基于51單片機(jī)電子密碼鎖的課程設(shè)計(jì).docVIP

安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)摘 要隨著人們生活水平的提高，如何實(shí)現(xiàn)家庭防盜這一問(wèn)題也變得尤為突出。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，電子密碼防盜鎖作為防盜衛(wèi)士的作用顯得日趨重要。 本文從經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度出發(fā)，系統(tǒng)由STC89C52與低功耗CMOS型EPROM AT24C02作為主控芯片與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元，結(jié)合外圍的鍵盤輸入、LCD顯示、報(bào)警、開鎖等電路模塊。它能完成以下功能：正確輸入密碼前提下，開鎖；錯(cuò)誤輸入密碼情況下，報(bào)警；密碼可以根據(jù)用戶需要更改。用C語(yǔ)言編寫的主控芯片控制程序與EEPROM AT24C02讀寫程序相結(jié)合，并用Keil軟件進(jìn)行編譯，設(shè)計(jì)了一款可以多次更改密碼，具有報(bào)警功能的電子密碼控制系統(tǒng)。本密碼鎖具有設(shè)計(jì)方法合理，簡(jiǎn)單易行，成本低，安全實(shí)用，保密性強(qiáng)，靈活性高等特點(diǎn)，具有一定的推廣價(jià)值。關(guān)鍵詞：電子密碼鎖；報(bào)警；液晶顯示朗讀顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音Design of Electric Password Lock Based on MCUAbstractAs peoples living standards improve, the question how to achieve home security has become particularly prominent. In science and technology is developing continuously, electronic code lock as a security guards role is increasingly important. This article from the economical point of view, the system by the STC89C52 with low power CMOS based E PROM AT24C02 as the master chip and the data memory unit, combined with the external keyboard, LCD display, alarm, unlock and other circuit modules. It performs the following functions: enter the password correctly under the premise of unlocking; wrong password case the alarm; password can be changed according to user needs. Master in C language control program and EEPROM AT24C02 chip to read and write process are combined and compiled with the Keil software, designed a number you can change the password, the password with an electronic alarm control system. The lock has a reasonable design, simple, low cost, safe and practical, confidentiality, flexibility, and high, with some promotional value. Key Words：Electric Password lock;Alarm; LCD Display目 錄 引言1第1章 緒論21.1 電子密碼鎖的背景與研究意義21.2 電子密碼鎖的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)21.3 本章小結(jié)4第2章 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)52.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)52.2 主控部分的選擇52.3 密碼輸入方式的選擇52.4 本章小結(jié)6第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)73.1系統(tǒng)芯片介紹73.1.1單片機(jī)STC89C52功能介紹73.1.2 LCD1602顯示器介紹83.1.3存儲(chǔ)芯片AT24C02介紹93.1.4 I2C總線介紹93.2 硬件電路設(shè)計(jì)113.2.1 復(fù)位電路113.2.2 晶振電路123.2.3存儲(chǔ)電路123.2.4 鍵盤輸入電路143.2.5 顯示電路143.2.6 電源輸入電路153.2.7 報(bào)警電路153.2.8 開鎖電路163.3 本章小結(jié)17第4章 軟件程序設(shè)計(jì)184.1 主程序流程圖184.2 按鍵軟件設(shè)計(jì)184.2.1 按鍵功能程序流程圖184.2.2 按鍵功能子程序194.3 密碼設(shè)置軟件設(shè)計(jì)204.3.1 密碼設(shè)置程序流程圖204.3.2 密碼設(shè)置子程序214.4 開鎖軟件設(shè)計(jì)214.4.1 開鎖程序流程圖214.4.2 開鎖功能子程序224.5 本章小結(jié)23第 5 章 系統(tǒng)仿真、調(diào)試及結(jié)論245.1 Proteus軟件簡(jiǎn)介245.2 進(jìn)入 Proteus ISIS245.3 工作界面245.4 各模塊的電路圖及說(shuō)明265.4.1 電子密碼鎖系統(tǒng)主模塊AT89C51單片機(jī)265.4.2 電子密碼鎖系統(tǒng)的鍵盤模塊275.4.3 電子密碼鎖系統(tǒng)的顯示模塊275.4.4 電子密碼鎖系統(tǒng)的晶振復(fù)位電路285.4.5電子密碼鎖系統(tǒng)的掉電存儲(chǔ)及報(bào)警電路285.4.6 電子密碼鎖系統(tǒng)的開鎖電路285.4 本章小結(jié)29結(jié)論與展望30致 謝31參考文獻(xiàn)32附錄A 密碼鎖電路原理圖33附錄B 一篇引用的外文文獻(xiàn)及其譯文34附錄C 主要參考文獻(xiàn)的題錄及摘要40附錄D 主要C語(yǔ)言源程序42插圖清單圖2- 1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖5圖3- 1 STC89C52引腳分布圖7圖3- 2 AT24C02引腳圖9圖3- 3開始結(jié)束信號(hào)圖10圖3- 4復(fù)位電路原理圖12圖3- 5晶振電路原理圖12圖3- 6掉電存儲(chǔ)電路原理圖13圖3- 7鍵盤輸入原理圖14圖3- 8顯示電路原理圖15圖3- 9電源輸入電路原理圖15圖3- 10報(bào)警電路原理圖16圖3- 11密碼鎖開鎖機(jī)構(gòu)示意圖16圖3- 12開鎖電路原理圖17圖4- 1主程序流程圖18圖4- 2按鍵功能流程圖19圖4- 3密碼設(shè)置流程圖20圖4- 4開鎖流程圖22圖5- 1 Proteus啟動(dòng)時(shí)的屏幕24圖5- 2 Proteus ISIS的工作界面25圖5- 3 Proteus運(yùn)行按鍵25圖5- 4 Proteus仿真圖26圖5- 5 STC89C52單片機(jī)引腳圖26圖5- 6鍵盤輸入模塊27圖5- 7密碼顯示模塊27圖5- 8晶振及復(fù)位電路28圖5- 9掉電存儲(chǔ)及報(bào)警電路28圖5- 10開鎖電路29表格清單表3-1 LCD1602引腳接口說(shuō)明表8表3-2 LCD1602基本操作程序1549引 言在當(dāng)今社會(huì)，安全防盜已成為社會(huì)問(wèn)題，而鎖自古以來(lái)就是防盜的重要工具，目前國(guó)內(nèi)大部分人使用的還是傳統(tǒng)的機(jī)械鎖，然而，眼下假冒偽劣的機(jī)械鎖互開率非常之高，此外，即使是一把質(zhì)量過(guò)關(guān)的機(jī)械鎖，通過(guò)急開鎖，甚至可以在不損壞鎖的前提下將鎖打開。機(jī)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。從目前的技術(shù)水平和市場(chǎng)認(rèn)可程度看，使用最為廣泛的是鍵盤式電子密碼鎖，該產(chǎn)品主要應(yīng)用于保險(xiǎn)箱、保險(xiǎn)柜和取款機(jī)，由于人們對(duì)安全的重視和科技的發(fā)展，許多電子智能鎖（指紋識(shí)別、IC卡辨認(rèn)）已在國(guó)內(nèi)外相繼面世。但是這些產(chǎn)品的特點(diǎn)是針對(duì)特定的指紋和有效卡，只能適用于保密要求的箱、柜、門等。而且指紋識(shí)識(shí)別器在公共場(chǎng)所使用存在容易機(jī)械損壞，IC卡還存在容易丟失、損壞等缺點(diǎn)，再加上其成本較高，一定程度上限制了這類產(chǎn)品的普及和推廣。鑒于目前的技術(shù)水平與市場(chǎng)的接受程度，鍵盤式電子密碼鎖是這類電子防盜產(chǎn)品的主流。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，電子密碼防盜鎖作為防盜衛(wèi)士的作用也日趨重要。電子密碼鎖是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、數(shù)字密碼技術(shù)為一體的機(jī)電一體化高科技產(chǎn)品，具有安全性高，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。電子密碼鎖是一種通過(guò)密碼輸入來(lái)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。它的種類很多，有簡(jiǎn)易的電路產(chǎn)品，也有基于芯片的性價(jià)比較高的產(chǎn)品?，F(xiàn)在應(yīng)用較廣的電子密碼鎖是以芯片為核心，通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其性能和安全性已大大超過(guò)了機(jī)械鎖。本次畢業(yè)論文主要分為兩大模塊，一是硬件系統(tǒng)電路部分，另一個(gè)是用C語(yǔ)言編寫的軟件程序部分，基本能完成電子密碼鎖的開鎖、修改密碼、密碼錯(cuò)誤報(bào)警等主要功能，成本低，可靠性高，具有很好的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。第1章 緒論1.1 電子密碼鎖的背景與研究意義在當(dāng)今社會(huì)，安全防盜已成為社會(huì)問(wèn)題，而鎖自古以來(lái)就是防盜的重要工具，目前國(guó)內(nèi)大部分人使用的還是傳統(tǒng)的機(jī)械鎖，然而，眼下假冒偽劣的機(jī)械鎖互開率非常之高，此外，即使是一把質(zhì)量過(guò)關(guān)的機(jī)械鎖，通過(guò)急開鎖，甚至可以在不損壞鎖的前提下將鎖打開。機(jī)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1。本文從經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)采用單片機(jī)為主控芯片，結(jié)合外圍電路，組成電子密碼控制系統(tǒng)，密碼鎖共8位密碼，每位的取值范圍為18，用戶可以自行設(shè)定和修改密碼，每個(gè)密碼按鍵都有聲、光提示。用戶想要打開鎖，必先通過(guò)提供的鍵盤輸入正確的密碼才可以，密碼輸入錯(cuò)誤有提示，為了提高安全性，當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤三次將報(bào)警十分鐘，期間輸入密碼無(wú)效，以防竊賊多次試探密碼。八位密碼同時(shí)輸入正確，鎖才能打開。鎖內(nèi)有備用電池，只有內(nèi)部上電復(fù)位時(shí)才能設(shè)置或修改密碼，因此，僅在門外按鍵是不能修改或設(shè)置密碼的，因此保密性強(qiáng)、靈活性高。其特點(diǎn)如下：1) 保密性好，編碼量多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈子鎖。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鎖的密級(jí)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(wú)活動(dòng)零件，不會(huì)磨損，壽命長(zhǎng)。5) 使用靈活性好，不像機(jī)械鎖必須佩帶鑰匙才能開鎖。6) 電子密碼鎖操作簡(jiǎn)單易行，一學(xué)即會(huì)。 1.2 電子密碼鎖的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)在日常的生活和工作中, 住宅與部門的安全防范、單位的文件檔案、財(cái)務(wù)報(bào)表以及一些個(gè)人資料的保存多以加鎖的辦法來(lái)解決。若使用傳統(tǒng)的機(jī)械式鑰匙開鎖，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。在安全技術(shù)防范領(lǐng)域，隨著單片機(jī)的問(wèn)世，出現(xiàn)了帶微處理器的密碼鎖，它除具有電子密碼鎖的功能外，還引入了智能化、科技化等功能，從而使密碼鎖具有很高的安全性、可靠性。最早的鎖，是主人為防他人開啟而設(shè)的簡(jiǎn)單的機(jī)關(guān)，應(yīng)用于門上最簡(jiǎn)單的鎖就是門閂了。我國(guó)古代有石鎖，并無(wú)鑰匙，是以繩索或鐵鏈?zhǔn)`。商周時(shí)期出現(xiàn)了用鑰匙才能開啟的銅鎖，鐵鎖，以鑰匙的不同而匹配不同的鎖。 隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,機(jī)械鎖也有了長(zhǎng)足的發(fā)展。現(xiàn)代機(jī)械鎖具已有了一百多年的歷史，鎖芯里加入了長(zhǎng)短不一的彈子，要外線用相應(yīng)齒形的鑰匙來(lái)打開。以后，又發(fā)展到了密碼鎖、磁性鎖、電子鎖、激光鎖、聲控鎖等等。在傳統(tǒng)鑰匙的基礎(chǔ)上，加了一組或多組密碼，不同聲音，不同磁場(chǎng)，不同聲波，不同光束光波，不同圖像。如指紋、眼底視網(wǎng)膜等）來(lái)控制鎖的開啟。我國(guó)鎖的發(fā)展已綿延了數(shù)千年，中國(guó)鎖具的發(fā)展，大體經(jīng)歷了初創(chuàng)期，發(fā)展期和繁榮期三個(gè)階段。初創(chuàng)期為新石器時(shí)代到夏商時(shí)期。在我國(guó)母系社會(huì)后期（相當(dāng)于公元前5000年-公元前2000年），因?yàn)楫?dāng)時(shí)社會(huì)生產(chǎn)力的提高，人類開始擁有個(gè)人的私有（少量）財(cái)產(chǎn)。后來(lái)，隨著私有制的發(fā)展，私人財(cái)富越來(lái)越多，為了保護(hù)財(cái)產(chǎn)和生命的安全，人類開始了對(duì)鎖具的探索。在最初，人類只是簡(jiǎn)單地把個(gè)人貴重財(cái)物用獸皮包起來(lái)外面用繩索牢牢捆縛，最后在開啟處，打上特殊的緊緊捆死的繩結(jié)，只能用一個(gè)叫“錯(cuò)”的工具才能挑開。錯(cuò)，又叫“肖”、“起子”。它用獸牙或獸骨制成，形狀像把鐮刀狀的鉤子，實(shí)際上繩結(jié)就是最早的鎖具，“肖”就是最早的鑰匙，這就是我國(guó)鎖具的雛形，一直從商代沿用到漢代。到了距今5000年的仰韶文化時(shí)期，我們先民創(chuàng)造了裝在木結(jié)構(gòu)框架建筑上的木鎖。這是世界上迄今為止最古老的鎖具，可稱得上是“世界第一鎖”。2這種木鎖一直在民間傳承。發(fā)展期為春秋戰(zhàn)國(guó)經(jīng)秦漢、魏晉、南北朝，直到隋唐宋元時(shí)期。春秋時(shí)期進(jìn)入鐵器時(shí)代，考古證明，在這一時(shí)期人們大量的是使用鐵鎖、銅鎖，還有銀鎖、鎏金鎖等，其中有代表性的如西周的青銅鎖、東漢的金屬鎖、唐代的蝦尾銀鎖和宋代的方身鎖等，都具有相當(dāng)高的技術(shù)水平。繁榮期為明清時(shí)期特別是漢代的鐵制三簧鎖，在我國(guó)前后沿用了1000多年。各種材質(zhì)的鎖具同步發(fā)展，以銅鎖、鐵鎖居多，工藝更加精巧，在開鎖難度和外形制造上有很大的創(chuàng)新。現(xiàn)代鎖具，它的機(jī)械化生產(chǎn)，擺脫了過(guò)去我們用手工操作的束縛。它不僅是能批量生產(chǎn)，滿足人民生活的需要；同時(shí)，也充分運(yùn)用了現(xiàn)代科學(xué)，創(chuàng)造了磁控鎖、聲控鎖、遙控鎖、遠(yuǎn)紅外線鎖、電子卡片鎖、指紋鎖、超聲波鎖、電磁波鎖等絕妙精品，大大提高了防竊、防盜功能。從目前的技術(shù)水平和市場(chǎng)認(rèn)可程度看，使用最為廣泛的是鍵盤式電子密碼鎖，該產(chǎn)品主要應(yīng)用于保險(xiǎn)箱、保險(xiǎn)柜和取款機(jī)，由于人們對(duì)安全的重視和科技的發(fā)展，許多電子智能鎖（指紋識(shí)別、IC卡辨認(rèn)）已在國(guó)內(nèi)外相繼面世。但是這些產(chǎn)品的特點(diǎn)是針對(duì)特定的指紋和有效卡，只能適用于保密要求的箱、柜、門等。而且指紋識(shí)識(shí)別器在公共場(chǎng)所使用存在容易機(jī)械損壞，IC卡還存在容易丟失、損壞等缺點(diǎn)，再加上其成本較高，一定程度上限制了這類產(chǎn)品的普及和推廣。鑒于目前的技術(shù)水平與市場(chǎng)的接受程度，鍵盤式電子密碼鎖是這類電子防盜產(chǎn)品的主流。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，電子密碼防盜鎖作為防盜衛(wèi)士的作用也日趨重要。電子密碼鎖是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、數(shù)字密碼技術(shù)為一體的機(jī)電一體化高科技產(chǎn)品，具有安全性高，使用方便等優(yōu)點(diǎn)3。鍵盤式電子密碼在鍵盤上輸入，與打電話差不多，因而易于掌握，其突出優(yōu)點(diǎn)是“密碼”是記在被授權(quán)人腦子里的數(shù)字和字符，既準(zhǔn)確又可靠，不會(huì)丟失（除了忘記），難以被竊（除非自己泄露）。但是密碼不能太簡(jiǎn)單，太簡(jiǎn)單了就容易被他人在鍵盤上試探出來(lái)，或者可能被旁觀者窺測(cè)出來(lái)，造成保密性不足。當(dāng)然，密碼又不能太復(fù)雜，太復(fù)雜了可能自己都糊涂了，或者輸入密碼操作成功率低，造成使用不便。因此，為了發(fā)揚(yáng)優(yōu)點(diǎn)、克服弱點(diǎn)，鍵盤式電子密碼也在不斷發(fā)展中，如“任意設(shè)定密碼”技術(shù)使得被授權(quán)人可以根據(jù)自己的需要或喜好設(shè)定密碼，常用常新；而“自動(dòng)更改密碼”技術(shù)使得本次輸入的密碼將自動(dòng)更改成下次應(yīng)輸入的密碼，更改的規(guī)律不為他人所知，因而不怕旁觀者窺測(cè)；獨(dú)出心裁的“鍵盤亂序顯示”技術(shù)使得鍵盤上的固定鍵位每次顯示出的字符不固定，并且顯示的窄小角度只能由操作者正面看得到，因而即使旁觀者看見操作動(dòng)作也難以窺測(cè)出密碼；“多重密碼設(shè)定”技術(shù)使得單組密碼不一定有效，適合多人分權(quán)使用，需要輸入兩組以上的密碼才被認(rèn)可，大大提高了保密性，如果限定輸入這些密碼的先后順序或時(shí)間區(qū)段，則保密性還可提高4。在輸入密碼的過(guò)程中，為了限制試探密碼的企圖，通常輸入錯(cuò)誤碼若干次或若干時(shí)間內(nèi)輸入不正確，即“封鎖”鍵盤，不再接受輸入操作。當(dāng)今電子密碼鎖發(fā)展已經(jīng)到了非常高的境界，由于電子元件特別是單片機(jī)應(yīng)用在這幾年得到空前發(fā)展，無(wú)論功能性，穩(wěn)定性都比較全面，在保密方面已做到人眼識(shí)別，指紋識(shí)別，人聲識(shí)別基本上電影上有的現(xiàn)實(shí)也有。在國(guó)外發(fā)展比較早，所以應(yīng)用也比較廣泛，主要在家庭裝較貴重地方，銀行，保險(xiǎn)柜等應(yīng)用較多，在國(guó)內(nèi)這方面發(fā)展也較快，不管自己開發(fā)或是引進(jìn)都有，在重要地方應(yīng)用也較多，由于價(jià)錢比普通彈子鎖較貴，早幾年應(yīng)用較少，現(xiàn)在越來(lái)越普及到平常化，未來(lái)的發(fā)展也會(huì)越來(lái)越被大眾采用，由于它的功能、安全是彈子鎖無(wú)法相比的5。發(fā)展前境也是非常大的。1.3 本章小結(jié)本章首先講述了本文的選題來(lái)源及研究意義，然后講述了電子密碼鎖在國(guó)內(nèi)的發(fā)展過(guò)程及特點(diǎn)，最后敘述了當(dāng)前電子密碼鎖的應(yīng)用及發(fā)展前景。第2章 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)為主控芯片，結(jié)合外圍電路矩陣鍵盤、液晶顯示器LCD1602和密碼存儲(chǔ)AT24C02等部分組成。其中矩陣鍵盤用于輸入數(shù)字密碼和進(jìn)行各種功能的實(shí)現(xiàn)。由用戶通過(guò)連接單片機(jī)的矩陣鍵盤輸入密碼，后經(jīng)過(guò)單片機(jī)對(duì)用戶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鎖電路或者報(bào)警電路控制開鎖還是報(bào)警，組成的電子密碼鎖系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)：1 完全正確輸入八位密碼的前提下，有開鎖提示；2 錯(cuò)誤輸入密碼情況下，蜂鳴器報(bào)警；開鎖密碼錯(cuò)3次要報(bào)警10分鐘，報(bào)警期間輸入密碼無(wú)效。3用戶可以自行設(shè)定和修改密碼；4只有內(nèi)部上電復(fù)位時(shí)才能設(shè)置或修改密碼。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖如圖2-1所示：輸入電路顯示電路主控芯片存儲(chǔ)模塊輸出電路晶振電路圖2- 1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖2.2 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，與輸入密碼通過(guò)比較器比較，判斷結(jié)果是否相符合4。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，外接液晶顯示（LCD），鍵盤輸入等實(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)6。因此綜合考慮，本系統(tǒng)采用方案二。2.3 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)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：矩陣鍵盤輸入識(shí)別 由各按鍵組成的矩陣鍵盤每條行線和列線都對(duì)應(yīng)一條I/O口線，鍵位設(shè)在行線和列線的交叉點(diǎn)，當(dāng)一個(gè)鍵按下就會(huì)有某一條行線與某一條列線接觸，只要確定接觸的是哪兩條線，即哪兩個(gè)I/O口線，就可以確定哪一個(gè)鍵被觸動(dòng)。 行線設(shè)計(jì)成上拉口線，初始時(shí)被置高電位，列線懸空，初始置低。通過(guò)不斷讀行線口線，或者中斷方式觸發(fā)鍵位掃描。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有鍵按下，將列線逐一置低，其他列線置高，讀行線口線。當(dāng)某條列線置低時(shí)，某條行線也被拉低，則確定這兩條線的交點(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。2.4 本章小結(jié)本章主要圍繞電子密碼鎖系統(tǒng)展開，首先說(shuō)明了電子密碼鎖的組成，然后介紹了主控制方案、密碼輸入方案論證與比較，最終選擇了最優(yōu)方案。第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)芯片介紹3.1.1單片機(jī)STC89C52功能介紹STC89C52是51系列單片機(jī)的一個(gè)型號(hào)，它是STC公司生產(chǎn)的。STC89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用STC公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的STC89C52單片機(jī)可提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。STC89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，STC89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本7。STC89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求 。其引腳圖如圖3-1示。圖3- 1 STC89C52引腳分布圖STC89C52具體介紹如下： 主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源GND(Pin20)：接地線外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào)PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令?？删幊梯斎?輸出引腳（32根）STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根8。P0口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.73.1.2 LCD1602顯示器介紹液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號(hào)和圖形。1602型LCD顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)。1602型LCD可以顯示2行16個(gè)字符，有8位數(shù)產(chǎn)品的通過(guò)器件，如在計(jì)算器、萬(wàn)用表、電子表及很多家用電子據(jù)總線D0-D7和RS,R/W,EN三個(gè)控制端口，工作電壓為5V，并且具有字符對(duì)比度調(diào)節(jié)和背光功能。引腳功能說(shuō)明：LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無(wú)背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說(shuō)明，如表3-1所示:表3- 1 LCD1602引腳接口說(shuō)明表編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。3.1.3存儲(chǔ)芯片AT24C02介紹AT24C02是美國(guó)Atmel公司的低功耗CMOS型EPROM，內(nèi)含2568位存儲(chǔ)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(qiáng)、數(shù)據(jù)不易丟失、體積小等特點(diǎn)。而且他是采用了IC總線式進(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的存取十分方便。AT24C02中帶有的片內(nèi)地址寄存器。每寫入或讀出一個(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。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時(shí)間，一次操作可寫入多達(dá)8個(gè)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(guò)SDA(串行數(shù)據(jù)線)及SCL(串行時(shí)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(shí)別每個(gè)器件。 AT24C02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)(AT24C02)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，控制總線的傳送方向，并產(chǎn)生開始和停止的條件。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。AT24C02的控制字由8位二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成，在開始信號(hào)發(fā)出以后，主機(jī)便會(huì)發(fā)出控制字，以選擇從機(jī)并控制總線傳送的方向。管腳描述：SCL 為串行時(shí)鐘：串行時(shí)鐘輸入管腳用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時(shí)鐘這是一個(gè)輸入管腳。SDL 為串行數(shù)據(jù)/地址：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，是一個(gè)開漏輸出管腳可與其它開漏輸出或集電極開路輸出進(jìn)行線或。A0、A1、A2 為器件地址輸入端：當(dāng)使用24C02 時(shí)最大可級(jí)聯(lián)8個(gè)器件，如果只有一個(gè)24C02被總線尋址，這三個(gè)地址輸入腳A0、A1、A2可懸空或連接到Vss。WP為寫保護(hù)：如果WP 管腳連接到Vcc 所有的內(nèi)容都被寫保護(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/寫操作12。管腳圖如圖3-2所示。 圖3- 2 AT24C02引腳圖3.1.4 I2C總線介紹I2C(InterIntegrated Circuit)總線是一種由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I2C總線產(chǎn)生于在80年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開發(fā)，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個(gè)組件狀態(tài)的通信。例如管理員可對(duì)各個(gè)組件進(jìn)行查詢，以管理系統(tǒng)的配置或掌握組件的功能狀態(tài)，如電源和系統(tǒng)風(fēng)扇。I2C總線的硬件結(jié)構(gòu)：I2C串行總線一般有兩根信號(hào)線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL。所有接到I2C總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)SDA都接到總線的SDA上，各設(shè)備的時(shí)鐘線SCL接到總線的SCL上。為了避免總線信號(hào)的混亂，要求各設(shè)備連接到總線的輸出端時(shí)必須是開漏輸出或集電極開路輸出。設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)線SDA接口電路應(yīng)該是雙向的，輸出電路用于向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，輸入電路用于接收總線上的數(shù)據(jù)。而串行時(shí)鐘線也應(yīng)是雙向的，作為控制總線數(shù)據(jù)傳送的主機(jī)。 總線的運(yùn)行（數(shù)據(jù)傳輸）由主機(jī)控制。所謂主機(jī)是指啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送（發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)）、發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)以及傳送結(jié)束時(shí)發(fā)出停止信號(hào)的設(shè)備，通常主機(jī)都是微處理器。被主機(jī)尋訪的設(shè)備稱為從機(jī)。為了進(jìn)行通訊，每個(gè)接到I2C總線的設(shè)備都有一個(gè)唯一的地址，以便于主機(jī)尋訪。主機(jī)和從機(jī)的數(shù)據(jù)傳送，可以由主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到從機(jī)，也可以由從機(jī)發(fā)到主機(jī)。凡是發(fā)送數(shù)據(jù)到總線的設(shè)備稱為發(fā)送器，從總線上接收數(shù)據(jù)的設(shè)備被稱為接受器?？偩€的構(gòu)成及信號(hào)類型：I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進(jìn)行雙向傳送，最高傳送速率100kbps。各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線上，但就像電話機(jī)一樣只有撥通各自的號(hào)碼才能工作，所以每個(gè)電路和模塊都有唯一的地址，在信息的傳輸過(guò)程中，I2C總線上并接的每一模塊電路既是主控器（或被控器），又是發(fā)送器（或接收器），這取決于它所要完成的功能。I2C總線在傳送數(shù)據(jù)過(guò)程中共有三種類型信號(hào)， 它們分別是：開始信號(hào)、結(jié)束信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)。開始信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。結(jié)束信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。 應(yīng)答信號(hào)：接收數(shù)據(jù)的IC在接收到8bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。CPU向受控單元發(fā)出一個(gè)信號(hào)后，等待受控單元發(fā)出一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，CPU接收到應(yīng)答信號(hào)后，根據(jù)實(shí)際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號(hào)的判斷。若未收到應(yīng)答信號(hào)，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障9。如圖3-3所示SDASCL開始結(jié)束圖3- 3 開始結(jié)束信號(hào)圖目前有很多半導(dǎo)體集成電路上都集成了I2C接口。帶有I2C接口的單片機(jī)有：CYGNAL的 C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外圍器件如存儲(chǔ)器、監(jiān)控芯片等也提供I2C接口?？偩€基本操作：I2C規(guī)程運(yùn)用主/從雙向通訊。器件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上，則定義為發(fā)送器，器件接收數(shù)據(jù)則定義為接收器。主器件和從器件都可以工作于接收和發(fā)送狀態(tài)。 總線必須由主器件（通常為微控制器）控制，主器件產(chǎn)生串行時(shí)鐘（SCL）控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。SDA線上的數(shù)據(jù)狀態(tài)僅在SCL為低電平的期間才能改變，SCL為高電平的期間，SDA狀態(tài)的改變被用來(lái)表示起始和停止條件10。1） 控制字節(jié)：在起始條件之后，必須是器件的控制字節(jié)，其中高四位為器件類型識(shí)別符（不同的芯片類型有不同的定義，EEPROM一般應(yīng)為1010），接著三位為片選，最后一位為讀寫位，當(dāng)為1時(shí)為讀操作，為0時(shí)為寫操作。2）寫操作：寫操作分為字節(jié)寫和頁(yè)面寫兩種操作，對(duì)于頁(yè)面寫根據(jù)芯片的一次裝載的字節(jié)不同有所不同。3） 讀操作：讀操作有三種基本操作：當(dāng)前地址讀、隨機(jī)讀和順序讀。圖4給出的是順序讀的時(shí)序圖。應(yīng)當(dāng)注意的是：最后一個(gè)讀操作的第9個(gè)時(shí)鐘周期不是“不關(guān)心”。為了結(jié)束讀操作，主機(jī)必須在第9個(gè)周期時(shí)發(fā)出停止條件或者在第9個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)保持SDA為高電平、然后發(fā)出停止條件。3.2 硬件電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)、矩陣鍵盤、液晶顯示器和密碼存儲(chǔ)等部分組成。其中矩陣鍵盤用于輸入數(shù)字密碼和進(jìn)行各種功能的實(shí)現(xiàn)。由用戶通過(guò)連接單片機(jī)的矩陣鍵盤輸入密碼，后經(jīng)過(guò)單片機(jī)對(duì)用戶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鎖電路或者報(bào)警電路控制開鎖還是報(bào)警。本系統(tǒng)共有兩部分構(gòu)成，即