【文章內(nèi)容簡介】 國內(nèi)的不少企業(yè)也引進(jìn)了世界上先進(jìn)的技術(shù)，發(fā)展前景非?？捎^。希望通過不斷的努力，使電子密碼鎖在我國也能得到廣泛應(yīng) 用。 3 2 總體設(shè)計(jì)方案的確定 電子密碼鎖設(shè)計(jì)的具體要求 （ 1）、 本設(shè)計(jì)為了防止密碼被竊取要求在輸入密碼時(shí)在 LCD 屏幕上顯示 *號。 （ 2）、 設(shè)計(jì)開鎖密碼為六位密碼的電子密碼鎖。 （ 3）、 密碼輸入正確時(shí) LCD 顯示 Unlock OK!，密碼錯(cuò)誤時(shí)顯示 ERROR，輸入密碼時(shí)顯示 Your Password。 （ 4）、 當(dāng)密碼鎖輸入正確時(shí)， LED 指示燈亮，開鎖成功。 （ 5）、 4 4 的矩陣鍵盤其中包括 09的數(shù)字鍵和 AF的功能鍵。 （ 6）、 本產(chǎn)品具備報(bào)警功能，當(dāng)輸入密碼錯(cuò)誤的次數(shù)超過 3次 時(shí)蜂鳴器響。 （ 7）、 密碼可以由用戶自己修改設(shè)定，修改密碼之前必須輸入原來的密碼，在輸入新密碼時(shí)候需要二次確認(rèn)，才能修改成功，以防止誤操作 。 總體設(shè)計(jì)方案選定 方案一：采用數(shù)字電路控制。 74LS112 雙 JK 觸發(fā)器 所 構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路作為 電子 密碼鎖控制的核心，共 設(shè)置了 9個(gè)用戶輸入鍵，其中只有 4 個(gè)按鍵 是作為密碼按鍵 ，其它的都是 作為干擾按鍵 而設(shè)置的 ， 如果是 按下干擾 按 鍵，鍵盤輸入電路自動清零， 開始 輸入的密碼 變?yōu)?無效，需要 再次 輸入；如果用戶 在 輸入密碼的 時(shí)候 超過 了 20 秒（ 在 一般情況下，用戶不會超過 20 秒）電 路 就會 報(bào)警 十幾 秒， 如果 電路報(bào)警 超過了 三次，鍵盤 將被鎖定 1 分鐘，防止他人的非法操作。采用數(shù)字電路設(shè)計(jì)方案 的 好處就是設(shè)計(jì)簡單 ， 但控制的準(zhǔn)確性和靈活性差。故不采用 。 方案二：采用以 AT89C52 為核心的單片機(jī)控制方案。 選用單片機(jī) AT89C52 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 IO 端口，及其控制的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)密碼鎖 的 功能。在單片機(jī)的外圍電路接入 輸入 鍵盤用于密碼的輸入和一些功能的控制，外接 LCD1602 顯示器用于顯示作用。其原理如下圖 1所示： 4 鍵 盤 輸 入 電 路 單 片 機(jī) 芯 片外 圍 顯 示 電 路單 片 機(jī) 時(shí) 鐘 電 路存 儲 芯 片 A T 2 4 C 0 2 圖 1 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 經(jīng)過對比，可知采用單片機(jī)控制更容易實(shí)現(xiàn)，更簡易。所以本次設(shè)計(jì)采用的是此方案。 本設(shè)計(jì)由主控芯片 51單片機(jī)，單片機(jī)時(shí)鐘電路，鍵盤，和開鎖電路組成。單片 機(jī) 負(fù)責(zé)控制整個(gè) 系 統(tǒng)的執(zhí)行過程。 5 3 主要元器件介紹 主控芯片 AT89C52 美國 ATMEL公司 生產(chǎn) 的 AT89C52是一種低功耗，高性能 的 CMOS 8位微控制器 ，可以被讀取的閃存程序存儲器 占了 4K bytes， 該設(shè)備采用 ATMEL公司的高密度非易失性內(nèi)存技術(shù)生產(chǎn)兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051指 令集和 指 針。它集閃存程序存儲器，無論是在線編程（ ISP）也可以用來編程的傳統(tǒng)方法和一般片上 8位微處理器芯片中， ATMEL公司的 AT89C52功能強(qiáng)大，低成本 的 微控制器可以提供你許多高性價(jià) 的 應(yīng)用程序 ， 可以靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 主要特性 AT89C52 具有如下特點(diǎn)： 40 個(gè)引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5個(gè)中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2個(gè)串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外， AT89C52 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或 者有 硬件 來 復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 其 主要 的 功能特性 有 ： （ 1） 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) （ 2） 8kB 可反復(fù)擦寫 (大于 1000 次） Flash ROM； （ 3） 32 個(gè)雙向 I/O 口； （ 4） 256x8bit 內(nèi)部 RAM； （ 5） 3個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷； （ 6） 時(shí)鐘頻率 024MHz； （ 7） 2個(gè)串行中斷，可編程 UART 串行通道； （ 8） 2個(gè)外部中斷源，共 8 個(gè)中斷源； （ 9） 2個(gè)讀寫中斷口線， 3 級加密位； 6 引腳功能說明 圖 2 單片機(jī)引腳圖 VCC：電源電壓 GND：接地 P0口： P0口是 8位雙向的數(shù)據(jù)口線，由于 P0內(nèi)部是高阻抗的輸入狀態(tài)，當(dāng)外接電路時(shí)，需要接上拉電阻。 P1口和 P2口是雙向的數(shù)據(jù)口線 ，可直接外接電路。 P3口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ 0 口。 P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL邏輯門電路。 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， P3口的第二功能如下表 1所示 。 表 1 P3口的第二功能 端口引腳 第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（ ） 串行輸入口 T0（ ） 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0外部輸入 TXD（ ） 串行輸出口 T1（ ） 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1外部輸入 INT0（ ） 外中斷 0 WR（ ） 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 INT1（ ） 外中斷 1 RD（ ） 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 7 RST：復(fù)位輸入。 當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)即為有效，用于完成單片機(jī)的復(fù)位操作。 ALE／ PROG： 在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)， ALE 用于控制把 P0 口輸出的低 8 位地址送入鎖存器鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送。此外由于 ALE 是以 1/6 晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，因此，可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈使用。 PSEN： 在讀外部 ROM 時(shí) PSEN 有效（低電平），以實(shí)現(xiàn)外部 ROM 單元的讀操作。 EA／ VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000H－ FFFFH）， EA 必須保持低電平（接地）。 而當(dāng) EA 信號為高電平時(shí)，對 ROM 的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲器。 XTAL1 和 XTAL2：當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)， XTAL1 和 XTAL2 用于外接石英晶體諧振器和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接入外部時(shí)鐘脈沖信號。 存儲 芯片 AT24C02 美國 Atmel 公司 生產(chǎn) 的 AT24C02 是 一種 低功耗 的 CMOS 型 的 E2PROM，內(nèi)含2568 位 的 存儲 的 空間， 其 工作電壓 的 寬 度為 (～ V)、擦寫次數(shù)多 (大于10000 次 )、 抵 抗干擾 的 能力 很 強(qiáng)、 不容易丟失 數(shù)據(jù) 、體積小、寫入 的 速度快 (小于 10 ms)等特點(diǎn)。 并用它來讀取和寫入 I2C 總線串行數(shù)據(jù)設(shè)備，占用很少的資源和 I/O 口 線，支持在線編程，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問是非常方便的。 AT24C02 芯片的地址寄存器。每次讀或 者 寫一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，地址寄存器 會 自動 的 加 1， 用來 讀寫下一個(gè)存儲單元。 每一個(gè) 字節(jié) 都是用 單一 的 操作方式 來 讀取 的 。為 了達(dá)到 降低 寫入時(shí)間 的目的 ， 每 一次操作 所 寫入的數(shù)據(jù) 都可以達(dá)到 8 個(gè)字節(jié) 。 I2C 總線是一種用 來 連接 兩個(gè)或多個(gè) IC 器件的 二線制總線。 它 通過 SDA 及 SCL 兩根 口 線 連到總線上的器件之間 來 傳送 數(shù)據(jù) ，根據(jù) 不 同的 地址識別 不同的 器件。 AT24C02 就 是運(yùn)用了 這種 I2C 的 規(guī)程， 從而 使 得 主 /從機(jī) 之間能夠?qū)崿F(xiàn) 雙向通信，主機(jī)和從機(jī) 都可 以 工作 在 接收器和發(fā)送器 的 狀態(tài) 上 。 串行時(shí)鐘信號 (通過 SCL 引腳 )由主機(jī)產(chǎn)生并發(fā) 送 控制字 和 控制總線的傳送方向， 還會 產(chǎn)生 起始 和 終 止的條件。 不管 是主機(jī)（單片機(jī)） 還是從機(jī) （ AT24C02） ， 每次 接收到一個(gè)字節(jié) 都需要 發(fā) 送 一個(gè)確認(rèn)信號 ACK。 AT24C02 的控制字 是 由 8位 的 二進(jìn)制 數(shù) 構(gòu)成 的 ，在 起始 信號發(fā) 送 后，主機(jī)會 立馬 發(fā) 送其 控制字， 來 選擇從機(jī) 和 傳送 控制總線 的方向。 圖 3 為 AT24C02的兩種引腳圖。 8 圖 3 AT24C02 的兩種引腳圖 管腳的描述 SCL：串行時(shí)鐘。 AT24C02 的 串行時(shí)鐘輸入管腳 用于產(chǎn)生器件 ， 所有數(shù)據(jù) 的 發(fā)送或接收的時(shí)鐘 都 是一個(gè)輸入管腳 輸入的 。 SDA：串行數(shù)據(jù) /地址。 A0、 A A2 ： 器件地址輸入 引腳 。 當(dāng)需要 多個(gè)器件級聯(lián)時(shí) ， 地址 可由這些引腳來設(shè)置。 當(dāng)這些腳懸空時(shí)默認(rèn)值為 0。 AT24C02 最大可級聯(lián) 8 個(gè)器件 WP：寫保護(hù)。如果 該 管腳連接到 +5V， 24C02 的內(nèi)容都被寫保護(hù)（只能讀）。當(dāng) 該 管腳 接到 VSS 或懸空 ， 允許器件進(jìn)行正常的讀 /寫操作 。 功能的描述 IIC 總線 協(xié)議 :IIC 總線協(xié)議定義如下，（ 1）只有在總線空閑時(shí)才允許啟動數(shù)據(jù)傳送。（ 2）在數(shù)據(jù)傳送過程中，當(dāng)時(shí)鐘線為高電平，數(shù)據(jù)線必須保持穩(wěn)定狀態(tài)，不允許有跳變。時(shí)鐘線為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線的任何電平變化將被看作總線的起始或停止信號。 起始信號 :時(shí)鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線電平從高到低的跳變作為 IIC 總線的起始信號。 停止信號 :時(shí)鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線電平從低到高的跳變作為 IIC 總線的停止信號。 應(yīng)答信號 :IIC 總線數(shù)據(jù)傳送時(shí)，每成功地傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后，接收器都必須產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號。應(yīng)答的器件在第 9 個(gè)時(shí)鐘周期時(shí) 將 SDA 線拉低，表示其已收到一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)。 AT24C02 在接收到起始信號和從器件地址之后響應(yīng)一個(gè)應(yīng)答信號，如果器件已選擇了寫操作，則在每接收一個(gè) 8 位字節(jié)之后響應(yīng)一個(gè)應(yīng)答信號。 器件尋址 :主器件通過發(fā)送一個(gè)起始信號啟動發(fā)送過程然后發(fā)送它所要尋址的從器件的地址 。它的址由圖 4 上的地址位來決定。 AT24C02 監(jiān)視總線 時(shí)， 當(dāng)其地址與發(fā)送的從地址相符 合 時(shí) 就 響應(yīng)一個(gè)應(yīng)答信號（通過 SDA 線）。 AT24C02再通過 讀寫控制位（ R/W） 的狀態(tài) 來 進(jìn)行讀或?qū)懖僮鳌? 9 圖 4 從器件地址位 寫保護(hù) :當(dāng) WP 管腳接 的是 高 電平 時(shí) ，整個(gè)寄存器區(qū) 域的內(nèi)容 全 都被保護(hù)了，用戶不能對里面的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，但是可以從中讀取內(nèi)容 。 立即地址讀 :AT24C02 的地址計(jì)數(shù)器 里面的 內(nèi)容 是 最后操作字節(jié)的地址加 1。 即 如果上 一 次讀 或 寫的操作地址為 M 則立即讀的地址從地址 M+1 開始。主器件不需要 發(fā)送一個(gè)應(yīng)答信號，但 需 要產(chǎn)生一個(gè)停止信號。 LCD1602 顯示器 在現(xiàn)代日常生活中， 字符型液晶模塊已經(jīng) 運(yùn)用到很多的 顯示器件 中 了 ，如計(jì)算器、萬用表、電子表等，顯示的主要是專用符號和圖形。在單片機(jī)系統(tǒng)中，使用液晶顯示器作為顯示器件具有顯示質(zhì)量高、體積小、功耗 低等優(yōu)點(diǎn)。 LCD1602 的引腳功能說明 1602 型 LCD 的 引腳 如下表 2 所示 。 表 2 1602 型 LCD 的接口信號說明 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 Data I/O 2 VDD 電源正極 10 D3 Data I/O 3 V0 液晶偏壓信號 端 11 D4 Data I/O 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇端（ H/L） 12 D5 Data I/O 5 R/W 讀寫選擇端（ H/L） 13 D6 Data I/O 6 E 使能信號 14 D7 Data I/O 7 D0 Data I/O 15 BLA 正極背光源 8 D1 Data I/O 16 BLK 負(fù)極背光源 第 1 腳： VSS 接地 。 第 2 腳： VDD 接 +5V。 第 3 腳： VL 可以接 10K 的滑動變阻器，用來調(diào)節(jié)液晶顯示的亮度。 第 4 腳： RS腳。用來選擇寄存器 ， 當(dāng)需要 選擇數(shù)據(jù)寄存器 時(shí)， RS 腳接的是高電平、當(dāng) 選擇指令寄存器 時(shí)，接的是低電平 。 10 第 5 腳： R/W 為信號線， 當(dāng)接 高電平時(shí)進(jìn)行讀 的 操作， 當(dāng)接 低電平時(shí)進(jìn)行寫的 操作。當(dāng) RS 和 R/W 共同為低電平時(shí) 寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平R/W 為高電平時(shí) 讀忙信號 ，當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時(shí) 寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8位雙向數(shù)據(jù)線。