用模塊與綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講M.北京：電子工業(yè)出版社，2007.46楊居義，楊堯，楊曉琴，王益斌.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)M.北京：

36、清華大學(xué)出版社，2009.97徐愛(ài)均.單片機(jī)原理使用教程基于Proteus虛擬仿真M.電子工業(yè)出版社，20098常敏，王涵，范江波.單片機(jī)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)與實(shí)踐M.北京：電子工業(yè)出版社，2009.39張俊謨.單片機(jī)中級(jí)教程原理與應(yīng)用第二版M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.1010柳兆軍,李同山,王善斌.Proteus軟件在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用J.山東理工大學(xué),2007,9(149).11黃智偉,王彥,朱衛(wèi)華.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程M.北京:電子工業(yè)出版社,2005.112Richard：“Park.Electronic Password-lock Design”DB/OL.P.Ju

37、ne 200613周海鵬.電子密碼鎖設(shè)計(jì)-中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)EB.致 謝在這大學(xué)的最后一頁(yè)里，我要感謝的人很多，首先要感謝我的指導(dǎo)老師李娣娜老師，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，李老師多次詢(xún)問(wèn)研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開(kāi)拓研究思路，心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。李老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，深深地感動(dòng)了我，當(dāng)我遇到難題無(wú)從下手時(shí)，李老師總能給予我中肯的意見(jiàn)，我從心底里感謝他。還要感謝的是我們各課任課老師，沒(méi)有你們的諄諄教誨，就沒(méi)有我們學(xué)有所長(zhǎng)的今天。當(dāng)然，還要感謝寢室的姐妹們?cè)谖彝瓿烧撐牡倪^(guò)程中給予我的幫助和鼓勵(lì)，也是她們陪我度過(guò)這四年的生活。最后要感謝的就是我的父母，謝謝你們對(duì)我的支

38、持。所有的都匯聚成一句話(huà)：感謝你們都一直陪伴著我！現(xiàn)在即將揮別我的學(xué)校、老師、同學(xué)，還有我四年的大學(xué)生活，雖然依依不舍，但是對(duì)未來(lái)的路，我充滿(mǎn)了信心。最后，感謝在大學(xué)期間認(rèn)識(shí)我和我認(rèn)識(shí)的所有人，有你們伴隨，才有我大學(xué)生活的豐富多彩，絢麗多姿?。ㄈ墓?0999字）附錄一 原器件清單一覽表序號(hào)元件名稱(chēng)型號(hào)與規(guī)格單位數(shù)量1電阻220個(gè)75.1K個(gè)210K個(gè)12發(fā)光二極管紅、黃個(gè)23晶振12MHz個(gè)14電容30pf個(gè)210pf個(gè)15按鈕開(kāi)關(guān)個(gè)176芯片AT89S52塊1AT24C1024塊174LS138塊17顯示器8位七段數(shù)碼管塊18萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)板塊1附錄二 總系統(tǒng)原理圖附錄三 硬件實(shí)物圖附錄四 程序

39、清單系統(tǒng)總程序：#include #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define KEY P1#define DISP P0#define null1 0sbit LED=P20; /密碼正確點(diǎn)亮sbit LED1=P21; /密碼錯(cuò)誤點(diǎn)亮sbit P14=P14;sbit P15=P15;sbit P16=P16;sbit P17=P17;sbit P22=P22;sbit P23=P23;sbit P24=P24;uchar key;uchar shuzi;uchar statet;

40、uchar input_mima9;uchar mima9=0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F;uchar k;uchar kk;uchar tab13=0x00,0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x39,0x5e;void delay(uint i);void delay_right(void);void delay_wrong(void);void init_main(void);void main(void);void get_key(void);void calc_disp(

41、uchar array9,uchar n);void clear_arry(uchar *p,uchar n);void delay(uin i)while(-i);void init_main(void) /初始化子程序DISP=0;LED=0;LED1=0; k=0; clear_arry(input_mima,9);void main(void)uchar lock=0; init_main(); statet=0; while(1) get_key();while(kk=1)kk=0;if(statet=0) if(key!=0x00 & key!=0x39 & key!=0x5e) input_mimak=key; if(k8) k+; else k=0; if(key=0x5e) if(strcmp(input_mima,mima)=0) statet=1; delay_right(); init_main(); else delay_wrong(); lock+; if(lock0;m-)LED=1;delay(500