基于51單片機(jī)電子密碼鎖的課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

1、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 E2 PROM 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 EEPROMAT24C02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

2、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，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Design of Electric Password Lock Based on MCUAbstractAs peopleslivingstandardsimprove, the questionhowto achieve homesecurityhas become particularlyprominent.In science and technologyisdevelopingcontinuously,electroniccod

3、e lock as a securityguardsroleis increasingly important.This article from the economical point of view, the system by theSTC89C52 with low power CMOS based E 2 PROM AT24C02 as the master chip and the data memoryunit, combined with the external keyboard, LCDdisplay, alarm, unlock and other circuit mo

4、dules. It performs the followingfunctions: enter the password correctly under the premise of unlocking;wrong password case the alarm;password can be changed according to userneeds. Master in C language control program and EEPROM AT24C02 chip toread and writeprocess are combined and compiled withthe

5、Keilsoftware,designed a number you can change the password, the password with anelectronic alarm control system.Thelockhasareasonabledesign,simple,lowcost,safeandpractical,confidentiality,flexibility,and high,with some promotionalvalue.Key Words ：Electric Password lock;Alarm; LCD Display目 錄引言 .8第 1

6、章緒論 .91.1電子密碼鎖的背景與研究意義.91.2電子密碼鎖的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì).91.3本章小結(jié) .11第 2 章系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) .122.1設(shè)計(jì)目標(biāo) .122.2主控部分的選擇 .122.3密碼輸入方式的選擇 .122.4本章小結(jié) .13第 3 章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) .143.1 系統(tǒng)芯片介紹 .143.1.1單片機(jī) STC89C52功能介紹 .143.1.2LCD1602 顯示器介紹 . .153.1.3存儲(chǔ)芯片 AT24C02介紹 .163.1.4I2C總線介紹 .163.2硬件電路設(shè)計(jì) .183.2.1復(fù)位電路 .183.2.2晶振電路 .193.2.3存儲(chǔ)電路 . .193.2.4鍵盤

7、輸入電路 .203.2.5顯示電路 .213.2.6電源輸入電路 .223.2.7報(bào)警電路 .223.2.8開鎖電路 .233.3本章小結(jié) .24第 4 章 軟件程序設(shè)計(jì) .254.1 主程序流程圖 . .254.2按鍵軟件設(shè)計(jì) .254.2.1按鍵功能程序流程圖 .254.2.2按鍵功能子程序 .264.3 密碼設(shè)置軟件設(shè)計(jì) .274.3.1密碼設(shè)置程序流程圖 .274.3.2密碼設(shè)置子程序 .284.4 開鎖軟件設(shè)計(jì) . .284.4.1開鎖程序流程圖 .284.4.2開鎖功能子程序 .294.5本章小結(jié) .30第 5章系統(tǒng)仿真、調(diào)試及結(jié)論.315.1 Proteus 軟件簡(jiǎn)介 .315.

8、2進(jìn)入 Proteus ISIS .315.3工作界面 .315.4 各模塊的電路圖及說(shuō)明 .335.4.1電子密碼鎖系統(tǒng)主模塊 AT89C51單片機(jī) .335.4.2電子密碼鎖系統(tǒng)的鍵盤模塊.345.4.3電子密碼鎖系統(tǒng)的顯示模塊.345.4.4電子密碼鎖系統(tǒng)的晶振復(fù)位電路.355.4.5電子密碼鎖系統(tǒng)的掉電存儲(chǔ)及報(bào)警電路 . .355.4.6電子密碼鎖系統(tǒng)的開鎖電路.355.4本章小結(jié) .36結(jié)論與展望 .37致.38參考文獻(xiàn) .39附錄 A 密碼鎖電路原理圖 .40附錄 B 一篇引用的外文文獻(xiàn)及其譯文 .41附錄 C 主要參考文獻(xiàn)的題錄及摘要.47附錄 D 主要 C語(yǔ)言源程序 .49插圖

9、清單圖 2- 1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖 .12圖 3- 1 STC89C52 引腳分布圖 .14圖 3- 2 AT24C02 引腳圖 .16圖 3- 3 開始結(jié)束信號(hào)圖 .17圖 3- 4 復(fù)位電路原理圖 .19圖 3- 5 晶振電路原理圖 .19圖 3- 6 掉電存儲(chǔ)電路原理圖20圖 3- 7 鍵盤輸入原理圖 .21圖 3- 8 顯示電路原理圖 .22圖 3- 9 電源輸入電路原理圖22圖 3- 10 報(bào)警電路原理圖23圖 3- 11 密碼鎖開鎖機(jī)構(gòu)示意圖.23圖 3- 12 開鎖電路原理圖24圖 4- 1 主程序流程圖25圖 4- 2 按鍵功能流程圖 .26圖 4- 3 密碼設(shè)置流程圖 .28

10、圖 4- 4 開鎖流程圖29圖 5- 1 Proteus啟動(dòng)時(shí)的屏幕31圖 5- 2 Proteus ISIS的工作界面32圖 5- 3 Proteus運(yùn)行按鍵32圖 5- 4 Proteus仿真圖 .33圖 5- 5 STC89C52 單片機(jī)引腳圖 .33圖 5- 6 鍵盤輸入模塊34圖 5- 7 密碼顯示模塊34圖 5- 8 晶振及復(fù)位電路 .35圖 5- 9 掉電存儲(chǔ)及報(bào)警電路35圖 5- 10 開鎖電路36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 .15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

11、前國(guó)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)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

12、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。 現(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

13、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)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

14、，組成電子密碼控制系統(tǒng)，密碼鎖共 8 位密碼，每位的取值圍為 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。 鎖有備用電池， 只有部上電復(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，因此性強(qiáng)、靈活性高。其特點(diǎn)如下：1) 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

15、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、 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

16、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)

17、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

18、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)漢、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

19、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)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

20、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

21、能被旁觀者窺測(cè)出來(lái)，造成性不足。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

22、人分權(quán)使用， 需要輸入兩組以上的密碼才被認(rèn)可， 大大提高了性， 如果限定輸入這些密碼的先后順序或時(shí)間區(qū)段，則性還可提高 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)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

23、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?；?， 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)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

24、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

25、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)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

26、、 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。 考慮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

27、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

28、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。 S

29、TC89C52有 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 / 輸出（ I/O ）端口，同時(shí)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。1P1.0VCC4 023 9P1.1P0.0(AD0 )33 8P1.2

30、P0.1(AD1 )43 7P1.3P0.2(AD2 )53 6P1.4P0.3(AD3 )63 5P1.5P0.4(AD4 )73 4P1.6P0.5(AD5 )83 3P1.7P0.6(AD6 )93 2RSTP0.7(AD7 )103 1P3.0(RXD)EA/VPP113 0P3.1(TXD)ALE/PROG122 9P3.2(INT0)PSEN132 8P3.3(INT1)P2.7(A15)142 7P3.4(T0 )P2.6(A14)152 6P3.5(T1 )P2.5(A13)162 5P3.6(WR)P2.4(A12)172 4P3.7(RD)P2.3(A11)182 3XTA

31、L2P2.2(A10)192 2XTAL1P2.1(A9)202 1GNDP2.0(A8)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) ：片振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20) ：片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)

32、 ：程序存儲(chǔ)器的外部選通，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（ Pin39 Pin32 ）： 8 位雙向 I/O 口線，名稱為 P0.0 P0.7P1 口（ Pin1 Pin8 ）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 P1.0 P1.7P2 口（ Pin21 Pin28 ）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 P2.0 P2.7P3 口（ Pin10 Pin17

33、）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 P3.0 P3.73.1.2 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

34、: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12D5數(shù)據(jù)擇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

35、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 E2 PROM，含 2568位存儲(chǔ)空間，具有工作電壓寬 (2.5 5.5

36、 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 I 2 C 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

37、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 I 2 C 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)

38、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I 2C(In

39、ter IntegratedCircuit)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。 I 2C 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。I 2C 總線的硬件結(jié)構(gòu)：2I C 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 I 2 C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

40、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)?？偩€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 I 2C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

41、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：I 2C 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， 但就像機(jī)一樣只有撥通各自的才能工作， 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， I 2C 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。 I 2C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

42、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9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。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 I 2 C接口。帶有 I 2C 接口的單片機(jī)有：CYGNAL的 C8051F0XX系列， PHILIPS

43、P87LPC7XX系列， MICROCHIP的 PIC16C6XX系列等。很多外圍器件如存儲(chǔ)器、監(jiān)控芯片等也提供總線基本操作：I 2C接口。I 2C 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，