【正文】 在設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮到第一種方案需用到較多集成芯片，電路焊接起來(lái)很復(fù)雜；密碼采用脈沖輸入法，故對(duì)輸入脈沖有很高要求，而且密碼輸入及修改過(guò)程也比較繁雜。而第二種方案是采用集成芯片單片機(jī)還有其他集成芯片來(lái)控制整個(gè)電路，靈活準(zhǔn)確性好且保密性強(qiáng)還具有擴(kuò)展功能，并且焊接起來(lái)很簡(jiǎn)單，因此采用了后一種方案，即單片機(jī)控制的數(shù)字密碼鎖設(shè)計(jì)。 方案實(shí)現(xiàn) 此次設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的數(shù)字密碼鎖，它主要由單片機(jī)、矩陣鍵盤(pán)、液晶顯示和報(bào)警提示等部分組成。單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的核心元件，利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的 I/O 端口 ，及其控制的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)基本的密碼鎖功能，其原理圖如圖 所示。矩陣鍵盤(pán)用于輸入數(shù)字密碼和進(jìn)行各種功能的實(shí)現(xiàn)，主要有數(shù)字輸入按鍵、確認(rèn)按鍵、密碼修改按鍵等，用戶(hù)可以通過(guò)連接單片機(jī)的矩陣鍵盤(pán)輸入密碼，液晶顯示屏提示一些輸入，讓用戶(hù)更方便的操作電子密碼鎖鎖，當(dāng)你輸入的密碼位數(shù)達(dá)到所需要輸入的密碼位數(shù)后，單片機(jī)對(duì)用戶(hù)輸入的密碼與自己內(nèi)部設(shè)置保存的密碼進(jìn)行對(duì)比，從而判斷密碼是否正確，液晶顯示屏提示你輸入的密碼是否錯(cuò)誤，然后控制其他引腳的高低電平送到報(bào)警提示電路控制報(bào)警提示（紅綠發(fā)光二極管顯示），表示鎖的開(kāi)或者閉合 ，而在實(shí)際使用時(shí)只要將單片機(jī)的負(fù)載換成電子密碼鎖的電磁鐵吸合線(xiàn)圈即可。 圖 單片機(jī)控制密碼鎖的原理圖 方案結(jié)構(gòu)框圖 基于單片機(jī)控制的數(shù)字密碼鎖結(jié)總構(gòu)框圖如圖 所示， 框圖由電源輸入，晶振電路，單片機(jī)控制系統(tǒng)，鍵盤(pán)電路，顯示電路，報(bào)警提示電路構(gòu)成。電源為單片機(jī)控制器和其他芯片提供工作電源，此次設(shè)計(jì)的時(shí)候引用直流電源，但在實(shí)際應(yīng)用到生活中去的時(shí)候需要通過(guò)交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫矗ń祲?、整流、濾波等過(guò)程），并且需要加個(gè)備用電源，防止停電或者其他故障而造成無(wú)法供電的時(shí)候的備用電源。單片機(jī)控制系統(tǒng)包括晶振 電路和復(fù)位電路。 密碼輸入 單片機(jī)控制 修改密碼 密碼處理 鎖開(kāi) 是 否 陜西理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 共 24 頁(yè) 圖 基于單片機(jī)控制的數(shù)字密碼鎖總結(jié)構(gòu)框圖 3 硬件電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)及單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)選用常用的 Atmel公司的 51 系列單片機(jī) AT89C52。 AT89C52 是 Atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS8 位單片機(jī)， AT89C52 采用 24MHZ 或更高頻率晶振，以獲得較高的刷新頻率，時(shí)期顯示更穩(wěn)定，單片機(jī) AT89C52 引腳如圖 所示。 圖 單片機(jī) AT89C52 引腳 P0 口是雙向 8 位三態(tài) I/O 口，此口為地址總線(xiàn)（低 8 位）及數(shù)據(jù)總線(xiàn)分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) 單片機(jī) 電源輸入 鍵盤(pán)電路 報(bào)警指示 開(kāi)鎖電路 晶振電路 顯示電路 P101P112P123P134P145P156P167P178RST/VPD9RXD/10TXD/11INT0/12INT1/13T0/P3414T1/P3515WR/P3616RD/P3717XTAL218XTAL119GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30EA/VP31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40 陜西理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 24 頁(yè) LS 型 TTL 負(fù)載； P1 口是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載； P2 口是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O口，與地址總線(xiàn)（高 8 位）復(fù)用，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載； P3 口是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載，并且 P3 口具有特殊功能 。 P1 口： P1 口是一個(gè)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 口管腳寫(xiě)入“ 1”后，電位被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P1 口有 8 路 10 位高速 A/D 轉(zhuǎn)換器，速度可達(dá)到 250KHz（ 25 萬(wàn)次 /秒）。 8 路電壓輸入型 A/D，可做溫度檢測(cè)、電池電壓檢測(cè)、按鍵掃描、頻譜檢測(cè)等。上電復(fù)位后P1 口為弱上拉型 IO 口，用戶(hù)可以通過(guò)軟件設(shè)置將 8 路中的任何一路設(shè)置為 A/D 轉(zhuǎn)換，不須作為 A/D使用的口可繼續(xù)作為 IO 口使用。 在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收； P2 口： P2 口為一個(gè)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)，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時(shí)， P2 口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部 上拉的緣故。 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)器進(jìn)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)部上拉的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)； P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流。當(dāng) P3 口寫(xiě)入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入時(shí)，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流 (ILL)，也是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口： RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INT0(外部中斷 0) INT1(外部中斷 1) T0(記時(shí)器 0 外部輸入 ) T1(記時(shí)器 1 外部輸入 ) WR (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ) RD (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) 同時(shí) P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào) 。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高平時(shí)間 。 ALE / PROG ：當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的 輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令時(shí) ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效 。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取址期間， 每個(gè)機(jī)器周期 PSEN 兩次有效。但在訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn) 。 EA/VPP：當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，訪(fǎng)問(wèn)外部 ROM。注意加密方式 1 時(shí)， EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET。當(dāng) EA端保持高電平時(shí)，訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部 ROM。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源 (VPP)； XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入； XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出； EA/VPP（ 31 引腳）： “ EA”為英文“ External Access”的縮寫(xiě)，表示存取外部程序代碼之意，低電平動(dòng)作，也 就是說(shuō)當(dāng)此引腳接低電平后，系統(tǒng)會(huì)取用外部的程序代碼（存于外部 EPROM 中）來(lái)執(zhí)行程序。因此在 8031 及 8032 中， EA 引腳必須接低電平，因?yàn)槠鋬?nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器空間。 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 所示，其中由復(fù)位電路和晶振震蕩電路組成。 復(fù)位電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)上電時(shí)，當(dāng)振蕩器正在運(yùn)行時(shí)，只要持續(xù)給出 RST 引腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，便可完成系統(tǒng)復(fù)位。外部復(fù)位電路是為內(nèi)部復(fù)位電路提供兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平而設(shè)計(jì)的。 陜西理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 24 頁(yè) 12345678RST/Vpd9RXD/10TXD/11INT0/12INT1/13T0/14T1/15WR/16RD/17XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE/ PROG30EA/Vpp313233343536373839VCC40U2AT89C5212Y130pFC730pFC8GND復(fù)位10uFC6VCC8KR6GNDGNDC5GNDVCC其中復(fù)位電路通常有上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種模式，本次采用的是按鍵手動(dòng)復(fù)位并是電平復(fù)位方式，其中電平復(fù)位時(shí)通 過(guò) RST 端經(jīng)電阻與電源 VCC 接通而實(shí)現(xiàn)的，電源 VCC 取 +5V，復(fù)位電路的電阻取的 10k，電容取的 10uF。 晶振振蕩電路： XTAL1 腳和 XTAL2 腳分別構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端和輸出端，外接石英晶體或陶瓷振蕩器以及補(bǔ)償電容 C C2 構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。當(dāng)外界石英晶體時(shí)，電容 CC2 選 30pF177。10pF；當(dāng)外接陶瓷振蕩器時(shí)，電容 C C2 選 47pF177。 系統(tǒng)中晶振可在0~24MHz 選擇。外接電容 C C2 的大小會(huì)影響振蕩器的高低 、 振蕩頻率的穩(wěn)定度 、 起振時(shí)間及溫度穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)電路 板時(shí)晶振和電容應(yīng)靠近單片機(jī)芯片，以便減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作，并且在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為保證串行通信波特率的誤差，選擇 的標(biāo)準(zhǔn)石英晶振，電容應(yīng) C C2 應(yīng)選擇 20pF]。此次設(shè)計(jì)采用的是 12MHz 的晶振。 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 所示，其中由復(fù)位電路和晶振震蕩電路組成。 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 鍵盤(pán)電路 鍵盤(pán)接口 常用的鍵盤(pán)接口分為獨(dú)立鍵盤(pán)和行列式鍵盤(pán)兩種。 獨(dú)立鍵盤(pán)就是按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線(xiàn)，通過(guò)檢測(cè)輸入線(xiàn)的電平狀態(tài)可以很容易的判斷哪個(gè)按鍵被按下。在按鍵數(shù) 目較多的時(shí)候，獨(dú)立式鍵盤(pán)電路需要較多的輸入口線(xiàn)且電路結(jié)構(gòu)繁雜，此種鍵盤(pán)適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。 行列式（也稱(chēng)矩陣式）鍵盤(pán)用于按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，它由行線(xiàn)和列線(xiàn)組成的按鍵電路，其按 鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上，如圖 所示，一個(gè) 4 4 的行、列式結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成 1 個(gè) 16 個(gè)鍵的鍵盤(pán)，很明顯節(jié)省了很多的 I/O 口線(xiàn)。 矩陣式鍵盤(pán)的掃描原理主要是分為兩個(gè)步驟：首先是確定是否有鍵閉合，然后逐一掃描以步確定哪一鍵閉合。 陜西理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 24 頁(yè) 圖 鍵盤(pán)電路 鍵盤(pán)的識(shí)別方式 鍵盤(pán)上的鍵按行列組成矩陣，在行列的交點(diǎn)上都對(duì)應(yīng)有一個(gè)鍵 。為判定有無(wú) 鍵按下（閉合鍵）以及被按鍵的位置，可使用這種方法：掃描法（常用）。 掃描法就是 首先是判定有沒(méi)有鍵被按下，鍵盤(pán)的行線(xiàn)一端經(jīng)上拉電阻接 +5V 電源 ,另一端接單片機(jī)的輸入口線(xiàn)。各列線(xiàn)的一端接單片機(jī)的輸出口線(xiàn)，另一端懸空。為判定有沒(méi)有鍵被按下，可先經(jīng)輸出口向所有列線(xiàn)輸出低電平，然后再輸入各行線(xiàn)狀態(tài)。若行線(xiàn)狀態(tài)中有低電平，則表示有鍵被按下。然后再判定被按鍵的位置。 按鍵去抖動(dòng) 當(dāng)掃描表明有鍵被按下之后，緊接著應(yīng)進(jìn)行去抖動(dòng)處理。因?yàn)槌Ｓ面I盤(pán)的鍵實(shí)際上就是一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，被按下時(shí)，由于機(jī)械接觸點(diǎn)的彈性及電壓突 跳等原因，在觸點(diǎn)閉合或斷開(kāi)的瞬間會(huì)出現(xiàn)電壓抖動(dòng)，如圖 所示。抖動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短與鍵的機(jī)械特性有關(guān)，一般為 5～ 10ms。而鍵的穩(wěn)定的閉合時(shí)間和操作者按鍵動(dòng)作有關(guān)，大約為十分之幾到幾秒不等。 圖 鍵閉合和斷開(kāi)時(shí)的電壓抖動(dòng) 4 4 行列式鍵盤(pán)電路 此次設(shè)計(jì)為 4 4 行列式鍵盤(pán)，由 16 個(gè)按鍵組成的行列式鍵盤(pán)，主要作為用戶(hù)輸入數(shù)字密碼及確認(rèn)、取消、修改等功能鍵，此次設(shè)計(jì)按鍵掃描方法采用的是掃描法。 4 4 行列式鍵盤(pán)電路如圖 所示，把芯片 AT89C52 中的 ～ 端口用 4 個(gè) 10K 的上拉電阻連接到 4 4 行列式鍵盤(pán)的