【正文】 ③ 采用流水結(jié)構(gòu)。① 采用雙CPU結(jié)構(gòu)，以提高處理速度和處理能力。其最大特點(diǎn)是增加了內(nèi)部資料，實(shí)時(shí)處理能力更強(qiáng)。以Intel公司生產(chǎn)的MCS51系列為代表，片內(nèi)集成了8位CPU,16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行I/O口，多級(jí)中斷系統(tǒng)，RAM和ROM等，片內(nèi)RAM和ROM容量加大，尋址范圍可達(dá)64KB。第3階段（19781982）：高性能單片機(jī)階段。此階段的單片機(jī)已經(jīng)成為一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)，但內(nèi)部不夠豐富。此時(shí)推出的8位單片機(jī)F8，只包含了8位CPU,64B RAM，一個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器和兩個(gè)并行口的3851芯片才能組成一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)。第1階段，（19741976）：?jiǎn)纹瑱C(jī)初級(jí)階段。二、單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與發(fā)展單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長(zhǎng)，它的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體相同?，F(xiàn)以Intel公司的系列產(chǎn)品為列，說(shuō)明個(gè)系列之間的區(qū)別。對(duì)于密碼鎖主要講述了3種密碼鎖的種類以及差別，并對(duì)確定的方案加以陳述，通過(guò)本章論述，使整個(gè)設(shè)計(jì)思路變的清晰，有章可循第3章 硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)簡(jiǎn)介一、單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)目前世界單片機(jī)的生產(chǎn)廠商很多，如Intel，Motorola，Philips，NEC，ADM，Zilog等公司，其主流產(chǎn)品有十幾個(gè)系列，幾百個(gè)品種。 本設(shè)計(jì)中采用的是電子密碼鎖，基本功能如下：① 電源開(kāi)始后，顯示器顯示000000；② 按，清除顯示器為000000；③ 更改密碼時(shí)，先鍵入新號(hào)碼再按*，即可建立新號(hào)碼；④ 鍵入號(hào)碼，再按D開(kāi)門鍵，若號(hào)碼與密碼相符，則門會(huì)打開(kāi)，否則顯示器會(huì)清 除為000000；⑤ 鍵盤設(shè)計(jì)要求如圖21 123A456B789C*0D 圖21 鍵盤分布圖 設(shè)計(jì)框圖基于單片機(jī)的電子密碼鎖主要由單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)電路、鍵盤接口電路、數(shù)碼顯示電路、密碼存儲(chǔ)電路、開(kāi)鎖控制電路組成。具有開(kāi)鎖、超次鎖定、解密、修改、保存密碼、用戶密碼基本的密碼鎖 的功能，還具有調(diào)電存儲(chǔ)、聲光提示等功能。優(yōu)點(diǎn)是只要告訴員工密碼便可，無(wú)須復(fù)制鑰匙。（3）其他設(shè)計(jì)有些門鎖上有一個(gè)數(shù)字鍵盤，開(kāi)啟時(shí)按序鍵入一個(gè)數(shù)字系列。亦有些轉(zhuǎn)盤密碼鎖的數(shù)字之間有特定關(guān)系，使到密碼的組合可能性大為降低。這種密碼鎖較安全，但亦非全無(wú)缺點(diǎn)。習(xí)慣上，開(kāi)啟這種鎖時(shí)先把轉(zhuǎn)盤順時(shí)針轉(zhuǎn)到第一個(gè)數(shù)字，然後反時(shí)針轉(zhuǎn)到第二個(gè)數(shù)字，如此直至最后一個(gè)數(shù)字。（2）單一轉(zhuǎn)盤式用在掛鎖或匣萬(wàn)上的密碼鎖可以是只有一個(gè)轉(zhuǎn)盤。這時(shí)輪動(dòng)被拉緊的撥圈，直至聽(tīng)到小小的「卡」聲，表示這個(gè)齒已進(jìn)入了正確的凹位。很多這類鎖根本無(wú)需知道密碼都能開(kāi)啟。當(dāng)撥圈轉(zhuǎn)到正確的密碼組合，鎖便可以打開(kāi)。每個(gè)圈的中間有凹位。（3）界面簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)單人性化，故障率低，密碼輸入操作簡(jiǎn)便。（2）破解保護(hù)。其主要特點(diǎn)為:（1）保密性好。但電子密碼鎖在我國(guó)的應(yīng)用還不廣泛，主要出現(xiàn)在保險(xiǎn)柜、密碼箱、高級(jí)賓館等場(chǎng)所，家居用的較少，究其原因，我認(rèn)為有以下幾點(diǎn)：（1）價(jià)格原因（2）廠商的推廣力度不夠。 本設(shè)計(jì)課題的研究現(xiàn)狀隨著電子技術(shù)的發(fā)展單片機(jī)功能的增強(qiáng)，出現(xiàn)了帶微處理器的智能密碼鎖，它除了具有電子密碼鎖的功能外，還引入了智能化管理、專家分析系統(tǒng)等功能，從而使密碼鎖具有很高的安全性、可靠性。我們的設(shè)計(jì)給出了一種能防止多次試探密碼的密碼鎖設(shè)計(jì)方法，利用單片機(jī)控制。密碼鎖應(yīng)用非常廣泛，如生活中的密碼箱等；到取款機(jī)取款時(shí)插入卡后要輸入個(gè)人設(shè)定的密碼；銀行里的密碼柜，再比如核武器在發(fā)射時(shí)也有密碼的等等。部分密碼鎖只使用一個(gè)轉(zhuǎn)盤，把鎖內(nèi)的數(shù)個(gè)碟片或凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)；亦有些密碼鎖是轉(zhuǎn)動(dòng)一組數(shù)個(gè)刻有數(shù)字的撥輪圈，直接帶動(dòng)鎖內(nèi)部的機(jī)械。密碼鎖設(shè)計(jì)方案第1章 緒論 課題背景密碼鎖是鎖的一種，開(kāi)啟時(shí)用的是一系列的數(shù)字或符號(hào)。密碼鎖的密碼通常都只是排列而非真正的組合。此單片機(jī)設(shè)計(jì)（密碼鎖）是一種能防止多次探密碼的基于單片機(jī)的密碼鎖設(shè)計(jì)方案，給出了該單片機(jī)密碼鎖的硬件電路和軟件程序，同時(shí)給出了單片機(jī)型號(hào)的選擇，硬件設(shè)計(jì)，軟件流程圖，匯編語(yǔ)言源程序等內(nèi)容。很多行業(yè)的許多地方都需要密碼鎖，但普通密碼鎖的密碼容易被多次試探而破譯。因?yàn)閱纹瑱C(jī)不但具有體積小，成本低，控制靈活，便于產(chǎn)品化等特點(diǎn)，而且單片機(jī)具有新的發(fā)展，具體主要體現(xiàn)在單片機(jī)片內(nèi)資源越豐富，用它構(gòu)成的單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件開(kāi)銷就會(huì)越少，產(chǎn)品的體積和可靠性就會(huì)越高，所以，使用單片機(jī)系統(tǒng)控制密碼鎖，體積小，成本低，控制靈活，便于產(chǎn)品化，可以防止多次試探，從而有效地克服了上述缺點(diǎn)。目前發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)大規(guī)模地應(yīng)用智能門禁系統(tǒng)，可以通過(guò)多種更加安全，更加可靠的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)大門的管理。采用單片機(jī)制作的電子密碼鎖，就克服了以上的兩大缺陷。由于采用6位密碼，隨機(jī)破碼率很低，并且在密碼可能泄露的情況下及時(shí)更改密碼，避免因人員的更替等特殊情況而使鎖的安全性下降。連續(xù)三次輸入錯(cuò)誤密碼將鎖定鍵盤一段時(shí)間。第2章 方案選擇 方案確定密碼鎖有以下幾種類型（1）多撥式最簡(jiǎn)單的密碼鎖，常見(jiàn)于低安全設(shè)定的單車鎖，使用多個(gè)撥圈。鎖的中心的一條軸，上有數(shù)個(gè)凸出的齒，用來(lái)卡住撥圈。這種鎖是最容易打開(kāi)的。除非它的內(nèi)部組件造得完美無(wú)瑕，否則只要把軸向外拉，其中一個(gè)齒便會(huì)比其他更為拉緊撥圈。重覆這步驟，很快便可以把鎖打開(kāi)。轉(zhuǎn)盤推動(dòng)背后數(shù)個(gè)平衡碟片或凸輪。凸輪上通常有凹位，當(dāng)轉(zhuǎn)入正確的密碼后，各位成一直線，鎖便可以打開(kāi)。例如，部分密碼掛鎖可以拉緊鎖頭，然后轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤直至不能再動(dòng)，這樣便能把密碼找出。廉價(jià)的密碼掛鎖可以用特別的襯片打開(kāi)，而無(wú)需使用密碼。這種鎖是使用電子控制，常見(jiàn)于辦工室內(nèi)。它由單片機(jī)系統(tǒng)、矩陣鍵盤、LED 顯示器等組成的電子密 碼鎖?？朔似胀ㄦi需要隨身攜帶鑰匙且易丟失、 保密性差的缺點(diǎn)，在賓館、辦公大樓、倉(cāng)庫(kù)、保險(xiǎn)柜和家庭普遍適用。各電路有其特有功能，以下將分別論述，系統(tǒng)功能框圖如下圖22單片機(jī)鍵盤輸入復(fù)位晶振電源輸入是否有按鍵按下開(kāi)鎖密碼存儲(chǔ)報(bào)警開(kāi)鎖顯示圖22 系統(tǒng)功能圖本章小結(jié)本章主要闡述密碼鎖的種類和設(shè)計(jì)思路。盡管其個(gè)具特色，其稱各異，但作為集CPU，RAM，ROM（或EPROM），I/O接口，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)為一體的單片機(jī)，其原理大同小異。Intel公司從其生產(chǎn)單片機(jī)開(kāi)始，發(fā)展到現(xiàn)在，大體上可以分為3大系列：Mcs48系列，Mcs51系列，Mcs96系列。因此，單片機(jī)的發(fā)展階段可以分為4個(gè)階段。此階段的單片機(jī)采用雙片的形式而且功能比較簡(jiǎn)單。第2階段（19761978）：低性能單片機(jī)階段。以Intel公司生產(chǎn)的MCS48為代表，片內(nèi)集成了8位CPU，8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，RAM和ROM等，但無(wú)串行口，中斷系統(tǒng)也比較簡(jiǎn)單，促進(jìn)單片機(jī)的變革。此階段的單片機(jī)品種多，內(nèi)部資源豐富，功能強(qiáng)。第4階段（1982年現(xiàn)在）：8位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及16位，32位單片機(jī)推出階段。三、單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)（1）單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是：向高性能化，大容量，微型化，外圍電路內(nèi)裝化等方面發(fā)展。② 增加數(shù)據(jù)總線寬度，以提高數(shù)據(jù)處理速度和處理能力。指令以隊(duì)列形式出現(xiàn)在CPU中，從而具有很快的運(yùn)算速度。（2）存儲(chǔ)器的發(fā)展① 增加存儲(chǔ)容量。片內(nèi)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)容量的增大有利于外圍擴(kuò)展電路的簡(jiǎn)化，從而提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，降低產(chǎn)品的成本。③ 程序保密化。單片機(jī)廣泛地應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室,交通運(yùn)輸工具,計(jì)量等各種儀器儀表中,使儀器儀表智能化,提高它們的測(cè)量速度和測(cè)量精度,加強(qiáng)控制功能,簡(jiǎn)化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu),便于使用,不使傳統(tǒng)的儀器儀表發(fā)生根本性的變革,也給傳統(tǒng)的儀器儀表行業(yè)的改造帶來(lái)了曙光和美好的前景.（2）機(jī)電一體化是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的重要方面。單片機(jī)的應(yīng)用意義遠(yuǎn)不限于它的應(yīng)用范疇或由此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是它已從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設(shè)計(jì)思想。六、單片機(jī)芯片的特性及說(shuō)明（1）主要特性：它與MCS51 兼容，有4KB字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器，壽命：1000寫/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時(shí)間為10年。GND：接地。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫1時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址1時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。RST：復(fù)位輸入。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。利用MCS51內(nèi)部的高增益反相放大器，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩。~12MHZ之間任選，電容可以在5~30pF之間選擇，電容C1和C2的大小可起頻率微調(diào)的作用，電容大小要和晶體的容性負(fù)載阻搞相匹配，否則不易起振。復(fù)位后P0－P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。本系統(tǒng)采用的是手動(dòng)復(fù)位電路。 對(duì)鍵盤的識(shí)別可分為兩類：一類是由專門的硬件電路來(lái)識(shí)別（如 23774C922），它使用起來(lái)方便，但需要價(jià)格昂貴的芯片，單片機(jī)系統(tǒng)中一般不采用；另一類靠軟件來(lái)識(shí)別 ，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，應(yīng)用靈活。非編碼鍵盤可以分為兩種結(jié)構(gòu)形式：獨(dú)立式鍵盤和行列式鍵盤。其工作原理是：行線 ～ 是輸入線，CPU 通過(guò)其電平的高低來(lái)判別鍵盤是否被按下。鍵盤接口電路圖如圖34所示：圖34 鍵盤接口電路圖 數(shù)碼管數(shù)碼顯示電路方案的確定七段數(shù)碼顯示器如圖35所示：圖35 七段數(shù)碼顯示器顯示電路主要由 6 個(gè)共陽(yáng)型七段數(shù)碼管（SM4105）、6 只型PNP型三極管、一片74LS138 38線譯碼器以及一個(gè)7447 七段譯碼器組成。七段顯示數(shù)碼管（動(dòng)態(tài)）工作原理：逐個(gè)地循環(huán)點(diǎn)亮各位顯示器，也就是說(shuō)在任一時(shí)刻只有 1 位顯示器在顯示 。缺點(diǎn)是過(guò)多的占用CPU的時(shí)間。LED靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是不占用CPU的時(shí)間，缺點(diǎn)是占用過(guò)多的輸出端口。一般地，每秒循環(huán)掃描不低于50次。同時(shí)，單片機(jī)的 ，送到74LS138 的三個(gè)輸入端，經(jīng)譯碼后由輸出端輸出，此時(shí)，74LS138的輸出端只有一位為0，使其中的一只三極管導(dǎo)通，引入電源，驅(qū)動(dòng)與其對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管，數(shù)碼管工作。每只數(shù)碼管依次循環(huán)，就完成了發(fā)光電路的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示器。當(dāng)陰極端輸入低電平時(shí)，七段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平時(shí)則不點(diǎn)亮。當(dāng)陽(yáng)極端輸入高電平時(shí)，七段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入低電平時(shí)則不點(diǎn)亮。發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓為2V左右,電流為5~10mA,加在發(fā)光二極管與電阻之間的電壓為5V,由此可算出阻值。得出電阻范圍：300ΩR1~R6600Ω設(shè)計(jì)中取330Ω本設(shè)計(jì)采用的是共陽(yáng)極LED顯示器。7447引腳圖如下圖38所示： 圖38 7447引腳圖現(xiàn)以顯示譯碼器CT7447為例作較詳細(xì)的討論。當(dāng)= 0（有效）時(shí)，輸出a～g均為高電平1信號(hào)（全滅）；。 ：試燈信號(hào)輸入。：滅零輸入信號(hào)（不顯示0，其它數(shù)碼正常顯示）。 74L 138譯碼器的運(yùn)用在中規(guī)模集成電路中譯碼器有幾種型號(hào)，使用最廣的通常是74138，其是一個(gè)3到8的譯碼器，下圖是其邏輯符號(hào)及管腳排布，下表中列出了該器件的邏輯功能，從表中可以看出其輸出為低電平有效，使能端G1為高電平有效，/G2,/G3為低電平有效，當(dāng)其中一個(gè)為低電平，輸出端全部為1。（1）93C46 是一種存儲(chǔ)器可以定義為 16 位ORG 引腳接 Vcc或者定義為8 位ORG引腳接GND的1K位的串行 EEPROM 每一個(gè)的存儲(chǔ)器都可以通過(guò)DI引腳或DO引腳進(jìn)行寫入或讀出，器件可以經(jīng)受1,000,000 次的寫入/擦除操作片內(nèi)數(shù)據(jù)保存壽命達(dá)到100年器件可提供的封裝有DIP8 SOIC8或TSSOP8。93C46可以選擇為16位或8位結(jié)構(gòu)。93C46的所有操作都在單電源上進(jìn)行，當(dāng)執(zhí)行任何的寫操作時(shí)內(nèi)部的升壓電路將提供高壓給芯片。準(zhǔn)備/繁忙(ready/busy)是開(kāi)始了一個(gè)寫操作后選擇器件CS為高電平后從DO引腳讀的用來(lái)測(cè)定期間工作狀態(tài)的信號(hào)，DO位低電平則表示寫操作還沒(méi)有完成。所有送往器件的指令格式為一個(gè)高電平1的開(kāi)始位，一個(gè)2位或4位的操作碼，寫入數(shù)據(jù)時(shí)的6位（當(dāng)選擇8位結(jié)構(gòu)時(shí)為7位）以及16位數(shù)據(jù)（當(dāng)選擇8位結(jié)構(gòu)時(shí)為8位）。接收到讀指令和地址后，DO引腳先輸出一個(gè)虛擬的第電平，然后數(shù)據(jù)根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)移位輸出（高位在前）。② 寫操作指令（WRITE）在接收到寫指令、地址和數(shù)據(jù)后，片選引腳（CS）不片選芯片的時(shí)間要必須大于Tcsmin。在器件進(jìn)入自動(dòng)時(shí)鐘的模式后時(shí)鐘信號(hào)引腳（SK）的信號(hào)不是必須的93C46的準(zhǔn)備？繁忙狀態(tài)可以選擇器件并測(cè)試數(shù)據(jù)輸出引腳DO得到。③ 擦除操作指令（ERASE）