【正文】 .................. 18 圖 43 軟件消除抖動流程圖 ................................................................................................ 21 圖 44 密碼修改模塊流程圖 ................................................................................................ 25 表 31 AT89C2051 中 P3 口的功能 ........................................................................................ 7 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 1 章：緒論 研究電子密碼鎖背景及意義隨著社會物質(zhì)財(cái)富的日益增長和人們生活水平的提高，安全成為現(xiàn)代居民最關(guān)心的問題之一。而鎖自古以來就是把守門的鐵將軍，人們對它要求甚高，即要求可靠地防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長期以來研制的主題。另外，如：賓館、辦公大樓、倉庫、保險柜等，由于裝修施工等人住時也要把原有的鎖膽更換，況且鑰匙隨身攜帶也諸多便。從而使密碼鎖具有很高的安全性、可靠性。但電子密碼鎖在我國的應(yīng)用還不廣泛，成本還很高，希望通過不斷地努力使電子密碼鎖能夠在我國及居民日常生活中得到廣泛應(yīng)用，這也是一個國家生活水平的體現(xiàn)。采用單片機(jī)作為密碼鎖的控制電路，可以使密碼鎖具備很強(qiáng)的“智能”，實(shí)現(xiàn)如按鍵有效指示、輸入錯誤指示、解碼有效指示、控制開鎖電平、定時中斷、控制報(bào)警、密碼修改等功能，可在意外泄露密碼情況下及時修改密碼。使人們的生活有了更多的保障。 電子密碼鎖的現(xiàn)狀與發(fā)展目前，市場上出售的鎖的種類各式各樣，其中大部分是基于單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)的電子鎖系統(tǒng)。當(dāng)今，電子密碼鎖應(yīng)用場合不是很多，很多地方用的還是傳統(tǒng)的機(jī)械鎖。而且，現(xiàn)在技術(shù)日益提高，集成芯片也大量出現(xiàn)，所以價格便宜，有很大的市場前景。該設(shè)計(jì)應(yīng)用的是目前極為廣泛的 51 系：基于單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì) 4 列單片機(jī)，配套了外圍設(shè)備，構(gòu)成了一個可編程的修改密碼、維護(hù)方便、性能穩(wěn)定、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 從上個世紀(jì) 70 年代以來，隨著單片機(jī)和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，為電子密碼鎖的迅速發(fā)展奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。 論文的主要工作及章節(jié)安排論文主要圍繞對電子密碼鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為主線展開，主要包括晶振復(fù)位電路設(shè)計(jì)、鍵盤電路設(shè)計(jì)、開鎖電路設(shè)計(jì)以及報(bào)警電路設(shè)計(jì)等硬件電路的設(shè)計(jì)以及為實(shí)現(xiàn)其各項(xiàng)功能而編寫的軟件程序設(shè)計(jì)等。第二章：介紹了本套系統(tǒng)的組成，并討論了本套電子密碼鎖系統(tǒng)的兩種方案設(shè)計(jì)以及主要電路的方案設(shè)計(jì)與比較，從而從理論上得出了本套系統(tǒng)最合理的方案設(shè)計(jì)。第四章：介紹了電子密碼鎖系統(tǒng)各個軟件模塊的設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 2 章：電子密碼鎖系統(tǒng)方案的論證在本次設(shè)計(jì)中，硬件電路是該套系統(tǒng)的重要組成部分，不僅芯片選擇要慎重考慮，在其它很小的地方都要注意。 系統(tǒng)的組成根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，需要利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電子密碼鎖的功能。其系統(tǒng)框圖如圖 21所示： 圖 21 電子密碼鎖的系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)是利用鍵盤模塊進(jìn)行輸入控制，將控制指令傳送到單片機(jī)，通過單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理，配合晶振、復(fù)位電路以及晶振電路來驅(qū)動密碼鎖開鎖和報(bào)警電路報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)該電子密碼鎖的各項(xiàng)功能。在這里，主要將是對所做的電子密碼鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分做詳細(xì)的方案論證，以對整個電子密碼鎖系統(tǒng)有一個總體的認(rèn)識。設(shè)計(jì)本課題時構(gòu)思了兩種思想：一種是 AT89C2051 為核心的單片機(jī)控制方案；另一種是以 745LS112 雙 JK 觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路控制方案。所以本設(shè)計(jì)采用前一種方案。系統(tǒng)能完成開鎖、超時報(bào)警、超次鎖定、管理員解密、修改用戶密碼基本的密碼鎖的功能。本系統(tǒng)成本低廉，功能實(shí)用。所以市場上的閃光報(bào)警裝置已經(jīng)越來越少了。它電路簡單，并且是生音報(bào)警。方案 3：語音報(bào)警語音報(bào)警是最好的一種，不僅能起到報(bào)警作用，還能直接給出警報(bào)種類的信息。相比這三種方案，最實(shí)用的是語音報(bào)警電路。每個獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占用一位I/O 口線。但在按鍵數(shù)量較多時，I/O 口線浪費(fèi)較大。方案 2：矩陣式鍵盤在按鍵比較多的時候，采用矩陣式鍵盤比獨(dú)立式鍵盤要節(jié)省很多 I/O 口線。為了節(jié)約口線，該系統(tǒng)選擇矩陣式鍵盤。 本章小結(jié)本章主要圍繞電子密碼鎖這一整套系統(tǒng)為主線展開，首先講述了電子密碼鎖系統(tǒng)的組成，然后講述了整體方案的設(shè)計(jì)與論證，比較了兩種整體方案的不同以及優(yōu)缺點(diǎn)，以及介紹并比較了其中幾種主要電路的方案設(shè)計(jì)。單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)主要分以下幾個部分：AT89C2051 單片機(jī)系統(tǒng)模塊、晶振復(fù)位電路模塊、蜂鳴器報(bào)警電路模塊以及鍵盤電路模塊等。AT89C2051 單片機(jī)是 51 系列單片機(jī)的一個成員，是 8051 單片機(jī)的簡化版與INTEL MCS51 系列單片機(jī)的指令和輸出管腳相兼容。內(nèi)部自帶 2K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器的低電壓、高性能 COMS 八位微處理器，它的主要性能有：.和 MCS51 產(chǎn)品兼容；.2KB 可重編程 FLASH 存儲器（1000 次） ；. 電壓范圍；.全靜態(tài)工作：0HZ24KHZ.2 級程序存儲器保密鎖定.128*8 位內(nèi)部 RAM.15 條可編程 I/O 線.兩個 16 位定時器/計(jì)數(shù)器.6 個中斷源.可編程串行通道 AT89C2051 是一個有 20 個引腳的芯片，引腳配置如圖 31 所示。：基于單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì) 8 RST1XTAL24XTAL15GND10VCC 20 19 18 17 16 15 14 11圖 31 AT89C2051 引腳配置 　AT89C2051：芯片的 20 個引腳功能為：VCC：電源電壓。RST：復(fù)位輸入。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。P1 口：8 位雙向 I/O 口。 和 需要外部上拉，可用作片內(nèi)精確模擬比較器的正向輸入（AIN0）和反向輸入（AIN1） ，P1 口輸出緩沖器能接收 20MA 電流，并能直接驅(qū)動 LED 顯示器； P1 口引腳寫入“1” 后，可用作輸入。P3 口：引腳 ～ 與 為 7 個帶內(nèi)部上拉的雙向 I/0 引腳。P3 口的輸出緩沖器能接收20MA 的灌電流；P3 口寫入 “1”后，內(nèi)部上拉，可用輸入。表 31 AT89C2051 中 P3 口的功能P3 口引腳 特殊功能 RXD(串行輸入口) TXD(串行輸出口 ) INT0(外部中斷 0) INT1(外部中斷 1) T0(定時器 0 外部輸入) T1(定時器 1 外部輸入)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 晶振復(fù)位電路的選擇晶振電路和復(fù)位電路不是單片機(jī)的內(nèi)部電路，但它們卻是單片機(jī)運(yùn)行所必須的最基本的外加電路。時鐘信號被干擾后將導(dǎo)致 CPU 的工作時序發(fā)生紊亂，使系統(tǒng)不得正常工作。（2）用地線包圍振蕩電路，晶體外殼接地。（4）印制板上大電流信號線，電源變壓器要遠(yuǎn)離晶振信號的連線?？傊?，在滿足系統(tǒng)功能的前提下，應(yīng)盡量降低晶振頻率，這對降低系統(tǒng)的電磁發(fā)射，提高系統(tǒng)的抗干擾性能極為有利。30PF30PF 6MHz 圖 32 晶振電路原理圖在設(shè)計(jì)單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)時，對單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)和復(fù)位電路的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。大部分單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在晶振電路工作后，只要在單片機(jī)的RST 引腳上出現(xiàn) 24 個振蕩脈沖以上的高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。運(yùn)行監(jiān)視有程序運(yùn)行監(jiān)視和電源監(jiān)視。信號復(fù)位時在單片機(jī)正常供電情況下，在復(fù)位引腳加以信號而產(chǎn)生的復(fù)位。系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視復(fù)位是系統(tǒng)出現(xiàn)非正常情況下的復(fù)位。電源監(jiān)視復(fù)位是在電源下降到一定電平狀態(tài)或電源未達(dá)到額定電平要求時的系統(tǒng)復(fù)位，程序運(yùn)行監(jiān)視復(fù)位則是程序運(yùn)行失常時的系統(tǒng)復(fù)位。為了保證系統(tǒng)能可靠地復(fù)位，RST端上高電平信號必須有足夠長的時間。因此 RC 電路參數(shù)的選擇與系統(tǒng)振蕩頻率有關(guān)。該系統(tǒng)的復(fù)位電路如圖 33 所示： 5V 10uF 10K RST89C2051圖 33 復(fù)位電路原理圖 驅(qū)動開鎖電路的設(shè)計(jì)在電子密碼鎖電路中，如何通過驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)開鎖的目的是十分重要的。當(dāng)用戶輸入的密碼正確而且是在規(guī)定的時間內(nèi)輸入的話，單片機(jī)便輸出開門信號，送到開鎖驅(qū)動電路，然后驅(qū)動電磁閥，達(dá)到開門的目的。由發(fā)光二極管，電阻和一級三極管組成驅(qū)動電路，其中一級三極管可以選用普通的小功率三極管如 9014，9018 都可以滿足要求。其中普通二極管和電容是為了消除電磁鎖可能產(chǎn)生的反向高電壓以及可能產(chǎn)生的電磁干擾。在本次設(shè)計(jì)中，基于節(jié)省材料的原則，暫時用發(fā)光二極管代替電磁鎖，發(fā)光管亮，表示開鎖；滅，表示沒有開鎖。本設(shè)計(jì)的電路原理圖如圖 34 所示： 10K AT89C2051 圖 34 開鎖電路原理圖 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)自動報(bào)警控制電路的功能是控制系統(tǒng)的智能報(bào)警裝置。這種報(bào)警信號通常有三種類型：一是閃光報(bào)警，因?yàn)殚W動的指示燈更能提醒人們注意；二是鳴音報(bào)警，發(fā)出特定的音響，作用于人的聽覺器官，易于引起和加強(qiáng)警覺；三是語音報(bào)警，不僅能起到報(bào)警作用，還能直接給出警報(bào)種類的信息。閃光報(bào)警是最簡單，也是最常用的一種報(bào)警方式。閃光報(bào)警在硬件連接上非常簡單，通常可以利用單片機(jī)的 I/O 口直接驅(qū)動發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)。鳴音報(bào)警有兩種方法：單頻音報(bào)警和音樂聲報(bào)警。壓電式蜂鳴器結(jié)構(gòu)簡單、耗電少，更適合于在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用。在圖 6 中， 接三極管基極輸入端，當(dāng) 輸出高電平 “1”時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器就通電而發(fā)音，當(dāng) 輸出低電平“0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)音。單頻音報(bào)警電路，簡單實(shí)用，已能滿足音響報(bào)警的一般需要，但是音調(diào)單調(diào)，而且采用壓電鳴音元件，音量較小且不可調(diào)整；音樂聲報(bào)警電路，與單片機(jī)系統(tǒng)連接，也很方便易行，而報(bào)警的音響又優(yōu)美動聽；在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)語音報(bào)警功能，首先在存儲器中要有語音的數(shù)據(jù)塊，然后根據(jù)系統(tǒng)測量結(jié)果，把在語音采集系統(tǒng)中獲得的語音數(shù)據(jù)可控制、可重組的實(shí)時恢復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時語音報(bào)讀或緊急狀態(tài)的語音報(bào)警功能。本系統(tǒng)密碼輸入 3 次錯誤或有非正常開門情況發(fā)生時均啟動自動報(bào)警裝置?，F(xiàn)場報(bào)警是從單片機(jī)的 口線輸出雙頻方波信號經(jīng)三極管放大后，送到壓電蜂鳴器，從而發(fā)出報(bào)警聲。本系統(tǒng)選用的是現(xiàn)場報(bào)警。通過它人們可以向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令、控制 CPU 運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)特定的目標(biāo)。單片機(jī)的 CPU 就是根據(jù)這些輸入的信號來判斷是否有鍵按下，以及按下的是什么鍵，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。通常，按鍵所用的開關(guān)為機(jī)械式開關(guān)，利用機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用工作。根據(jù)這兩個特點(diǎn)可以得出以下的接口設(shè)計(jì)原則。（2） 單片機(jī)要能有效地抑制鍵盤抖動。（3） 單片機(jī)系統(tǒng)要能實(shí)現(xiàn)對鍵盤的有效控制。 所謂有效控制要由硬件和軟件兩方面提供保證。軟件保證是要求系統(tǒng)鍵盤操作和程序控制邏輯電路正確，并能夠得到硬件電路的完全支持，同時也要求鍵盤控制程序有相應(yīng)的容錯能力，以防硬件電路發(fā)生錯誤操作而引起全系統(tǒng)錯誤。在一般電路設(shè)計(jì)中，按鍵按下閉合后，應(yīng)產(chǎn)生一串負(fù)的矩形脈沖。