【正文】 。鍵盤的每個(gè)按鍵功能在程序設(shè)計(jì)中設(shè)置 ，按鍵與 AT89C52的 P2 口相連。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 I/O 口。 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， AT89C52 鍵盤輸入 復(fù)位電路 晶振電路 電源輸入 顯示電路 報(bào)警電路 開(kāi)鎖電路 15 根據(jù)實(shí)際情況鍵盤輸入部分選擇 4*4 矩陣鍵盤，顯示部分選擇字符型液晶顯示7SEGMPX6CABLUE。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。由用戶通過(guò)連接單片機(jī)的矩陣鍵盤輸入 密碼，后經(jīng)過(guò)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(kāi)鎖電路或者報(bào)警電路控制開(kāi)鎖還是報(bào)警。 14 4 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。并且最近還增加了高速模式，其速度可達(dá)。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（ 400Kbits/s）和 10 位尋址以滿足更高速度和更大尋址空間的需求。 I2C 是 一個(gè)多主總線，即它可以由多個(gè)連接的器件控制。 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）。 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。 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。 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)。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。圖 4 給出的是順序讀的時(shí)序圖。 2） 寫操作 ： 寫操作分為字節(jié)寫和頁(yè)面寫兩種操作 ，對(duì)于頁(yè)面寫根據(jù)芯片的一次裝載的字節(jié)不同有所不同。 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(lái)表示起始和停止條件。主器件和從器件都可以工 作于接收和發(fā)送狀態(tài)。 3 總線基本操作： I2C 規(guī)程運(yùn)用主 /從雙向通訊。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。若未收到 應(yīng)答信號(hào)，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。 應(yīng)答信號(hào) ：接收數(shù)據(jù)的 IC 在接收到 8bit 數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的 IC 發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。 開(kāi)始信號(hào) ： SCL 為高電平時(shí)， SDA 由高電平向低電平跳變，開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)。這樣，各控制電路雖然掛 在同一條總線上，卻彼此獨(dú)立，互不相關(guān)。各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線上，但就像電話機(jī)一樣只有撥通各自的號(hào)碼才能工作，所以每個(gè)電路和模塊都有唯一的地址，在信息的傳輸過(guò)程中， I2C 總線上并接的每一模塊電路既是主控器（或被控器），又是發(fā)送器（或接收器），這取決于它所要完成的功能 。 2. I2C 總線工作原理： 總線的構(gòu)成及信號(hào)類型 ： I2C 總線是由數(shù)據(jù)線 SDA 和時(shí)鐘 SCL 構(gòu)成的串行總線，可 發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。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(wèn)題， I2C 總線允許連接不同傳送速率的設(shè)備。凡是發(fā)送數(shù)據(jù)到總線的設(shè)備稱為發(fā)送器，從總線上接收數(shù)據(jù)的設(shè)備被稱為接受器。為了進(jìn)行通訊，每個(gè)接到 I2C 總線的設(shè) 11 備都有一個(gè)唯一的地址，以便于主機(jī)尋訪。所謂主機(jī)是指啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送（發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)）、發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)以及傳送結(jié)束時(shí)發(fā)出停止信號(hào)的設(shè)備，通常主機(jī)都是微處理器。另外，總線上允許連接的設(shè)備數(shù)以其電容量不超過(guò) 400pF 為限。 總線對(duì)設(shè)備接口電路的制造工藝和電平都沒(méi)有特殊的要求（ NMOS、 CMOS都可以兼容）?？偩€空閑時(shí)，因各設(shè)備都是開(kāi)漏輸出，上拉電阻 RP 使 SDA 和 SCL 線都保持高電平。設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)線 SDA 接口電路應(yīng)該是雙向的，輸出電路用于向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，輸入電路用于接收總線上的數(shù)據(jù)。所有接到 I2C 總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù) SDA 都接到總線的 SDA 上，各設(shè)備的時(shí)鐘線 SCL 接到總線的 SCL 上。可隨時(shí)監(jiān)控內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)溫度等多個(gè)參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。 I2C 總線產(chǎn)生于在 80 年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開(kāi)發(fā)，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個(gè)組件狀態(tài)的通信。 在一個(gè)讀的序列之后，停止信號(hào)將讓 EEPROM 進(jìn)入備用電源模式。 10 開(kāi)始狀態(tài) ：在任何操作之前必須有一個(gè)開(kāi)始信號(hào) 在 SCL 為高時(shí) SDA 上產(chǎn)生一個(gè)下降沿。 SDA 管腳上的數(shù)據(jù)只能在 SCL 低期間改變。另外 ,整個(gè)系列有 ( 至 )和 ( 至 )兩個(gè)版本。 芯片在低壓的工業(yè)與商業(yè)應(yīng)用中進(jìn)行了最優(yōu)化。 9 AT24C02 串行 EEPROM 如圖 32 為 AT24C02 的芯片引腳圖。 本設(shè)計(jì)中采用 12MHZ 做系統(tǒng)的外部晶振。只要在晶體振子板極上施加交變電壓，就會(huì)使晶片產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng)，此現(xiàn)象即所謂逆壓電效應(yīng)。 石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結(jié)晶體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡(jiǎn)稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷上銀層用作電極使用，在每個(gè)電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡(jiǎn)稱為石英晶體或晶體、晶振。為數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和為特定系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號(hào)。 石英晶體振蕩器是一種高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，石英晶體振蕩器也稱石英晶體諧振器，它用來(lái)穩(wěn)定頻率和選擇頻率，是一種可以取代 LC 諧振回路的晶體諧振元件。但是現(xiàn)在的娛樂(lè)級(jí)聲卡為了降低成本，通常都采用 SCR 將輸出的采樣頻率固定在 48kHz，但是 SRC 會(huì)對(duì)音質(zhì)帶來(lái)?yè)p害，而且現(xiàn)在的娛樂(lè)級(jí)聲卡都沒(méi)有很好地解決這個(gè)問(wèn)題。以聲卡為例，要實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào) 或 48kHz 的采樣，頻率發(fā)生器就必須提供一個(gè) 或 48kHz 的時(shí)鐘頻率。7SEGMPX6CABLUE 型 LCD 顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)。 8 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ：在 AT89C52 的具有 128 字節(jié)的內(nèi)部 RAM，這 128 字節(jié)可利用直接或間接尋址方式訪問(wèn)，堆棧操作可利用間接尋址方式進(jìn)行， 128 字節(jié)均可設(shè)置為堆棧區(qū)空間。 程序存儲(chǔ)器 ：如果 EA 引腳接地（ GND） ，全部程序均執(zhí)行外部存儲(chǔ)器。 電源空閑標(biāo)志 ：電源空閑標(biāo)志（ POF）在特殊功能寄存儲(chǔ)器 SFR 中 PCON的第 4 位（ ） ,電源打開(kāi)時(shí) POF 置“ 1” ,它可由軟件設(shè)置睡眠狀態(tài)并不為復(fù)位所影響。 （可位尋址） 雙時(shí)鐘指針寄存器 ：為方便地訪問(wèn)內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，提供了兩個(gè) 16位數(shù)據(jù)指針寄存儲(chǔ)器： PD0 位于 SFR 區(qū)塊中的地址 82H、 83H 和 DP1 位于地址84H、 85H，當(dāng) SFR 中的位 DPS=0 時(shí)選擇 DP0,而 DPS=1 時(shí)選擇 DP1。而寫這些地址單元將不能得到預(yù)期的結(jié)果。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí) ,該引腳加上 ＋ 12V 的編程電壓 VPP。需 注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。 EA/VPP：外部訪問(wèn)允許。 PSEN：程序儲(chǔ)存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào) ， 低電平有效 ，當(dāng) AT89C52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。該位置禁位后，只有 MOVX 或 MOVC 指令 才 能使 ALE 再次激活。即使不再訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出的正脈沖信號(hào)，因此它可 作為 外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖 使 7 用 ，要注意的是：當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。當(dāng)振蕩工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 P3 口除了作為一般的 I/O 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 32。對(duì) P3 口寫入“ 1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。 P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位 雙向 I/O 口。在訪問(wèn) ８ 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行： MOVX Ri 指令）時(shí)， P2 口線上的內(nèi) 阻 （也即特殊功能寄存器 ）在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。 P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)校驗(yàn)期間， P1 接收低 8 位地址。 P1 口： P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位 雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。在訪問(wèn)外部數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。掉電方式是在 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到一個(gè)硬件復(fù)位。同時(shí) , AT89C52 可降至 0Hz 的 靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。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。 此外， AT89C52 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。 4 3 主要元器件介紹及 I2C 總線說(shuō)明 主控芯片 AT89C52 AT89C52 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes 的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 AT80C52 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C52 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。新密碼輸入無(wú)誤后按確認(rèn)鍵使新密碼將得到存儲(chǔ)，密碼修改成功。當(dāng)用戶需要開(kāi)鎖時(shí)，先按鍵盤開(kāi)鎖鍵之后按鍵盤的數(shù)字鍵 0－ 9 輸入密碼?；谝陨弦蛩乇驹O(shè)計(jì)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 I/O 端口，及其控制的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)基本的密碼控制功能。一般來(lái)說(shuō)在選取單片機(jī)時(shí)從下面幾個(gè)方面考慮：性能、存儲(chǔ)器、運(yùn)行速度 、 I/O 口、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行接口、模擬電路功能、工作電壓、功耗、封裝形式、抗干擾性、保密性，除了以上的一些還有一些最基本的 ,比如：中斷源的數(shù)量和優(yōu)先級(jí)、工作溫度范圍、有沒(méi)有低電壓檢測(cè)功能、單片機(jī)內(nèi)有無(wú)時(shí)鐘振蕩器、有無(wú)上電復(fù)位功能等。故不采用。 3 2 設(shè)計(jì)方案的選擇 方案一：采用數(shù)字電路控制 用以 74LS112 雙 JK觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路作為密碼控制系統(tǒng)的核心控制，共設(shè)了 9 個(gè)用戶輸入鍵，其中只有 4 個(gè)是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，若按下干擾鍵，鍵盤輸入電路自動(dòng)清零，原先輸入的密碼無(wú)效，需要重新輸入；如果用戶輸入密碼的時(shí)間超過(guò) 10 秒（一般情況下，用戶不會(huì)超過(guò) 10 秒，若用戶覺(jué)得不便，還可以修改）電路將報(bào)警 20 秒，若電路連續(xù)報(bào)警三次，電路將鎖定鍵盤 2 分鐘，防止他人的非法操作 。密碼可以由用戶自己修改設(shè)定，鎖打開(kāi)后才能修改密碼?？梢钥闯鼋M合使用電子信息是電子密碼控制系統(tǒng)今后發(fā)展的趨勢(shì) 。 2 由于數(shù)字、字符、圖形圖像、人體生物特征和時(shí)間等要素均可成為電子信息，組合使用這些信息能夠使電子防盜密碼控制獲得更高的保密性，如防范森嚴(yán)的金 庫(kù)，需要使用復(fù)合信息密碼的電子防盜密碼控制系統(tǒng)。 電子密碼控制的發(fā)展趨勢(shì) [1] 由于電子器件所限，以前開(kāi)發(fā)的電子密碼控制系統(tǒng)，其種類不多，保密性差，最基本的就是只依靠最簡(jiǎn)單的模擬電子開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，制作簡(jiǎn)單但很不安全，后來(lái)便是基于 EDA 來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電子元件繁多，也有 使用早先的 20 引腳的 2051系列單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但密碼簡(jiǎn)單，易破解。 5) 使用靈活性好，不像機(jī)械鎖必須佩帶鑰匙才能開(kāi)鎖。 3) 誤碼輸入保護(hù)，當(dāng)輸入密碼多次錯(cuò)誤時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)。隨機(jī)開(kāi)鎖成功率幾乎為零。電子密碼控制不論性能還是安全性都已大大超過(guò)了機(jī)械類。隨著 大規(guī)模集成電路技