【正文】 .56致 謝 .................................................................................................................................57參考文獻(xiàn) ...........................................................................................................................58附錄 A 英文原文 ...........................................................................................................59附錄 B 中文翻譯 ...........................................................................................................67沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文11 緒 論 電子密碼鎖的介紹目前，最常用的鎖是 20 世紀(jì) 50 年代意大利人設(shè)計(jì)的機(jī)械鎖，其機(jī)構(gòu)簡單、使用方便、價(jià)格便宜。三是機(jī)械鎖的材料大多為黃銅，質(zhì)地較軟，容易損壞。電 子 鎖 的 發(fā) 明 思 路 ， 源 自 古 代 的 自 動 機(jī) 械 ， 它 們 以 重 力 或 蒸 汽 壓 力 驅(qū) 動 ， 最 廣 泛 用途 是 用 在 古 代 古 墓 的 地 下 機(jī) 關(guān) 。 現(xiàn) 在 應(yīng) 用 較 廣 的 電子 密 碼 鎖 是 以 芯 片 為 核 心 ， 通 過 編 程 來 實(shí) 現(xiàn) 的 。電子密碼防盜鎖用密碼代替鑰匙，不但省去了佩戴鑰匙的煩惱，也從根本上解決了普通門鎖保密性差的缺點(diǎn)。而且指紋識識別器若在公共場所使用存在容易機(jī)械損壞，IC 卡還存在容易丟失、損壞等特點(diǎn)。因?yàn)殡娮用艽a鎖具有保 密 性 好 、 編 碼 量 多 、 密 碼 可 變 、 誤 碼 輸 入 保 護(hù) 、 電 子 密碼 鎖 操 作 簡 單 易 行 、 干 擾 碼 功 能 、 在 輸 入 正 確 密 碼 前 可 輸 入 任 意 碼 、 安 保 功 能 等 功能 。ATmel 挪威設(shè)計(jì)中心的 A 先生與 V 先生，于 97 年設(shè)計(jì)出一款使用 RISC 指令集的 8 位單片機(jī)，起名為 AVR。早期單片機(jī)主要由于工藝及設(shè)計(jì)水平不高、功耗高和抗干擾性能差等原因，所以采取穩(wěn)妥的方案：即采用較高的分頻系數(shù)對時(shí)鐘分頻，使得指令周期長，執(zhí)行速度減沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文3慢。1997 年，ATMEL 挪威設(shè)計(jì)中心出于市場需求考慮，充分發(fā)揮其 Flash 技術(shù)優(yōu)勢，推出全新配置的精簡指令集（RISC）單片機(jī)，簡稱 AVR。 AVR 單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 單片機(jī)已廣泛地應(yīng)用于軍事、工業(yè)、家用電器、智能玩具、便攜式智能儀表和機(jī)器人制作等領(lǐng)域，使產(chǎn)品功能、精度和質(zhì)量大幅度提升，且電路簡單，故障率低，可靠性高，成本低廉。AVR 單片機(jī)因此在業(yè)界號稱“一線打天下”。學(xué)習(xí) AVR 單片機(jī)可使用 ISP 在線下載編程方式 (即把 PC 機(jī)上編譯好的程序?qū)懙絾纹瑱C(jī)的程序存儲器中)，不需購買仿真器、編程器、擦抹器和芯片適配器等，即可進(jìn)行所有 AVR 單片機(jī)的開發(fā)沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文4應(yīng)用，這可節(jié)省很多開發(fā)費(fèi)用。AVR 單片機(jī)具有 32 個(gè)通用工作寄存器，相當(dāng)于有 32 條立交橋，可以快速通行。對于典型功耗情況，WDT 關(guān)閉時(shí)為100nA，更適用于電池供電的應(yīng)用設(shè)備?！　?）I/O 口功能強(qiáng),具有 A/D 轉(zhuǎn)換等電路　　AVR 單片機(jī)的 I/O 口是真正的 I/O 口，能正確反映 I/O 口輸入/ 輸出的真實(shí)情況。 部分 AVR 單片機(jī)可組成零外設(shè)元件單片機(jī)系統(tǒng)，使該類單片機(jī)無外加元器件即可工作，簡單方便，成本又低。計(jì)數(shù)器外部中斷和 PWM(也可用作 D/A)用于控制輸出，某些型號的 AVR 單片機(jī)有 3～4 個(gè) PWM，是作電機(jī)無級調(diào)速的理想器件。EEPROM 的壽命至少為 100,000 次擦除周期。目前支持 AVR 單片機(jī)編譯器的語言主要有匯編語言、C 語言、BASIC 語言等。例：ATmega4820AU ，不帶“V” 表示工作電壓為 。 “P”：DIP 封裝， “A”： TQFP 封裝， “M”：MLF 封裝。例：ATmega4820AU， “U”表示無鉛工業(yè)級。 　 　 　　6）大部分 AVR 片上資源豐富：帶E2PROM，PWM，RTC， SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT 等。本設(shè)計(jì) MD5 算法中，上下文結(jié)構(gòu)變量 context 的 buffer 成員是 512 位的信息處理緩沖，state 成員保存 MD5 算法的 4 個(gè) 32 位初始幻數(shù)及最終的組合輸出數(shù)位，count 成員保存信息位長。MD5 算法填充信息串時(shí)，在原始信息的后面填充一個(gè) 1 和若干個(gè) 0，直到滿足上面的條件為止。}用于填充處理，該數(shù)組所有字節(jié)展開為二進(jìn)制數(shù)時(shí)就是 1000000在進(jìn)行填充處理后再調(diào)用核心函數(shù) MD5Update 繼續(xù)進(jìn)行變換，完成填充后再使 64位二進(jìn)制表示的填充前信息長度參與變換，此時(shí)是第 3 次調(diào)用 MD5Update 函數(shù)，本設(shè)計(jì)中附加的填充前信息長度由 8 字節(jié)的 bits 數(shù)組給出。y)|((~x)amp。以下為對原始密碼“123456” 進(jìn)行 MD5 加密的跟蹤過程：（1）調(diào)用 MD5Init 函數(shù)初始化 context,初始化以后的 context 各成員初值如下： 位長成員 count[0]count[1]:0x00000000 00000000。context,(INT8U*)str,len)。00，其中 80 開始的 50 個(gè)字節(jié)為填充字節(jié)，以 1 個(gè)二進(jìn)制 1 開頭，后面為 447 個(gè) 0，buffer 的最后 8 個(gè)字節(jié)仍為 0x00。最后輸出的 MD5 加密密碼為：e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e該字符串是將 state[0]state[3]中 4 個(gè)十六進(jìn)制長整數(shù)逆轉(zhuǎn)并轉(zhuǎn)換為小寫以后的結(jié)果。沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文92 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)框圖圖 系統(tǒng)框圖如圖 所示，這個(gè)框圖實(shí)現(xiàn)電子密碼鎖的功能，在設(shè)計(jì)中用 AVR 單片機(jī)的EEPROM 保存密碼，當(dāng)用戶輸入正確密碼時(shí)開鎖指示燈亮，液晶顯示屏顯示開鎖成功。它是一個(gè)集模擬電路、數(shù)字電路、模/數(shù)混合電路以及多種微控制器系統(tǒng)為一體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真平臺。雙擊該圖標(biāo)，出現(xiàn)工作界面如圖 1 所示。如設(shè)置柵格、柵格捕捉精度、圖形界面顏色、大小等。（6）完成元器件之間以及元器件與總線的連線。 （2）仿真處理器及其外圍電路 可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM 、等常用主流單片機(jī)。 （2）完善的電路仿真功能（Prospice）ProSPICE混合仿真：基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SPICE3F5，實(shí)現(xiàn)數(shù)字/ 模擬電路的混合仿真； 超過27000個(gè)仿真器件：可以通過內(nèi)部原型或使用廠家的SPICE文件自行設(shè)計(jì)仿真器件，Labcenter 也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導(dǎo)入第三方發(fā)布的仿真器件； 多樣的激勵源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav文件） 、指數(shù)信號、單頻FM、數(shù)字時(shí)鐘和碼流，還支持文件形式的信號輸入； 豐富的虛擬儀器：13種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數(shù)字圖案發(fā)生器、頻率計(jì)/計(jì)數(shù)器、邏輯探頭、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器等； 生動的仿真顯示：用色點(diǎn)顯示引腳的數(shù)字電平，導(dǎo)線以不同顏色表示其對地電壓大小，結(jié)合動態(tài)器件（如電機(jī)、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生動； 高級圖形仿真功能（ASF）：基于圖標(biāo)的分析可以精確分析電路的多項(xiàng)指標(biāo)，包沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文12括工作點(diǎn)、瞬態(tài)特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等，還可以進(jìn)行一致性分析 [11]； （3）獨(dú)特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能（VSM）支持主流的CPU類型：如ARM8051/52 、AVR、 PIC10/1PIC1PIC1PIC2dsPIC3HC11 、BasicStamp、808 MSP430等， CPU類型隨著版本升級還在繼續(xù)增加，如即將支持CORTEX、DSP處理器； 支持通用外設(shè)模型：如字符LCD模塊、圖形LCD模塊、LED點(diǎn)陣、LED 七段顯示模塊、鍵盤/按鍵、直流/步進(jìn)/伺服電機(jī)、RS232虛擬終端、電子溫度計(jì)等等，其COMPIM（COM 口物理接口模型）還可以使仿真電路通過PC機(jī)串口和外部電路實(shí)現(xiàn)雙向異步串行通信； 實(shí)時(shí)仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真、中斷仿真、SPI/I2C 仿真、MSSP仿真、PSP仿真、 RTC仿真、 ADC仿真、CCP/ECCP 仿真； 編譯及調(diào)試：支持單片機(jī)匯編語言的編輯/編譯/源碼級仿真，內(nèi)帶805AVR、PIC 的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環(huán)境（如IAR 、Keil和Hitech）結(jié)合，進(jìn)行高級語言的源碼級仿真和調(diào)試； （4）實(shí)用的PCB設(shè)計(jì)平臺原理圖到PCB的快速通道： 原理圖設(shè)計(jì)完成后，一鍵便可進(jìn)入ARES 的PCB設(shè)計(jì)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)； 先進(jìn)的自動布局/布線功能：支持器件的自動/人工布局；支持無網(wǎng)格自動布線或人工布線；支持引腳交換/門交換功能使PCB 設(shè)計(jì)更為合理； 整的PCB設(shè)計(jì)功能：最多可設(shè)計(jì)16個(gè)銅箔層，2個(gè)絲印層，4個(gè)機(jī)械層（含板邊） ，靈活的布線策略供用戶設(shè)置，自動設(shè)計(jì)規(guī)則檢查，3D 可視化預(yù)覽； 多種輸出格式的支持：可以輸出多種格式文件，包括 Gerber文件的導(dǎo)入或?qū)С?，便利與其它PCB設(shè)計(jì)工具的互轉(zhuǎn)（如protel ）和PCB板的設(shè)計(jì)和加工 [12]。前者可在相當(dāng)程度上得到實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的效果，后者則是實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文13達(dá)到的效果 [13]。由于 AVR_Studio 僅支持編譯匯編語言程序，不支持對 C 語言程序的編譯。所以選用ATMEL公司推出的ATmega 16完成。所有的寄存器都直接與運(yùn)算邏單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。本芯片是以ATMEL 高密度非易失性存儲器技術(shù)生產(chǎn)的。 通過將8 位RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的 FLASH 集成在一個(gè)芯片內(nèi)， ATMEGA16 成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。 端 口 A 為 8 位雙 向 I/O 口 ， 具 有 可 編 程 的 內(nèi) 部 上 拉 電 阻 。端 口 B(PB7..PB0) 端 口 B 為 8 位 雙 向 I/O 口 ， 具 有 可 編 程 的 內(nèi) 部 上 拉 電 阻 。端 口 B 也 可 以 用 做 其 他 不 同 的 特 殊 功 能 .端 口 C(PC7..PC0) 端 口 C 為 8 位 雙 向 I/O 口 ， 具 有 可 編 程 的 內(nèi) 部 上 拉 電 阻 。 如 果 JTAG 接 口 使 能 ， 即 使 復(fù) 位 出 現(xiàn) 引 腳 PC5(TDI)、 PC3(TMS)與 PC2(TCK)的 上 拉 電 阻 被 激 活 。 在 復(fù) 位 過 程 中 ， 即 使 系統(tǒng) 時(shí) 鐘 還 未 起 振 ， 端 口 D 處 于 高 阻 狀 態(tài) 。 持 續(xù) 時(shí) 間 小 于 門 限 間 的 脈 沖 不 能 保 證 可 靠 復(fù) 位 。 不 使 用 ADC 時(shí) ， 該 引 腳 應(yīng) 直接 與 VCC 連 接 。 程 序 存 儲 器 里 的 指 令 通 過 一 級 流 水 線 運(yùn) 行 ?？?速 訪 問 寄 存 器 文 件 包 括 32 個(gè) 8 位 通 用 工 作 寄 存 器 ， 訪 問 時(shí) 間 為 一 個(gè) 時(shí) 鐘周 期 。寄 存 器 文 件 里 有 6 個(gè) 寄 存 器 可 以 用 作 3 個(gè) 16 位 的 間 接 尋 址 寄 存 器 指 針 以 尋址 數(shù) 據(jù) 空 間 ， 實(shí) 現(xiàn) 高 效 的 地 址 運(yùn) 算 。 ALU 也 可以 執(zhí) 行 單 寄 存 器 操 作 。程 序 存 儲 器 空 間 分 為 兩 個(gè) 區(qū) ： 引 導(dǎo) 程 序 區(qū) (Boot 區(qū) ) 和 應(yīng) 用 程 序 區(qū) 。 堆 棧 位于 通 用 數(shù) 據(jù) SRAM， 因 此 其 深 度 僅 受 限 于 SRAM 的 大 小 。AVR 存 儲 器 空 間 為 線 性 的 平 面 結(jié) 構(gòu) 。 每 個(gè) 中 斷 在 中 斷 向 量 表 里 都 有 獨(dú) 立 的 中 斷 向 量 。AVR 單 片 機(jī) 的 型 號 標(biāo) 識 解 析1. 型 號 緊 跟 的 字 母 ， 表 示 電 壓 工 作 范 圍 ?！?例 ： ATmega4820AU， “20”表 示 可 支 持 最 高 為 20MHZ 的 系 統(tǒng) 時(shí) 鐘 。 　 4. 后 綴 最 后 一 個(gè) 字 母 ， 表 示 應(yīng) 用 級 別 。AVR 8Bit MCU 的 最 大 特 點(diǎn)與 其 它 8Bit MCU 相 比 ， AVR 8Bit MCU 最 大 的 特 點(diǎn) 是 ：哈 佛 結(jié) 構(gòu) ， 具 備 1MIPS / MHz 的 高 速 運(yùn) 行 處 理 能 力 ；超 功 能 精 簡 指 令 集 （ RISC） ， 具 有 32 個(gè) 通 用 工 作 寄 存 器 ， 克 服 了 如 8051 MCU 采 用 單 一 ACC 進(jìn) 行 處 理 造 成 的 瓶 頸 現(xiàn) 象 ；快 速 的 存 取 寄 存 器 組 、 單 周 期