【文章內(nèi)容簡介】 為并沒有采用實(shí)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，只是在仿真平臺(tái)上進(jìn)行仿真，故只采用一個(gè)發(fā)光二極管來代表門鎖，當(dāng)二極管發(fā)光時(shí)代表門鎖鎖上；二極管熄滅時(shí)代表門鎖關(guān)閉如圖252。 圖 251 電磁鎖電路連接圖 圖 252 仿真替代圖 9 報(bào)警器的設(shè)計(jì) 當(dāng)使用者進(jìn)行開鎖操作時(shí)，如果用戶輸入的密碼有誤，或者輸入密碼的次數(shù)超過預(yù)設(shè)次數(shù)，主控中心則發(fā)送信號(hào)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器鳴叫，同時(shí)發(fā)光二級(jí)光閃 爍，進(jìn)行報(bào)警。本設(shè)計(jì)中采用如圖 所示的蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路。 驅(qū)動(dòng)電路由一個(gè)蜂鳴器、三極管構(gòu)成的。三極管起到開關(guān)的作用，當(dāng)用戶進(jìn)行開鎖操作時(shí)，如果用戶輸入密碼不正確，主控中心則發(fā)送信號(hào)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器短時(shí)鳴叫，同時(shí) LED閃爍，用來提示用戶；如果用戶密碼輸入超過次數(shù)限制，則驅(qū)動(dòng)蜂鳴器長時(shí)鳴叫， LED同時(shí)閃爍，起到報(bào)警作用。 圖 26 蜂鳴器報(bào)警電路 掉電密碼保護(hù)部分 當(dāng)系統(tǒng)掉電后，當(dāng)前設(shè)置的密碼必須能夠存儲(chǔ)起來，為此，本設(shè)計(jì)采用一個(gè) FM24C03存儲(chǔ)芯片。該芯片具有 2KB 的可擦寫存儲(chǔ)容量，內(nèi)部組織為 256 字節(jié)，每字節(jié) 8 位且采用 I2C 總線式進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫的串行器件，占用很少的資源和 I/O 線，支持在線編程。 I2C 總線是由飛利浦公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備，是同步通信的一種特殊形式，其只需要兩條總線線路：一條串行數(shù)據(jù)線 SDA，一條串行時(shí)鐘 SCL。它是一個(gè)真正的多主機(jī)總線，每一個(gè)連接到總線的器件都是通過唯一的地址和一直存在的簡單的主 /從機(jī)關(guān)系軟件設(shè)定地址，傳輸速率很高，標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá)100kbit/s，快速模式下可達(dá) 400kbit/s，同時(shí)具有接口線少，控制方式簡單，器件封裝形式小等優(yōu)點(diǎn)。 其引腳如圖。 圖 271 FM24C03 記憶芯片引腳圖 10 SCL：串行時(shí)鐘輸入。在輸入時(shí)鐘信號(hào)的上升沿將數(shù)據(jù)送入 EEPROM 器件，并在下降沿將數(shù)據(jù)讀出； SDA：串行數(shù)據(jù)輸入輸出。能夠?qū)崿F(xiàn)雙向串行數(shù)據(jù)傳輸； WP：寫保護(hù)； A0~A2：地址輸入。與硬件連接的器件地址輸入，可尋址八個(gè) 2K 器件； 特性： 工作電壓 : ～ ； 內(nèi)部結(jié)構(gòu) : 256 x 8 (2K),512 x 8 (4K),1024 x 8 (8K) 或 2048 x 8 (16K)； 二 線串行接口；輸入引腳經(jīng)施密特觸發(fā)器濾波抑制噪聲； 雙向數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議； 兼容 100KHz()和 400KHz(5V)操作； 支持硬件寫保護(hù)； 其引腳連接電路如圖： 圖 27 記憶芯片電路連接圖 11 電子密碼鎖仿真電路圖 圖 28 電子密碼鎖仿真圖 3 電子密碼鎖的軟件部分 概述及主程序 單片機(jī)的開發(fā)除了需要硬件的支持以外，更多的工作是軟件設(shè)計(jì)，而且 CPU 真正可執(zhí)行的是機(jī)器語言，即用匯編語言、 C 語言或者其它高級(jí)語言編寫的程序代碼必須經(jīng)編譯器 編譯成機(jī)器能夠識(shí)別的機(jī)器碼以后才能被識(shí)別和執(zhí)行。這就要求設(shè)計(jì)者必須花大量的工作和精力根據(jù)實(shí)際的需要進(jìn)行應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)中，軟件設(shè)計(jì)同樣占有重要的地位。 在單片機(jī)控制應(yīng)用系統(tǒng)中，大致可以分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個(gè)基本過程。其中數(shù) 12 據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的初始化、數(shù)據(jù)信息的采集、冗余數(shù)據(jù)過濾、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等過程。過程控制則包括根據(jù)流程需要設(shè)計(jì)的算法以及此算法的代碼實(shí)現(xiàn)等，只有將上述二者結(jié)合起來，才能設(shè)計(jì)出符合系統(tǒng)要求且能夠完成預(yù)期目的的程序。 程序設(shè)計(jì)中各個(gè)模塊的功能是不一樣的，各個(gè)模塊函數(shù)在主函數(shù)的統(tǒng)一調(diào)度下才能完成使用者得要求。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括主程序、系統(tǒng)初始化、 LCD 顯示程序、鍵盤輸入掃描、密碼設(shè)置、密碼讀取驗(yàn)證、延時(shí)程序等幾部分組成，這是密碼鎖正常工作時(shí)系統(tǒng)控制流程圖： 圖 31 主程序流程圖 各模塊功能介紹 子程序模塊 根據(jù)鍵值轉(zhuǎn)入子程序 調(diào)用顯示 執(zhí)行完畢 開始 結(jié)束程序 系統(tǒng)初始化 關(guān)閉 鍵盤掃描 13 在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，把整個(gè)程序分成多個(gè)任務(wù)明確的子程序模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，經(jīng)過調(diào)用、跳轉(zhuǎn)連接成完整的程序，這樣的設(shè)計(jì)方法被稱為模塊化程序設(shè)計(jì)，這種方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：單個(gè)模塊容易編寫、調(diào)試及修改；易讀性好、修改局部化；可以共享能被多 個(gè)任務(wù)調(diào)用。由上流程圖可以看出，設(shè)計(jì)中主要包含從系統(tǒng)初始化到最后的鍵值功能選擇等幾個(gè)模塊。各個(gè)模塊的工作原理如下。 系統(tǒng)初始化模塊： 這個(gè)部分主要包括設(shè)置單片機(jī)各端口的初始電平，定時(shí)器中斷初始化設(shè)置、中斷向量等的初始狀態(tài)。 鍵盤掃描和識(shí)別子模塊： 鍵盤設(shè)計(jì)采用掃描查詢的方式，當(dāng)有鍵按下時(shí)，根據(jù)其對(duì)應(yīng)的鍵值，轉(zhuǎn)到相應(yīng)的子程序進(jìn)行處理。如果沒有按鍵被按下，則一直進(jìn)行鍵盤掃描，等待按鍵命令。具體鍵盤工作流程如下： Y N Y N Y N Y N 圖 322 鍵值功能模塊 開鎖程序流程： 密碼設(shè)置模塊 輸入清除 程序 鍵值 =“清除” 鍵值功能查詢 開鎖子程序 鍵值 =“設(shè)置” 鍵值 =“開鎖” 輸入確認(rèn)模塊 鍵值 =“確認(rèn)” 返回鍵值功能 14 當(dāng)主控中心檢測(cè)到鍵盤輸入值為開鎖時(shí)，主程序則調(diào)用開鎖子程序模塊要求用戶輸入密碼，然后根據(jù)將得到的值與初始密碼對(duì)比，進(jìn)一步?jīng)Q定是打開門鎖還是執(zhí)行報(bào)警操作，此過程中，調(diào)用顯示模塊將輸入的密碼以字符 “*”顯示，并將系統(tǒng)判斷的結(jié)果在屏幕上顯示出來。具體流程如下： Y N Y N Y 圖 323 開鎖流程圖 密碼設(shè)置 密碼設(shè)置包括原始密碼設(shè)置、密碼重置，密碼保存等基本步驟，同理在此過程中，同輸入次數(shù)加 1 密碼正確嗎？ 確認(rèn) 清空重新輸入 輸入正確判斷 調(diào)用鍵盤程序輸入密碼 次數(shù) 3 鍵值 =“開鎖鍵” 驅(qū)動(dòng)電磁鎖開鎖 N Y 報(bào)警程序，同時(shí)鎖死鍵盤 返回 15 樣調(diào)用顯示模塊將密碼輸入以及修改后的結(jié)果顯示在屏幕上。具體密碼設(shè)置流程如下： Y 圖 324 密碼設(shè)置流程 顯示子模塊 為了方便用戶判斷自己操作的結(jié)果是否正確，本設(shè)計(jì)將用戶每次操作的要求以及操作N 返回 MAIN Y 輸入次數(shù)加 1 再次輸入密碼 按下設(shè)置鍵 輸入舊密碼 按下確認(rèn)鍵 舊密碼比較 新密碼輸入 次數(shù) 3 報(bào)警系統(tǒng) 返回 main 按下確認(rèn)鍵 密碼對(duì)比 修改成功 Y N Y N 16 結(jié)果反饋在 LCD 液晶屏上，這樣大大方便用戶與機(jī)器進(jìn)行對(duì)話。其具體流程如下： 圖 323 顯示子程序流程圖 4 仿真結(jié)果及程序 仿真平臺(tái)介紹 本設(shè)計(jì)是在 PROTEUS 軟件平臺(tái)上進(jìn)行電路設(shè)計(jì)并運(yùn)行仿真的，軟件編譯部分是采用開始 緩存區(qū)數(shù)值傳入寄存器 A 查表 查表所得值傳入 P0口 顯示延時(shí) 位選端開啟 位選端關(guān)閉 返回 數(shù)值顯示結(jié)束？ Y N 17 的是 KEIL 軟件編譯。 PROTEUS 是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。目前它是最好的單片機(jī)仿真及外圍器件的工具。從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品 的完整設(shè)計(jì)。 PROTEUS 具有四大功能模塊：智能原理圖設(shè)計(jì)（ ISIS），具有豐富的原件庫、智能的器件搜索、智能化的連線功能、支持總線結(jié)構(gòu)、電路圖高質(zhì)量輸出；完善的電路仿真功能，基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 SPICE3F5，實(shí)現(xiàn)數(shù)字 /模擬的混合仿真、多樣的激勵(lì)源、豐富的虛擬儀器、生動(dòng)的仿真顯示、高級(jí)圖形仿真功能；獨(dú)特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能，支持主流的 CPU類型、支持通用外設(shè)模型、實(shí)時(shí)仿真、編譯及調(diào)試；實(shí)時(shí)的 PCB 設(shè)計(jì)平臺(tái)，原理圖到 PCB的快速通道、先進(jìn)的自動(dòng)布局 /布線功能、多種輸出格式的支持。 匯編語言是面向機(jī)器的 低級(jí)語言，采用助記符號(hào)來編寫程序代碼，比直接使用機(jī)器語言的二進(jìn)制代碼更加方便，在一定程度上減少了程序編寫，而且相對(duì)于其他高級(jí)語言具有直接和簡捷的特點(diǎn)，能夠有效的運(yùn)用于訪問、控制計(jì)算機(jī)的各種硬件設(shè)備等，其目標(biāo)代碼簡短，占用的內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，因此經(jīng)常和其他高級(jí)語言搭配使用。 KEIL C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列能同時(shí)兼容單片機(jī)匯編和 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)的原理圖繪制以及仿真都是在 PROTEUS 上進(jìn)行，軟件編譯是在KEIL 軟件上經(jīng)調(diào)試、編譯后生成后綴為 HEX 的 文件添加到單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行仿真。 仿真結(jié)果 在 PROTEUS 中在線仿真，下圖是密碼鎖啟動(dòng)時(shí)要求用戶輸入密碼液晶顯示圖， LCD顯示屏顯示兩種可選擇的操作，發(fā)光二極管處于熄滅狀態(tài)，代表門鎖處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)用戶根據(jù)自己的需要按下 “A”或者 “B”時(shí)，主控中心則根據(jù)檢測(cè)到的鍵值，調(diào)用相應(yīng)的子程序，執(zhí)行下一步的操作。 18 圖 421 門鎖啟動(dòng)后等待輸入 （ 1）輸入密碼時(shí) LCD 顯示如圖 ： 圖 422 打開門鎖輸入密碼 19 （ 2）門鎖打開， LCD 上提示密碼輸入成功，同時(shí)表示門鎖打開的發(fā)光二極管 點(diǎn)亮： 圖 423 門鎖開啟示意圖 （ 3） 密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)， LCD 上顯示密碼錯(cuò)誤提示，