【文章內(nèi)容簡介】 74LS373 的 C 和 OC 端置低電平，使其處于送數(shù)狀態(tài)。當輸入密碼后將 OC 置于高電位，則鎖存器將密碼信號鎖 存，然后按鍵復(fù)位。當下次開鎖時只有在規(guī)定時間內(nèi)，規(guī)定次數(shù)內(nèi)輸入密碼才會發(fā)出開鎖信號，否則不能開鎖。并且，當時間或輸入次數(shù)到達一定值后，電路會自鎖一段時間，并發(fā)出警報聲。警報結(jié)束后，電路回復(fù)原狀，計時及計數(shù)歸零，直至下一次開鎖動作。 第一部分是密碼輸入部分，由八個開關(guān)構(gòu)成，密碼輸入共有 28=255 種輸入方式（注：從 00001111 共 256 種組合），但能正確開鎖的輸入方式只有 1 種，安全性較高。第二部分是由 74LS373 組成的密碼鎖存電路，通過控制 74LS373的芯片管腳特性來控制芯片的工作狀態(tài)。第三部分是 由 74LS85 組成的比較器（或者是同或門組成的比較電路），來比較輸入信號與寄存密碼的相等與否。第四部分是有二極管構(gòu)成的開鎖信號電路，黃燈處于待開狀態(tài)，綠燈表示開鎖正確，紅燈及警報聲表示開鎖錯誤或者是鎖存狀態(tài)。第五部分是計時及計數(shù)部分，計時表示從準備開鎖到開鎖完成所規(guī)定的時間，以及鎖存時期的鎖存時間，計數(shù)記錄的是誤操作的次數(shù)。 方案二：以 STC89C52 為核心的單片機控制方案 選用單片機 STC89C52 作為本設(shè)計的核心元件， 利用單片機靈活的編程設(shè)計和豐富的 I/O 端口，及其控制的準確性，實現(xiàn)基本的密碼鎖功能 。在 單片機的外圍電路外接輸入鍵盤用于密碼的輸入和一些功能的控制，外接 AT24C02 芯片用于密碼的存儲，外接 LCD1602 用于顯示作用。當用戶需要開鎖時，先按鍵盤開鎖鍵之后按鍵盤的數(shù)字鍵 0－ 9 輸入密碼。密碼輸完后按下確認鍵，如果密碼輸入正確則開鎖，不正確顯示密碼錯誤重新輸入密碼，當三次密碼錯誤則發(fā)出報警；電子信息工程課程設(shè)計 4 當用戶需要修改密碼時，先按下鍵盤設(shè)置鍵后可以設(shè)置新密碼。新密碼輸入無誤后按確認鍵使新密碼將得到存儲，密碼修改成功。 單片機具有資源豐富、速度快、編程容易等優(yōu)點。利用單片機內(nèi)部的隨機存儲器（ RAM）和只讀存儲器（ ROM）及其引腳資源，外接顯示器 ， 鍵盤輸入等實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理傳輸和顯示功能，基本上能實現(xiàn)設(shè)計指標， 而且單片機編程設(shè)計靈活、 I/O 端口豐富、控制的準確性高，不但能實現(xiàn)基本的密碼鎖功能，還能添加 調(diào)電存儲、聲光提示甚至添加遙控控制等附加 功能，此外單片機方案有較大的活動空間，不但能實現(xiàn)所要求的功能，還能在很大的程度上擴展功能，而且還可以方便的對系統(tǒng)進行升級。 綜上分析：方案一雖然設(shè)計簡單但密碼輸入控制復(fù)雜、實用性不是很強，并且不能實現(xiàn)密碼保存。而方案二設(shè)計復(fù)雜，使用方便，安全性好，功耗低，成本低，而且容易操作保密性強。 故在此設(shè)計中，我們選用第二種方案，即利用單片機實現(xiàn)密碼鎖的控制。 顯示方案的選擇 方案一：使用 LCD1602 進行顯示 由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光 ,因此液晶顯示器畫質(zhì)高 ；同樣液晶屏的功率消耗比較小；液晶是平板型結(jié)構(gòu)，由兩片玻璃組成的夾層盒，面積可大可小，安裝時占用面積小減小了設(shè)備的體積；液晶的信息量大相同的面積上與數(shù)碼管比可以顯示更多的信息；且他本身沒有老化問題壽命極長；與數(shù)碼管相比液晶屏顯示的更能夠看懂，他能將英文細膩的顯示出來是數(shù)碼管做不到的。然而液晶屏 也 可在陽光下工作，具有防風(fēng)、防雨、防水功能 。這就說明能夠使用在室外。但是液晶在陽光強的時候會反光是視角模糊看不清楚，對于這個現(xiàn)象由于屏幕較小可以用手擋住陽光是自己看的清楚一點。 方案二：用數(shù)碼管來顯示 圖 2－ 1 液晶顯示 電子信息工程課程設(shè)計 5 與液晶相同也能顯示數(shù)字和字母，但是在顯示字母的時候沒有液晶那么細膩很難辨認，而且用數(shù)碼管顯示一個較長的英文就會用到好幾個數(shù)碼管擴大了空間，就顯得美觀。數(shù)碼管的優(yōu)點 是在強光下也能看清上面顯示的內(nèi)容。 綜合兩方案的比較用液 晶顯示比較合適。 密碼輸入方式的選擇 方案一：指紋輸入識別 指紋識別技術(shù)主要設(shè)計四個功能：讀取指紋圖像、提取特征、保存數(shù)據(jù)和對比。通過指紋讀取設(shè)備讀取到人體指紋的圖像，然后對原始圖像進行初步的處理，使之更加清晰，再通過指紋識別軟件建立指紋的特征數(shù)據(jù)。軟件從指紋上找到被稱之為“節(jié)點”的數(shù)據(jù)點，即指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標位置，這些點同時具有七種以上的唯一特征。通常手指上平均具有 70 個節(jié)點，所以這種方法會產(chǎn)生大約 490個數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通常被稱之為模板。通過計算機模糊比較的方法，把兩個指紋的模板進 行比較，計算出它們的相似程度，最終得到兩個指紋的匹配結(jié)果，從而判斷輸入結(jié)果的正確與否。 方案二：矩陣鍵盤輸入識別 由各按鍵組成的矩陣鍵盤每條行線和列線都對應(yīng)一條 I/O口線，鍵位設(shè)在行線和列線的交叉點，每當一個按鍵按下就會由某一條行線與某一條列線接觸，只要確定接觸的是哪兩條 I/O 口線，就可以確定哪一個按鍵被觸動。行線初始置于高位，通過不斷讀行線口線，或者中斷方式觸發(fā)鍵位掃描。當發(fā)現(xiàn)有鍵按下，將列線逐一置低，其他列線置高，讀取行線口線。當某條列線置低時，某條行線也被拉低，則確定這兩條線的交點處的按鈕被按下。 方 案比較：方案一雖然比較安全，不容易忘記密碼但是軟硬件太過復(fù)雜，很難操控且成本很高。而方案二簡單易行，可以進行程序控制，成本較低。故選取方案二作為設(shè)計的輸入部分。 圖 2－ 2 數(shù)碼管顯示 電子信息工程課程設(shè)計 6 第三章 系統(tǒng)總體介紹和主要芯片介紹 系統(tǒng)總體介紹 本設(shè)計主要由單片機、矩陣鍵盤、液晶顯示器和密碼存儲等部分組成其中矩陣鍵盤用于輸入數(shù)字密碼和進行各種功能選擇的實現(xiàn)。由用戶通過連接單片機的矩陣鍵盤輸入密碼后，經(jīng)過單片機對輸入密碼與自己保存的密碼進行比對，從而判斷出密碼是否正確，然后控制引腳的高低電平傳到開鎖電路或者警報電路控制開鎖還是報警 。實際使用時只要將單片機的負載由繼電器換成電子密碼鎖的電磁吸合線圈即可。系統(tǒng)整體框圖如圖 31 所示。 各模塊功能如下： 1. 鍵盤輸入模塊：分為密碼輸入按鍵和幾個功能按鍵，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. 報警電路：用于完成輸錯密碼時候的警報功能 5. 密碼存儲模塊：用于完成掉電存儲功能，使修改的密碼斷電后仍能保存 6. 開鎖電路：應(yīng)用繼電器及發(fā)光二極管模擬開鎖，完成開鎖及顯示 STC89C52 鍵盤輸入 復(fù)位電路 晶振電路 顯示電路 報警電路 開鎖電路 圖 31 結(jié)構(gòu)框圖 電子信息工程課程設(shè)計 7 主要芯 片介紹 STC89C52 MCS51 系列中的各種芯片引腳是互相兼容的，其中 STC89C52 單片機是高性能的單片機。在不接任何外圍電路的情況下可以實現(xiàn)大部分較為復(fù)雜的邏輯控制功能，進行外部 RAM 擴展還可以用于數(shù)據(jù)采集，點陣顯示屏控制等方面應(yīng)用。對于存儲量要求不高的實際應(yīng)用， STC89C52 是一種不可多得高性能的單片機，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗定時器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路， 2個 16 位 定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工 串行口 。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種 軟件 可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、 定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機 一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率35MHz， 6T/12T 可選。 STC89C52 的引腳圖如圖 3－ 2： VCC：電源電壓 GND：地 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口，作為輸出口用時，每位能驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端口。 P0 口能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的低八位。 圖 31AT89C51 芯片 電子信息工程課程設(shè)計 8 P1 口： P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“ 1” ,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平。作輸入口使用時，因內(nèi)部有上拉電阻，不需要外接上拉電阻。 P2 口： P2 口為一個內(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 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi) 部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口： P3 口作為一般 I/O 口線的情況與上述相同。但更重要的用途是它的第二功能。第二功能如下： 表 31 P3 端口第二功能說明 RXD（串行輸入口） T0（記時器 0 外部輸入） TXD（串行輸出口） T1（記時器 1 外部輸入） /INT0（外部中斷 0） （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /INT1（外部中斷 1） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG： 地址鎖存允許。當單片機方位外部存儲器時，該引腳的輸出信號ALE用于鎖存 P0 的八位地址。輸出頻率為時鐘頻率的 1/6。 PSEN： 程序存儲器允許，輸出外部程序存儲器的選通信號。 EA/VPP：當 EA=0 時，單片機只訪問外部程序存儲器。當 EA=1 時，單片機只訪問內(nèi)部程序存儲器。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 3－ 2 STC89C52 引腳圖 電子信息工程課程設(shè)計 9 存儲芯片 AT24C02 AT24C02 是一個 2K位串行 CMOS E2PROM， 內(nèi)部含有 256 個 8 位字節(jié)， CATALYST 公司的先進 CMOS 技術(shù)實質(zhì)上減少了器件的功耗。AT24C02 有一個 16 字節(jié)頁寫緩沖器。該器件通過 IIC 總線接口 進行操作，有一個專門的 寫保護 功能。 24c02 引腳說明 : SCL：串行時鐘信號引腳 在 SCL 輸入時鐘信號的上升沿將數(shù)據(jù)送入 EEPROM 器件 ,并在時鐘的下降沿將數(shù)據(jù)讀出。 SDA： 串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳 SDA 引腳可實現(xiàn)雙向串行數(shù)據(jù)傳輸。該引腳為開漏輸出，可與其它多個開漏輸出器件或開集電極器件線或連接。 A0， A1， A2——地址輸入引 腳。當使用 24C02 時最大可級聯(lián) 8 個器件，如果只有一個 24C02 被總線尋址，這三個地址輸入腳 A0， A1， A2 可懸空或拉高。 WP——寫保護，當 WP 接地時，允許對器件的正常讀寫操作；當 WP 接高電平時，寫保護，只能進行讀操作。 VCC， GND——電源，接地引腳， 24c02 內(nèi)部尋址，讀 /寫操作： 前八位是地址地址信號，從最高位（ MSB）開始，其中前四位是固定值 1010，后三位有管腳 A0、 A A2 的基地情況確定。最后一位是讀寫控制 信號， 0 表示寫，1 表示讀。若與 SDA 線發(fā)送過來的地址比較一致，則器件輸出應(yīng)答 0，否則將返回等待狀態(tài)。 圖 3— 3 24C02 的實物圖 圖 3— 4 24C02 的引腳功能圖 圖 3－ 5 24C02 尋址方式 電子信息工程課程設(shè)計 10 器件內(nèi)部地址尋址是在器件尋址之后，對 256 個字節(jié)進行尋址，直接傳送 8位地址信號（ 00FF）對應(yīng)于器件內(nèi)部的地址。 寫操作： 先由主機發(fā)送起始命令，再發(fā)送送器件地址，當主機接收到器件的 ACK 應(yīng)答后，便繼續(xù)發(fā)送內(nèi)部字節(jié)地址，當接收到 ACK 應(yīng)答后繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，當 8 位數(shù)據(jù)發(fā)送完畢之后，主機接收到器件的 ACK 應(yīng)答，在發(fā)送停止信號。 圖 3－ 6 24C02 寫尋址 讀操作： 內(nèi)部地址計數(shù)器存放著上一次訪問時最后一個 地址加 1 的值，只要芯片有電，該值就被保存。當讀到最后頁的最后字節(jié)，該地址變?yōu)?0；當讀到某頁的頁尾時，該地址轉(zhuǎn)向該頁頁首。 圖 3－ 7 24C02 讀尋址 LCD1602