【正文】 ....................................................................................................67沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文11 緒 論 電子密碼鎖的介紹目前，最常用的鎖是 20 世紀(jì) 50 年代意大利人設(shè)計(jì)的機(jī)械鎖，其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格便宜。AVR_Studio。關(guān) 鍵 詞 ： MD5 加 密 ； AVR_Studio； PROTUES； ATmega16 單 片 機(jī)沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文IIAbstract This paper mainly introduces the design of electronic password lock based on AVR microcontroller. Design of the main content for the design of hardware circuit and software program. The main function is to achieve humanmachine interface matrix input, the input mode is more economical in pin, digital tube display output (LCD1602). The save password with AVR microcontroller EEPROM, enter the correct password to unlock the lights, the LCD screen displays the unlock success. In the unlocking can be achieved after the password changes and storage, and reenter the password encrypted with MD5 after stored in encrypted form in EEPROM, more safe and reliable. This module is based on AVR MCU, the developing platform of the hardware of the module is based on Atmel39。完 成 本 次 設(shè) 計(jì) 需 要 掌 握 ATmega16 單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用 ， 單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)，相關(guān) C 程序的設(shè)計(jì)與仿真等。將 調(diào) 試 成 功 的C 程 序 工 程 加 載 到 ATmega16 單 片 機(jī) 中 就 可 以 實(shí) 現(xiàn) 以 上 的 功 能 。 在 開(kāi) 鎖 之 后 可 以 實(shí)現(xiàn) 密 碼 的 修 改 和 儲(chǔ) 存 ， 并 且 重 新 輸 入 的 密 碼 經(jīng) 過(guò) MD5 加 密 后 以 密 文 的 形 式 存 儲(chǔ) 在EEPROM 中 ， 更 加 安 全 可 靠 。主 要 實(shí) 現(xiàn) 的 功 能 是 實(shí) 現(xiàn) 人 機(jī) 接 口 矩 陣 輸 入 ， 這 種 輸 入方 式 更 節(jié) 約 管 腳 ， 數(shù) 碼 管 顯 示 輸 出 (LCD1602)。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文I摘 要本 文 主 要 介 紹 了 基 于 AVR 單 片 機(jī) 的 電 子 密 碼 鎖 設(shè) 計(jì) 。 主 要 內(nèi) 容 為 仿 真 硬 件 電路 的 設(shè) 計(jì) 和 軟 件 程 序 的 設(shè) 計(jì) 。 本 例 用 AVR 單 片 機(jī) EEPROM 保存 密 碼 ， 輸 入 正 確 密 碼 時(shí) 開(kāi) 鎖 燈 亮 ， 液 晶 顯 示 屏 顯 示 開(kāi) 鎖 成 功 。此模塊是基于 AVR 單片機(jī)的，該 模 塊 的 硬 件 開(kāi)發(fā)平臺(tái)采 用 的 是 Atmel 公 司 的ATmega16 單 片 機(jī) ， 且 ATmega16 是基于增強(qiáng)型的 AVR RISIC 結(jié)構(gòu)的低能耗 8 位CMOS 微控器，速度快，且存儲(chǔ)空間大，這給設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的方便。 本 次 設(shè) 計(jì) 軟 件 方 面主 要 使 用 的 開(kāi) 發(fā) 平 臺(tái) 是 WINAVR 和 AVR_Studio， 所 使 用 的 編 程 語(yǔ) 言 是 C 語(yǔ) 言 。該 驅(qū) 動(dòng) 程 序 能 夠 正 常 運(yùn) 行 ， 運(yùn) 行 結(jié) 果 正 確 ， 證 明 設(shè) 計(jì) 思 路 正 確 。s ATmega16 chip, and ATmega16 is a unit, micro control enhanced AVR RISIC structure type of lowenergy consumption based on 8 bits CMOS speed, and large storage space, which brings great convenience to design. The successful debugging C program project is loaded into the ATmega16 microcontroller can be achieved above functions. The main use of the design software development platform is WINAVR and AVR_Studio, the programming language used is C language. Complete knowledge of the design need to master the ATmega16 MCU and practical applications, singlechip peripheral circuit design, C program design and simulation.The driver can run normally, run results correctly, prove that design idea is correct. Keywords: MD5 encryption。 PROTUES。但在使用中暴露了很多缺點(diǎn)：一是機(jī)械鎖是靠金屬制成的鑰匙上的不同齒形與鎖芯的配合來(lái)工作的。二是鑰匙一旦丟失，無(wú)論誰(shuí)撿到都可以將鎖打開(kāi)。四是機(jī)械鎖鑰匙易于復(fù)制，不適于諸如賓館等公共場(chǎng)所使用。電 子 鎖 是 采 用 電 子 電 路 控 制 ， 以 電 磁 鐵 或 者 衛(wèi) 星 電 機(jī) 和 鎖 體 作 為 執(zhí) 行 裝 置 的 機(jī)電 一 體 化 所 鎖 ， 相 比 傳 統(tǒng) 的 鎖 具 ， 電 子 鎖 不 使 用 金 屬 鑰 匙 ， 保 密 性 、 精 度 都 很 高 。 電 子 工 業(yè) 的 誕 生 ， 使 得 以 微 小 電 量 驅(qū) 動(dòng) 機(jī) 械 成 為 可能 ， 于 是 有 了 電 子 鎖 一 日 千 里 的 躍 進(jìn) [1]。 它 的 種 類(lèi)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 。 在安全技術(shù)防范領(lǐng)域，具有防盜報(bào)警功能的電子密碼鎖逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式密碼鎖，克服了機(jī)械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點(diǎn)，使密碼鎖無(wú)論是在技術(shù)上還是在性能上都大大提高。隨著人們生活水平的提高，電子密碼鎖作為防盜衛(wèi)士的作用日趨重要。隨著人們生活水平的提高，如何實(shí)現(xiàn)防盜這一問(wèn)題也變的尤其的突出，沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文2傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由于其構(gòu)造的簡(jiǎn)單，被撬的事件屢見(jiàn)不鮮，機(jī)械鎖的這些弊端為一種新型的鎖電子密碼鎖，提供了發(fā)展的空間 [18]。但是這些產(chǎn)品的特點(diǎn)是針對(duì)特定的指紋和有效卡，只能適用于保密要求的箱、柜、門(mén)等。加上其成本較高，一定程度上限制了這類(lèi)產(chǎn)品的普及和推廣。鑒于目前的技術(shù)水平與市場(chǎng)的接收程度，電子密碼鎖是這類(lèi)電子防盜產(chǎn)品的主流 [2]。 使用電子密碼鎖這些問(wèn)題都能夠解決，這也就是電子密碼鎖成為電子防盜產(chǎn)品主要研究對(duì)象的原因。 AVR 的單片機(jī)可以廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。AVR 單片機(jī)系列齊全,可適用于各種不同場(chǎng)合的要求。 新的型號(hào)還有 ATmega48/88/168 (存儲(chǔ)容量為 4/8/16K) 等 [3]。以后的 CMOS 單片機(jī)雖然采用提高時(shí)鐘頻率和縮小分頻系數(shù)等措施，但這種狀態(tài)并未被徹底改觀；此間雖有某些精簡(jiǎn)指令集單片機(jī)（RISC）問(wèn)世，但依然沿襲對(duì)時(shí)鐘分頻的做法。20 世紀(jì) 90 年代初 ，ATMEL 率先把 MCS51 內(nèi)核與其擅長(zhǎng)的Flash 技術(shù)相結(jié)合，推出轟動(dòng)世界的 AT89 系列單片機(jī)。幾年來(lái)，AVR 單片機(jī)已形成系列產(chǎn)品，其Attiny，AT90，Atmega 分別對(duì)應(yīng)為低、中、高檔產(chǎn)品 [4]。AVR 單片機(jī)價(jià)格低廉、可擦除 1000 次以上，不再有報(bào)廢品產(chǎn)生，且對(duì)掉電后數(shù)據(jù)的保存帶來(lái)方便，來(lái)電時(shí)能記住掉電時(shí)的工作狀態(tài)，給用戶帶來(lái)極高的可靠性，受到一致好評(píng) [5]。單片機(jī)種類(lèi)很多，在簡(jiǎn)易機(jī)器人制作和創(chuàng)新中。單片機(jī)初學(xué)者只需一條 ISP 下載線，把編輯、調(diào)試通過(guò)的軟件程序直接在線寫(xiě)入 AVR 單片機(jī)，即可以開(kāi)發(fā) AVR 單片機(jī)系列中的各種封裝的器件。其次， AVR 單片機(jī)便于升級(jí)。再次，AVR 單片機(jī)費(fèi)用低廉。程序存儲(chǔ)器擦寫(xiě)可達(dá) 10000 次以上，不會(huì)產(chǎn)生報(bào)廢品。多累加器型，數(shù)據(jù)處理速度快。中斷響應(yīng)速度快。其次，AVR 單片機(jī)耗能低。有的器件最低 V 即可工作。它具有不可破解的位加密鎖 Lock Bit 技術(shù)，保密位單元深藏于芯片內(nèi)部，無(wú)法用電子顯微鏡看到 [10]。工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，具有大電流(灌電流)10～40 mA,可直接驅(qū)動(dòng)可控硅 SCR 或繼電器，節(jié)省了外圍驅(qū)動(dòng)器件。ATmega48/8/16 等器件具有 8 路 10 位 A/D。 AVR 單片機(jī)可重設(shè)啟動(dòng)復(fù)位,以提高單片機(jī)工作的可靠性?！　?）有功能強(qiáng)大的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及通訊接口　　定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T/C 有 8 位和 16 位,可用作比較器。AVR 單片機(jī)有串行異步通訊 UART 接口,不占用定時(shí)器和 SPI 同步傳輸功能,因其具有高速特性，故可以工作在一般標(biāo)準(zhǔn)整數(shù)頻率下,而波特率可達(dá) 576K。它是作為一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)空間而存在的，可以按字節(jié)讀寫(xiě)。EEPROM 的訪問(wèn)由地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和控制寄存器決定?？偟膩?lái)說(shuō)，在相同的系統(tǒng)時(shí)鐘下 AVR 運(yùn)行速度最快；芯片內(nèi)部的沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文5Flsah、 EEPROM、SRAM 容量較大；所有型號(hào)的 Flash、EEPROM 都可以反復(fù)燒寫(xiě)、全部支持在線編程燒寫(xiě)(ISP)；多種頻率的內(nèi)部 RC 振蕩器、上電自動(dòng)復(fù)位、看門(mén)狗、啟動(dòng)延時(shí)等功能，零外圍電路也可以工作；每個(gè) IO 口都可以以推換驅(qū)動(dòng)的方式輸出高、低電平，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)；內(nèi)部資源豐富，一般都集成 AD、DA 模數(shù)器；PWM；SPI、USART 、TWI、I2C 通信口；豐富的中斷源等。其中 C 編譯器主要有 CodeVisionAVR、AVRGCC 、 IAR、ICCAVR 等，C 語(yǔ)言編譯器由于它具有功能強(qiáng)大、運(yùn)用靈活、代碼小、運(yùn)行速度快等先天性的優(yōu)點(diǎn)，使得它在專(zhuān)業(yè)程序設(shè)計(jì)上具有不可代替的地位 [6]。帶“V”： ；若缺省，不帶“V”：?！　?）后綴的數(shù)字部分，表示支持的最高系統(tǒng)時(shí)鐘?！　?）后綴第一（第二）個(gè)字母，表示封裝。例： ATmega4820AU， “A”表示 TQFP 封裝。 “C”：商業(yè)級(jí)， “I”：工業(yè)級(jí)（有鉛） 、 “U”工業(yè)級(jí)（無(wú)鉛） 。ATmega4820AI， “I”表示有鉛工業(yè)級(jí) [7]。2）超功能精簡(jiǎn)指令集（RISC） ，具有 32 個(gè)通用工作寄存器，克服了如 8051 MCU采用單一 ACC 進(jìn)行處理造成的瓶頸現(xiàn)象 [17]。3）快速的存取寄存器組、單周期指令系統(tǒng)，大大優(yōu)化了目標(biāo)代碼的大小、執(zhí)行效率，部分型號(hào) FLASH 非常大，特別適用于使用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā) [16]?！　∩蜿?yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文65）片內(nèi)集成多種頻率的 RC 振蕩器、上電自動(dòng)復(fù)位、看門(mén)狗、啟動(dòng)延時(shí)等功能，外圍電路更加簡(jiǎn)單，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。　　7）大部分 AVR 除了有 ISP 功能外，還有 IAP 功能，方便升級(jí)或銷(xiāo)毀應(yīng)用程序 [8]。 MD5 算法的原理MD5 以 512 位（bit)分組來(lái)處理輸入的信息，每一分組又被劃分為若干子分組，經(jīng)過(guò)了一系列的處理后，算法的輸出由 4 個(gè) 32 位分組組成，將這 4 個(gè) 32 位分組組合后將生成一個(gè) 128 位散列值，這 128 位二進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于 16 個(gè)字節(jié)，由這 16 個(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)換的字節(jié)串就是最后輸出的 32 個(gè)字符（每字節(jié)轉(zhuǎn)換為 2 個(gè)字符） 。在初始化上下文結(jié)構(gòu)變量 context 以后，算法首先調(diào)用 MD5Update 函數(shù)對(duì)原始信息串進(jìn)行變換。MD5 算法接著再進(jìn)行信息串填充，使其位長(zhǎng)度對(duì) 512 求余的結(jié)果等于 448（即51264） ，信息的位長(zhǎng)度被擴(kuò)展至 n*512+448 位（bit） ，即 n*64+56 字節(jié)（n 為一個(gè)正整數(shù)) [19]。 中使用的數(shù)組 PADDING[64]={0x80,0,0，實(shí)際填充時(shí)會(huì)使用其第 0 個(gè)字節(jié)開(kāi)始的若干個(gè)連續(xù)字節(jié)。MD5 加密算法中，4 個(gè)加密幻數(shù)為：a=0x01234567，b=0x89abcdef,c=0xfedcba98,d=0x76543210。MD5 加密的四輪變換函數(shù) MD5Transform 使用了以下 4 個(gè)非線性函數(shù)（每輪 1 個(gè)）：F(x,y,z)=(xamp。z)G(x,y,z)=(xamp。(~z))H(x,y,z)=x^y^zI(x,y,z)=y^(x|(~z))在經(jīng)過(guò) MD5Final 的最后變換以后，context state 中保存的 16 字節(jié)數(shù)據(jù)就是待輸出的加密數(shù)據(jù)，這 16 個(gè)字節(jié)被復(fù)制