【正文】 tion lock are too few. This bination lock39。由于 51 單片機(jī)也有一些不足之處如斷電后內(nèi)部 RAM 儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)會(huì)完全丟失，為了克服這一缺點(diǎn)，系統(tǒng)的外圍加了掉電存儲(chǔ)電路并且由 AT24C02 芯片來實(shí)現(xiàn)。 系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)采用功能強(qiáng)大 且 易于開發(fā)的 KeilC51 環(huán)境，且支持 ISP 下載。密碼輸入采用矩陣鍵盤 及獨(dú)立鍵盤 ，密碼顯示采用 共陰極的八段顯示 數(shù)碼管。 I 基于單片機(jī)的電子密碼鎖的設(shè)計(jì) 摘要 單片機(jī)已經(jīng)在家電領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，而且在安全密保方面，具有防盜報(bào)警功能的電子密碼鎖逐漸取代了傳統(tǒng)的機(jī)械密碼鎖 ， 克服 了 機(jī)械密碼鎖密碼過少的安全性問題。 本密碼鎖 的 主控芯片采用價(jià)格實(shí)惠而且容易購買的 STC89C52 芯片。 系統(tǒng)能完成 密碼輸入、正確 開鎖、超 次 報(bào)警 這些 基本的密碼鎖的功能。因此沒使用編程器，用 C 語言實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)的軟件部 分。 此設(shè)計(jì)具有 安全性高、價(jià)格低廉便于實(shí)現(xiàn)、易于改進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)。s master chip adopts STC89C52 which is affordable and easy to buy. Password’s input adopt matrix keyboard and independent keyboard, password39。s periphery added off electricity storage circuit and use AT24C02 chip to overe these shortings. This design has a high security, a low prices， which is easy to be realized and improved. 【 Key words】 Electronic Combination lock STC89C52 Matrix keyboard AT24C02 【 Type of Thesis】 Design type III 前 言 隨著社會(huì)物質(zhì)財(cái)富的日益增長(zhǎng)，安全防盜已成為社會(huì)問題。 而當(dāng)今社會(huì)由于計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，在國內(nèi)外，電子產(chǎn)品的更新可謂如雨后的春筍層出不群，更多的電子產(chǎn)品也越來越多的應(yīng)用于安全防范領(lǐng)域。電子密碼鎖由于其保密性高，使用靈活性好，安全系數(shù)高，受到了廣大用戶的親呢。它的種類很多，有簡(jiǎn)易的電路產(chǎn)品，也有基于芯片的性價(jià)比較高的產(chǎn)品。其性能和安全性已大大超過了機(jī)械鎖 。隨機(jī)開鎖成功率幾乎為零。 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)。 5) 使用靈活性好，不像機(jī)械鎖必須佩帶鑰匙才能開鎖。 隨著電子元件的進(jìn)一步發(fā)展，電子密碼鎖也出現(xiàn)了很多的種類，功能日益強(qiáng)大，使用更加方便，安全保密性更強(qiáng)，由以前的單密碼輸入發(fā)展到現(xiàn)在的，密碼加感應(yīng)元件，實(shí)現(xiàn)了真 正 的電子加密，用戶只有密碼或電子鑰匙中的一樣，是打不開鎖的，隨著電子元件的發(fā)展及人們對(duì)保密性需求的提 高出現(xiàn)了越來越多的電子密碼鎖。系統(tǒng)能完成 密碼輸入、開鎖、超次 報(bào)警 的功能。本系統(tǒng)成本低廉，功能實(shí)用。 21 世紀(jì)是信息技術(shù)蓬勃發(fā)展的世紀(jì)，單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用就是其中的一方面。日常生活中常用的電子產(chǎn)品如 手機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、智能洗衣機(jī)、高科技電視機(jī)、智能汽車等都是以單片機(jī)為控制核心的。按總線結(jié)構(gòu)可分為總線型和非總線型。 5）優(yōu)異的性能價(jià)格比 單片機(jī)的性能極高。 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 1976 年 Intel 公司首先推出 8 位機(jī) MCS48系列， 1980 年又推出了內(nèi)部功能單元集成度強(qiáng)的 8 位機(jī) MCS51 系列產(chǎn)品，其性能大大超過并取代了 MCS48 系列產(chǎn)品。 雖然單片機(jī)品種多樣，型號(hào)繁多，但仍有如下發(fā)展趨勢(shì)。 80C51 就采用了 HMOS 和 CHMOS。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。 3） 主流與多品種共存 現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多 ,各具特色 ,但仍以 80C51 為核心的單片機(jī)占主流 ,兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有 PHILIPS 公司的產(chǎn)品 ,ATMEL 公司的產(chǎn)品和中國臺(tái)灣的Winbond 系列單片機(jī)。 4） 大容量、高性能 以往單片機(jī)內(nèi)的 ROM 為 1KB～ 4KB,RAM 為 64～ 128B。為了適應(yīng)這種領(lǐng)域的要求 ,須運(yùn)用新的工藝 ,使片內(nèi)存儲(chǔ)器大容量化。另外單片機(jī)進(jìn)一步改變 CPU 的性能 ,加快指令運(yùn)算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性。隨著低價(jià)位 OTP(One Time Programble)及各種特殊類型片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的 發(fā)展 ,加之處圍接口不斷進(jìn)入片內(nèi) ,推動(dòng)了單片機(jī) “ 單片 ” 應(yīng)用結(jié)構(gòu)的發(fā)展。 3 單片機(jī)的 應(yīng)用 單片機(jī)的發(fā)展很大的推動(dòng)了我國生產(chǎn)力的發(fā)展，但單片機(jī)的應(yīng)用意義遠(yuǎn)不限于它的應(yīng)用范疇或由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是它從根本上改變了傳統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)方法和控制策略，使科學(xué)上無法實(shí)現(xiàn)的理論技 術(shù)得以實(shí)現(xiàn)并轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)力，是科技發(fā)展史上的一座重要的里程碑。 1） 在智能儀器儀表中的應(yīng)用 單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、厚度、角度、硬度、壓力等物理量的測(cè)量。 2） 在工業(yè)控制中的應(yīng)用 工業(yè)上使用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)和采集系統(tǒng)。 3） 在家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說，現(xiàn)在的家電基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)機(jī)、電視機(jī)、其他音響視頻設(shè)備、再到電子稱量設(shè)備，五花八門，無所不在。 5） 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途也相當(dāng)廣泛，例如，醫(yī)用呼吸機(jī)、各種分析儀、監(jiān)護(hù)儀、超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等。 4 MCS51 系列單片機(jī) MCS51 是指由美國 INTEL 公司（對(duì)了，就是大名鼎鼎的 INTEL）生產(chǎn)的一系列單 片機(jī)的總稱，這一系列單片機(jī)包括了好些品種，如 8031， 8051， 8751，8032， 8052， 8752 等， 其中 8051 是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機(jī)都是在 8051 的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、 減、 改變而來的， 所以人們習(xí)慣于用 8051 來稱呼 MCS51 系列單片機(jī)， 8031 是前些年在我國最流行的單片機(jī)，而所以很多場(chǎng)合會(huì)看到 8031 的名稱。 5 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路 硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要考慮的方面很多，除了實(shí)現(xiàn)此設(shè)計(jì) 的 基本功能以外，主要還要考慮如下幾個(gè)因素：①系統(tǒng)穩(wěn)定度；②器件的通用性或易選購性；③ 軟件編程的易實(shí)現(xiàn)性；④系統(tǒng)其它功能及性能指標(biāo)；因此硬件設(shè)計(jì)至關(guān)重要。 系統(tǒng)方案的選擇 方案一： 用以 74LS112 雙 JK觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，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，原先輸入的密碼無效，需要重新輸入；如果用戶輸入密碼的時(shí)間超過 10 秒（一般情況下，用戶不會(huì)超過 10 秒，若用戶覺得不便，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。 方案 二 ： 由于單片機(jī)種類繁多，各種型號(hào)都有其一定的應(yīng)用環(huán)境，因此在選用時(shí)要多加比較，合理選擇，以期獲得最佳的性價(jià)比。在開發(fā)過程中單片機(jī)還受到：開發(fā)工具、編程器、開發(fā)成本、開發(fā)人員的適應(yīng)性、技術(shù)支持和服務(wù)等等因素。在單片機(jī)的外圍電路外接輸入鍵盤用于密碼的輸入和一些功能的控制 ，外接 AT24C02 芯片用于密碼的存儲(chǔ)，外接八段數(shù)碼管用于顯示作用。密碼輸完后按下確認(rèn)鍵，如果密碼輸入正確則開鎖，不正確顯示密碼錯(cuò)誤重新輸入密碼，當(dāng)三次密碼錯(cuò)誤則發(fā)出報(bào)警；當(dāng)用戶需要修改密碼時(shí)，先按下鍵盤設(shè)置鍵后可以 6 設(shè)置新密碼。 綜上分析：方案一 雖然設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單但它的實(shí)用性不是很強(qiáng)。 電子密碼鎖功能簡(jiǎn)述 在本 設(shè)計(jì)中 用戶通過鍵盤輸入密碼，確認(rèn)后系統(tǒng)調(diào)用密碼比較判斷函數(shù)，如果密碼在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)輸入正確，單片機(jī)輸出開門信號(hào)開鎖。用戶發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，可以清除重輸 。初始密碼由系統(tǒng)設(shè)定，用戶可根據(jù)自己的要求設(shè)定密碼，修改密碼時(shí)首先需要與舊密碼匹配，如果輸入舊密碼錯(cuò)誤則系統(tǒng)報(bào)警并自動(dòng)退出密碼修改系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)定密碼為 6 位，當(dāng)輸入密碼不為 6 位或兩次輸入的新密碼不一致時(shí)密碼修改失敗，系統(tǒng)報(bào)警并自動(dòng)退出密碼修改狀態(tài)。 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)以 STC89C52 為中心控制元件，用 AT24C02 作為密碼存儲(chǔ)元件，通過八段數(shù)碼管顯示。 圖 結(jié)構(gòu)框圖 STC89C52 鍵盤輸入 復(fù)位電路 晶振電路 顯示電路 報(bào)警電路 開鎖電路 7 工作原理， 從鍵盤輸入一組密碼，微控制器把改密碼和預(yù)先設(shè)置的密 碼比較，對(duì)則將鎖打開， 并通過蜂鳴器的聲音來演示密碼鎖的狀態(tài) 否則累計(jì)三次輸入錯(cuò)誤則啟用報(bào)警 。 以 下將逐一介紹這些單元電路的設(shè)計(jì)方法。再不接任何外圍電路的情況下可以實(shí)現(xiàn)大部分較為復(fù)雜的邏輯控制功能，進(jìn)行外部 RAM 擴(kuò)展還可以用于數(shù)據(jù)采集，點(diǎn)陣顯示屏控制等方面應(yīng)用。 STC89C52 單片機(jī)的每個(gè)端口都是 8 位準(zhǔn)雙向口，每一條 I/O 線都能獨(dú)立的用作輸入或輸出。再無片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器系統(tǒng)中，這四個(gè)端口都可以作為準(zhǔn)雙向 I/O 口使用。（ 為串行口輸入， 位串行口輸入， 為外部中斷 0 輸入， 為外部中斷 1輸入， 為定時(shí)器 0 的外部輸入， 為定時(shí)器 1 的外部輸入， 位片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“寫選通控制”輸出， “讀選存儲(chǔ)器”輸出）。 STC89C52 引腳功能說明： Vcc：電源電壓 GND：地 P0 口： P0口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口，作為輸出 口 用 時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端口。在 Flash 編程時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。對(duì)端口寫“ 1” ,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。 圖 單片機(jī)及其外圍電路 P2 口： P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL邏輯門電路。在訪問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)（也即特殊功能寄存器，在整個(gè)訪問期間不改變。 P3 口： P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O口。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。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 9 片機(jī)復(fù)位。 DISRTO 位缺省為 RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6 輸出的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目地，要注意的是：第當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE 脈沖。該位禁位后，只有一條 MOVX 和 MOVC指令 ALE才會(huì)被激活。 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)，當(dāng) STC89C52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。 EA/VPP：外部訪問允許。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)。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí) ,該引 腳加上＋ 12V 的編程電壓 Vpp。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。本設(shè)計(jì)中使用的這個(gè) 4X4 鍵盤不但能完成密碼的輸入還能作特別功能鍵使用，設(shè)置功能等。 平時(shí)無按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)將由與此電平相連的列線電平?jīng)Q定。這是識(shí)別矩陣鍵盤是否被按下的關(guān)鍵所在。 其 按鍵結(jié)構(gòu) 及與單片機(jī)引腳接法如圖 所示 。 并由 AT24C02 芯片 來實(shí)現(xiàn)。 11 圖 AT24C02 芯片的管腳圖 本設(shè)計(jì)采用的是美國 Atmel 公司生產(chǎn)的 AT24C02。 AT24C02 有一個(gè) 16字節(jié)頁寫緩沖器。 AT24C02 支持 IC，總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議 IC，總線協(xié)議規(guī)定任何將數(shù)據(jù)傳送到 總線的器件作為發(fā)送器。數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時(shí)鐘和所有起始停止信號(hào)的主器件控制的。 開鎖電路 電磁鎖的原理圖如圖 所示， 電磁鎖由電路驅(qū)動(dòng)和開鎖兩級(jí)組成。 D5作為開鎖的 提示；由 D C2 T11組成。 T11可選用中功率的三極管如 8050，電磁鎖的選用要視情況而定，但是吸合力要足夠且由一定的余量。 報(bào)警電路 報(bào)警電路由一個(gè)蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)的，包括以下幾個(gè)部分：一個(gè)蜂鳴器、一個(gè)三極管、一個(gè)連續(xù)流二極管和一個(gè)電阻。這些都可以根據(jù)需要來選擇。否則，在蜂鳴器兩端會(huì)產(chǎn)生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅(qū)動(dòng)三極管，并干擾整個(gè)電路系統(tǒng)的其他部分。 報(bào)警電路 如圖 。 顯示電路圖 附錄一 所示。這種顯示器有