【文章內(nèi)容簡介】 下一個數(shù)字鍵，一個 “一 ”就顯示在最右邊的數(shù)碼管上，同時將先前輸入的所有 “一 ”向左移動一位。 密碼清除功能：當按下清除鍵時，清楚前面輸入的所有值，并清除所有顯示。 開鎖功能：當按下開鎖鍵，系統(tǒng)將輸入與密碼進行檢查核對，如果正確鎖打開，否則不打開 主要的 設計實施過程：首先，選用 ATMEL公司的單片機 AT89C51，以及選購其他電子元件。第二步，使用 DXP2020 設計硬件單路原理圖，并設計 PCB圖完成人工布線（后因 PBC 板損壞決定采用萬能板焊接的方法）第三步，使用 Keil 3 uVision3 軟件編寫的 C 語言程序、仿真、軟件調(diào)試。第四步使用 PROTEUS 軟件進行模擬軟、硬件調(diào)試。最后聯(lián)合軟、硬件調(diào)試電路板 。 4 第二 章 設計方案的選擇 論證與比較 設計本課題時構思了兩種方案：一種是 用以 AT89C51 為核心的單片機控制方案；另一種是用以 74LS112 雙 JK 觸發(fā)器構成的數(shù)字邏輯電路控制方案?？紤]到數(shù)字電路方案原理過于簡單，而且不能滿足現(xiàn)在的安全需要，所以本文采用前一種方案。 我們的密碼鎖控制器就是以單片機為核心設計的，本設計采用的是 ATMEL公司的 AT89C51 芯片，此芯片根據(jù)了充分的靜止 CMOS 控制器與三級節(jié)目記憶鎖，共有 32 條 I/O 線， 2 個 定時計數(shù)器， 6 個中斷來源， 4K 閃存， 128 個字節(jié)在芯片 RAM。 方案一：采用數(shù)字電路控制。其原理方框圖如圖 所示 圖 數(shù)字密碼鎖電路方案 采用數(shù)字密碼鎖電路的好處就是設計簡單。用以 74LS112 雙 JK 觸發(fā)器構成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設了 9 個用戶輸入鍵，其中只有 4個是有效的密碼按鍵，其他的都是干擾按鍵，若按下干擾鍵，鍵盤輸入電路自動清零，原先輸入的密碼無效，需要重新輸入；如果用戶輸入的密碼的時間超過40 秒（一般情況下，用戶不會超過 40 秒，若用戶覺得不便，還可以修改）電路將報警 80 秒，若電路連續(xù)報警三次，電路將鎖定鍵盤 5 分鐘，防止他人非法操作。 電路由兩大部分組成；密碼鎖電路和備用電源（ UPS）其中 設置 UPS 電源是為了防止因為停電造成的密碼鎖電路失效，使用戶免遭麻煩。 5 密碼鎖電路包含：鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測、開鎖電路、執(zhí)行電路、報警電路、鍵盤輸入次數(shù)鎖定電路。 方案二：采用一種是用以 AT89S51 為核心的單片機控制方案。利用單片機靈活的編程設計和豐富的 IO 端口，及其控制的準確性，不但能實現(xiàn)基本的密碼鎖功能，還能添加調(diào)電儲存、聲光提示甚至添加遙控控制功能。其原理如圖 所示。 圖 單片機控制方案 通過比較以上兩種方案，單片機方案有較大的活動空間，不但能實現(xiàn)所 要求的功能而且能很大程度上擴展功能，而且還可以很方便的對系統(tǒng)進行升級，所以我們采用后一種方案。 6 第三章單片機的組成 AT89C51 單片機包含中央處理器、程序存儲器（ ROM）、定時 \計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三打總線，單片機的內(nèi)部結構如圖所示： 中央處理器（ CPU）是整個單片機的核心部件是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器能處理 8位 2 進制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負責控制智慧和 調(diào)度整個單眼系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 2. 數(shù)據(jù)儲存器 (RAM) AT89C51 內(nèi)部有 128 個 8 位用戶數(shù)據(jù)儲存單元和 128 個專用寄存單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以用戶能使用的 RAM 只有 128 個，可存放度寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結果或用戶自定義的字型表。 程序儲存器 (ROM) 共有 4KB掩膜 ROM，最大可擴展 64K 字節(jié)，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 /計數(shù)器： 89C51 有兩個 16 為的可編程定時 /計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉向。 (I/O)口 89C51 共有 4 組 8 位 I/O 口（ P0、 P P2 或 P3），用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。 7 89C51 具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時 /計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇。 單片機的引腳 AT89C51 單片機內(nèi)部總線是單總線結構，即數(shù)據(jù)總線和地址總線是公用的。 有 40 條引腳，與其他 51 系列單片機引腳是兼容的。這 40 條引腳可分為 I/O 接口線、電源線、控制線、外接晶體線 4 部分。 AT89C51 單片機為雙列直插式封裝結構，如下圖所示。 主要特征： 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： 0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8 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 1 可編程串行通道 1 低功耗的閑置和時鐘電路 1 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 8 AT89C51 引腳分配圖 AT89C51 單機的電源線有以下兩種： （ 1） VCC:+5V 電源線。電源線 （ 2） GND:接地線 AT89C51 單片機德外接晶體引腳有以下兩種 （ 1） XTAL1:片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時鐘工作的輸入端。采用內(nèi)部振蕩器時，它接外部石英晶體和微調(diào)電容的一個引腳。 （ 2） XTAL2:片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端，接外部石英晶體和微調(diào)電容的另一端。采用外部振蕩器時，該引腳懸空。外界晶體引腳。 控制線 AT89C51 單片機的控制線有以下幾種 ： （ 1） RST。 復位輸 入端，高電平有效。 （ 2） ALE/PROG:地址鎖存允許 /編程線 （ 3） PSEN: 外部程序存儲器的讀選通線。 （ 4） EA/Vpp：片外 ROM 允許訪問端 /編程電源端 電路的功能單元設計 9 第 四 章 單片機硬件資源 通過單片機送給開鎖執(zhí)行機構，電路驅(qū)動電磁鎖 吸合，從而達到開鎖的目的。其原理如 圖 所示。 密碼鎖開鎖機構示意圖 當用戶輸入的密碼正確而且是在規(guī)定的時間（普通用戶要求在 12s 內(nèi)輸入正確的密碼，管理員要求在 5s 輸入正確的密碼）輸入的話，單片機便輸出開門信號。 送到開鎖驅(qū)動電路，然后驅(qū)動電磁鎖，達到開門的目的。其實際電路如 圖 所示。 電路驅(qū)動和開鎖兩級組成。由 D R T10 組成驅(qū)動電路，其中 T10 可以選擇普通的小功率三極管如 901 9018 都可以滿足要求。 D5 作為開鎖的提示：由 D C2 T11 組成。其中 D C24 是為了消除電磁鎖可能產(chǎn)生的反向高壓電以及可能產(chǎn)生的電磁干擾。 T11 可選用中功率的三極管如 8050，電磁鎖的選用要視情況而定，但是吸合力要足夠且由一定的余量。 在本次設計中，基于節(jié)省材料的原則，暫時用發(fā)光二極管代替電磁鎖，發(fā)光管亮，表示開鎖；滅，表示沒有開鎖。 密碼鎖開鎖機構電路圖 10 由于設計要求使用矩陣鍵盤，所以設計就采用行列式鍵盤，同時也能減少鍵盤與單片機接口時所占的 I/O 線的數(shù)目，在按鍵比較多的時候，通常采用這樣方法。其原 理如 圖 所示。 鍵盤原理圖 每一條水平（行線）與垂直線（列線）的交叉處不相通，而是通過一個按鍵來連通，利用這種行列式矩陣結構只需要 N 條行線和 M 條列線，即可組成具有NM 個按鍵的鍵盤。 在這種行列式矩陣鍵盤非鍵盤編碼的單片機系統(tǒng)中，鍵