【本科優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)】基于51單片機(jī)的硬件加密鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于51單片機(jī)的硬件加密鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要單片機(jī)是把主要計(jì)算機(jī)功能部件都集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)即單片微型計(jì)算機(jī)（SINGLECHIPMICROCOMPUTER），是集CPU,RAM,ROM,定時(shí)，計(jì)數(shù)和多種接口于一體的微控制器。其中51單片機(jī)是各種單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種,廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。本課題選擇MCS51單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計(jì)了一個(gè)日常生活中用到的硬件加密鎖系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由單片機(jī)系統(tǒng)及MAX232組成。使用單片機(jī)匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了硬件加密鎖的功能本論文主要介紹了硬件加密鎖的軟、硬件部分的設(shè)計(jì)，以及在設(shè)計(jì)、調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方案。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，本課題設(shè)計(jì)的該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定，造價(jià)成本低，功能完全，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。關(guān)鍵詞8051單片機(jī)；硬件加密鎖系統(tǒng)；MAX232ABSTRACTTHESINGLESLICEMACHINEISTHEMICROCOMPUTERWHICHALLINTEGRATESMAINCALCULATORFUNCTIONPARTSESONAPIECEOFCHIPSINGLESLICEMACHINENAMELYSINGLESLICEMICROCOMPUTERTHEMICROCOMPUTEROFTHESINGLECHIP,GATHERCPU,RAM,ROM,COUNTTOCONNECTINTHETINYCONTROLLEROFINTEGRALWHOLEWITHVARIETYINFIXEDTIMEAMONGTHEM51SINGLESLICEMACHINESISVARIOUSSINGLESLICEMACHINEINISATYPICALMODELMOSTANDHAVEREPRESENTATIVE1KINDMOST,EXTENSIVELYAPPLIEDINEACHREALMTHISTOPICCHOICEMCS51SINGLESLICEMACHINEISACORECONTROLCOMPONENT,DESIGNEDADAILYLIFECONVENIENTARRIVEOFTHEHARDWAREENCRYPTLOCKSYSTEMTHATSYSTEMCONSTITUTESTOFROMSINGLESLICEMACHINESYSTEMANDMAX232USINGTHESINGLESLICEMACHINEEDITSCOLLECTEDMATERIALSLANGUAGETOCARRYONWEAVINGADISTANCE,THEFUNCTIONWHICHCARRIESOUTHARDWARETOENCRYPTALOCKORIGINALLYTHETHESISMAINLYINTRODUCEDHARDWARETOENCRYPTTOLOCKOFSOFT,THEDESIGNOFHARDWAREPART,ANDMEETINTHEDESIGN,ADJUSTTRYTHEPROCESSOFTHEPROBLEMANDTHESOLUTIONPASSBYTOPRACTICEACERTIFICATE,THESYSTEMSSTRUCTUREOFWITHTHISTOPICDESIGNSIMPLE,STABILIZE,BUILDPRICECOSTLOW,FUNCTIONCOMPLETE,HAVEVERYSTRONGFUNCTIONKEYWORDSSINGLECHIPCOMPUTER805151THEHARDWAREENCRYPTSLOCKSYSTEMMAX232目錄摘要IABSTRACTII第1章緒論111課題背景1111課題的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀1112課題的發(fā)展趨勢(shì)3113本文研究的主要內(nèi)容712本章小結(jié)7第2章總體方案與論證5218051單片機(jī)52118051的介紹522本章小結(jié)11第3章硬件電路設(shè)計(jì)1131設(shè)計(jì)部分11311硬件部分1134本章小結(jié)17第4章軟件電路設(shè)計(jì)1941程序框圖19411軟件系統(tǒng)中的主程序流程圖19412軟件電路設(shè)計(jì)2042系統(tǒng)調(diào)試2043測(cè)試過(guò)程2144本章小結(jié)21結(jié)論23參考文獻(xiàn)24附錄125附錄231附錄334附錄447致謝1第1章緒論11課題背景111課題的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀隨著PC機(jī)的普及，各種不同功能的計(jì)算機(jī)軟件相繼產(chǎn)生，使PC機(jī)的功能不斷增強(qiáng)，方便了人們的學(xué)習(xí)，工作，和生活。但是在利益的驅(qū)使下，軟件盜版盜用的現(xiàn)象日益嚴(yán)重。如何保護(hù)軟件開(kāi)發(fā)者的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和經(jīng)濟(jì)利益，保證正版軟件用戶的利益是一個(gè)急需解決的問(wèn)題。單純的軟件加密顯然是不夠的。因此我們需要一種更為有效的硬件加密方式。硬件加密鎖，俗程“加密狗”。它通過(guò)硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)防止軟件在使用過(guò)程中被非法復(fù)制和盜版。在當(dāng)今中國(guó)市場(chǎng)上最主要的加密鎖品牌有1。美國(guó)彩虹公司（也是最早做硬件加密的公司）的國(guó)產(chǎn)品牌“加密狗”、美國(guó)品牌“圣天諾軟件加密鎖”；2。阿拉丁的“HASP”系列加密鎖；3。德國(guó)威博公司的“WBUKEY”加密鎖；4。深思洛克的“深思加密鎖”；5。藍(lán)宇風(fēng)公司的“金盾加密鎖”；6。飛天公司的“ROCKEY”加密鎖等幾個(gè)主要品牌。以上加密鎖品牌的工作原理都是大同小異被保護(hù)的軟件加密鎖之間形成一一對(duì)映的關(guān)系，被保護(hù)的軟件在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中不斷通過(guò)其API函數(shù)向加密鎖發(fā)指令來(lái)判斷加密鎖是否存在于，軟件離開(kāi)保護(hù)鎖不能運(yùn)行。第一代硬件保護(hù)鎖，只是通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單查詢函數(shù)來(lái)驗(yàn)證并口的硬件保護(hù)鎖是否存在，存在則程序繼續(xù)運(yùn)行，不再則軟件終止運(yùn)行，來(lái)完成并保護(hù)軟件開(kāi)發(fā)商的利益；第二代的硬件加密鎖與第一代的產(chǎn)品相比較最大的改變?cè)谟诩用苕i硬件里頭的運(yùn)算芯片由RAINBOW公司寫(xiě)入了一個(gè)固定的“加密算法”，但這個(gè)算法是單一的固定的。以上兩種產(chǎn)品對(duì)于軟件開(kāi)發(fā)商來(lái)說(shuō)有一個(gè)相當(dāng)大的風(fēng)險(xiǎn)。如果RAINBOW把相同的產(chǎn)品出售給別人的話，別人拿到這個(gè)加密鎖就能使用開(kāi)發(fā)商的軟件；第三代的硬件加密產(chǎn)品，這種產(chǎn)品徹底解決了軟件開(kāi)發(fā)商的后顧之憂。這種產(chǎn)品其運(yùn)算芯片中內(nèi)置了28種算法，共分為56個(gè)單元，每?jī)蓚€(gè)單元可以單獨(dú)保護(hù)一個(gè)應(yīng)用程序，故用RAINBOW公司的說(shuō)法其一把鎖可以保護(hù)28個(gè)應(yīng)用程序；且這種加密鎖的每個(gè)算法單元所采用的算法因子是由軟件開(kāi)發(fā)商自己設(shè)定的，當(dāng)其寫(xiě)入加密鎖后對(duì)于外界來(lái)說(shuō)就相當(dāng)于一個(gè)暗箱，是任何人也讀不出來(lái)的。但隨著解密者的技術(shù)的不斷提高，RAINBOW中國(guó)公司研發(fā)出了第四代的產(chǎn)品智能狗，與現(xiàn)今的差不多所有品牌的加密鎖相比較，這種狗有了一個(gè)質(zhì)的飛躍其通過(guò)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中把一段代碼加密后寫(xiě)入加密狗，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)再把加密狗里的代碼在加密狗里自行運(yùn)行，程序調(diào)用其運(yùn)算結(jié)果來(lái)完成軟件的加密，如此就從理論上杜絕了軟件被破解的可能。現(xiàn)在市面上的加密狗的工作原理不外乎RAINBOW的這兩種形式1、程序發(fā)命令查詢加密狗運(yùn)算后相應(yīng)程序；2、把源代碼放入加密狗內(nèi)部執(zhí)行。112課題的發(fā)展趨勢(shì)盜版既是軟件行業(yè)的問(wèn)題，也是一個(gè)社會(huì)問(wèn)題。在軟件行業(yè),所有的軟件開(kāi)發(fā)商、銷售商都為來(lái)自光盤(pán)、來(lái)自INTERNET的全球范圍內(nèi)的軟件盜版而困擾。從軟件使用者的角度來(lái)講，往往只看到購(gòu)買(mǎi)盜版“所占到的便宜”，而忽視了服務(wù)無(wú)法保證、系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)等諸多問(wèn)題的存在，也正是由于這種“忽視”，在很大程度上限制了軟件產(chǎn)業(yè)特別是民族軟件產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)。我們回想一下有多少軟件企業(yè)被盜版而扼殺在搖籃里又有多少企業(yè)倒在了反盜版的路上軟件企業(yè)要生存，軟件行業(yè)要持續(xù)、健康發(fā)展，因此軟件保護(hù)才應(yīng)運(yùn)而生，大部分軟件商最初采用的保護(hù)方式主要是軟加密，主要有密碼方式、軟件自校驗(yàn)方式和鑰匙盤(pán)方式等純軟件的手段，但是隨著軟件保護(hù)行業(yè)的發(fā)展，解密技術(shù)也隨之出現(xiàn)并快速的發(fā)展起來(lái)，軟加密的方式已經(jīng)“不堪一擊”；在這種情況下，依賴于硬件的保護(hù)開(kāi)始被廣泛應(yīng)用，成為最常用的保護(hù)手段。加密卡、加密狗（加密鎖）等也成為了軟件保護(hù)技術(shù)進(jìn)步下的產(chǎn)物。但是，加密與解密的斗爭(zhēng)是永無(wú)休止的；很快，普通的硬件保護(hù)技術(shù)受到了挑戰(zhàn)于是，2001年以后，軟件保護(hù)行業(yè)形成一輪新的技術(shù)升級(jí)浪潮，突破性地在金融、軍隊(duì)、網(wǎng)絡(luò)身份認(rèn)證等對(duì)安全性、穩(wěn)定性要求極高的領(lǐng)域廣泛使用的智能卡（SMARTCARD）技術(shù)來(lái)對(duì)商業(yè)軟件的進(jìn)行保護(hù)。以智能卡技術(shù)為核心構(gòu)建的新一代的軟件保護(hù)系統(tǒng)，對(duì)用戶的軟件代碼和重要數(shù)據(jù)提供了全方位、高安全度的保護(hù)，被稱為軟件盜版的“終結(jié)者”。在與盜版的激烈斗爭(zhēng)中，中國(guó)軟件保護(hù)行業(yè)市場(chǎng)逐步形成并在市場(chǎng)的強(qiáng)烈激發(fā)和需求下快步的蓬勃發(fā)展，深思洛克、阿拉丁、彩虹天地（現(xiàn)為美國(guó)賽孚耐）等都是其中的佼佼者。時(shí)至今日，在以智能卡技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的軟件保護(hù)技術(shù)已經(jīng)非常完善，以深思洛克的代表產(chǎn)品精銳IV加密鎖為例。她所采用的芯片是目前國(guó)際上唯一通過(guò)EAL5的安全芯片，以其優(yōu)秀的防物理攻擊、電子探測(cè)功能為加密鎖提供了一個(gè)安全的“芯”。利用她強(qiáng)大的處理能力，軟件開(kāi)發(fā)商可以將軟件中一段或幾段關(guān)鍵的代碼移植到加密鎖中運(yùn)行，或?qū)④浖\(yùn)行所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)保存在鎖內(nèi)，外部軟件通過(guò)接口函數(shù)訪問(wèn)硬件中的關(guān)鍵代碼或數(shù)據(jù)，由于這些代碼和數(shù)據(jù)在PC端沒(méi)有副本存在，解密者根本無(wú)從猜測(cè)算法或竊取數(shù)據(jù)。然而，就在軟件保護(hù)行業(yè)正在為技術(shù)變革帶來(lái)的高安全性而欣喜的時(shí)候，軟件開(kāi)發(fā)商卻提出了新的需求要求加密鎖將軟件銷售渠道、加密鎖生產(chǎn)、發(fā)行管理起來(lái)。目前，我國(guó)軟件開(kāi)發(fā)商大多采用代理制、分銷制的發(fā)行方式，在享受其帶來(lái)的諸多優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也給軟件發(fā)行管理帶來(lái)了諸多問(wèn)題，而這是傳統(tǒng)加密鎖根本無(wú)法解決的，事實(shí)證明所謂的這類普通加密鎖已經(jīng)在逐漸失去其存在的價(jià)值和意義。首先，如果軟件開(kāi)發(fā)商是采用傳統(tǒng)加密鎖進(jìn)行軟件保護(hù)的，那么在軟件升級(jí)及功能更新時(shí)候，必須將加密鎖通過(guò)郵寄的方式往返于軟件開(kāi)發(fā)商和最終用戶，這種方式大大增加了運(yùn)輸和管理成本；其次傳統(tǒng)加密鎖采用的是普通的單片機(jī)，所以單純從硬件來(lái)說(shuō)很難抵御目前快速發(fā)展的解密技術(shù)攻擊，硬克隆這種完全的破解對(duì)于解密者來(lái)說(shuō)也并非難事，傳統(tǒng)的加密鎖存在極大的被解密的風(fēng)險(xiǎn)；另外，傳統(tǒng)的加密鎖由于天生的安全缺陷，無(wú)法幫助軟件企業(yè)對(duì)發(fā)行渠道進(jìn)行有效地控制和管理，所以對(duì)渠道過(guò)程中“兼守自盜”束手無(wú)策，然而往往一些軟件的盜版壓力就來(lái)自發(fā)行渠道。基于以上亟待解決的問(wèn)題，深思洛克率先在2002年推出基于安全智能卡芯片的高強(qiáng)度加密鎖，輔以及安全、高效的加密解決方案，使數(shù)千套軟件得到安全無(wú)憂的保護(hù)，并利用智能卡所具有的網(wǎng)絡(luò)安全特質(zhì)，將加密鎖的遠(yuǎn)程升級(jí)功能，以及軟件授權(quán)管理功能賦予了安全的智能卡加密鎖，從而成功的解決了軟件企業(yè)及軟件保護(hù)行業(yè)共同面臨的難題。如果說(shuō)智能卡加密鎖的安全解決方案以及“遠(yuǎn)程更新”技術(shù)是實(shí)現(xiàn)軟件銷售管理的基礎(chǔ)，那么授權(quán)管理技術(shù)則是這一應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)的保障。他不僅可以成功解決軟件企業(yè)眼前的難題，更重要的是基于軟件授權(quán)管理可以打造全新的軟件銷售模式，為軟件行業(yè)帶來(lái)革命性的進(jìn)步?？蛻艨梢愿鶕?jù)自己的需求按使用時(shí)間或使用次數(shù)定制軟件，也可以按自己的要求定制使用的軟件種類與模塊組合，客戶只需要為自己必須的應(yīng)用功能或服務(wù)付款；并通過(guò)試用，確定符合自己的需求的基礎(chǔ)上，購(gòu)買(mǎi)服務(wù)，并通過(guò)遠(yuǎn)程開(kāi)通來(lái)使用這種服務(wù)可見(jiàn)，新的“加密鎖整體保護(hù)方案”與傳統(tǒng)“軟件加密”有太大不同。首先，軟件企業(yè)利用這種管理模式可以非常方便的管理自己的銷售渠道和最終用戶；其次，消費(fèi)者可以通過(guò)遠(yuǎn)程申請(qǐng)使用滿足自己需求的軟件模塊，并且不需要初期昂貴的投資，而僅僅需要按次或按時(shí)支付固定的費(fèi)用?？梢灶A(yù)見(jiàn)，軟件租賃服務(wù)一旦成為軟件銷售的主流形式，對(duì)軟件保護(hù)行業(yè)來(lái)說(shuō)，則意味著許多商業(yè)機(jī)會(huì)，如財(cái)務(wù)、CRM、HR等需要較多服務(wù)的管理類軟件或建筑類、娛樂(lè)類對(duì)安全有較高要求，對(duì)客戶信息需要管理的軟件采用傳統(tǒng)的加密已遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足需求大多數(shù)軟件企業(yè)將采用這種新的管理模式，軟件企業(yè)關(guān)心的將不僅僅是盜版問(wèn)題，而是在軟件安全的情況下如何提高服務(wù)質(zhì)量、如何輕松實(shí)現(xiàn)渠道、客戶信息的可控管理、如何保證授權(quán)管理的高安全性113本課題研究的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)目的使學(xué)生熟練掌握MCS51本操作和調(diào)試程序的各種指令。熟悉編程及調(diào)試程序的方法。掌握8051的工作原理和應(yīng)用編程方法，練習(xí)編寫(xiě)中斷程序的方法。掌握8051的工作原理、工作方式及其應(yīng)用編程。本設(shè)計(jì)的要求1查閱與課題相關(guān)的文獻(xiàn)，了解硬件“看門(mén)狗”的作用及工作原理2實(shí)現(xiàn)硬件電路3實(shí)現(xiàn)單片機(jī)軟件算法4編制一個(gè)簡(jiǎn)單的DEMO12本章小結(jié)本章簡(jiǎn)單介紹了本次設(shè)計(jì)的課題國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)和研究的主要內(nèi)容，為以后的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)作好準(zhǔn)備。第2章總體方案與論證218051單片機(jī)2118051簡(jiǎn)介8051系列單片機(jī)是8051是MCS51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，美國(guó)ATMEL公司前些年推出的一種新型高性能低價(jià)位、低電壓低功耗的8位CMOS微型計(jì)算機(jī)。8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器ROM、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說(shuō)明下圖是MCS51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。中央處理器中央處理器CPU是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。存儲(chǔ)器單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)的形式，即哈佛HARVARD結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓PRINCETON結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。8051單片機(jī)的存儲(chǔ)器在物理結(jié)構(gòu)上分為程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，共有4個(gè)存儲(chǔ)空間片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、片外程序存儲(chǔ)器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間。這種程序存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分開(kāi)的結(jié)構(gòu)形式被稱為哈佛結(jié)構(gòu)。但從用戶的角度，8051存儲(chǔ)器地址空間可分為3類片內(nèi)、片外統(tǒng)一編址0000HFFFFH的64KB程序存儲(chǔ)器地址空間用16位地址；64KB片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間，地址也從0000HFFFFH用16位地址編址；256B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間用8位地址。上述4個(gè)存儲(chǔ)空間地址是重疊的，如圖所示。8051的指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)了不同的數(shù)據(jù)傳送指令以區(qū)別這4個(gè)不同的邏輯空間CPU訪問(wèn)片內(nèi)、片外ROM指令用MOVC，訪問(wèn)片外RAM指令用MOVX，訪問(wèn)片內(nèi)RAM指令用MOV。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。程序存儲(chǔ)器ROM8051共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。程序存儲(chǔ)器用于存放編好的程序和表格常數(shù)。程序通過(guò)16位程序計(jì)數(shù)器尋址，尋址能力為64KB。這使得指令能在64KB的地址空間內(nèi)任意跳轉(zhuǎn)，但不能使程序從程序存儲(chǔ)器空間轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間。實(shí)際上，當(dāng)引腳EA接高電平時(shí)，8051的程序計(jì)數(shù)器PC執(zhí)行片內(nèi)ROM中的程序，當(dāng)指令地址超過(guò)片內(nèi)ROM地址時(shí)，就自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外ROM中去取指令。當(dāng)引腳EA接低電平接地時(shí)，8051片內(nèi)ROM不起作用，CPU只能從片外ROM中取指令，地址可以從0000H開(kāi)始編址。8051從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器取指時(shí)的執(zhí)行速度相同。定時(shí)/計(jì)數(shù)器ROM8051不僅有豐富的可用端口，其還內(nèi)含有兩個(gè)16位的計(jì)時(shí)器/定時(shí)器，稱為計(jì)數(shù)器TO及計(jì)數(shù)器T1，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。其主要作用有兩點(diǎn)第一，做一段特定時(shí)間長(zhǎng)短的計(jì)時(shí)。第二，可以計(jì)算由TO或TL引腳的輸入脈沖數(shù)。前者在應(yīng)用上可以產(chǎn)生正確的時(shí)間延遲及定時(shí)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，這是MCU在軟件控制程序上常用到的技巧，而后者的應(yīng)用則是計(jì)數(shù)器或是頻率計(jì)的設(shè)計(jì)。這兩個(gè)計(jì)數(shù)器本身都有4種工作模式可以選用模式013位計(jì)時(shí)工作模式模式116位計(jì)時(shí)工作模式模式2具有從新載入計(jì)數(shù)值的8位計(jì)時(shí)模式模式3計(jì)數(shù)器TL停止計(jì)時(shí)工作，而計(jì)數(shù)器0分為兩個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器由TLO和THO來(lái)負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)工作。計(jì)數(shù)器的初值設(shè)定是由下面的公式來(lái)計(jì)算的，設(shè)C為要計(jì)數(shù)的次數(shù)則并行輸入輸出I/O口8051共有4組8位I/O口P0、P1、P2或P3，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。P0口有三個(gè)功能1、外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí),當(dāng)做數(shù)據(jù)總線（如圖1中的D0D7為數(shù)據(jù)總線接口）2、外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí),當(dāng)作地址總線（如圖1中的A0A7為地址總線接口）3、不擴(kuò)展時(shí),可做一般的I/O使用,但內(nèi)部無(wú)上拉電阻,作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。P1口只做I/O口使用其內(nèi)部有上拉電阻。P2口有兩個(gè)功能1、擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí),當(dāng)作地址總線使用2、做一般I/O口使用,其內(nèi)部有上拉電阻P3口有兩個(gè)功能除了作為I/O使用外（其內(nèi)部有上拉電阻）,還有一些特殊功能,由特殊寄存器來(lái)設(shè)置。全雙工串行口8051內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。8051單片機(jī)的串行端口有4種基本工作方式,通過(guò)編程設(shè)置，可以使其工作在任一方式，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的需要。其中，方式0主要用于外接移位寄存器，以擴(kuò)展單片機(jī)的IO電路；方式1多用于雙機(jī)之間或與外設(shè)電路的通信；方式2、3除有方式1的功能外，還可用作多機(jī)通信，以構(gòu)成分布式多微機(jī)系統(tǒng)。串行端口有兩個(gè)控制寄存器,用來(lái)設(shè)置工作方式、發(fā)送或接收的狀態(tài)、特征位、數(shù)據(jù)傳送的波特率每秒傳送的位數(shù)以及作為中斷標(biāo)志等。串行端口有一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器SBUF在特殊功能寄存器中的字節(jié)地址為99H，該寄存器為發(fā)送和接收所共同。發(fā)送時(shí)，只寫(xiě)不讀；接收時(shí)，只讀不寫(xiě)。在一定條件下，向陽(yáng)UF寫(xiě)入數(shù)據(jù)就啟動(dòng)了發(fā)送過(guò)程；讀SBUF就啟動(dòng)了接收過(guò)程。串行通信的波特率可以程控設(shè)定。在不同工作方式中，由時(shí)鐘振蕩頻率的分頻值或由定時(shí)器TL的定時(shí)溢出時(shí)間確定，使用十分方便靈活。8051的串行I/O有4中工作模式可供選擇模式0此模式是做串行傳送1/0控制，而非真正的串行通信應(yīng)用。工作于此模式時(shí)由TXD引腳發(fā)送出同步移位脈沖，由RXD引腳送出或接收串行數(shù)據(jù)。串行數(shù)據(jù)形式是8位數(shù)據(jù)，同步脈沖的寬度也是固定的，為系統(tǒng)工作震蕩的1/12,等于8051的一個(gè)工作周期。模式1此模式為經(jīng)常使用的串行工作模式，串行數(shù)據(jù)位由TXD引腳傳送出去，由RXD引腳將對(duì)方發(fā)來(lái)的串行數(shù)據(jù)位接收進(jìn)來(lái)。至于傳輸?shù)牟ㄌ芈适怯捎?jì)時(shí)器T1來(lái)規(guī)劃的，只要將不同的計(jì)數(shù)器初值載入計(jì)時(shí)器中，可以做不同的波特而在模式1和模式3下的波特率由內(nèi)部計(jì)數(shù)器T1來(lái)控制，此時(shí)應(yīng)使用計(jì)數(shù)器工作模式2，自動(dòng)重新載入計(jì)時(shí)模式。在模式2下，使用的計(jì)數(shù)寄存器為T(mén)L1，而TH1則是在做自動(dòng)載入計(jì)時(shí)值的設(shè)定。波特率的計(jì)算公式為將上式整理得中斷系統(tǒng)8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。8051單片機(jī)的中斷系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用，其基本特點(diǎn)是有5個(gè)固定的可屏蔽中斷源，3個(gè)在片內(nèi)，2個(gè)在片外，它們?cè)诔绦虼鎯?chǔ)器中各有固定的中斷入口地址，由此進(jìn)入中斷服務(wù)程序；5個(gè)中斷源有兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，可形成中斷嵌套；2個(gè)特殊功能寄存器用于中斷控制和條件設(shè)置的編程。5個(gè)中斷源的符號(hào)、名稱及產(chǎn)生的條件如下INT0外部中斷0，由P32端口線引入，低電平或下跳沿引起。INT1外部中斷1，由P33端口線引入，低電平或下跳沿引起。T0定時(shí)器計(jì)數(shù)器0中斷，由T0計(jì)滿回零引起。T1定時(shí)器計(jì)數(shù)器L中斷，由T1計(jì)滿回零引起。TIRI串行IO中斷，串行端口完成一幀字符發(fā)送接收后引起。整個(gè)中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)下圖一所示。由圖一可見(jiàn)，外部中斷有下跳沿引起和低電平引起的選擇；串行中斷有發(fā)送TI相接收R1的區(qū)別；各個(gè)中斷源打開(kāi)與否，受中斷自身的允許位和全局允許位的控制，并具有高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)的選擇。中斷系統(tǒng)的控制寄存器中斷系統(tǒng)有兩個(gè)控制寄存器IE和IP，它們分別用來(lái)設(shè)定各個(gè)中斷源的打開(kāi)關(guān)閉和中斷優(yōu)先級(jí)。此外，在TCON中另有4位用于選擇引起外部中斷的條件并作為標(biāo)志位。時(shí)鐘電路8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHZ的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。后面章節(jié)詳細(xì)介紹。2本章小結(jié)本章介紹了8051單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理，為以后的設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。第3章硬件電路設(shè)計(jì)31設(shè)計(jì)部分311硬件部分18051單片機(jī)的引腳介紹目前制造工藝為HMOS的MCS51的單片機(jī)都采用40只引腳的雙列直插封裝方式，40只引腳按其功能分，可分為三個(gè)部分圖111電源及時(shí)鐘引腳VCC,VSS；XTAL1XTAL22控制引腳PSEN、ALE、EA、RESET3I/O口引腳P0、P1、P2、P3,為4個(gè)8位I/O口的外部引腳。電源及時(shí)鐘引腳1電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。VCC（40腳）接5V電源；VSS20腳接地。2時(shí)鐘引腳XTAL1、XTAL2。時(shí)鐘引腳接外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成了一個(gè)振蕩器，它提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。時(shí)鐘引腳也可外接晶體振蕩器。3控制引腳此類引腳提供控制信號(hào)，有的還具有復(fù)制功能。4RST/VPD9腳當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳外加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片復(fù)位（RST）。掉電期間，此引腳可接上備用電源（VPD），以保持內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)，當(dāng)VCC下掉到低于規(guī)定的值，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)（505V）時(shí)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。（5）ALE/PROG30腳當(dāng)訪問(wèn)單片機(jī)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE輸出脈沖的負(fù)跳沿用于16位地址的低8位的鎖存信號(hào)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE端仍有正脈沖信號(hào)輸出，此頻率為時(shí)鐘頻率的1/6。但是，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，在兩個(gè)機(jī)器周期中ALE只出現(xiàn)一次，即丟失一個(gè)ALE脈沖。因此，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，用戶不能用ALE做時(shí)鐘愿或定時(shí)。ALE端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載（6）PSEN（29腳）此角的輸出是單片機(jī)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指令期間，每個(gè)機(jī)器周期PSEN有兩次有效。但在此期間，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)不出現(xiàn)。PSEN可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。（7）EA/VPP31腳當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在PC只超過(guò)0FFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。2MAX232的介紹MAX232一般說(shuō)明MAX232是雙路驅(qū)動(dòng)/接收器，內(nèi)部包括電容型的電壓生成器，可以將單5V電源轉(zhuǎn)換成符合EIA/TIA232E的電壓等級(jí)。接收器將EIA/TIA232E標(biāo)準(zhǔn)的輸入電平轉(zhuǎn)換成5VTTL/CMOS電平。接收器的典型臨界值是13V，典型磁滯是05V，可以接收30V的輸入信號(hào)。驅(qū)動(dòng)器（發(fā)送器）將TTL/CMOS輸入電平轉(zhuǎn)換成EIA/TIA232E電平。特性單5V電源，LINBICMOS工藝，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器和兩個(gè)接收器，30V的輸入電平，低工作電流8MA典型值，滿足和超過(guò)ANSIEIA/TIA232E和ITU推薦標(biāo)準(zhǔn)V28，可以和MAXIM的MAX232互換應(yīng)用，EIA/TIA232E標(biāo)準(zhǔn)，電池供電系統(tǒng)，終端MODEM計(jì)算機(jī)，ESD保護(hù)超過(guò)2000V（MILSTD883，METHOD3015）。3RS232的介紹RS232RS232接口就是串口，電腦機(jī)箱后方的9芯插座，旁邊一般有“|O|O|“樣標(biāo)識(shí)。一般機(jī)箱有兩個(gè)，新機(jī)箱有可能只有一個(gè)。筆記本電腦有可能沒(méi)有。有很多工業(yè)儀器將它作為標(biāo)準(zhǔn)通信端口。通信的內(nèi)容與格式一般附在儀器的用戶說(shuō)明書(shū)中。計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)行通訊。RS232C接口（又稱EIARS232C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè)25個(gè)腳的DB25連接器，對(duì)連接器的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定，還對(duì)各種信號(hào)的電平加以規(guī)定。（1）接口的信號(hào)內(nèi)容實(shí)際上RS232C的25條引線中有許多是很少使用的，在計(jì)算機(jī)與終端通訊中一般只使用39條引線。RS232C最常用的9條引線的信號(hào)內(nèi)容見(jiàn)附表1所示（2）接口的電氣特性在RS232C中任何一條信號(hào)線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系。即邏輯“1”，515V；邏輯“0”515V。噪聲容限為2V。即要求接收器能識(shí)別低至3V的信號(hào)作為邏輯“0”，高到3V的信號(hào)作為邏輯“1”3接口的物理結(jié)構(gòu)RS232C接口連接器一般使用型號(hào)為DB25的25芯插頭座,通常插頭在DCE端,插座在DTE端一些設(shè)備與PC機(jī)連接的RS232C接口,因?yàn)椴皇褂脤?duì)方的傳送控制信號(hào),只需三條接口線,即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號(hào)地”。所以采用DB9的9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。（4）傳輸電纜長(zhǎng)度由RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在碼元畸變小于4的情況下，傳輸電纜長(zhǎng)度應(yīng)為50英尺，其實(shí)這個(gè)4的碼元畸變是很保守的，在實(shí)際應(yīng)用中，約有99的用戶是按碼元畸變1020的范圍工作的，所以實(shí)際使用中最大距離會(huì)遠(yuǎn)超過(guò)50英尺，美國(guó)DEC公司曾規(guī)定允許碼元畸變?yōu)?0而得出附表2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其中1號(hào)電纜為屏蔽電纜，型號(hào)為DECPNO9107723內(nèi)有三對(duì)雙絞線，每對(duì)由22AWG組成，其外覆以屏蔽網(wǎng)。2號(hào)電纜為不帶屏蔽的電纜。型號(hào)為DECPNO910585604是22AWG的四芯電纜。1RS232C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA（ELECTRONICINDUSTRYASSOCIATION）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫(xiě)，232為標(biāo)識(shí)號(hào)，C表示修改次數(shù)。RS232C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有2500PF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150PF/M的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15M；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS232屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問(wèn)題，因此一般用于20M以內(nèi)的通信。2RS485總線,在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS485串行總線標(biāo)準(zhǔn)。RS485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測(cè)低至200MV的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。RS485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。RS485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)線。應(yīng)用RS485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器。以往，PC與智能設(shè)備通訊多借助RS232、RS485、以太網(wǎng)等方式，主要取決于設(shè)備的接口規(guī)范。但RS232、RS485只能代表通訊的物理介質(zhì)層和鏈路層，如果要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向訪問(wèn)，就必須自己編寫(xiě)通訊應(yīng)用程序，但這種程序多數(shù)都不能符合ISO/OSI的規(guī)范，只能實(shí)現(xiàn)較單一的功能，適用于單一設(shè)備類型，程序不具備通用性。在RS232或RS485設(shè)備聯(lián)成的設(shè)備網(wǎng)中，如果設(shè)備數(shù)量超過(guò)2臺(tái)，就必須使用RS485做通訊介質(zhì)，RS485網(wǎng)的設(shè)備間要想互通信息只有通過(guò)“主（MASTER）”設(shè)備中轉(zhuǎn)才能實(shí)現(xiàn)，這個(gè)主設(shè)備通常是PC，而這種設(shè)備網(wǎng)中只允許存在一個(gè)主設(shè)備，其余全部是從（SLAVE）設(shè)備。而現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是以ISO/OSI模型為基礎(chǔ)的，具有完整的軟件支持系統(tǒng)，能夠解決總線控制、沖突檢測(cè)、鏈路維護(hù)等問(wèn)題。4電路圖的設(shè)計(jì)連接電路連接從計(jì)算機(jī)串口取電電路，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)供電連接MAX232接口電平轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)邏輯電平與RS232的電平的相互轉(zhuǎn)換。51單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行通訊口，所以單片機(jī)和電腦之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，比如電腦的串口是RS232電平的，而單片機(jī)的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡(jiǎn)單可靠。我們采用了三線制連接串口，也就是說(shuō)和電腦的9針串口只連接其中的3根線第5腳的GND、第2腳的RXD、第3腳的TXD。這是最簡(jiǎn)單的連接方法，但是對(duì)我們來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠使用了，電路如上圖所示，MAX232的第10腳和單片機(jī)的11腳連接，第9腳和單片機(jī)的10腳連接，第15腳和單片機(jī)的20腳連接。34本章小結(jié)本章介紹了硬件電路的總電路圖，以及各個(gè)模塊的理論原理。比較細(xì)致的學(xué)習(xí)各個(gè)模塊的工作原理。第4章軟件電路設(shè)計(jì)41程序框圖411軟件設(shè)計(jì)的主程序流程圖開(kāi)始下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)下位機(jī)收到數(shù)據(jù)下位機(jī)算出數(shù)據(jù)比較數(shù)據(jù)下位機(jī)向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)開(kāi)始通信下位機(jī)不回應(yīng)上位機(jī)結(jié)束412軟件電路設(shè)計(jì)大多控制系統(tǒng)都把PC作為上位機(jī)，單片機(jī)系統(tǒng)作為下位機(jī)。單片機(jī)系統(tǒng)必需把采集的數(shù)據(jù)傳輸給PC機(jī)，以便進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。PC機(jī)幾乎都具有RS232接口，因此，單片機(jī)通過(guò)RS232口與PC機(jī)通信最方便，也是嘴常用的方法。但是單片機(jī)并沒(méi)有RS232電氣接口，要進(jìn)行通信，必需要進(jìn)行接口擴(kuò)展。本設(shè)計(jì)采用了接口擴(kuò)展的方案，并根據(jù)自行設(shè)計(jì)的通訊協(xié)議，編寫(xiě)了通信軟件。編寫(xiě)程序編寫(xiě)單片機(jī)單片機(jī)端串口結(jié)束電和發(fā)送程序；編寫(xiě)上位機(jī)端串口發(fā)送和接受程序。以上是串口通信的一般流程。對(duì)于本設(shè)計(jì)的硬件加密鎖的設(shè)計(jì)。要求在下位機(jī)中設(shè)計(jì)一個(gè)算法。上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。下位機(jī)接受數(shù)據(jù)，并根據(jù)算法計(jì)算出結(jié)果，然后比較數(shù)據(jù)如果一致就進(jìn)行串口通信。不一致就停止通信。程序見(jiàn)附錄42系統(tǒng)調(diào)試本次設(shè)計(jì)的最后一項(xiàng)任務(wù)是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，并測(cè)試程序和硬件是否能按照要求工作。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器必須放入調(diào)試好的應(yīng)用程序，系統(tǒng)才能運(yùn)行。如果研制人員對(duì)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)十分熟悉，能確保所編制的程序不會(huì)出錯(cuò)時(shí)，可不需要開(kāi)發(fā)工具，只要把所開(kāi)發(fā)的軟件固化到系統(tǒng)的EPROM中即可。一般來(lái)說(shuō)，都需要借助開(kāi)發(fā)工具來(lái)調(diào)試應(yīng)用軟件。開(kāi)發(fā)工具的主要作用是（1）系統(tǒng)硬件電路的診斷與檢查；（2）程序的輸入與修改；（3）程序的運(yùn)行、調(diào)試，具有單步運(yùn)行、狀態(tài)查詢等功能；（4）能將程序固化到EPROM芯片上去。本次測(cè)試的工具主要是面包板一個(gè)（用來(lái)進(jìn)行硬件連接），導(dǎo)線若干，偉幅仿真器一個(gè)（用來(lái)對(duì)便好的程序進(jìn)行調(diào)試，以及看最終結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求），電源一臺(tái)（供給仿真器及單片機(jī)電源），萬(wàn)用表一個(gè)。43測(cè)試過(guò)程測(cè)試過(guò)程的第一項(xiàng)任務(wù)是建立自己的項(xiàng)目文件，首先選擇菜單文件/新建文件功能在彈出的文件中輸入所編寫(xiě)的程序。然后選擇菜單文件/保存文件或文件/令存為功能，給出文件所要保存的位置以及文件名，單擊保存。接下來(lái)的任務(wù)是建立新的項(xiàng)目選擇菜單文件/新建項(xiàng)目功能。此不工作要分三步完成。（A）加入模塊文件，在加入模塊文件的對(duì)話框中選擇剛才所保存的文件，按打開(kāi)鍵。（B）加入包含文件，在加入包含文件的對(duì)話框中，選擇所要加入的包含文件。（C保存項(xiàng)目，在保存項(xiàng)目的對(duì)話框中輸入醒目的名稱，無(wú)需加后綴，軟件會(huì)自動(dòng)將后綴設(shè)成“ASM“按保存鍵將項(xiàng)目保存在源程序相同的文件加下。項(xiàng)目保存好后，如果項(xiàng)目是打開(kāi)的，可看到項(xiàng)目中的“模塊文件“已有一個(gè)模塊，并且就是你所保存的文件名，如果項(xiàng)目窗口沒(méi)有打開(kāi)，可以選擇菜單窗口/項(xiàng)目窗口功能來(lái)打開(kāi)。以上是編譯程序的初步階段，然后就是編譯程序了。選擇菜單項(xiàng)目/編譯功能或按編譯快捷圖標(biāo)，編譯項(xiàng)目。在編譯過(guò)程中，如果有錯(cuò)誤可以在信息窗口中顯示出來(lái)，雙擊錯(cuò)誤信息，可以在源程序定位所在的行。糾正錯(cuò)誤后，再次編譯直到?jīng)]有錯(cuò)誤后，就可調(diào)試程序了。下一步工作是單步調(diào)試程序，選擇執(zhí)行/跟蹤功能或按跟蹤快捷圖標(biāo)或按F7鍵進(jìn)行單步跟蹤調(diào)試程序，單步跟蹤調(diào)試程序就一條指令一條指令地執(zhí)行程序，若有子程序調(diào)用，也會(huì)跟蹤到子程序中去。在這個(gè)過(guò)程中，可以觀察程序每步執(zhí)行的結(jié)果。連接硬件仿真時(shí)，按照說(shuō)明書(shū)，將仿真器通過(guò)串行電纜連接計(jì)算機(jī)上，將仿真頭連接到仿真器，檢查連線無(wú)誤后，接上電源，打開(kāi)仿真器的電源開(kāi)關(guān)，如果仿真器和仿真頭設(shè)置正確，并且硬件連接正確，就會(huì)出現(xiàn)“硬件仿真“的對(duì)話框，并顯示仿真器、仿真頭的型號(hào)及仿真器的序列號(hào)。重新編譯程序，全速執(zhí)行程序，就可仿真了。在這過(guò)程中遇到的最多困難是在程序的編譯過(guò)程中，因?yàn)橛袝r(shí)候是子程序沒(méi)有定義而編譯不過(guò)去，有時(shí)候是指令寫(xiě)得不對(duì)，這就要求我們對(duì)單片機(jī)的知識(shí)了解得比較精。44本章小結(jié)本章利用前面已經(jīng)掌握的知識(shí)設(shè)計(jì)出了軟件流程圖，并根據(jù)流程圖編寫(xiě)出程序。然后將編好的主程序進(jìn)行調(diào)試，看是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能，找出缺陷和不足并解決出現(xiàn)的問(wèn)題。結(jié)論硬件加密鎖的設(shè)計(jì)通過(guò)運(yùn)用以前所掌握的單片機(jī)知識(shí)，設(shè)計(jì)出所需要的能夠?qū)崿F(xiàn)加密鎖功能硬件電路，并在PROTEL99中把電路圖繪制完成。然后運(yùn)用單片機(jī)知識(shí)進(jìn)行程序地編寫(xiě)和編譯仿真，最后進(jìn)行硬件連調(diào)，并加上相應(yīng)的外部電路和連線，來(lái)對(duì)所設(shè)計(jì)的電路的功能進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果完成了最初的設(shè)計(jì)預(yù)想,實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)所要達(dá)到的功能這次設(shè)計(jì)對(duì)我們的影響意義非凡。首先從選題來(lái)說(shuō)，他的選題考慮到了我們大學(xué)四年所學(xué)的所有知識(shí)，既要求我們對(duì)知識(shí)掌握的牢固，又要求我們對(duì)知識(shí)能夠靈活運(yùn)用。從運(yùn)用到的知識(shí)面來(lái)說(shuō)，它不僅要求我們運(yùn)用所學(xué)過(guò)的知識(shí)還要求我們?nèi)ふ遥瑢W(xué)習(xí)，借鑒其他科目或門(mén)類的知識(shí)。從時(shí)間上來(lái)說(shuō)，這次設(shè)計(jì)的時(shí)間是最長(zhǎng)的，因此我們有足夠的時(shí)間去重新溫習(xí)學(xué)過(guò)的知識(shí)，更有充足的時(shí)間去搜集學(xué)習(xí)一些我們沒(méi)有涉獵過(guò)的知識(shí)。這樣不僅鍛煉了我們學(xué)習(xí)新知識(shí)的能力，同時(shí)也拓寬了我們的知識(shí)面。并且我們還有足夠時(shí)間去修改我們的設(shè)計(jì)中的缺陷，這也是對(duì)我們將來(lái)走入社會(huì)獨(dú)立完成一項(xiàng)課題的考驗(yàn)。而對(duì)于我們來(lái)說(shuō)最重要的是，這次實(shí)習(xí)告訴我們?cè)鯓硬拍芟到y(tǒng)地完成一項(xiàng)實(shí)用的工作，他都需要哪些步驟。因此當(dāng)我們步入社會(huì)后對(duì)于公司給我們的一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用項(xiàng)目將不會(huì)在感到陌生。參考文獻(xiàn)李華MCS51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)北京航空學(xué)院出版社，199384吳金戌，沈慶陽(yáng)，郭庭吉8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用清華大學(xué)出版社，19947張毅剛,彭喜源,譚曉昀MCS51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997128樓然苗，李光飛51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例北京航空航天大學(xué)出版社，2003310SHCHO,HKUMAGAI,ANDKMIDORIKAWA,FABRICATIONOFMULTICORESTRUCTUREINOPTICALFIBERSUSINGPLASMASELFCHANNELINGEXCITEDBYAFEMTOSECONDLASER,CLEOPACIFICRIMOL,JULY,2001,CHIBATUB2411INTELMICROCONTROLLERHANDBOOK198512INTELSOFTWAREHANDBOOK19841新編MCS51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)張毅剛著哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社3電子技術(shù)基礎(chǔ)康平光著高等教育出版社48051單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用賴麒文著科學(xué)出版社58051單片機(jī)基礎(chǔ)教程陳明熒著科學(xué)出版社6MCS51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)何立民著北京航空航天大學(xué)出版社7流行單片機(jī)實(shí)用子程序及應(yīng)用實(shí)例楊振江著西安電子科技大學(xué)出版社8增強(qiáng)型80C51單片機(jī)速成與實(shí)踐周立功著北京航空航天大學(xué)出版社9單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)汪道輝著電子工業(yè)出版社附錄1燕山大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告課題名稱基于51單片機(jī)的硬件加密鎖的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)課題性質(zhì)實(shí)際課題來(lái)源自選學(xué)院（系）里仁學(xué)院專業(yè)電子信息工程年級(jí)四年級(jí)學(xué)生姓名楊強(qiáng)強(qiáng)指導(dǎo)教師李林2007年4月9日一、綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)明選題的依據(jù)和意義隨著PC機(jī)的普及，各種不同功能的計(jì)算機(jī)軟件相繼產(chǎn)生，使PC機(jī)的功能不斷增強(qiáng)，方便了人們的學(xué)習(xí)，工作，和生活。但是在利益的驅(qū)使下，軟件盜版盜用的現(xiàn)象日益嚴(yán)重。如何保護(hù)軟件開(kāi)發(fā)者的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和經(jīng)濟(jì)利益，保證正版軟件用戶的利益是一個(gè)急需解決的問(wèn)題。單純的軟件加密顯然是不夠的，。因此我們需要一種更為有效的硬件加密方式。通過(guò)比較軟件加密和硬件加密這兩種不同的途徑，我發(fā)現(xiàn)硬件加密顯然更適合自己。作為一個(gè)電子信息工程的學(xué)生，所學(xué)的專業(yè)就是偏硬件的一個(gè)專業(yè)又考慮到自己的知識(shí)背景和自己的愛(ài)好，所以我選擇了基于51單片機(jī)的硬件加密鎖為自己畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題。作為當(dāng)代的大學(xué)生，應(yīng)抓住潮流立足于最新科技領(lǐng)域，而硬件加密鎖正是這樣的一個(gè)新的領(lǐng)域。這個(gè)課題可以培養(yǎng)我們把理論轉(zhuǎn)化為實(shí)際動(dòng)手能力的能力，提高自己的綜合能力，為自己以后的就業(yè)和職業(yè)生涯提供資本。二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題本設(shè)計(jì)要求基于51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)出一種硬件加密鎖并加以實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)中一共用到兩個(gè)芯片，一個(gè)是51系列單片機(jī)，另一個(gè)是MAX232。通過(guò)兩者的正確連接，在加上電源情況下構(gòu)成了硬件電路。主要解決的問(wèn)題有五個(gè)第一搞清楚51板以及MAX232各引腳的功能。第二兩個(gè)芯片的連接方法以及電源的接法。第三51板的編程。第四主程序的編程。第五軟，硬件聯(lián)合調(diào)試。其中的難點(diǎn)是編程。三、研究步驟、方法及措施研究的步驟首先是查閱資料熟悉內(nèi)容。其次是硬件設(shè)計(jì)。然后是單片機(jī)程序設(shè)計(jì)。接下來(lái)是軟，硬件的聯(lián)合調(diào)試。最后是撰寫(xiě)論文。軟件研究的方法是PC機(jī)，也就是上位機(jī)。向單片機(jī)即下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。下位機(jī)收到數(shù)據(jù)，然后按照一定的算法得出一個(gè)結(jié)果。將收到數(shù)據(jù)與算法結(jié)果比較。如果一致，就回應(yīng)上位機(jī)向上位機(jī)返回?cái)?shù)據(jù)。則串口進(jìn)行通信。否則，單片機(jī)，即下位機(jī)不回應(yīng)上位機(jī)，不返回?cái)?shù)據(jù)。串口通信無(wú)法進(jìn)行。具體過(guò)程是導(dǎo)師指導(dǎo)和自己動(dòng)手做相結(jié)合。導(dǎo)師先給出題目并安排任務(wù)，這樣學(xué)生有足夠的時(shí)間來(lái)完成課題的設(shè)計(jì)。學(xué)生有疑問(wèn)的地方可隨時(shí)向?qū)熣?qǐng)教。導(dǎo)師是按周來(lái)安排任務(wù)。研究的措施學(xué)校為學(xué)生提供機(jī)時(shí)，供學(xué)生上機(jī)課程設(shè)計(jì)，查閱資料用。在每周四下午導(dǎo)師召集學(xué)生討論解答學(xué)生疑問(wèn)，并且作出指導(dǎo)。最后安排下一周的任務(wù)。四、研究工作進(jìn)度14周查閱資料和熟悉內(nèi)容主要的工作是去圖書(shū)館查閱相關(guān)文獻(xiàn)。58周硬件設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)硬件電路以及涉及達(dá)到的芯片或者器件了解起引腳的作用及連接方法。912周單片機(jī)程序設(shè)計(jì)。1316周軟，硬件聯(lián)合調(diào)試。1718撰寫(xiě)論文。五、主要參考文獻(xiàn)新編MCS51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)張毅剛彭喜元編著。哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社單片機(jī)接口技術(shù)實(shí)用子程序陳小忠黃寧趙小俠編著人民郵電出版社8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用吳金戌，沈慶陽(yáng)，郭庭吉清華大學(xué)出版社，1994中國(guó)期刊網(wǎng)及相關(guān)電子資源。GOOLE,百度等相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源。六、導(dǎo)師意見(jiàn)指導(dǎo)教師（簽字）年月日七、審核意見(jiàn)審查結(jié)果1、通過(guò)；2、完善后通過(guò)；3、未通過(guò)負(fù)責(zé)人（簽字）年月日注本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告一般不少于1000字。附錄2燕山大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述課題名稱基于51單片機(jī)的硬件加密鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)課題性質(zhì)實(shí)際課題來(lái)源自選學(xué)院（系）里仁學(xué)院專業(yè)電子信息工程年級(jí)四年級(jí)學(xué)生姓名楊強(qiáng)強(qiáng)指導(dǎo)教師李林2007年4月9日一、課題國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀在中國(guó)，開(kāi)發(fā)和銷售軟件離不開(kāi)加密，因?yàn)槲覈?guó)的軟件保護(hù)法制還不太健全，人們的法制觀念也比較淡薄，盜版軟件有著豐富的土壤，并且因?yàn)檐浖且环N非常特殊的商品，很容易復(fù)制，就其功能來(lái)講，正版和盜版的區(qū)別很小，如果開(kāi)發(fā)出來(lái)的軟件不進(jìn)行加密的話，那么在中國(guó)就無(wú)法銷售出去，人們樂(lè)意使用盜版軟件而沒(méi)有一些道德罪孽感，因此軟件開(kāi)發(fā)商有必要使用一些加密產(chǎn)品來(lái)保護(hù)軟件開(kāi)發(fā)者的利益，防止軟件被盜版。如何保護(hù)軟件開(kāi)發(fā)者的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和經(jīng)濟(jì)利益，保證正版軟件用戶的利益是一個(gè)急需解決的問(wèn)題。電腦狗，即加密狗，現(xiàn)在所說(shuō)的加密狗，一般都是硬件加密狗。是一種類似于U盤(pán)一樣的東西，是一種防盜版的方式。一般是把程序的一小部分或解密部分集合到加密狗的硬件中，防止軟件的盜版。二、研究主要成果我國(guó)燈具研究的成果在當(dāng)今中國(guó)市場(chǎng)上最主要的加密鎖品牌有1。美國(guó)彩虹公司（也是最早做硬件加密的公司）的國(guó)產(chǎn)品牌“加密狗”、美國(guó)品牌“圣天諾軟件加密鎖”；2。阿拉丁的“HASP”系列加密鎖；3。德國(guó)威博公司的“WBUKEY”加密鎖；4。深思洛克的“深思加密鎖”；5。藍(lán)宇風(fēng)公司的“金盾加密鎖”；6。飛天公司的“ROCKEY”加密鎖等幾個(gè)主要品牌。以上加密鎖品牌的工作原理都是大同小異。三、發(fā)展趨勢(shì)隨著互聯(lián)網(wǎng)和電子商務(wù)的發(fā)展，USBKEY作為網(wǎng)絡(luò)用戶身份識(shí)別和數(shù)據(jù)保護(hù)的“電子鑰匙“，正在被越來(lái)越多的用戶所認(rèn)識(shí)和使用。USBKEY這個(gè)概念最早是由加密鎖廠家提出來(lái)的，加密鎖是用來(lái)防止軟件盜版的硬件產(chǎn)品，加密鎖的概念是使安裝在計(jì)算機(jī)內(nèi)的應(yīng)用程序脫離加密鎖硬件無(wú)法運(yùn)行來(lái)達(dá)到保護(hù)軟件不被盜版的目的。隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷深入和應(yīng)用軟件銷售模式的改變，未來(lái)的軟件用戶可能不需要購(gòu)買(mǎi)軟件在本地計(jì)算機(jī)上安裝運(yùn)行，而是將要處理的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳到專門(mén)運(yùn)行該軟件服務(wù)的應(yīng)用服務(wù)器上處理，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)取得數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，軟件開(kāi)發(fā)商通過(guò)提供該應(yīng)用服務(wù)收取軟件費(fèi)用。這個(gè)時(shí)候，軟件廠商面臨的問(wèn)題就不再是如何防止本地軟件被復(fù)制，而是如何確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)用戶的身份和用戶數(shù)據(jù)的安全。于是加密鎖廠商提出了USBKEY的概念，用于識(shí)別用戶身份。四、存在問(wèn)題因特網(wǎng)（INTERNET）給大家的生活和工作帶來(lái)了日新月異的變化，同時(shí)也為盜版軟件在網(wǎng)絡(luò)上快速傳播與流通提供了良好的媒介。因而除了如何有效地通過(guò)外在的法律手段打擊盜版行為之外，深入學(xué)習(xí)軟件保護(hù)技術(shù)，增強(qiáng)軟件自身抵抗盜版流毒的免疫力也受到越來(lái)越多軟件開(kāi)發(fā)商的重視。但限于大多數(shù)開(kāi)發(fā)商對(duì)此方面技術(shù)了解的版面性，在實(shí)施軟件加密的過(guò)程中，很少有人能夠像分析軟件工程一樣對(duì)軟件加密進(jìn)行系統(tǒng)的分析，周密地計(jì)劃和設(shè)計(jì)加密方案，因而使得許多即使應(yīng)用了一定軟件保護(hù)技術(shù)的程序，仍然能夠被解密者輕松破解。如何避免軟件保護(hù)方案設(shè)計(jì)的通病，及如何減少軟件加密的薄弱環(huán)節(jié)成為廣大開(kāi)發(fā)商比較困惑的問(wèn)題之一。并且與軟件保護(hù)方面相關(guān)的專業(yè)文章也是非?！昂币?jiàn)”的，雖然網(wǎng)上能夠搜索到大量的介紹破解方面的文章，但是要從這些破解的資料中總結(jié)出實(shí)用的加密心得，對(duì)于不精于破解的廣大開(kāi)發(fā)商來(lái)說(shuō)仍是一個(gè)不小的屏障。五、主要參考文獻(xiàn)新編MCS51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)張毅剛彭喜元編著。哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社單片機(jī)接口技術(shù)實(shí)用子程序陳小忠黃寧趙小俠編著人民郵電出版社8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用吳金戌，沈慶陽(yáng)，郭庭吉清華大學(xué)出版社，1994中國(guó)期刊網(wǎng)及相關(guān)電子資源。GOOLE,百度等相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源。附錄3單片機(jī)簡(jiǎn)介與應(yīng)用1單片機(jī)簡(jiǎn)介單片機(jī)是把主要計(jì)算機(jī)功能部件都集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)即單片微型計(jì)算機(jī)（SINGLECHIPMICROCOMPUTER），是集CPU,RAM,ROM,定時(shí)，計(jì)數(shù)和多種接口于一體的微控制器。其中51單片機(jī)是各種單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種,廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。MCS51單片機(jī)是INTEL公司推出的世界上著名的高性能低功耗非易失性存儲(chǔ)器和數(shù)字集成電路的一流半導(dǎo)體，它的EEPROM電可擦除技術(shù)、閃速存儲(chǔ)器技術(shù)和質(zhì)量、高可靠性的生產(chǎn)技術(shù)。在CMOS器件生產(chǎn)領(lǐng)域中，INTEL的先進(jìn)設(shè)計(jì)水平、優(yōu)秀的生產(chǎn)工藝及封裝技術(shù)一直處于世界的領(lǐng)先地位，這些技術(shù)用于單片機(jī)生產(chǎn)使單片機(jī)