1 電子密碼鎖設計方案 子密碼鎖的現(xiàn)狀 隨著我國對外開放的不斷深入，高檔建筑發(fā)展很快，高檔密碼鎖具市場的前景樂觀。我國密碼鎖具行業(yè)對密碼鎖具高新技術的投入正逐年增大，高檔密碼鎖的市場需求也逐年增加。在安防工程中，鎖具產(chǎn)品是關系到整個系統(tǒng)安全性的重要設備，所以鎖具產(chǎn)品的優(yōu)劣也關系了整個安防工程的質量和驗收。 目前，市場上比較先進的智能電子密碼鎖分別有： 電子密碼鎖、射頻卡式電子密碼鎖、紅外遙控電子密碼鎖、指紋識別電子密碼鎖和瞳孔識別電子密碼鎖等。 電子密碼鎖成本低，體積小，卡片本身無須電源等優(yōu) 點占領了一定的市場份額，但是由于有機械接觸，會產(chǎn)生接觸磨損，而且使用不太方便，在一定程度上限制了它的應用；射頻卡式電子密碼鎖是非接觸式電子密碼鎖，成本也不太高，體積跟 密碼鎖相當，卡片使用感應電源，重量很輕，技術成熟，受到了廣泛的歡迎，但是與 電子密碼鎖相比，成本偏高；指紋識別電子密碼鎖和瞳孔識別電子密碼鎖可靠性很高，安全性是目前應用系統(tǒng)中最高的，但是成本高昂，還沒進入大眾化使用階段。 在國外，美國、日本、德國的電子密碼鎖保密性較好，并結合感應卡技術，生物識別技術，使電子密碼鎖系統(tǒng)得到了飛躍式的發(fā)展 。這幾個國家的密碼鎖識別的密碼更復雜，并且綜合性比較好，已經(jīng)進入了成熟期，出現(xiàn)了感應卡式密碼鎖，指紋式密碼鎖，虹膜密碼鎖，面部識別密碼鎖，序列混亂的鍵盤密碼鎖等各種技術的系統(tǒng)，它們在安全性，方便性，易管理性等方面都各有特長，新型的電子密碼鎖系統(tǒng)的應用也越來越廣。 基于 電子密碼鎖是新型現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，它集微機自動識別技術和現(xiàn)代安全管理措施為一體，它涉及電子，機械，計算機技術，通訊技術，生物技術等諸多新技術。它是解決重要部門出入口實現(xiàn)安全防范管理的有效措施，適用各種場合，如銀行、賓館、機房、軍械庫 、機要室、辦公間、智能化小區(qū)、工廠、家庭等。 在數(shù)字技術網(wǎng)絡技術飛速發(fā)展的今天，電子密碼鎖技術得到了迅猛的發(fā)展。它早已超越了單純的門道及鑰匙管理，逐漸發(fā)展成為一套完整的出入管理系統(tǒng)。它在工作環(huán)境安全、人事考勤管理等行政管理工作中發(fā)揮著巨大的作用。在該系 2 統(tǒng)的基礎上增加相應的輔助設備可以進行電梯控制、車輛進出控制，物業(yè)消防監(jiān)控、餐飲收費、私家車庫管理等，真正實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)一卡智能管理。 目前使用的電子密碼鎖大部分是基于單片機技術 , 以單片機為主要器件 , 其編碼器與解碼器的生成為軟件方式。在實際應用中 , 由于程 序容易跑飛 , 系統(tǒng)的可靠性能較差。 基于 電子密碼鎖已經(jīng)是現(xiàn)代生活中經(jīng)常用到的工具之一，用于各類保險柜、房門、防盜門等等。用電子密碼鎖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式密碼鎖，克服了機械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點。由于采用的是可編程邏輯器件 得系統(tǒng)有相當大的靈活性，隨時可以進行硬件升級、擴展，而且系統(tǒng)設計完善以后還可以將主控的 化成一片 么這塊 可以作為專用的數(shù)字密碼鎖芯片。而且由于硬件可升級，還可隨時增加密碼位數(shù)或增加新的功能，使得密碼鎖有更高的安全性、可靠性和方便性。 要完成的工作 課題主要解決系統(tǒng)硬件和軟件兩方面的問題。硬件方面要解決 編程器件與其外圍電路的接口設計的問題；軟件方面主要問題是利用 電子密碼鎖的編程問題。除此之外，程序還要完成基本的密碼開鎖功能，并通過揚聲器長時間鳴叫報警。本設計是由 編程邏輯器件編程實現(xiàn)的控制電路，具體有按鍵指示、輸入錯誤提示、密碼有效指示、控制開鎖、控制報警等功能。它具有安全可靠、連接方便、簡單易用、結構緊湊、系統(tǒng)可擴展性好等特點。 一、 系統(tǒng)硬件設計 計方案 能需求分析 本系統(tǒng)主要集中在以 核心外圍擴展設計，整個電路主要電子鎖具的組成框圖是以可編程邏輯器件（ 核心，配以相應硬件電路，設計一個密碼鎖，密碼為一個 4 位的十進制數(shù)，密碼固化在鎖內(nèi)，用戶輸入密碼正確，則開鎖（綠燈亮 )；若不正確，則報警（紅燈亮）若用戶輸入密碼不正確，可以按復位鍵重新輸入密碼。 統(tǒng)實現(xiàn)方案的論證比較 方案一 ： 采樣臺灣凌陽科技有限公司推出的以凌陽自主研發(fā)的 一條下載線連接到計算機就可以實現(xiàn)在線仿真、在線調(diào)試、 3 在線下載， 低廉的價格保證了系統(tǒng)可靠開發(fā)；此外， 61 板具有 念、 電子密碼鎖的語音報警提供了方便，但是基于單片機設計的密碼鎖外圍電路比較復雜，系統(tǒng)可靠性差，密碼的數(shù)量少，尤其是系統(tǒng)的程序不夠穩(wěn)定，功率較大，需要專門的電源供電，所以不采用這個方案。 方案二 ：設計一種基于 電子密碼鎖的設計，用 計的系統(tǒng)已經(jīng)是現(xiàn)代生活中經(jīng)常用到的工具之一，通過鍵盤輸入密碼，用 為主控芯片，用數(shù)碼管顯示輸入的數(shù)字，如果出現(xiàn)錯誤便通過報警電路發(fā)出報警，主控芯片又可分為按鍵處理部分、 控制部分和譯碼顯示部分用電子密碼鎖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式密碼鎖。由于采用的是可編程邏輯器件 得系統(tǒng)有相當大的靈活性，隨時可以進行硬件升級、擴展。而且系統(tǒng)設計完善以后還可以將主控的 化成一片 么這塊 可以作為專用的數(shù)字密碼鎖芯片。 方案的論證比較 在實際應用中 , 由于程序容易跑飛 , 系統(tǒng)的可靠性能較差，而基于 計的電子密碼鎖克 服了基于單片機設計密碼鎖的缺點?；谏鲜霰容^以上兩種方案，根據(jù)系統(tǒng)設計要求，采用方案二。 案的總體設計 原理框圖 本系統(tǒng)由主控 芯片（ 鍵盤，顯示電路，報警電路和開 /關門電路組成，而主控芯片又可分為按鍵處理部分，控制部分和譯碼顯示部分。系統(tǒng)原理框系統(tǒng)原理框圖如圖 示： 圖 體框架 總體設計原理 4 本系統(tǒng)有 8 個按鍵， 1,3,5 代表數(shù)字 0 10 個數(shù)字和 1 個 確認鍵， 1 個復位鍵。密碼長度為四位，并且固化在鎖內(nèi)，輸入正確密碼后，按確認鍵即可開門，本系統(tǒng)設置為綠燈亮。在輸入密碼的過程中，當用戶鍵入錯誤密碼時，報警燈紅燈亮。按下復位鍵，可使報警停止，同時清除所有密碼顯示。 每輸入一 位數(shù)字，密碼在數(shù)碼管上的顯示左移一位。即上電后，按確認鍵即可開門。門開后可通過鎖門按鈕關門，門關上后要再次輸入密碼才能開門。在輸入密碼的過程中，當用戶鍵入錯誤密碼時，系統(tǒng)就會報警，由揚聲器發(fā)出報警聲，當連續(xù)三次出現(xiàn)密碼錯誤時，則系統(tǒng)會長時間報警不止，這時必須按警報復位鍵方可停止。 控模塊 控芯片 介紹 主控芯片采用 列的 V 系列是當今 應 用前景最好的器件系列之一，該系列的 邏輯陣列塊 嵌入式陣列塊 快速互聯(lián)以及 元構成，每個邏輯陣列塊 包含 8 個邏輯單元 一個局部互聯(lián)。每個邏輯單元則由一個 4 輸入查找 表（ 一個可編程觸發(fā)器、快速進位鏈、級連鏈組成，多個 多個 可通過快速通道互相連接 3。 V 系列器件在結構設計上的一個重要部件，他是輸入 端口和輸出端口都帶有觸發(fā)器的一種靈活的 ，其主 要功能是實現(xiàn)一些規(guī)模不太大的 雙端口 。 盤模塊 按鍵方式分為 8 個獨立按鍵， 1,3,5 代表數(shù)字 0 10 個數(shù)字和 1 個確認鍵， 1 個復位鍵?？紤]到按鍵數(shù)目不夠，采用了一位按鍵作為功能轉換按鍵；即前 5 位按鍵輸入 04，同時按下功能轉換按鍵時，按鍵 04 即轉換為按鍵 59，這就彌補了按鍵數(shù)目的不足。最后兩位按鍵設定為確認輸入按鍵和復位按鍵。密碼輸入完成后可以按確認鍵檢驗密碼的正誤，報警、輸入錯誤或者其他情況可以按復位按鍵重新輸入。按鍵上拉，當 被拉高電平，當 檢測到高電平時，表示按鍵按下。部分 按鍵控制電路如圖 示： 5 圖 示模塊 示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機應用系統(tǒng)中通常使用的是 7 段 設計將采用共陽極。共陽極 示塊的發(fā)光二極管與陽極并接。 數(shù)碼管顯示塊中共有 8 個發(fā)光二極管，其中 7 個發(fā)光二極管構成七筆字形“ 8”， 1 個發(fā)光二極管構成小數(shù)點。 7 段顯示塊與 口非常容易。只要將一個 8 位并行輸出與顯示塊的發(fā)光二極管引腳相連即可。 8 位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù) 字或字符，如表 示。通常將控制發(fā)光二極管的 8 位字節(jié)數(shù)據(jù)稱為段選碼。共陽極與共陰極的段選碼互為補數(shù)。 6 表 示塊功能表 三 、芯片主控設計 限狀態(tài)機 本設計是通過 限狀態(tài)機來實現(xiàn)，設計有限狀態(tài)機最開始的工作時要確定電路，包括哪些狀態(tài)，比如某個電路包括四個狀態(tài)， 1,3。然后對所有狀態(tài)給出一個狀態(tài)編碼，比如為狀態(tài) 予編碼 00，為狀態(tài) 予編碼 01，為狀態(tài) 予編碼 10，為狀態(tài) 予編碼 11。狀態(tài)編碼是狀態(tài)的標識，保存在寄存器當中，對于此編碼形式，只需一個 2 位的寄存器就可以了。 要有： 二進制與一位熱碼的特性比較： 顯示字符 共陰極段選碼 共陽極段選碼 顯示字符 共陰極段選碼 共陽極段選碼 0 3 C 39H 06H D 5 5 E 79H 86H 3 4 B 7 83H 4 66H 99H F 71H 8 6 92H P 73H 8 7 82H U 3 07H L 31H 7 80H Y 6 91H 9 6 90H A 77H 88H 7 表 二進制與一位熱碼的特性比較 狀態(tài)機可以認為是組合邏輯和寄存器邏輯的特殊租戶，它一般包括兩個部分：組合邏輯部分和寄存器邏輯部分。寄存器用于存儲狀態(tài)，組合電路用于狀態(tài)譯碼和產(chǎn)生輸出信號。狀態(tài)機的下一個狀態(tài)及輸出，不僅與輸入信號有關，而且還有寄存器當前所處的狀態(tài)有關。 根據(jù)輸出信號產(chǎn)生方法的不同，狀態(tài)機可以分成兩類 :和 狀態(tài)機的輸出只是當前狀態(tài)的函數(shù)，而 狀態(tài)機的輸出只是當前狀態(tài)的函數(shù)，而 狀態(tài)機的輸出則是當前狀態(tài)和當前輸入狀態(tài)的函數(shù)。其原理如下兩圖： 8 計流程 本次密碼鎖的設計，有限狀態(tài)機應該包括以下狀態(tài)：密碼為輸入前的等待狀態(tài)、輸入密碼時的等待狀態(tài)、輸入密碼正確時的通過狀態(tài)、輸入密碼錯誤時的警報狀態(tài)。 9 圖 主有效狀態(tài)機的狀態(tài)轉換圖 其中當密碼輸入時又可包括以下狀態(tài)，正常輸入狀態(tài)、異常輸入狀態(tài)（包括 命令狀態(tài)）、輸入確認狀態(tài)。 下面 的圖（圖是在程序編譯后， 到的）表示了密碼輸入的時候的次狀態(tài)機，表示了 4個密碼輸入的順序狀態(tài)，以及輸入完成后的等待確認狀態(tài)。 圖 10 件設計總 圖 態(tài)編碼 狀態(tài)編碼主要有二進制編碼、格雷編碼和一位獨熱編碼等方式。格雷編碼時，相鄰狀態(tài)每次只有一個比特位產(chǎn)生變化，這樣減少了瞬變的次數(shù)，也減少了產(chǎn)生毛刺和一些狀態(tài)的可能。 采用一位獨熱編碼，雖然多用了觸發(fā)器，當可以有效節(jié)省和簡化組合電路。 對于寄存器數(shù)量多而邏輯相對缺乏的 件來說，采用一位獨熱編碼可以有效提高電路的速度和可靠性，也有利于提高器件資源的利用率。 將產(chǎn)生狀態(tài)的組合邏輯電路和用于保存狀態(tài)的寄存器分別寫在不同的 11 中。其中主要包括：輸出控制部分、警報計時部分、鎖打開后的計時部分、比較密碼部分、記錄密碼部分和記錄錯誤次數(shù)的部分 碼的輸入 本次密碼鎖的密碼輸入采用 片上的 8 位單個按鍵 ,考慮到按鍵數(shù)目不夠，采用了一位按鍵作為功能轉換按鍵；即前 5 位按鍵輸入 04，同時按下功能轉換按鍵時，按鍵 04 即轉換為按 鍵 59，這就彌補了按鍵數(shù)目的不足。最后兩位按鍵設定為確認輸入按鍵和復位按鍵。密碼輸入完成后可以按確認鍵檢驗密碼的正誤，報警、輸入錯誤或者其他情況可以按復位按鍵重新輸入。 另外由于按鍵的時候同時會引起狀態(tài)機的轉換，所以如果按鍵的時候對按鍵判斷次數(shù)過多會產(chǎn)生狀態(tài)的過快轉換，記錄的密碼和數(shù)碼管的顯示就同時會出現(xiàn)錯誤，因此在按鍵部分加入了消除多重按鍵的程序，只檢測一次按鍵的下降沿，解決了這個問題。 碼的記錄與比較 程序設定了一個寄存器用來記錄輸入的密碼。當次有效狀態(tài)機（即密碼輸入的狀態(tài)機）發(fā)生轉換并且有 密碼輸入時，程序會記錄下輸入的密碼在寄存器的其中 4 位里面，最后次有效狀態(tài)轉換到確認密碼的狀態(tài)時，會將記錄下的密碼與固化在鎖內(nèi)的密碼進行對比，正確即將主狀態(tài)機轉換到通過階段，錯誤則將狀態(tài)機轉換到報警階段。其中正確錯誤的狀態(tài)轉換是通過控制相應的標志位實現(xiàn)的。 碼的顯示 密碼顯示采用數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示，初始時顯示密碼為 4 位 0，當輸入密碼后數(shù)碼管的第一位、第二位、第三位、第四位會依次顯示輸入的密碼，錯誤后復位可以重新輸入。密碼顯示采用的是記錄密碼的寄存器的數(shù)據(jù)，顯示掃描的掃描時間設置為 1右，這樣 顯示不會出現(xiàn)閃爍或者殘影。 12 四、 程序仿真 下前面的輸入 編碼： /輸入的數(shù)字編碼 09， 可以看到，在復位以后，輸入第 1， 2， 3， 4 個密碼（依次為 1111）后， 當過了一定的時間后， 成低電平，重新計入鍵盤讀入值，進行下一輪的密碼辨別。 13 五、 結論 本次課題設計完成的是 基于 密碼鎖設計 ，通過一個多星期的不斷努力、克服各種困難，最終實現(xiàn)了任務目標。本次設計解決的主要問題是 是利用言完成基于 電子密碼鎖的編程問題。 設計是理論知識與實踐的完美結合，對于現(xiàn)代大學生的實踐能力是個很好的培養(yǎng)。 短短的一個星期的時間的設計雖然短暫，但是它給我 的收獲確實難忘，不僅僅在智能儀器方面有了很大的進步，而且在 件等方面也學到了不少在上課學不到的知識。這段時間我查閱到很多關于課程設計的書籍，對我?guī)椭埠艽蟆Ｎ矣X得自己以前的盲目，現(xiàn)在明白了很多。也對我們專業(yè)動手實踐的興趣提高了很多。有了這些經(jīng)歷對于我日后工作一定會有很大幫助。相信這次設計中學到的種種東西一定會存在我的腦海里，令我終身受益。 在課程設計的過程中也可以看到我的不足，如原理知識掌握不實，曾經(jīng)學過的知識如今卻不會應用，軟件的應用也不熟練，希望日后提供給我們更多的鍛煉機會來培 養(yǎng)我們的實踐能力。 參考文獻 1 高移南 J1994， 07:15 2 許 琦 電子密碼鎖設計 J . 中國科技信息 , 2007 (1) : 2403 劉韜 ,樓興華 字電子系統(tǒng)設計與開發(fā)實例導航 M2005. 4 王金明 14 附 錄 程序清單： /時鐘 /開鎖燈與警報燈 /按鍵 0 /按鍵 1 /按鍵 2 /按鍵 3 /按鍵 4 /功能選擇鍵 /確認按鍵 /重輸按鍵 /數(shù) 碼管段選【 7:0】 /數(shù)碼管位選【 3:0】 ); /輸入時鐘信號 7:0 /輸出信號 /為何要是 8 位？實際只用了 2 位 /1:0 /輸出信 號 7:0 3:0 3:0 ,，可用于按鍵消抖 / 2:0 ，用于數(shù)碼管數(shù)字移位 3:0 3:0 7:0 12:0 18:0 21:0 7:0 1000 0000 b0000 0001 b0000 0000 15 /*輸入與輸出的聲明部分，其中， 輸入的時鐘信號， 密碼復位的輸入信號， 輸 入命令， 需注意的時， 不是總在表示密碼，也表示密碼的間隔，如當輸入 4 位密碼后需要一個確認“ 號， 當密碼輸入錯誤時，需要取消“ 號，這些信號之間在設計中通過有限狀態(tài)轉換機 實現(xiàn)。 */ 615:0 ( = = ( ( ); / ( = = ( ( ); / ( = = ( ( ); / ( = = ( ( ); / ( = = ( ( ); / 16 2:0 2:0 ： 2:0 2:0 ： /通過計時寄存器 7:0 10:0 1:0 /輸入狀態(tài)寄存器： / 鍵盤按下標志 /以上為中間狀態(tài)的一些寄存器和一些所用到的參 數(shù) /主機狀態(tài)機部分 ( = 1 4000000) = 1; = 0; or or ，