【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 設(shè)備被稱為接受器 I2C 總線上允許連接多個(gè)微處理器以及各種外圍設(shè)備如存儲(chǔ)器 LED及 LCD驅(qū)動(dòng)器 AD及 DA轉(zhuǎn)換器等為了保證數(shù)據(jù)可靠地傳送任一時(shí)刻總線只能由某一臺(tái)主機(jī)控制各微處理器應(yīng)該在總線空閑時(shí)發(fā)送啟動(dòng)數(shù)據(jù)為了妥善解決多臺(tái)微處理器同時(shí)發(fā)送啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送總線控制權(quán)沖突以及決定由哪一臺(tái)微處理器控制總線的問題 I2C 總線允許連接不同傳送速率的設(shè)備多臺(tái)設(shè) 備之間時(shí)鐘信號(hào)的同步過程稱為同步化 圖 33 開始結(jié)束信號(hào)圖 目前有很多半導(dǎo)體集成電路上都集成了 I2C 接口帶有 I2C 接口的單片機(jī)有CYGNAL的 C8051F0XX系列 PHILIPSP87LPC7XX系列 MICROCHIP的 PIC16C6XX系列等很多外圍器件如存儲(chǔ)器監(jiān)控芯片等也提供 I2C 接口 3 總線基本操作 I2C 規(guī)程運(yùn)用主從雙向通訊器件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上則定義為發(fā)送器器件接收數(shù)據(jù)則定義為接收器主器件和從器件都可以工作于接收和發(fā)送狀態(tài) 總線必須由主器件通常為微控制器控制主器件產(chǎn)生串行時(shí)鐘 SCL 控制總線的傳 輸方向并產(chǎn)生起始和停止條件 SDA線上的數(shù)據(jù)狀態(tài)僅在 SCL為低電平的期間才能改變 SCL為高電平的期間 SDA 狀態(tài)的改變被用來表示起始和停止條件 1 控制字節(jié) 在起始條件之后必須是器件的控制字節(jié)其中高四位為器件類型識(shí)別符不同的芯片類型有不同的定義 EEPROM一般應(yīng)為 1010接著三位為片選最后一位為讀寫位當(dāng)為 1 時(shí)為讀操作為 0 時(shí)為寫操作 2 寫操作 寫操作分為字節(jié)寫和頁面寫兩種操作對(duì)于頁面寫根據(jù)芯片的一次裝載的字節(jié)不同有所不同 3 讀操作 讀操作有三種基本操作當(dāng)前地址讀隨機(jī)讀和順序讀圖 4 給出的是順序讀的時(shí)序圖應(yīng)當(dāng)注意的 是最后一個(gè)讀操作的第 9 個(gè)時(shí)鐘周期不是不關(guān)心為了結(jié)束讀操作主機(jī)必須在第 9 個(gè)周期時(shí)發(fā)出停止條件或者在第 9 個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)保持 SDA為高電平然后發(fā)出停止條件 在 I2C 總線的應(yīng)用中應(yīng)注意的事項(xiàng)總結(jié)為以下幾點(diǎn) a 嚴(yán)格按照時(shí)序圖的要求進(jìn)行操作 b 若與口線上帶內(nèi)部上拉電阻的單片機(jī)接口連接可以不外加上拉電阻 c 程序中為配合相應(yīng)的傳輸速率在對(duì)口線操作的指令后可用 NOP 指令加一定的延時(shí) d 為了減少意外的干擾信號(hào)將 EEPROM 內(nèi)的數(shù)據(jù)改寫可用外部寫保護(hù)引腳如果有或者在 EEPROM 內(nèi)部沒有用的空間寫入標(biāo)志字每次上電時(shí)或 復(fù)位時(shí)做一次檢測(cè)判斷 EEPROM 是否被意外改寫 添加 I2C 總線 在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中有為數(shù)眾多的 IC 需要進(jìn)行相互之間以及與外界的通信為了提供硬件的效率和簡(jiǎn)化電路的設(shè)計(jì) PHILIPS 開發(fā)了一種用于內(nèi)部 IC 控制的簡(jiǎn)單的雙向兩線串行總線 I2C inter IC 總線 I2C 總線支持任何一種 IC 制造工藝并且 PHILIPS 和其他廠商提供了種類非常豐富的 I2C 兼容芯片作為一個(gè)專利的控制總線 I2C 已經(jīng)成為世界性的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 每個(gè) I2C 器件都有一個(gè)唯一的地址而且可以是單接收的器件例如 LCD 驅(qū)動(dòng)器或者可以接 收也可以發(fā)送的器件例如存儲(chǔ)器發(fā)送器或接收器可以在主模式或從模式下操作這取決于芯片是否必須啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳輸還是僅僅被尋址 I2C 是一個(gè)多主總線即它可以由多個(gè)連接的器件控制 早期的 I2C 總線數(shù)據(jù)傳輸速率最高為 100Kbitss 采用 7 位尋址但是由于數(shù)據(jù)傳輸速率和應(yīng)用功能的迅速增加 I2C 總線也增強(qiáng)為快速模式 400Kbitss 和 10 位尋址以滿足更高速度和更大尋址空間的需求 I2C 總線始終和先進(jìn)技術(shù)保持同步但仍然保持其向下兼容性并且最近還增加了高速模式其速度可達(dá) 34Mbitss 它使得 I2C 總線能夠支持現(xiàn)有以及將 來的高速串行傳輸應(yīng)用例如 EEPROM 和 Flash 存儲(chǔ)器 系統(tǒng)硬件構(gòu)成 設(shè)計(jì)原理 本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)矩陣鍵盤液晶顯示器和密碼存儲(chǔ)等部分組成其中矩陣鍵盤用于輸入數(shù)字密碼和進(jìn)行各種功能的實(shí)現(xiàn)由用戶通過連接單片機(jī)的矩陣鍵盤輸入密碼后經(jīng)過單片機(jī)對(duì)用戶輸入的密碼與自己保存的密碼進(jìn)行對(duì)比從而判斷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報(bào)警電路控制開鎖還是報(bào)警 本系統(tǒng)共有兩部分構(gòu)成即硬件部分與軟件部分其中硬件部分由電源輸入部分鍵盤輸入部分復(fù)位部分晶振部分顯示部分報(bào)警部分組成軟件部分對(duì)應(yīng)的由主程序初始化程序 LCD 顯示程序鍵盤掃描程序啟動(dòng)程序關(guān)閉程序鍵功能程序密碼設(shè)置程序 EEPROM 讀寫程序和延時(shí)程序等組成其原理框圖如圖 41 所示 圖 41 電子密碼鎖原理框圖 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鍵盤輸入部分復(fù)位部分晶振部分顯示部分報(bào)警部分組成根據(jù)實(shí)際情況鍵盤輸入部分選擇 44 矩陣鍵盤顯示部分選擇字符型液晶顯示 LCD1602 其原理圖如圖 42 所示 圖 42 電路總圖 電源輸入部分 密碼鎖主要控制部分電源需要用 5V 直流電源供電其電路如圖 43 所示而5V電源輸入 時(shí)往往伴有雜波所以加一個(gè) 22uF的電容濾波這樣輸出的電壓一般能滿足要求 圖 43 電源輸入電路原理圖 鍵盤輸入部分 由于本設(shè)計(jì)所用到的按鍵數(shù)量較多而不適合用獨(dú)立按鍵式鍵盤采用的是矩陣式按鍵鍵盤它由行線和列線組成也稱行列式鍵盤按鍵位于行列的交叉點(diǎn)上密碼鎖的密碼由鍵盤輸入完成與獨(dú)立式按鍵鍵盤相比要節(jié)省很多 IO 口本設(shè)計(jì)中使用的這個(gè) 44 鍵盤不但能完成密碼的輸入還能作特別功能鍵使用比如清空顯示功能等鍵盤的每個(gè)按鍵功能在程序設(shè)計(jì)中設(shè)置 其大體功能看鍵盤按鍵上的標(biāo)記及與單片機(jī)引腳接 法如圖 44 所示 圖 44 鍵盤輸入原理圖 復(fù)位部分 單片機(jī)復(fù)位是使 CPU 和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)并從這個(gè)狀態(tài)開始工作例如復(fù)位后 PC＝ 0000H 使單片機(jī)從第個(gè)單元取指令無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時(shí)還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位在復(fù)位期間即 RST為高電平期間 P0口為高組態(tài) P1－ P3口輸出高電平外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) PSEN 無效地址鎖存信號(hào) ALE 也為高電平根據(jù)實(shí)際情況選擇如圖 45 所示的復(fù)位電路該電路在最簡(jiǎn)單的復(fù)位電路下增加了手動(dòng)復(fù) 位按鍵在接通電源瞬間電容 C1 上的電壓很小復(fù)位下拉電阻上的電壓接近電源電壓即 RST 為高電平在電容充電的過程中 RST端電壓逐漸下降當(dāng) RST端的電壓小于某一數(shù)值后 CPU脫離復(fù)位狀態(tài)由于電容 C1 足夠大可以保證 RST 高電平有效時(shí)間大于 24 個(gè)振蕩周期 CPU能夠可靠復(fù)位增加手動(dòng)復(fù)位按鍵是為了避免死機(jī)時(shí)無法可靠復(fù)位當(dāng)復(fù)位按鍵按下后電容 C1 通過 R5 放電當(dāng)電容 C1 放電結(jié)束后 RST 端的電位由 R5與 R6 分壓比決定由于 R5 R6 因此 RST 為高電平 CPU 處于復(fù)位狀態(tài)松手后電容 C1 充電 RST端電位下降 CPU脫離復(fù)位狀態(tài) R5的作用在于 限制按鍵按下瞬間電容 C1的放電電流避免產(chǎn)生火花以保護(hù)按鍵觸電 圖 45 復(fù)位電路原理圖 晶振部分 AT89C51 引腳 XTAL1 和 XTAL2 與晶體振蕩器及電容 C2C1 按圖 46 所示方式連接晶振電容 C1／ C2 及片內(nèi)與非門作為反饋放大元件構(gòu)成了電容三點(diǎn)式振蕩器振蕩信號(hào)頻率與晶振頻率及電容 C1C2 的容量有關(guān)但主要由晶振頻率決定范圍在0～ 33MHz 之間電容 C1C2 取值范圍在 5～ 30pF 之間根據(jù)實(shí)際情況本設(shè)計(jì)中采用12MHZ 做系統(tǒng)的外部晶振電容取值為 20pF 圖 46 晶振電路原理圖 顯示部分 為了提高密碼鎖 的密碼顯示效果能力本設(shè)計(jì)的顯示部分由液晶顯示器LCD1602 取代普通的數(shù)碼管來完成只有按下鍵盤上的開啟按鍵后顯示器才處于開啟狀態(tài)同理只有按下關(guān)閉按鍵后顯示器才處于關(guān)閉狀態(tài)否則顯示器將一直處于初始狀態(tài)當(dāng)需要對(duì)密碼鎖進(jìn)行開鎖時(shí)按下鍵盤上的開鎖按鍵后利用鍵盤上的數(shù)字鍵 0－ 9 輸入密碼每按下一個(gè)數(shù)字鍵后在顯示器上顯示一個(gè)輸入多少位就顯示多少個(gè)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 LCD 子顯示RIGHT 單片機(jī)其中 P20 引角會(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如果密碼不正確 LCD 顯示屏?xí)@示 ERRORP20 輸出的是高電平電子密碼鎖不能被打開通過 LCD 顯示屏可以清楚的判斷出密碼鎖所處的狀態(tài) 其顯示部分引腳接口如圖 47 所示 圖 47 顯示電路原理圖 報(bào)警部分 報(bào)警部分由陶瓷壓電發(fā)聲裝置及外圍電路組成加電后不發(fā)聲當(dāng)有鍵按下時(shí)叮聲每按一下發(fā)聲一次密碼正確時(shí)不發(fā)聲直接開鎖當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)單片機(jī)的P21 引腳為低電平三極管 T3 導(dǎo)通轟鳴器發(fā)出噪鳴聲報(bào)警如圖 48 所示 圖 48 報(bào)警電路原理圖 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)由主程序初始化 程序 LCD 顯示程序鍵盤掃描程序鍵功能程序密碼設(shè)置程序 EEPROM 讀寫程序和延時(shí)程序等組成 主程序流程圖 如圖 51 所示為主程序流程圖開始接上電源程序進(jìn)行初始化設(shè)置然后在鍵盤上輸入密碼此系統(tǒng)進(jìn)行鍵盤掃描然后啟動(dòng)程序進(jìn)行保護(hù)再次在鍵盤上輸入密碼系統(tǒng)進(jìn)行掃描如和之前一樣則執(zhí)行程序如不是則執(zhí)行另一種程序最后結(jié)束 圖 51 主程序流程圖 按鍵功能流程圖 如圖 52 為按鍵功能流程圖在按鍵當(dāng)中有與輸入開鎖清除設(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 圖 52 按鍵功能流程圖 密碼設(shè)置流程圖 如圖 53 為密碼設(shè)置流程圖開始按下設(shè)置鍵輸入舊密碼如果錯(cuò)誤累計(jì)三次錯(cuò)誤進(jìn)行報(bào)警程序如輸入正確可以改密碼確認(rèn)后再次輸入更改后密碼如兩次輸入一樣則更改成功 圖 53 密碼設(shè)置流程圖 開鎖流程圖 如圖 54 為開鎖流程圖開始時(shí)按開鎖鍵輸入密碼如果輸入正確則開鎖成功如果輸入錯(cuò)誤累計(jì)達(dá)到三次則執(zhí)行報(bào)警程序 圖 54 開鎖流程圖 結(jié) 論 以上為畢業(yè)期間所設(shè)計(jì)的電子密碼控制系統(tǒng)的電路它經(jīng)過多次修改和整理可以滿足設(shè)計(jì)的基本要求輸入密碼時(shí)如三次輸入錯(cuò)誤 則進(jìn)行報(bào)警在輸入時(shí) LCD顯示為在修改密碼時(shí)則顯示數(shù)字次設(shè)計(jì)還具有防盜功能如對(duì)密碼控制系統(tǒng)進(jìn)行破壞有報(bào)警功能 但因?yàn)槲业乃接邢薮穗娐分幸泊嬖谝欢ǖ膯栴}譬如說電路的密碼不能遺忘一旦遺忘就很難打開這可以通過增加電路解決但由于過于復(fù)雜本設(shè)計(jì)并未加入電路密碼只有 16 種可供修改但由于他人不知道密碼的位數(shù)而且還要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)按一定的順序開鎖所以他人開鎖的幾率很小由于使用的是單片機(jī)作為核心的控制元件配合其它器件使本密碼控制系統(tǒng)具有功能強(qiáng)性能可靠電路簡(jiǎn)單成本低的特點(diǎn)加上經(jīng)過優(yōu)化的程序使其有很高的智能化水平 參考文獻(xiàn) [1] 石文軒宋薇基于單片機(jī) MCS51 的智能密碼鎖設(shè)計(jì) [M]武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) 2021 01 [2] 祖龍起劉仁杰一種新型可編程密碼鎖 [J]大連輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào) 2021 01 [3] 葉啟明單片機(jī)制作的新型安全密碼鎖 [J]家庭電子 2021 10 [4] 李明喜新型電子密碼鎖的設(shè)計(jì) [J]機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新 2021 03 [5] 董繼成一種新型安全的單片機(jī)密碼鎖 [J]電子技術(shù) 2021 03 [6] 楊茂濤一種電子密碼鎖的實(shí)現(xiàn) [J]福建電腦 2021 08 [7] 瞿貴榮實(shí)用電子密碼鎖 [J]家庭電子 2021 07 [8] ATmegaATmega8L8AC2021 01 [9] Wireless World1998vol84No1509p69 [10] 王千實(shí)用電子電路大全 [M]電子工業(yè)出版社 2021p101 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