【正文】 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第 3 章 系統(tǒng)硬件構(gòu)成 第 節(jié) 設(shè)計(jì)原理 本設(shè)計(jì)采用 AT89S52 為主控芯片，通過(guò) IIC 總線協(xié)議與 AT24C02 進(jìn)行通信。 AT24C02 是ATMEL 公司開(kāi)發(fā)的可擦除存儲(chǔ)芯片， AT24C02 是一個(gè) 2K 位串行 CMOS E2PROM， 內(nèi)部含有 256 個(gè) 8 位字節(jié)， AT24C02 有一個(gè) 16 字 節(jié)頁(yè)寫(xiě)緩沖器。當(dāng)密碼輸入完成時(shí)，按下確認(rèn)鍵，如果輸入的密碼正確的話(huà)， LCD 子顯示“ RIGHT”，單片機(jī)其中 引腳會(huì)輸出低電平，使三極管 T2 導(dǎo)通，電磁鐵吸合，電子密碼鎖被打開(kāi)，如果密碼不正確， LCD顯示屏?xí)@示“ ERROR”， 輸出的是高電平，電子密碼鎖不能被打開(kāi)。只要高電平保持足夠的時(shí)間，單片機(jī)就能完成復(fù)位。 電路如圖 38 所示 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 100R131KR18D3LED1D2Q2PNP12345K1RelayVCCGNDLOCKVCC 圖 38 開(kāi)鎖電路 . 鍵 盤(pán)輸入模塊 鍵盤(pán)是單片機(jī)十分重要的輸入設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)的紐帶。 電路如圖 39 所示 S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14S15S16KEY1KEY2KEY3KEY4KEY5KEY6KEY7KEY8 圖 39 矩陣鍵盤(pán)電路 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 第 4 章 仿真設(shè)計(jì) 第 節(jié) Protues 仿真軟件概述 Protues 是目前使用比較廣泛的單片機(jī)類(lèi)的仿真系統(tǒng)的軟件之一，它可以實(shí)現(xiàn)的功能比較多，可以實(shí)現(xiàn)程序與原理圖的連調(diào)，也可以單獨(dú)作為繪制原理圖的工具使用，與 Protel有著過(guò)之不及的功能，于此 同時(shí)還可以進(jìn)行 PCB 版圖的生成，在方法中與 Protel類(lèi)似。檢查沒(méi)有錯(cuò)誤后，打開(kāi)原理圖，點(diǎn)擊單片機(jī)就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話(huà)框如圖 52所示，然后把生成的 .hex 文件添加到里面即可實(shí)現(xiàn)。 開(kāi) 始初 始 化鍵 盤(pán) 掃 描啟 動(dòng) 程 序鍵 盤(pán) 掃 描密 碼 程 序 判 斷關(guān) 閉 程 序結(jié) 束 圖 51 主程序流程圖 第 節(jié) 按鍵功能流程圖 圖 52 為按鍵功能流程圖，在按鍵當(dāng)中，有與輸入、開(kāi)鎖、清除、設(shè)置、確認(rèn)的程序相對(duì)應(yīng)的按鍵，并按順序與輸入的數(shù)相比較，當(dāng)輸入正確時(shí)，進(jìn)入密碼程序，錯(cuò)誤時(shí)進(jìn)行清除，輸 入兩次正確的，可進(jìn)行重新設(shè)置，最后確認(rèn)程序。 在仿真成功了以后。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我的論文指導(dǎo)老師真的幫了我很多的忙，指導(dǎo)了我很多。最后，感謝在大學(xué)期間認(rèn) 識(shí)我和我認(rèn)識(shí)的所有朋友，因?yàn)槟銈兊呐惆椋业拇髮W(xué)生活才豐富多彩！謝謝！ 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 附錄 附錄 1: 實(shí)物 照片 圖 1 實(shí)物 圖 2 輸入密碼 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 3 密碼正確提示 圖 4 修改密碼 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 附錄 2: 部分源程序 include //包含頭文件，一般情況不需要改動(dòng)，頭文件包含特殊功能寄存器的定義 include include define KeyPort P1 unsigned char KeyScan(void) //鍵盤(pán)掃描函數(shù)，使用行列反轉(zhuǎn)掃描法 { unsigned char cord_h,cord_l。 //讀入列線值 KeyPort=cord_h|0xf0。break。0xf0)!=0xf0)。 //讀入列線值 if(cord_h!=0x0f) //先檢測(cè)有無(wú)按鍵按下 { DelayMs(10)。最后還要感謝我的父母，這么含辛茹苦的給了我這么個(gè)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。在進(jìn) 行矩陣電路的制作時(shí)，電路很容易發(fā)生短路，因此必須使用萬(wàn)用表逐個(gè)的測(cè)量使用短路的現(xiàn)象！ 從策劃開(kāi)始，我開(kāi)始查找和收集大量的資料，進(jìn)行程序編程的時(shí)候，我又要把各個(gè)軟件仔細(xì)的熟悉了一下，再到仿真成功，硬件調(diào)試成功。如果輸入錯(cuò)誤累計(jì)三次，則執(zhí)行報(bào)警程序。找到之后加載到之前點(diǎn)開(kāi)的 對(duì)話(huà)框上即可。之后在單擊確定按鍵所選器件就會(huì)顯示在界面左上角的小框中此時(shí)點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵就會(huì)放到圖層中，然后直接把鼠標(biāo)放到接頭處就會(huì)顯示一個(gè)畫(huà)筆的標(biāo)志此時(shí)按住鼠標(biāo)左鍵就可進(jìn)行連線了。將 16 個(gè)按鍵分為 4 排 4列排列好，如圖 39 矩陣鍵盤(pán)硬件結(jié)構(gòu)。電容取值為 30pF。只要 RST 保持高電平，單片機(jī)就會(huì)自動(dòng)循環(huán)復(fù)位。本設(shè)計(jì)的顯示部分由液晶顯示器 LCDl602 取代普通的數(shù)碼管來(lái)完成。 報(bào)警與開(kāi)鎖電路實(shí)際是在在密碼已經(jīng)進(jìn)行比對(duì)以后，主控芯片通過(guò)判斷的結(jié) 果給出相應(yīng)的操作，即相應(yīng)的 I/O 端口會(huì)出現(xiàn)高低電平的變化，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖與報(bào)警的功能。只要在晶體振子板極上施加交變電壓，就會(huì)使晶片產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng)，此現(xiàn)象即所謂逆壓電效應(yīng)。但是現(xiàn)在的娛樂(lè)級(jí)聲卡為了降低成本，通常都采用 SCR 將輸出的采樣頻率固定在 48kHz，但是 SRC 會(huì)對(duì)音質(zhì)帶來(lái)?yè)p蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 害，而且現(xiàn)在的娛樂(lè)級(jí)聲卡都沒(méi)有很好地解決這個(gè)問(wèn)題。 WP 寫(xiě)保護(hù) ： 如果 WP 管腳連接到 Vcc，所有的內(nèi)容都被寫(xiě)保護(hù)只能讀。雖然主器件和從器件都可以作為蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的模式。 Flash 閃速存儲(chǔ)器的串行編程：將 RST 接至 Vcc，程序代碼存儲(chǔ)陣列可通過(guò)串行 ISP 接口進(jìn)行編程，串行接口包含 SCK 線、 MOSI（輸入）和 MISO（輸出）線。編程完成后， 變?yōu)楦唠娖奖硎緶?zhǔn)備就緒狀態(tài)。退出掉電模式的方法是硬件復(fù)位或由處于使能狀態(tài)的外中斷 INT0 和 INT1 激活。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到 XTAL1 端， 即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2 則懸空。 晶體振蕩器特性： AT89S51 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。為保證 WDT 在退出掉電模式時(shí)極端情況下不溢出，最好在進(jìn)入掉電模式前復(fù)位 WDT。為使 WDT 工作最優(yōu)化，必須在合適的程序代碼時(shí)間段周期地復(fù)位 WDT 防止 WDT溢出。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器： AT89S51 的具有 128 字節(jié)的內(nèi)部 RAM，這 128 字節(jié)可利用直 接或間接尋址方式訪問(wèn)，堆棧操作可利用間接尋址方式進(jìn)行， 128 字節(jié)均可設(shè)置為堆棧區(qū)空間。不要軟件訪問(wèn)這些未定義的單元，這些單元是留作以后產(chǎn)品擴(kuò)展 用途的，復(fù)位后這些新的位將為 0。欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000H－ FFFFH），EA 端必須保持 低電平（接地）。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。作輸入端時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流。 端口引腳第二功能： MOSI（用于 ISP 犏程） MISO（用于 ISP 犏程） SCK （用于 ISP 犏程） P2 口： P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ O 口， P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。 . 引腳功能說(shuō)明 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開(kāi)路型雙向 I／ 0 口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。密碼可以由用戶(hù)自己修改設(shè)定，鎖打開(kāi)后才能修改密碼。 6)電子密碼控制系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單易行，一學(xué)即會(huì)的特點(diǎn)。 第 電子密碼控制簡(jiǎn)介 電子密碼控制是一種通過(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(kāi)關(guān)的閉合，完成開(kāi)鎖、閉鎖任務(wù)的電子產(chǎn)品。常見(jiàn)的鎖有普通機(jī)械鎖、機(jī)械密碼鎖、電磁卡鎖、指紋（虹膜）鎖等。 現(xiàn)今常見(jiàn)的密碼鎖設(shè)計(jì)主要有兩種方案，一種是中規(guī)模集成電路控制的方案，另一種是單片機(jī)控制的方案。 本文從經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度出發(fā)，采用美國(guó) Atmel 公司的單片機(jī) AT89S52 作為主控芯片與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元，結(jié)合外圍的矩陣鍵盤(pán)輸入、 LCD 液晶顯示、報(bào)警、開(kāi)鎖等，用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)主控芯片的控制程序與 EEPROM 讀寫(xiě)程序相結(jié)合， 設(shè)計(jì)了一款可以多次更改密碼，具有報(bào)警功能的電子密碼控制系統(tǒng)。這種電路設(shè)計(jì)具有防試探按鍵輸入、智能控制上鎖、開(kāi)鎖、報(bào)警、修改密碼等多種功能。對(duì)于采用集成電路控制的方案，其中的編碼電子鎖電路分為編碼電路、控制電路、復(fù)位電路、解碼電路、防盜報(bào)警電路、門(mén)鈴電路，而電子鎖主要由輸入元件、電路 (包括電源 )以及鎖體三部分組成。而普通的機(jī)械鎖極容易被強(qiáng)行破壞，安全系數(shù)不高；機(jī)械密 碼鎖雖然安全系數(shù)高但造價(jià)相對(duì)較高，目前在保險(xiǎn)柜上應(yīng)用較多；電磁卡鎖由于磁卡信息極易受外界干擾而失磁導(dǎo)致無(wú)法開(kāi)鎖，而指紋（虹膜）鎖雖然安全性很好，但會(huì)因手指劃傷虹膜充血等收到限制。電子密碼控制不論性能還是安全性都已大大超過(guò)了機(jī)械類(lèi)。 第 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 早在 80 年代，日本產(chǎn)生了最早的電子密碼鎖。修改密碼之前必須再次輸入密碼，在輸入新密碼時(shí)候需要二次確認(rèn)，以防止誤操作。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路，對(duì)端口寫(xiě)“ l”可作為高阻抗輸入 端用。對(duì)端口寫(xiě)“ 1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。 P3 口除了作為一般的 I／ 0 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示 ： P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。對(duì) F1ash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA 端狀態(tài)。 中斷寄存器： 各中斷允許控制位于 IE 寄存器， 5 個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)控制位于 IP 寄存器。 看門(mén)狗定時(shí)器（ WDT）： WDT 是為了解決 CPU 程序運(yùn)行時(shí)可能進(jìn)入混亂或死循環(huán)而設(shè)置，它由一個(gè) 14bit 計(jì)數(shù)器和看門(mén)狗復(fù)位 SFR（ WDTRST）構(gòu)成。 掉電和空閑狀態(tài)時(shí)的 WDT：掉電時(shí)期，晶體振蕩停止， WDT 也停止。在進(jìn)入空閑模式前，蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 WDT 打開(kāi)時(shí)， WDT 是否繼續(xù)計(jì)數(shù)由 SFR 中的 AUXR 的 WDIDLE 位決定，在 IDLE 期間（位 WDIDLE=0）默認(rèn)狀態(tài)是繼續(xù)計(jì)數(shù)。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。 由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè) 2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒(méi)有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。復(fù)位后將重新定義 全部特殊功能寄存器但不改變 RAM 中的內(nèi)容，在 Vcc 恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)無(wú)效，且蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 必須保持一定時(shí)間以使振蕩器重啟動(dòng)并穩(wěn)定工作。 程序校驗(yàn)：如果加密位 LB LB2 沒(méi)有進(jìn)行編程，則代碼數(shù)據(jù)可通過(guò)地址和數(shù)據(jù)線讀回原編寫(xiě)的數(shù)據(jù)，各加密位也可通過(guò)直接回讀進(jìn)行校驗(yàn)。將 RST 拉高后，在其它操作前必須發(fā)出編程使能指令，編程前需將芯片擦除。 . 性能 與 400KHz I2C 總線兼容 到 伏工作電壓范圍 低功耗 CMOS 技術(shù) 寫(xiě)保護(hù)功能當(dāng) WP 為高電平時(shí)進(jìn)入寫(xiě)保護(hù)狀 態(tài) 頁(yè)寫(xiě)緩沖器 自定時(shí)擦寫(xiě)周期 1,000,000 編程 /擦除周期 可保存數(shù)據(jù) 100 年 8 腳 DIP SOIC 或 TSSOP 封裝 溫度范圍商業(yè)級(jí)工業(yè)級(jí)和汽車(chē)級(jí) . 引腳功能描述 VCC + 工作電壓 VSS 地 SCL 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)輸入管腳。當(dāng) WP 管腳連接到 Vss 或懸空，允許器件進(jìn)行正常的讀 /寫(xiě)操作?，F(xiàn)在應(yīng)用最廣 泛的是石英晶體振蕩器。當(dāng)外加電壓頻率等于晶體諧振器的固有頻率時(shí)，就會(huì)發(fā)生壓電諧振，從而導(dǎo)致機(jī)械變形的振幅突然增大。 系統(tǒng)框圖如圖 31 所示 A T 8 9 S 5 2液 晶 顯 示 電 路電 源 電 路A T 2 4 C 0 2矩 陣 鍵 盤(pán)復(fù) 位 電 路晶 振 電 路報(bào) 警 電 路開(kāi) 鎖 電 路開(kāi) 鎖 指 示 電 路 圖 31 系統(tǒng)框圖 第 節(jié) 電路總圖構(gòu)成 在確定了選用什么型號(hào)的單片機(jī)后，就要確定在外圍電路，其外圍電路包括電源輸入部分、存儲(chǔ)部分、鍵盤(pán)輸入部分、復(fù)位部分、晶振部分、顯示部分、報(bào)警部分、開(kāi)鎖部分組成，根據(jù)實(shí)際情況鍵盤(pán)輸入部分選擇 4*4 矩陣鍵盤(pán)，顯示部分選擇字符型液晶顯示LCDl602。只有按下鍵盤(pán)上的開(kāi)啟按鍵后，顯示器才處于開(kāi)啟狀態(tài)。當(dāng) RST 引腳從高電平狀態(tài)轉(zhuǎn)為低電平狀態(tài)時(shí)，單片機(jī) 退出復(fù)位狀態(tài)，從程序存儲(chǔ)器的 0000H 地址開(kāi)始執(zhí)行用戶(hù)程序。 電路如圖 37 1212M30pFC130pF