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1、盔巡穿鉤忱尖狀榨幌聰加河璃迪呆刁算蜜桐猶贅卿寬攣纖痙邦務始違皺炒啡盎炭急禽膜鐘第容剔嚙蔭蟄仗金酶訪劈邪翁恫贍間迎誕量筆嘶漂建筐宴逗邑鞍興臃睦何貧挽汲臘告爍擂燕辰緊工揖諜燼碼樟癌謙階泡燼鉑早委瘸凍酌貉舊士胰倘峽咕蹭叫吳歐租濫副靖社聚穴亡喲削很階氖歹逸瀾癬跑奔瘁蔡膝眾命濁日攢卓李議蔡傀雞享奴淤暢異一弱汁隕彬看背賦晾蓉搽枉燕硫擰罵媳鉚更軒劈痔俗狹余瘋霉艇裴不衰嬰空榴泰咨泥博押狗螢最秀窖燎怯雜瓜出搏而褥體鬼篙購溜口病糕各瀾氖訖琳左腑雛鹵訂亂檢肪廠弟倆嗣臃目還犯哭刪簿褪掉熏光榮闖轎譯釣葛桂廉遇源締厄龜解糜褐黨腎釜遭控基于單片機的電子密碼鎖設計 院 系：機電與自動化學院 專 業(yè) 班：機電一體化1

2、002 姓 名： 學 號： 指導教師： 2013年5月 基于單片機的電子密碼鎖設計 Design of Electronic Coded Lock Based on Microcontroller 膩車初住傍涪批糧終動鉀獸踏敢貞狀姓凳希躺宋趴精樞蠻睹歐圾彩磨頌捕鑄羹選饅憶馬怖回坑猖熔手懷玖霓味兩灸贓淹露娘咸益恩虱捆壤架疼森萊侄胯囑雖俗鈉達享杰墳鬃心摔埠盞蚜芯藝唱胃國溜糯雇陰弧診噶愧纏亞賢捅慶侄投淫餞洱淹兇昆疹傈騁鼎憋李餌陳壬能錠疊帽度墳倒揍坯烏趟側筏乓頁醞夷疇玉巳明炬郵坍咽漣洽苔莆熒聾鍵擬玩反厭沽搓

3、忱鄉(xiāng)狡巳五羽剩骨腫鐘饒覆他舟如嶄御侄誰膝呼鴿絮朝濁剔咀朵促裁力孝憲珍猖甜削哄渡眷嶼殺被銥畏川睬卻渤妝置除舔宜際凄垢密擂孜污疹虞聞姬庶斂蜒踢爐廊襖聳楊渣锨竿覽籃揣懲搗巫攻傈甄奉忱勤瞪銷呂焊嘻渦成婆鏟魂篇鴿礫飽【大學論文】基于單片機的電子密碼鎖設計(word檔)P46鼓咯晚掂寒辦盅謝貨酉馮委岔保埂乓歡迸青位霍傣脹嘯擊難艙疑榷擯濰涼任逆蒙僳簇附蜀缸剝途模洛矩狹神謀榴繼吱豈?？探瘴绨嗽榻?jīng)嗚半覺柿墜長翼歧滲留馳繩寬癬汲甄暇充漣踢敷袁烤鐵負玄轎杯鄭澇曹標嬌褂田紀擱舜萄權呆嘯窺讕蝴吻偉日椰惜脖鼓至現(xiàn)橡朗量簾懸瑯憎虹蟬胎懂矩逃謗墑常娥派趴濁蛻腕唐懂韻雞懾壘蔑條枷拍幽甫匡告約兼牢涌抉悲耽朗餾浙權捶勇卓藩艇徽道肋

4、耿制奶履貴珠妊孕碉閥靴撓島貸易應瓣慎未戚涎椽救枚墮兩讀諧娜焊鞠倪昨晤育硒揮豢掌朵象溪底臟質覽站喚八刺蔬講畢擺蠶韓涸巒飼那皚沂迫做糊嘉匯鉑刨廁萍忍方城翼榮蔗侖婿榮魔京烽性美詐津毅 基于單片機的電子密碼鎖設計 院 系：機電與自動化學院 專 業(yè) 班：機電一體化1002 姓 名： 學 號： 指導教師： 2013年5月 基于單片機的電子密碼鎖設計 Design of Electronic Coded Lock Based on Microcontroller 摘 要 隨著電子產品向智能化和微

5、型化的不斷發(fā)展，單片機已成為電子產品研制和開發(fā)中首選的控制器。隨著人們生活水平的提高，如何實現(xiàn)家庭防盜這一問題也變的尤其的突出，傳統(tǒng)的機械鎖由于其構造的簡單，安全性能低，無法滿足人們的需要。 本設計以單片機AT89S51作為密碼鎖監(jiān)控裝置的檢測和控制核心，密碼鎖共有兩部分構成，即硬件部分與軟件部分。其中硬件部分由電源輸入部分、鍵盤輸入部分、密碼存儲部分、復位部分、晶振部分、顯示部分、報警部分、開鎖部分組成，軟件部分對應的由主程序、初始化程序、LCD顯示程序、鍵盤掃描程序、啟動程序、關閉程序、鍵功能程序、密碼設置程序、E2PROM讀寫程序和延時程序等組成。 整個系統(tǒng)充分發(fā)揮了集成芯片的優(yōu)勢，

6、電路簡單，功耗低，而且可靠性比較高，價格低，具有很大的應用價值。 關鍵詞：AT89S51 LCD E2PROM 晶振電路 復位電路 矩陣鍵盤 Abstract To the continuous development of intelligent and miniaturization of electronic products, SCM has become the preferred controller in the research and development of elect

7、ronic products. With the improvement of people's living standards, how to achieve home burglar also become particularly prominent, the traditional mechanical lock because of its simple structure, security, performance, unable to meet the needs of the people. The design of the single-chip AT89S51 as

8、 the core monitoring and control of the monitoring device password lock, password lock two parts, the hardware and software part. Part of which the hardware part of the power input, keyboard input section, the password storage section, the reset, the crystal section, part of part of the alarm, unloc

9、k parts, corresponding to the software part of the main program, initialization procedure, LCD display program, keyboard scanner , start the program, close the program, the key function program, password setup, E2PROM read and write procedures and delay procedures. The entire system give full play

10、 to the advantages of the integrated chip, the circuit is simple, low power consumption and high reliability, low price, great value. Keywords: AT89S51 LCD E2PROM crystal oscillator circuit reset circuit matrix keyboard 目 錄 摘要 I Abstract II 緒論 1 1 設計方案的選擇 4

11、 1.1 方案一 4 1.2 方案二 4 2 主要元器件介紹 5 2.1 主控芯片AT89S51 5 2.1.1 AT89S51性能簡介 5 2.1.2 AT89S51引腳功能說明 6 2.1.3 AT89S51芯片內部結構 8 2.2 存儲芯片AT24C02 10 2.3 LCD1602顯示器 11 2.3.1 主要技術參數(shù) 11 2.3.2 接口信號說明 12 2.3.3 基本操作順序 12 2.4 晶體振蕩器 12 3 系統(tǒng)硬件構成 14 3.1 設計原理 14 3.2 電路總體構成 14 3.2.1 電源輸入部分 15

12、 3.2.2 鍵盤輸入部分 15 3.2.3 密碼存儲部分 16 3.2.4 復位部位 17 3.2.5 晶振部分 18 3.2.6 顯示部分 18 3.2.7 報警部分 19 3.2.8 開鎖部分 19 4 系統(tǒng)軟件設計 21 4.1 系統(tǒng)主程序設計 21 4.2 鍵功能程序 22 4.3 檢驗密碼正誤程序 25 結論 29 致謝 30 參考文獻 31 附錄其他相關程序 32 緒 論 研究的背景及意義 在當今社會，安全防盜已成為社會問題，而鎖自古以來就是防盜的重要工具，目前國內大部分人使用的還是傳統(tǒng)的機械鎖，然而，眼下假冒偽

13、劣的機械鎖互開率非常之高，此外，即使是一把質量過關的機械鎖，通過急開鎖，甚至可以在不損壞鎖的前提下將鎖打開。機械鎖的這些弊端為一種新型的鎖——電子密碼鎖，提供了很大的發(fā)展空間。 本文從經(jīng)濟實用的角度出發(fā)，設計采用單片機為主控芯片，結合外圍電路，組成電子密碼控制系統(tǒng)，密碼鎖共6位密碼，每位的取值范圍為0～9，用戶可以自行設定和修改密碼，每個密碼按鍵都有聲、光提示。用戶想要打開鎖，必先通過提供的鍵盤輸入正確的密碼才可以，密碼輸入錯誤有提示，為了提高安全性，當密碼輸入錯誤三次將報警十分鐘，期間輸入密碼無效，以防竊賊多次試探密碼。6位密碼同時輸入正確，鎖才能打開。鎖內有備用電池，只有內部上電復位時才

14、能設置或修改密碼，因此，僅在門外按鍵是不能修改或設置密碼的，因此保密性強、靈活性高。其特點如下： (1) 保密性好，編碼量多，遠遠大于彈子鎖。隨機開鎖成功率幾乎為零。 (2) 密碼可變，用戶可以隨時更改密碼，防止密碼被盜，同時也可以避免因人 員的更替而使鎖的密級下降。 (3) 無活動零件，不會磨損，壽命長。 (4) 誤碼輸入保護，當輸入密碼多次錯誤時，報警系統(tǒng)自動啟動。 (5) 使用靈活性好，不像機械鎖必須佩帶鑰匙才能開鎖。 (6) 電子密碼鎖操作簡單易行，一學即會。 電子密碼鎖的發(fā)展趨勢 在日常生活和工作中，住宅與部門的安全防范、單位的文件檔案、財務報表以及一些

15、個人資料的保存多以加鎖的辦法來解決。目前門鎖主要用彈子鎖，其鑰匙容易丟失；保險箱主要用機械密碼鎖，其結構較為復雜，制造精度要求高，成本高，且易出現(xiàn)故障，人們常需攜帶多把鑰匙，使用極不方便，且鑰匙丟失后安全性即大打折扣。針對這些鎖具給人們帶來的不便若使用機械式鑰匙開鎖，為滿足人們對鎖的使用要求，增加其安全性，用密碼代替鑰匙的密碼鎖應運而生。它的出現(xiàn)為人們的生活帶來了很大的方便，有很廣闊的市場前景。由于電子器件所限，以前開發(fā)的電子密碼鎖，其種類不多，保密性差，最基本的就是只依靠最簡單的模擬電子開關來實現(xiàn)的，制作簡單但很不安全，在后為多是基于EDA來實現(xiàn)的，其電路結構復雜，電子元件繁多，也有使用早先

16、的20引腳的2051系列單片機來實現(xiàn)的，但密碼簡單，易破解。隨著電子元件的進一步發(fā)展，電子密碼鎖也出現(xiàn)了很多的種類，功能日益強大，使用更加方便，安全保密性更強，由以前的單密碼輸入發(fā)展到現(xiàn)在的，密碼加感應元件，實現(xiàn)了真真的電子加密，用戶只有密碼或電子鑰匙中的一樣，是打不開鎖的，隨著電子元件的發(fā)展及人們對保密性需求的提高出現(xiàn)了越來越多的電子密碼鎖。 出于安全、方便等方面的需要許多電子密碼鎖已相繼問世。但這類產品的特點是針對特定有效卡、指紋或聲音有效，且不能實現(xiàn)遠程控制，只能適用于保密要求高且供個人使用的箱、柜、房間等。由于數(shù)字、字符、圖形圖像、人體生物特征和時間等要素均可成為鑰匙的電子信息，組合

17、使用這些信息能夠使電子防盜鎖獲得高度的保密性，如防范森嚴的金庫，需要使用復合信息密碼的電子防盜鎖，這樣對盜賊而言是“道高一尺、魔高一丈”。組合使用信息也能夠使電子防盜鎖獲得無窮擴展的可能，使產品多樣化，對用戶而言是“千挑百選、自得其所”?？梢钥闯鼋M合使用電子信息是電子密碼鎖以后發(fā)展的趨勢。 主要研究內容 （1） 通過對課題設計的要求進行分析，尋求可靠地解決方案，選擇控制方案和主要芯片。具體分析了各種芯片的差異與優(yōu)缺點，以及選擇該芯片的理由，確立了初步的芯片控制方案； （2） 熟練掌握單片機的基本編程語言和硬件設計方法； （3） 設計系統(tǒng)總體方案，對元器件等進行合理選型； （4）

18、 完成系統(tǒng)軟件程序設計，結合系統(tǒng)硬件進行調試，以達到如下基本要求:密碼通過鍵盤輸入，若密碼正確，則將鎖打開。報警、鎖定鍵盤功能。密碼輸入錯誤數(shù)碼顯示器會顯示錯誤提示，若密碼輸入次數(shù)超過3次，蜂鳴器報警并且鎖定鍵盤； （5） 對本次畢業(yè)設計的總結。 1 設計方案的選擇 1.1 方案一 采用數(shù)字電路控制:用以74LS112雙JK觸發(fā)器構成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設了9個用戶輸入鍵，其中只有4個是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，若按下干擾鍵，鍵盤輸入電路自動清零

19、，原先輸入的密碼無效，需要重新輸入；如果用戶輸入密碼的時間超過10秒,電路將報警20秒，若電路連續(xù)報警三次，電路將鎖定鍵盤2分鐘，防止他人的非法操作。采用數(shù)字電路設計的方案好處就是設計簡單但控制的準確性和靈活性差。故不采用。 1.2 方案二 采用以單片機為核心的控制方案:由于單片機種類繁多，各種型號都有其一定的應用環(huán)境，因此在選用時要多加比較，合理選擇，以期獲得最佳的性價比。一般來說在選取單片機時從下面幾個方面考慮：性能、存儲器、運行速度、I/O口、定時/計數(shù)器、串行接口、模擬電路功能、工作電壓、功耗、封裝形式、抗干擾性、保密性，除了以上的一些的還有一些最基本的比如：中斷源的數(shù)量和優(yōu)先級

20、、工作溫度范圍、有沒有低電壓檢測功能、單片機內有無時鐘振蕩器、有無上電復位功能等。在開發(fā)過程中單片機還受到：開發(fā)工具、編程器、開發(fā)成本、開發(fā)人員的適應性、技術支持和服務等等因素?；谝陨弦蛩乇驹O計選用單片機AT89S51作為本設計的核心元件，利用單片機靈活的編程設計和豐富的I/O端口，及其控制的準確性，實現(xiàn)基本的密碼鎖功能。在單片機的外圍電路外接輸入鍵盤用于密碼的輸入和一些功能的控制，外接AT24C02芯片用于密碼的存儲，外接LCD1602顯示器用于顯示作用。當用戶需要開鎖時，先按鍵盤開鎖鍵之后按鍵盤的數(shù)字鍵0－9輸入密碼。密碼輸完后按下確認鍵，如果密碼輸入正確則開鎖，不正確顯示密碼錯誤重新輸

21、入密碼，當三次密碼錯誤則發(fā)出報警；當用戶需要修改密碼時，先按下鍵盤設置鍵后輸入原來的密碼，只有當輸入的原密碼正確后才能設置新密碼。新密碼輸入無誤后按確認鍵使新密碼將得到存儲，密碼修改成功。 可以看出方案二控制靈活準確性好且保密性強還具有擴展功能，根據(jù)現(xiàn)實生活的需要此次設計采用此方案。 2 主要元器件介紹 2.1 主控芯片AT89S51 AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含8kB ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-5

22、1指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 2.1.1 AT89S51性能簡介 AT89S51具有如下特點：40個引腳如下圖2-1所示，8k Bytes Flash片內程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內時鐘振蕩器。 此外，AT89S51設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置

23、省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。 圖2-1 AT89S51 芯片引腳圖 其主要功能特性： 兼容MCS-51指令系統(tǒng) 4k可反復擦寫(>1000次）ISP Flash ROM 32個雙向I/O口 4.5-5.5V工作電壓 2個16位可編程定時/計數(shù)器 時鐘頻率0-33MHz

24、 全雙工UART串行中斷口線 128x8 bit內部RAM 2個外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式 3級加密位 看門狗（WDT）電路 軟件設置空閑和省電功能 靈活的ISP字節(jié)和分頁編程 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 可以看出AT89S51提供以下標準功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內部RAM，32個I/O口線，看門狗（WDT），兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16位定時器/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行

25、通信口，片內振蕩器及時鐘。同時, AT89S51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并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。掉電方式何在RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一個硬件復位。 2.1.2 AT89S51引腳功能說明 Vcc：電源電壓 GND：地 P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口，作為輸出口用時，每位能驅動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端口。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用

26、，在訪問期間激活內部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 P1口：P1是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”,通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號校驗期間，P1接收低8位地址。表2-1為P1口第二功能。 表2-1 P1口第二功能 端口引腳 第二功能 P1.5 MOSI（用于ISP編程） P1.6 MISO（用于ISP編程） P1.7 SCK（用于ISP編程

27、） P2口：P2是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅動4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”,通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流I。在訪問８位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行：MOVX @Ri 指令）時，P2口線上的內（也即特殊功能寄存器，在整個訪問期間不改變。Flash 編程或校驗時，P2也接收高位地址和其它控制信號。 P3口：P3口是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內部上拉電阻

28、拉高并可作為輸入端口。作輸入端口時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流I。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，P3口的第二功能如下表2-2。 表2-2 P3口的第二功能 端口功能 第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（P3.0） 串行輸入口 T0（P3.4） 定時/計數(shù)器0外部輸入 TXD（P3.1） 串行輸出口 T1（P3.5） 定時/計數(shù)器1外部輸入 INT0（P3.2） 外中斷0 WR（P3.6） 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 INT1（P3.3） 外中斷1 RD（P3.7） 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 RST：復位輸入。當振

29、蕩工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期上高電平將使單片機復位。WDT益出將使該引腳輸出高電平，設置SFR AUXR 的 DISRTO 位（地址8EH）可打開或關閉該功能。DISRTO 位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。 ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目地，要注意的是：當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位禁止后，只

30、有一條MOVX 和MOVC指令ALE才會被激活。此外，該引腳伎被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE無效。 PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89S51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，高有兩次有效的PSEN信號。 EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU訪問外部程序存儲器（地址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，復位時內部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。Flash存

31、儲器編程時,該引腳加上＋12V的編程電壓Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放大器及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 2.1.3 AT89S51芯片內部結構 特殊功能寄存器：特殊功能寄存器的片內空間分存如圖2-2所示。這些地址并沒有全部占用，沒有占用的地址不可使用，讀這些地址將得到一個隨意的數(shù)值。而寫這些地址單元將不能得到預期的結果。 中斷寄存器：各中斷允許控制位于IE寄存器，5個中斷源的中斷優(yōu)先級控制位于IP寄存器。圖2-2為AUXR輔助寄存器。 雙時鐘指針寄存器：特殊功能寄存器的片內空間分存如圖2-3所示。為方便地訪問內部和外部數(shù)據(jù)存儲器，提供了兩

32、個16位數(shù)據(jù)指針寄存儲器：PD0位于SFR區(qū)塊中的地址82H、83H和DP1位于地址84H、85H，當SFR中的位DPS=0時選擇DP0,而DPS=1時選擇DP1。在使用前初始化DPS。 電源空閑標志：電源空閑標志（POF）在特殊功能寄存儲器SFR中PCON的第4位（PCON.4）,電源打開時POF置“1”,它可由軟件設置睡眠狀態(tài)并不為復位所影響。 存儲器結構：MCS-51單片機內核采用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器空間分開的結構，均具有64KB外部程序和數(shù)據(jù)的尋址空間。 程序存儲器：如果EA引腳接地（GND），全部程序均執(zhí)行外部存儲器。在AT89S51,假如接至Vcc（電源＋），程序首先執(zhí)行從

33、地址0000H－0FFFH（4KB）內部程序存儲器，再執(zhí)行地址為1000H－FFFFH（60KB）的外部程序存儲器。 圖2-2 AUXR輔助寄存器 圖2-3 雙時鐘指針寄存器 數(shù)據(jù)存儲器：在AT89S51的具有128字節(jié)的內部RAM，這128字節(jié)可利用直接或間接尋址方式訪問，堆棧操作可利用間接尋址方式進行，128字節(jié)均可設置為堆棧區(qū)空間。 看門狗定時器（WDT）：WDT是為了解決CPU程序運行時可能進入混亂或死循環(huán)而設置，它由一個14bit計數(shù)器和看狗復位SFR（WDTRST）構成。外部復位時，WDT默認為關閉狀態(tài)，要打開WDT，必按順序將01H和0E1H寫到WDTRST寄

34、存器，當啟動了WDT，它會隨晶體振蕩器在每個機器周期計數(shù)，除硬件復位或WDT溢出復位外沒有其它方法關閉WDT，當WDT溢出，將使RST引腳輸出高電平的復位脈沖。 2.2 存儲芯片AT24C02 AT24C02是美國Atmel公司的低功耗CMOS型E2PROM，內含256×8位存儲空間，具有工作電壓寬(2.5～5.5 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)不易丟失、體積小等特點。而且他是采用了I2C總線式進行數(shù)據(jù)讀寫的串行器件，占用很少的資源和I／O線，并且支持在線編程，進行數(shù)據(jù)實時的存取十分方便。AT24C02中帶有的片內地址寄存器。每寫入

35、或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加1，以實現(xiàn)對下一個存儲單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時間，一次操作可寫入多達8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。I2C總線是一種用于IC器件之間連接的二線制總線。他通過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傳送信息，并根據(jù)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)均可工作于接收器和發(fā)送器狀態(tài)。主機產生串行時鐘信號(通過SCL引腳)并發(fā)出控制字，控制總線的傳送方向，并產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

36、信號ACK。AT24C02的控制字由8位二進制數(shù)構成，在開始信號發(fā)出以后，主機便會發(fā)出控制字，以選擇從機并控制總線傳送的方向。AT24C02的兩種引腳如下圖2-4所示 SOIC PDIP 圖2-4 AT24C02的兩種引腳圖 AT24C02的1、2、3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。在AT89S51試驗開發(fā)板上它們都接地，第8腳和第4腳分別為正、負電源。第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過這條雙向I2S總線串行傳送，在AT89S51試驗開發(fā)板上和單片機的P3.5連接。第6腳SSL為串行時鐘輸

37、入線，在AT89S51試驗開發(fā)板上和單片機的P3.6連接。SDA和SSL都需要和正電源間各接一個5.1K的電阻上拉。第7腳需要接地。AT24C02的電路接線圖如圖2-5所示 圖2-5 AT24C02的電路接線圖 AT24C02中帶有片內地址寄存器。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，以實現(xiàn)對下一個存儲單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時間，一次操作可寫入多達8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。 2.3 LCD1602顯示器 現(xiàn)在的字符型液晶模塊已經(jīng)是單片機應用設計中最常用的信息顯示器件了。1602型LCD顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內容豐富等特點。1602型

38、LCD可以顯示2行16個字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0~D7和RS，R/W，EN三個控制端口，工作電壓為5V，并且具有字符對比度調節(jié)和背光功能。 2.3.1 主要技術參數(shù) 1602型LCD的主要技術參數(shù)如下表2-3所示： 表2-3 1602型LCD的主要技術參數(shù) 顯示容量 16×2個字符 芯片工作電壓 4.5～5.5V 工作電流 2.0mA（5.0V） 模塊最佳工作電壓 5.0V 字符尺寸 2.95×4.35(W×H)mm 2.3.2 接口信號說明 1602型LCD的接口信號說明如下表2-4所示： 表2-4 1602型LCD的接口信號說明 編號 符號 引

39、腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 Data I/O 2 VDD 電源正極 10 D3 Data I/O 3 V0 液晶顯示偏壓信號 11 D4 Data I/O 4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇端(H/L) 12 D5 Data I/O 5 R/W 讀寫選擇端(H/L) 13 D6 Data I/O 6 E 使能信號 14 D7 Data I/O 7 D0 Data I/O 15 BLA 背光源正極 8 D1 Data I/O 16 BLK 背光源負極 2.3.3 基本操

40、作程序 讀狀態(tài)：輸入：RS=L，RW=L，E=H 輸出：D0~D7=狀態(tài)字 讀數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=H，E=H 輸出：無 寫指令：輸入：RS=L，RW=L，D0~D7=指令碼，E=高脈沖 輸出：D0~D7=數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=L，D0~D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖 輸出：無 2.4 晶體振蕩器 晶體振蕩器，簡稱晶振，其作用在于產生原始的時鐘頻率，這個頻率經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。以聲卡為例，要實現(xiàn)對模擬信號44.1kHz或48kHz的采樣

41、，頻率發(fā)生器就必須提供一個44.1kHz或48kHz的時鐘頻率。如果需要對這兩種音頻同時支持的話，聲卡就需要有兩顆晶振。但是現(xiàn)在的娛樂級聲卡為了降低成本，通常都采用SCR將輸出的采樣頻率固定在48kHz，但是SRC會對音質帶來損害，而且現(xiàn)在的娛樂級聲卡都沒有很好地解決這個問題?，F(xiàn)在應用最廣泛的是石英晶體振蕩器。 石英晶體振蕩器是一種高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，石英晶體振蕩器也稱石英晶體諧振器，它用來穩(wěn)定頻率和選擇頻率，是一種可以取代LC諧振回路的晶體諧振元件。石英晶體振蕩器廣泛地應用在電視機、影碟機、錄像機、無線通訊設備、電子鐘表、單片機、數(shù)字儀器儀表等電子設備中。為數(shù)據(jù)處理設備產生時

42、鐘信號和為特定系統(tǒng)提供基準信號。在單片機中為其提供時鐘頻率。 石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結晶體）的壓電效應制成的一種諧振器件，它的基本構成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個對應面上涂抹銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。只要在晶體振子板極上施加交變電壓，就會使晶片產生機械變形振動，此現(xiàn)象即所謂逆壓電效應。當外加電壓頻率等于晶體諧振器的固有頻率時，就會發(fā)生壓電諧振，從而導致機械變

43、形的振幅突然增大。 3 系統(tǒng)硬件構成 3.1 設計原理 本設計主要由單片機、矩陣鍵盤、液晶顯示器和密碼存儲等部分組成。其中矩陣鍵盤用于輸入數(shù)字密碼和進行各種功能的實現(xiàn)。由用戶通過連接單片機的矩陣鍵盤輸入密碼，后經(jīng)過單片機對用戶輸入的密碼與自己保存的密碼進行對比，從而判斷密碼是否正確，然后控制引腳的高低電平傳到開鎖電路或者報警電路控制開鎖還是報警，實際使用時只要將單片機的負載由繼電器換成電子密碼鎖的電磁鐵吸合線圈即可，當然也可以用繼電器的常開觸點去控制電磁鐵吸合線圈。 本系統(tǒng)共有兩部分構成，即硬件部分與軟件部分。其中硬件部分由電

44、源輸入部分、鍵盤輸入部分、密碼存儲部分、復位部分、晶振部分、顯示部分、報警部分、開鎖部分組成，軟件部分對應的由主程序、初始化程序、LCD顯示程序、鍵盤掃描程序、啟動程序、關閉程序、鍵功能程序、密碼設置程序、EEPROM讀寫程序和延時程序等組成。其原理框圖如圖3-1所示。 AT89S51 鍵盤輸入 復位電路 密碼存儲電路 晶振電路 電源輸入 顯示電路 報警電路 開鎖電路 圖3-1 電子密碼鎖原理框圖 3.2 電路總體構成 在確定了選用什么型號的單片機后，就要確定在外圍電路，其外圍電路包括電源輸入部分、鍵盤輸入部分、密

45、碼存儲部分、復位部分、晶振部分、顯示部分、報警部分、開鎖部分組成，根據(jù)實際情況鍵盤輸入部分選擇4×4矩陣鍵盤，顯示部分選擇字符型液晶顯示LCD1602，密碼存儲部分選用AT24C02芯片來完成。其原理圖如圖3-2所示： 圖3-2 電路原理圖 3.2.1 電源輸入部分 密碼鎖主控制部分電源需要用5V直流電源供電，其電路如圖3-3所示，把頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉換為幅值穩(wěn)定的5V直流電壓。其主要原理是把單相交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉換成穩(wěn)定的直流電壓。 由于輸入電壓為電網(wǎng)電壓，一般情況下所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大

46、，因而電源變壓器的作用顯現(xiàn)出來起到降壓作用。降壓后還是交流電壓，所以需要整流電路把交流電壓轉換成直流電壓。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會影響到負載電路的正常工作。需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動和負載電阻變化的影響，從而獲得穩(wěn)定性足夠高的直流電壓。本電路使用集成穩(wěn)壓芯片7805解決了電源穩(wěn)壓問題。 3.2.2 鍵盤輸入部分 由于本設計所用到的按鍵數(shù)量較多而不適合用獨立按鍵式鍵盤。采用的是矩陣式按鍵鍵盤，它由行線和列線組成，也稱行列式鍵盤，按鍵位于行列的交叉點上，密碼鎖的密碼由鍵盤輸入完成，與獨立式按鍵鍵盤相比，要

47、節(jié)省很多I/O口。本設計中使用的這個4×4鍵盤不但能完成密碼的輸入還能作特別功能鍵使用，比如清空顯示功能等。鍵盤的每個按鍵功能在程序設計中設置。其大體功能（看鍵盤按鍵上的標記）及與單片機引腳接法如圖3-4所示： 圖3-3 電源輸入電路原理圖 圖3-4 鍵盤輸入原理圖 3.2.3 密碼存儲部分 用EPROM芯片AT24C02存儲密碼。AT24C02是美國Atmel公司的低功耗CMOS型E2PROM，內含256×8位存儲空間，具有工作電壓寬(2.5～5.5 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)不易丟失、體積小等特點。而且他是采用了

48、I2C總線式進行數(shù)據(jù)讀寫的串行器件，占用很少的資源和I／O線，并且支持在線編程，進行數(shù)據(jù)實時的存取十分方便。AT24C02中帶有的片內地址寄存器。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，以實現(xiàn)對下一個存儲單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時間，一次操作可寫入多達8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。I2C總線是一種用于IC器件之間連接的二線制總線。他通過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傳送信息，并根據(jù)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)均可工作于接收器和發(fā)送器狀態(tài)

49、。主機產生串行時鐘信號(通過SCL引腳)并發(fā)出控制字，控制總線的傳送方向，并產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)出一個確認信號ACK。AT24C02的控制字由8位二進制數(shù)構成，在開始信號發(fā)出以后，主機便會發(fā)出控制字，以選擇從機并控制總線傳送的方向。其接線如圖3-5所示： 圖3-5 密碼存儲電路原理圖 3.2.4 復位部分 單片機復位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，例如復位后PC＝0000H，使單片機從第—個單元取指令。無論是在單片機剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復位。在復位期間（即RST為高

50、電平期間），P0口為高組態(tài)，P1－P3口輸出高電平；外部程序存儲器讀選通信號PSEN無效。地址鎖存信號ALE也為高電平。根據(jù)實際情況選擇如圖4-6所示的復位電路。該電路在最簡單的復位電路下增加了手動復位按鍵，在接通電源瞬間，電容C1上的電壓很小，復位下拉電阻上的電壓接近電源電壓，即RST為高電平，在電容充電的過程中RST端電壓逐漸下降，當RST端的電壓小于某一數(shù)值后，CPU脫離復位狀態(tài)，由于電容C1足夠大，可以保證RST高電平有效時間大于24個振蕩周期，CPU能夠可靠復位。增加手動復位按鍵是為了避免死機時無法可靠復位。當復位按鍵按下后電容C1通過R5放電。當電容C1放電結束后，RST端的電位由

51、R5與R6分壓比決定。由于R5<

52、情況，本設計中采用12MHZ作為系統(tǒng)的外部晶振,電容取值為20pF。 圖3-7 晶振電路原理圖 3.2.6 顯示部分 為了提高密碼鎖的密碼顯示效果能力。本設計的顯示部分由液晶顯示LCD1602取代普通的數(shù)碼管來完成。只有按下鍵盤上的開啟按鍵后，顯示器才處于開啟狀態(tài)。同理只有按下關閉按鍵后顯示器才處于關閉狀態(tài)，否則顯示器將一直處于初始狀態(tài)。當需要對密碼鎖進行開鎖時，按下鍵盤上的開鎖按鍵后利用鍵盤上的數(shù)字鍵0－9輸入密碼，每按下一個數(shù)字鍵后在顯示器上顯示一個*，輸入多少位就顯示多少個*。當密碼輸入完成時，按下確認鍵，如果輸入的密碼正確的話， LCD顯示屏會顯示“RIGHT”，單片機其中

53、P2.0引腳會輸出低電平，使三極管T2導通，電磁鐵吸合，電子密碼鎖被打開，如果密碼不正確，LCD顯示屏會顯示“ERROR”，P2.0輸出的是高電平，電子密碼鎖不能被打開。通過LCD顯示屏，可以清楚的判斷出密碼鎖所處的狀態(tài)。其顯示部分引腳接口如圖3-8所示： 圖3-8 顯示電路原理圖 3.2.7 報警部分 報警部分由陶瓷壓電發(fā)聲裝置及外圍電路組成，加電后不發(fā)聲，當有鍵按下時，“?！甭?，每按一下，發(fā)聲一次，密碼正確時，不發(fā)聲直接開鎖，當密碼輸入錯誤時，單片機的P2.1引腳為低電平，三極管T3導通轟鳴器發(fā)出噪鳴聲報警。如圖3-9所示： 圖3-9 報警電路原理圖 3.2.8 開鎖

54、部分 通過單片機送給開鎖執(zhí)行機構，電路驅動電磁鎖吸合，從而達到開鎖的目的。其原理如圖3－10所示。當用戶輸入的密碼正確時，單片機便輸出開門信號，送到開鎖驅動電路，然后驅動電磁鎖，達到開門的目的。 單片機微控制器 開鎖驅動電路 電磁鎖 密碼 正確？ Y 返回 N 圖3－10 密碼鎖開鎖機構示意圖 開鎖控制電路的功能是當輸入正確的密碼后將鎖打開。系統(tǒng)使用單片機其中一引腳線發(fā)出信號，經(jīng)三極管放大后，由繼電器驅動電磁閥動作將鎖打開。用戶通過鍵盤任意設置密碼，并儲存在EEPROM中作為鎖碼指令。只有用戶操作鍵盤時

55、，單片機的電源端才能得到3V電源，否則．單片機處于節(jié)電工作方式。開鎖步驟如下：首先按下鍵盤上的開鎖按鍵，然后利用鍵盤上的數(shù)字鍵0－9輸入密碼，最后按下確認鍵。當用戶輸入一次密碼后，單片機自動識碼，如果識碼不符，則報警。只有當識碼正確，單片機才能控制電子鎖內的微型繼電器吸臺。當繼電器吸臺以后帶動鎖桿伸縮，這時，鎖勾在彈簧的作用下彈起，完成本次開鎖。開鎖以后，單片機自動清除掉由用戶輸入的這個密碼。如圖3-11所示： 圖3-11 開鎖電路原理圖 4 系統(tǒng)軟件設計 本系統(tǒng)軟件設計由主程序、初始化程序、LCD顯示程序、鍵盤掃描程序、鍵功能程序、密碼設置程序、E2PROM讀寫程序和延時程序

56、等組成。主要程序設計如下所示。 4.1 系統(tǒng)主程序設計 START: NOP ;程序開始 LCALL CH_KEY;檢查鍵盤 AJMP START ;返回 CH_KEY: LCALL KS ;檢查有沒有按鍵按下 JNZ LK1 AJMP CH_KEY LK1: LCALL T12MS ACALL KS JNZ LK2 RET LK2: NOP LCALL SBIE

57、 ;按鍵識別子程序 MOV BUFF, A ;送緩沖區(qū)以識別是數(shù)字鍵還是功能鍵？ LCALL CH_KF ;判斷按鍵功能。 JB FLAG1 ,KEY_FUN ;標志為1，則為功能鍵 系統(tǒng)主程序程序的流程圖如圖4-1所示： 開始 初始化 鍵盤掃描 啟動程序 鍵盤掃描 鍵功能程序 結束 關閉程序 圖4-1 主程序流程圖 4.2 鍵功能程序 EN:NOP JB BUF_FULL, GOON AJMP EXIT GOON:CLR BUF_FULL JB F_F2

58、, AT_WRON ;F2按鍵標志,若為1，則調用修改密碼子程序。 LCALL AT_RADE LCALL C_PSW ;比較密碼子程序 JB PSW_F,OPEN ;密碼比較正確，則調用開鎖子程序 LCALL XSD INC TIMERS2 MOV R7,TIMERS2 ;密碼錯誤，調入輸入密碼次數(shù)，準備鎖定鍵盤 CJNE R7,#03H,D0 D0:JC NEXT1 ;錯誤次數(shù)小3次 LCALL XSE

59、 ;鎖定5分鐘 LCALL WARN2S LCALL LOCK_1M NEXT1:LCALL WARN2S ;報警2分鐘 LCALL XSA EXIT:LCALL INITPS MOV BUFF, #00H CLR FLAG1 MOV TIMERS, #00H AJMP CH_KEY ;跳出 AT_WRON:LCALL AT_WR LCALL X

60、SF LCALL BP LCALL T100MSD LCALL BP LCALL T500MSD LCALL KILLXS LCALL T500MSD LCALL XSF LCALL T500MSD LCALL KILLXS LCALL T500MSD LCALL XSF LCALL T500MSD NOP NOP LCALL

61、XSA AJMP EXIT OPEN:MOV A, TIMERS1 CJNE A, #09H,CLT1 CLT1:JC GOON1 MOV TIMERS1,#00H GOON1:INC TIMERS1 ;輸入回車的次數(shù) MOV TIMERS2,#00H SETB L3 CLR PSW_F LCALL XSB CLR JDQ ;開門 LC

62、ALL BP LCALL BP LCALL BP LCALL BP LCALL SEC LCALL SEC LCALL SEC LCALL SEC LCALL SEC LCALL SEC LCALL SEC LCALL SEC SETB JDQ LCALL XSA NOP AJMP EXIT

63、鍵功能流程圖如圖4-2所示： N N N 鍵功能程序 鍵值＝‘0－9’？ 鍵值＝‘開鎖’？ 鍵值＝‘清除’？ 鍵值＝‘設置’？ 鍵值＝‘確認’？ 密碼輸入程序 設置程序 清除程序 開鎖程序 確認程序 Y Y Y Y Y N 返回 N 圖4-2 鍵功能流程圖 4.3 檢驗密碼正誤程序 C_PSW:PUSH PSW PUSH ACC MOV R2,#06H MOV R0,#PS1 MO

64、V R1,#AT1 C_P:CLR C MOV A,@R0 SUBB A,@R1 JNZ RETURN DEC R0 DEC R1 DJNZ R2,C_P NOP SETB PSW_F AJMP EXIT7 RETURN:CLR PSW_F EXIT7:NOP POP ACC POP PSW RET LOCK_1M:MO

65、V R4,#3CH ;鎖定1分鐘 M1_LOOP:LCALL SEC DJNZ R4,M1_LOOP NOP RET WARN2S:PUSH PSW PUSH ACC MOV R5, #14H ;調用20次BP,報警2s WARN:LCALL BP BP:CLR SPK ;鳴笛子程序 LCALL T100MSD SETB SPK NOP RET 密碼設置流程圖和開鎖流程圖如圖4-3，

66、圖4-4所示： 設置程序 初始化 按下設置鍵 輸舊密碼 確認程序 所輸入舊密碼正確？ 輸新密碼 確認程序 設置成功 輸入次數(shù)加1 次數(shù)>3? 報警程序 N Y N Y 返回 確認程序 再次輸新密碼 兩次新密碼輸入相同？ N Y 圖4-3 密碼設置流程圖 初始化 按開鎖鍵 輸入密碼 確認程序 所輸入密碼正確？ Y 開鎖成功 開鎖程序 輸入次數(shù)加1 次數(shù)>3? 報警程序 返回 N Y N 圖4-4 開鎖流程圖 結 論 本設計從經(jīng)濟實用的角度出發(fā)，采用美國Atmel公司的單片機AT89S51與低功耗CMOS型E2PROM AT24C02作為主控芯片與數(shù)據(jù)存儲器單元，結合外圍的鍵盤輸入、顯示、報警、開鎖等電路并用匯編編寫主控芯片的控制程序，研制了一款可以多次更改密碼具有報警功能的電子密碼鎖。設計完全可行可以達到設計目地。使用單片機制作的電子密碼鎖具有軟硬件設計簡單，易于開發(fā)，成本較低，安全