智能密碼鎖系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和要緊芯片介紹

千里之行，始于足下。第2頁(yè)/共2頁(yè)精品文檔推薦智能密碼鎖系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和要緊芯片介紹第三章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和要緊芯片介紹

3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)要緊由單片機(jī)、矩陣鍵盤(pán)、液晶顯示器和密碼存儲(chǔ)等部分組成。其中矩陣鍵盤(pán)用于輸入數(shù)字密碼和舉行各種功能的實(shí)現(xiàn)。由用戶(hù)經(jīng)過(guò)連接單片機(jī)的矩陣鍵盤(pán)輸入密碼，后通過(guò)單片機(jī)對(duì)用戶(hù)輸入的密碼與自個(gè)兒保存的密碼舉行對(duì)照，從而推斷密碼是否正確，然后操縱引足的高低電平傳到開(kāi)鎖電路或者報(bào)警電路操縱開(kāi)鎖依然報(bào)警，實(shí)際使用時(shí)只要將單片機(jī)的負(fù)載由繼電器換成電子密碼鎖的電磁鐵吸合線圈即可。系統(tǒng)整體框圖如圖3-1所示。

圖3-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

各模塊功能如下：

1．鍵盤(pán)輸入模塊：分為密碼輸入按鍵與幾個(gè)功能按鍵，用于完成密碼鎖輸入功能。2．顯示模塊：用于完成對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)顯示及操作提示功能。3．復(fù)位電路：完成系統(tǒng)的復(fù)位。

4．報(bào)警電路：用于完成輸錯(cuò)密碼時(shí)候的警報(bào)功能。

5．密碼存儲(chǔ)模塊：用于完成掉電存儲(chǔ)功能，使修改的密碼斷電后仍能保存。6．開(kāi)鎖電路：應(yīng)用繼電器及發(fā)光二極管模擬開(kāi)鎖，完成開(kāi)鎖及開(kāi)鎖提示。

AT89S52

顯示模塊

報(bào)警電路開(kāi)鎖電路密碼存儲(chǔ)模塊復(fù)位電路

鍵盤(pán)輸入模塊

3.2要緊芯片介紹

3.2.1AT89S52

AT89S52單片機(jī)是一具低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8KBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采納ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)創(chuàng)造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引足結(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AT89S52可為許多嵌入式操縱應(yīng)用系統(tǒng)提供高性?xún)r(jià)比的解決方案[10]。

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，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，一具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可落至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可挑選節(jié)電模式?？障灸Ｊ较?，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷接著工作。掉電愛(ài)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，直到下一具中斷或硬件復(fù)位為止。AT89S52的管足分布如圖3-2所示。

圖3-2AT89S52芯片管足

P0口為一具8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每足可汲取8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管足第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0可以用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它能夠被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。

P1口是一具內(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口管足寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部

下拉為低電平常，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的原因。

P2口為一具內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/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)，其管足被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并所以作為輸入時(shí)，P2口的管足被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的原因。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)器舉行存取時(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)器舉行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特別功能寄存器的內(nèi)容。

P3口作為AT89S52的一些特別功能管足備選功能，

P3.0RXD（串行輸入口）

P3.1TXD（串行輸出口）

P3.2/INT0（外部中斷0）

P3.3/INT1（外部中斷1）

P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入）

P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）

P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）

P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）

AT89S52要緊特性如表3-1所示。

表3-1AT89S52要緊特性

兼容MCS-51指令系統(tǒng)8k可反復(fù)擦寫(xiě)(>1000次）ISPFlash

ROM

32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256x8bit內(nèi)部RAM

2個(gè)外部中斷源低功耗空暇和省電模式

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)置空暇和省電功能靈便的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AT24C02

AT24C02是美國(guó)Atmel公司的低功耗CMOS型E2PROM，內(nèi)含256×8位存儲(chǔ)空間，具有工作電壓寬(2.5～5.5V)、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)別易丟失、體積小等特點(diǎn)。而且他是采納了I2C總線式舉行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的串行器件，占用非常少的資源和I/O線，同時(shí)支持在線編程，舉行數(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(xiě)入或讀出一具數(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)下一具存儲(chǔ)單元的讀寫(xiě)。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為落低總的寫(xiě)入時(shí)刻，一次操作可寫(xiě)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。他經(jīng)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，并依照地址識(shí)不每個(gè)器件。AT24C02正是運(yùn)用了I2C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)(經(jīng)過(guò)SCL引足)并發(fā)出操縱字，操縱總線的傳送方向，并產(chǎn)生開(kāi)始和停止的條件。不管是主機(jī)依然從機(jī)，接收到一具字節(jié)后必須發(fā)出一具確認(rèn)信號(hào)ACK。AT24C02的操縱字由8位二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成，在開(kāi)始信號(hào)發(fā)出往后，主機(jī)便會(huì)發(fā)出操縱字，以挑選從機(jī)并操縱總線傳送的方向。

管足描述：

SCL為串行時(shí)鐘：

串行時(shí)鐘輸入管足用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時(shí)鐘這是一具輸入管足。

SDL為串行數(shù)據(jù)/

雙向串行數(shù)據(jù)/地址管足用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收SDL，是一具開(kāi)漏輸出管足可與其它開(kāi)漏輸出或集電極開(kāi)路輸出舉行線或。

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，假如惟獨(dú)一具24C02被總線尋址，這三個(gè)地址輸入足A0、A1、A2可懸空或連接到Vss。

WP為寫(xiě)愛(ài)護(hù)：

假如WP管足連接到Vcc所有的內(nèi)容都被寫(xiě)愛(ài)護(hù)只能讀當(dāng)WP,管足連接到Vss或懸空,允許器件舉行正常的讀/寫(xiě)操作[12]。管足圖如圖3-3所示。

圖3-3AT24C02引足圖

3.2.2LCD1602顯示器

如今的字符型液晶模塊差不多是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)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(nèi)容豐富等特點(diǎn)。1602型LCD能夠顯示2行16個(gè)字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0~D7和RS，R/W，EN三個(gè)操縱端口，工作電壓為5V，同時(shí)具有字符對(duì)照度調(diào)節(jié)和背光功能。

接口信號(hào)講明：

1602型LCD的接口信號(hào)講明如表3-2所示。

表3-21602型LCD的接口信號(hào)講明

第1足VSS電源地第9足D2雙向數(shù)據(jù)線

第2足VDD+5V電源第10足D3雙向數(shù)據(jù)線

第3足VEE液晶顯示偏壓信號(hào)第11足D4雙向數(shù)據(jù)線

第4足RS數(shù)據(jù)/命令挑選端第12足D5雙向數(shù)據(jù)線

第5足R/W讀/寫(xiě)挑選端第13足D6雙向數(shù)據(jù)線

第6足E使能端第14足D7雙向數(shù)據(jù)線

第7足D0雙向數(shù)據(jù)線第15足BLA背光源正極

第8足D1雙向數(shù)據(jù)線第16足BLK背光源負(fù)極

要緊技術(shù)參數(shù)：

1602型LCD的要緊技術(shù)參數(shù)如表3-3所示。

表3-31602型LCD的要緊技術(shù)參數(shù)

顯示容量16×2個(gè)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(WXH)m

m

基本操作程序：

讀狀態(tài)：令RS=L，RW=L，E=H輸出：D0~D7=狀態(tài)字讀數(shù)據(jù)：令RS=H，RW=H，E=H輸出：無(wú)

寫(xiě)指令：令RS=L，RW=L，D0~D7=指令碼，E=高脈沖輸出：D0~D7=數(shù)據(jù)寫(xiě)數(shù)據(jù)：令RS=H，RW=L，D0~D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出：無(wú)

第四章硬件設(shè)計(jì)

本系統(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、顯示部分、報(bào)警部分、開(kāi)鎖部分組成，依照實(shí)際事情鍵盤(pán)輸入部分挑選4×4矩陣鍵盤(pán)，顯示部分挑選字符型液晶顯示LCD1602，密碼存儲(chǔ)部分選用AT24C02芯片來(lái)完成。其原理圖如圖4-1所示。

圖4-1電路原理圖

4.1鍵盤(pán)輸入模塊

由于本設(shè)計(jì)所用到的按鍵數(shù)量較多而別適合用獨(dú)立按鍵式鍵盤(pán)。采納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，要節(jié)約非常多I/O口。本設(shè)計(jì)中使用的那個(gè)4×4鍵盤(pán)別但能完成密碼的輸入還能作特殊功能鍵使用。鍵盤(pán)的每個(gè)按鍵功能在程序設(shè)計(jì)中設(shè)置。它與單片機(jī)的連接如圖4-2所示。

圖4-2鍵盤(pán)輸入模塊

4.2密碼存儲(chǔ)模塊

圖4-3所示AT24C02的1、2、3足是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。在AT89S51試驗(yàn)開(kāi)辟板上它們都接地，第5足和第8足分不為正、負(fù)電源。第8足SDL為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)這條雙向I2C總線串行傳送，在AT89S52試驗(yàn)開(kāi)辟板上和單片機(jī)的P3.6連接。第6足SCL為串行時(shí)鐘輸入線，在AT89S52試驗(yàn)開(kāi)辟板上和單片機(jī)的P3.7連接。SDL和SCL都需要和正電源間各接一具5.1K的電阻上拉。第6足接P3.5。AT24C02中帶有片內(nèi)地址寄存器。每寫(xiě)入或讀出一具數(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)下一具存儲(chǔ)單元的讀寫(xiě)。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為落低總的寫(xiě)入時(shí)刻，一次操作可寫(xiě)入多達(dá)8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。

圖4-3密碼存儲(chǔ)電路

4.3復(fù)位部分

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具確定的初始狀態(tài)，并從那個(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，在接通電源眨眼，電容C1上的電壓非常小，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端電壓逐漸下落，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腳夠大，能夠保證RST高電平有效時(shí)刻大于24個(gè)振蕩周期，CPU可以可靠復(fù)位。增加手動(dòng)復(fù)位按鍵是為了幸免死機(jī)時(shí)無(wú)法可靠復(fù)位。當(dāng)復(fù)位按鍵按下后電容C1經(jīng)過(guò)R5放電。當(dāng)電容C1放電結(jié)束后，RST端的電位由R5與R6分壓比決定。由于R5<<R6因此RST為高電平，CPU處于復(fù)位狀態(tài)，松手后，電容C1充電，RST端電位下降，CPU脫離復(fù)位狀態(tài)。R5的作用在于限制按鍵按下瞬間電容C1的放電電流，避免產(chǎn)生火花，以保護(hù)按鍵觸電。其電路如圖4-4

所示。

4.4晶振部分

AT89S52引足XTAL1和XTAL2與晶體振蕩器及電容C2、C3按圖4-5所示方式連接。晶振、電容C2／C3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C2、C3的容量有關(guān)，但要緊由晶振頻率決定，范圍在0～33MHz之間，電容C2、C3取值范圍在5～30pF之間。依照實(shí)際事情，本設(shè)計(jì)中采納12MHZ作為系統(tǒng)的外部晶振。電容取值為10pF。其電路圖如圖4-5所示。

圖4-5晶振電路

4.5顯示模塊

顯示部分由液晶顯示器LCD1602取代一般的數(shù)碼管完成。開(kāi)鎖時(shí)，按下鍵盤(pán)上的開(kāi)鎖按鍵后，利用鍵盤(pán)上的數(shù)字鍵0－9輸入密碼，每按下一具數(shù)字鍵后在顯示器上顯示一具*，輸入多少位就顯示多少個(gè)*。當(dāng)密碼輸入完成時(shí)，按下確認(rèn)鍵，假如輸入的密碼正確的話，LCD顯示“DOOROPEN”，單片機(jī)其中P2.0引足會(huì)輸出低電平，使三極管T2導(dǎo)通，電磁鐵吸合，繼電器開(kāi)關(guān)跳轉(zhuǎn)，電子密碼鎖被打開(kāi)，假如密碼別正確，LCD顯示屏?xí)@示“CODEWRONG”，P2.0輸出的是高電平，電子密碼鎖別能打開(kāi)。經(jīng)過(guò)LCD顯示屏，能夠清晰地推斷出密碼鎖所處的狀態(tài)。電路圖如圖4-6所示。

圖4-6顯示電路

4.6報(bào)警部分

報(bào)警部分由陶瓷壓電發(fā)聲裝置及外圍電路組成，加電后別發(fā)聲，當(dāng)有鍵按下時(shí)，“?！甭?，每按一下，發(fā)聲一次，密碼正確時(shí)，別發(fā)聲直截了當(dāng)開(kāi)鎖，當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)，單片機(jī)的P2.1引足為低電平，三極管T3導(dǎo)通蜂鳴器發(fā)出噪聲報(bào)警。如圖