【正文】 ?????????????????? 13 報警、解鎖提示電路 ??????????????????????? 14 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計 ???????????????????????? 15 主要程序流圖 ?????????????????????????? 15 按鍵檢測子程序設(shè)計 ??????????????????????? 15 LCD 顯示子程序設(shè)計 ??????????????????????? 17 密碼修改子程序設(shè)計 ??????????????????????? 18 報警聲音子程序設(shè)計 ??????????????????????? 194 仿真調(diào)試 ????????????????????????????? 22 PROTEUS ISIS 簡介 ????????????????????????? 22 軟件調(diào)試 ????????????????????????????? 22 PROTEUS 仿真 ??????????????????????????? 245 結(jié)論 ??????????????????????????????? 29致謝 ????????????????????????????????? 30參考文獻 ??????????????????????????????? 31附錄 A 電子密碼鎖程序源代碼 ?????????????????????? 321 引言 課題背景和意義自從人類脫離原始社會、開始有私有財產(chǎn)的概念以來，鎖就是人們生活中的重要組成部分。它的存在，維護了人們的財產(chǎn)安全、人身安全，增加了人們的安全感，促進了社會和諧。因此，人們對鎖的研究從未停止，但幾千年來都未有較大的變化，直到 20 世紀 30 年代后，電子密碼鎖的概念出現(xiàn)，這一領(lǐng)域終于出現(xiàn)了日新月異的進步。得益于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子密碼鎖的功能愈來愈完善，取密碼量相對較少、安全性不好的常規(guī)鎖具已然是大勢所趨。電子密碼鎖擁有太多機械鎖完全無法相比的優(yōu)點。它不但能完成“鎖”自身的功用，還可以具有記憶、辨識、警報等特別的作用。因為電子密碼鎖更安全性、更便宜、易操作，越來越多人開始關(guān)注這一領(lǐng)域。當前在第一世界國家中，密碼鎖技術(shù)已經(jīng)比較成熟，擁有不同的種類，在各類智能門禁系統(tǒng)中，電子密碼鎖的使用十分普遍，使得門禁的實現(xiàn)有了數(shù)種安全、可靠的技術(shù)來支持?？偟膩碚f，中國目前的密碼鎖技術(shù)還只有世界上 70年代左右的水平，生產(chǎn)仍顯昂貴。當前，按鍵式電子鎖仍占據(jù)了中國市場的大頭，國內(nèi)有若干廠家引進了海外較為先進的按鍵式和卡片鑰匙型鎖。另一方面，中國自主研發(fā)的電子鎖還沒有形成成型的產(chǎn)業(yè)鏈，尚未普及。現(xiàn)在國內(nèi)有不少企業(yè)引進了當前世界上先進的技術(shù)，發(fā)展前景非?？捎^ [1]。相信國內(nèi)的廠商也會不斷進步，使得電子密碼鎖普及在中國的土地上。 電子密碼鎖的發(fā)展趨勢在大家的日常生活中，住所和單位的安全保障，檔案、財務(wù)報表和大多數(shù)私人資料、文件的保護基本用上鎖的辦式來實現(xiàn)?，F(xiàn)在門鎖大都使用彈子鎖，這種鎖鑰匙易丟失、仿制也并不困難；保險箱最常見的就是使用機械密碼鎖，它的構(gòu)造很麻煩，制作精度要有相當高的保障，這種情況下，成本就很難降下來，不僅如此，機械密碼鎖的缺點依然明顯：故障率居高不下，使用者往往要攜帶數(shù)把鑰匙，易用性很成問題。前述鎖具有著這樣多的不便，而人們對鎖的需求又是巨大的，一種使用密碼來代替鑰匙的鎖具就成為了必然出現(xiàn)的產(chǎn)品。電子密碼鎖的出現(xiàn)，大大提高了人們的生活水平，提供了諸多便利，這也同時意味著巨大的市場，前景一片光明。由于電子器件的限制，上世紀制造的電子密碼鎖，不僅類型少、易破解，鎖具最關(guān)鍵的開鎖環(huán)節(jié)也僅僅是依賴基礎(chǔ)的模擬電子開關(guān)，工藝簡單卻存在相當大的安全隱患；之后，數(shù)字電路的飛速發(fā)展，使得電子密碼鎖的電路結(jié)構(gòu)復雜性逐漸增加、元件數(shù)量逐漸增多，早先單片機剛普及時也曾使用 2051 系列單片機來實現(xiàn)，但密碼簡單，易破解 [2] 。隨著電子技術(shù)的進一步發(fā)展和大眾對保密要求的增強，電子密碼鎖的種類日益繁多、功能漸趨全面，操作更加便捷，安全保密性更強：由以往單純的鍵入口令發(fā)展到今天新增了感應(yīng)元件（想要開鎖，必須同時有密碼和電子鑰匙），做到了更加穩(wěn)妥的電子保密。社會對電子密碼鎖安全性、易用性的需求，使得多種產(chǎn)品相繼問世。但它們中的大多數(shù)僅僅是針對特定的聲紋、指紋，并且無法做到遠程控制，只能用在保密要求較高的私人用途上。事實上，數(shù)字、字母、圖象、生物體征以及地點等因素都能夠作為密鑰的信息來源，上述信息的排列組合完全可以把電子密碼鎖的保密性推向更高的高度。與此同時，信息要素的組合也使得電子密碼鎖得到了無限拓展的可能性，產(chǎn)品將越來越多變，對用戶而言就有了很大的挑選余地。由此可以看出組合使用電子信息是電子密碼鎖今后發(fā)展的趨勢 [3]。 本設(shè)計所要實現(xiàn)的目標本設(shè)計基于單片機。使用 AT89C51 作為主控芯片，結(jié)合外圍電路組成一個電子密碼控制系統(tǒng)。用戶若想開鎖，必須輸入正確的密碼，錯誤則有文字及聲音提示并要求重新輸入。密碼鎖同時具有修改密碼的功能，修改密碼時，必須鍵入正確的原密碼進行驗證，然后輸入新密碼。 設(shè)計方案的選擇 主控部分選擇方案一：采用數(shù)字電路控制。把 74LS112 雙 JK 觸發(fā)器當作系統(tǒng)的中心，搭配其他原件組成數(shù)字邏輯電路。在功能上，可以設(shè)置 9 個按鍵，選擇其中 4 個作為有效的密碼按鍵，并將其它按鍵均設(shè)定為干擾按鍵，當按下干擾按鍵時，就將鍵盤輸入電路復位，使得前面輸入的密碼無效化，要求重輸；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 [4]。采用數(shù)字電路設(shè)計方案時設(shè)計雖然簡單，但控制的準確性和靈活性差。故不采用。方案二：采用單片機控制方案單片機當前的類型很多，各種型號的應(yīng)用環(huán)境都各有不同，在選用時就有了更多的選擇，使我們可以多加比較、以便選擇最為合適的型號，獲得更好的性能/價格比。下列關(guān)鍵詞往往應(yīng)該成為考慮時最需關(guān)注的方面：性能、串行接口、工作電壓、存儲器、模擬電路功能、抗干擾性、運行速度、封裝形式、I/O口、功耗、定時/計數(shù)器、保密性。除此以外，在單片機開發(fā)過程中還會產(chǎn)生影響有開發(fā)工具、編程器、開發(fā)成本、開發(fā)人員的適應(yīng)性、技術(shù)支持和服務(wù)等因素 [5]。 考慮到方方面面，本設(shè)計采用了 AT89C51 作為核心芯片，單片機提供的 I/O端口雖有限，但端口復用或擴展、結(jié)合有效的控制程序，實現(xiàn)基本的密碼控制功能是十分簡單的。單片機的外圍電路主要包括：一塊外接矩陣鍵盤（用來密碼輸入、控制程序流向） ，一塊 LCD 顯示屏（用來作為系統(tǒng)的輸出，對用戶的操作進行反饋） 。當用戶進行開鎖時，首先利用鍵盤上的 0－9 完成密碼的輸入，而后確認，若正確則解鎖，否則保持鎖定狀態(tài)并要求重新輸入，在適當?shù)臅r機可發(fā)出報警聲。在用戶進行密碼修改操作時，首先要輸入原密碼，只有當輸入和原密碼匹配時才會允許設(shè)置新密碼，新密碼設(shè)置完成后按確認鍵則保存。顯然，方案二的功能豐富，控制方便，有較好的準確性，在保證保密的同時還能進行功能的拓展?；谝陨显颍以诖瞬捎梅桨付?，即使用單片機AT89C51 結(jié)合外圍接口電路來完成本此設(shè)計。 密碼輸入方式選擇方案一：聲紋輸入識別所謂聲紋(Voiceprint)，是用電聲學儀器顯示的攜帶言語信息的聲波頻譜,人類語言的產(chǎn)生是人體語言中樞與發(fā)音器官之間一個復雜的生理物理過程 [6]。人的發(fā)聲器官大致有以下幾種：舌、齒、頭、肺、鼻，雖然人們都是用這些器官來發(fā)聲，但不同人的這些器官會存在尺寸或外形的較大差別，因此任意兩人的聲紋圖譜都會存在差別。另一方面，在一定的年齡段內(nèi)，每個人的聲音特征都不會發(fā)生太大變換，相對穩(wěn)定，所以人們一般可以區(qū)分出不同人的聲音或判斷是否是某一個特定人的聲音。在作為電子鎖的輸入時，系統(tǒng)會分析所輸入聲音的聲學特征(如反射系數(shù)、共振峰、頻譜、倒頻譜、基音等)，并與先前保存的樣本進行對比，通過計算機計算出兩者的相似度，并以此判定輸入的正確性?？紤]到本方案過于復雜，且有不低的成本，因此我們不采用。方案二：矩陣鍵盤輸入識別矩陣鍵盤的每一行、每一列均相連，引出連接到一個 I/O 口上，按鍵設(shè)在每一個行線和列線的交叉處，每當有一個鍵按下就使得某一條行線與某一條列線相接通，只要確定接觸的是哪兩條線，即哪兩個 I/O 口線，就可以確定哪一個鍵被觸動 [7]。此方案相對簡單、易于實現(xiàn)，因此采用之。2 主要元件介紹 主控芯片 AT89C51簡介AT89C51 是一款工作電壓低、高性能的 8 位微處理器（即通常所說的單片機） 。這款單片機擁有自己的可編程可擦除只讀存儲器，容量為 4K 字節(jié)，可以反復擦寫 100 次。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器 [8]。 主要特性 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000 寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10 年 全靜態(tài)工作：0Hz24MHz 三級程序存儲器鎖定 1288 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個 16 位定時器/計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 管腳功能說明：AT89C51 芯片的引腳圖如下： 圖 AT89C51 芯片引腳圖 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0P3 口均為 8 位雙向 I/O 端口，但又有所不同。P0 口：第一次將 P1 口的管腳寫為“1”的時候，這 8 位的端口都會變?yōu)楦咦锠顟B(tài)。P0 可以用于連接外部程序數(shù)據(jù)存儲器，同時，P0 口也能被定義成數(shù)據(jù)/地址的低八位。P1 口：內(nèi)部提供上拉電阻，其緩沖器可以吸收的門電流量為 4TTL。將 P1口的管腳寫為“1”時，整個 P1 端口會被內(nèi)部的上拉電阻上拉為高電平。P2 口：內(nèi)部同樣帶有上拉電阻。P2 口緩沖器既允許接收電流，又允許輸出電流。當 P2 口被寫“1”時，其作用與 P1 口完全相同。 P2 口的特殊用途在于連接外部的程序存儲器和 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器。若作為 16 位地址的一部分時，P2 口輸出所需地址高八位，和 P0 口相配合。除此以外，它還可以利用內(nèi)部擁有上拉電阻的便利，當對外部的數(shù)據(jù)存儲器實行讀寫操作（僅限 8 位地址）時，輸出它特殊功能寄存器中的內(nèi)容。P3 口：P3 口的基本用途和性質(zhì)與其他端口并無不同，只是它可以作為單片機的特殊功能口，列于下表中：表 P3 口功能（P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號） 振 蕩 器 特 性 　　 單片機 AT89C51 允許用戶自行外接合適頻率的晶體振蕩器，最常使用的不外乎石晶振蕩和陶瓷振蕩。當配置為片內(nèi)振蕩器時，反向放大器輸入端口應(yīng)接XTAL輸出端口應(yīng)當接 XTAL2。當使用外部時鐘源時，不接 XTAL2。此處外部時鐘信號的脈沖寬度可以是任意的。 芯 片 擦 除想在任何已存有信息的存儲字節(jié)上重復編程，首先必須對芯片進行擦出操作。 AT89C51 芯片的擦出方法為：ALE 管腳接低電平 10ms，同時搭配以適當?shù)目刂菩盘柦M合，此種操作會將代碼陣列全部寫為“1” 。此外，AT89C51 設(shè)有兩種掉電模式。用戶可以自主選擇：一是“閑置模式” ，此模式下 CPU 將會掛起，但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口以及中斷系統(tǒng)仍會處于工作狀態(tài)；二是“掉電模式” ，此時保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止 [9]。 LCD1602顯示器介紹液晶顯示模塊主要用于為系統(tǒng)提供輸出，可顯示圖形、數(shù)字或?qū)Ｓ梅柕刃畔?，這一元件在電子產(chǎn)品中相當常見。在本次設(shè)計中我們選用 LCD1602 顯示模塊，這一型號有諸多優(yōu)點，如顯示自由度高、體積小、耗能少等。 LCD1602可顯示 2*16 個字符，有 RS,R/W,EN 三個控制端口和 8 位數(shù)據(jù)總線 D0D7，工作電壓為 5V，并且具有字符對比度調(diào)節(jié)和背光功能 [10]。它的主要特性如下：內(nèi)含復位電路，對比度可調(diào)○ 1通過控制命令可以實現(xiàn)實現(xiàn)多種功能?！?2內(nèi)部有一顯示數(shù)據(jù)存儲器 DDRAM，其容量為 80 字節(jié)?！?3擁有 200 個 5*7 的字符發(fā)生器 CGROM，其中 8 個可由用戶自定義?！?41602 型 LCD 的接口引腳說明如表 所示。表 LCD1602 引腳說明編號 符號 功能 編號 符號 功能1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù)2 VDD 電源正極 1