基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的數(shù)字密碼鎖設(shè)計(jì)摘要在現(xiàn)代社會(huì)，電子密碼鎖已不是一個(gè)陌生的名詞。本文中將要介紹的電子密碼鎖是一種通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作，從而控制機(jī)械開關(guān)的閉合，完成開鎖、閉鎖任務(wù)的電子鎖裝置。電子密碼由于其保密性高，使用靈活性好，平安系數(shù)高，受到了廣闊用戶的青睞。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)AT89C51作為密碼鎖監(jiān)控裝置的檢測(cè)和控制核心，它是一種通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作，運(yùn)用鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測(cè)、液晶顯示電路、執(zhí)行電路、報(bào)警電路來完成開鎖、密碼修改等任務(wù)。利用識(shí)別密碼是否正確來開鎖或報(bào)警。采用鍵盤輸入的電子密碼鎖具有較高的優(yōu)勢(shì)。采用數(shù)字信號(hào)編碼和二次調(diào)制方式，不僅可以實(shí)現(xiàn)多路信息的控制，提高信號(hào)傳輸?shù)目垢蓴_性，減少錯(cuò)誤動(dòng)作，而且功率消耗低；反響速度快、傳輸效率高、工作穩(wěn)定可靠等。軟件設(shè)計(jì)采用自上而下的模塊化設(shè)計(jì)思想，以使系統(tǒng)朝著分布式、小型化方向開展，增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和運(yùn)行的穩(wěn)定性。本文設(shè)計(jì)的密碼鎖具有平安性高、本錢低、功耗低、易操作等優(yōu)點(diǎn)，并且利用Keil編程工具進(jìn)行編程，并在Proteus電路仿真軟件中進(jìn)行了設(shè)計(jì)仿真。關(guān)鍵詞：AT89C51；單片機(jī)設(shè)計(jì)；密碼鎖；控制電路；ThedigitalcombinationlockdesignbasedonsinglechipmicrocomputerAbstractInthemodernsociety,theelectroniclockisnotastrangenoun.Thispaperwillintroduceanelectroniclock,whichisthroughthepasswordinputtocontrolcircuitorchipswork,soastocontroltheclosingoropenofthemechanicalswitch,completethelockthatthetaskofelectroniclocklockingdevice.Electroniclock,duetoitshighsecrecy,goodflexibilityofuse,highsafetycoefficient,islikedbythemajorityofcustomers.ThedesignonthesinglechipcomputerAT89C51asacombinationlockmonitoringdeviceofthedetectionandcontrolthecore,itisakindofthroughthepasswordinputtocontrolcircuitorchipswork,usingthekeyboard,andpasswordchanging,passworddetection,thelockcircuit,executivecircuit,alarmcircuit,keyboardinputfrequencycircuittocompletethelock,lockingclosuresuchtasks.Usingpasswordiscorrectrecognitiontoreplaceorcallthepolice.Throughthekeyboardinputnumbertorealizethekeyboardtolocktherecord.Thekeyboardinputelectroniclockhashigheradvantage.Adoptingdigitalsignalencodingandsecondarymodulationmode,notonlycanachievemoreroadinformationcontrolandimprovethesignaltransmissionofanti-jamming,reducethewrongaction,butalsopowerconsumptionislow;Reactionspeedishigh,；anditishightransmissionefficiency；itisstableonworking，andsoon.Thesoftwaredesignusestop-downideaofmodulardesign,whichisinordertomakethesystembedistributed,miniaturization,direction,andenhancethesystemconfigurationandthestabilityoftheoperation.Inthispaper，thedesignishighsecuritylocks,lowcost,lowpowerconsumption,easyoperation,etc.Keywords:AT89C51;TheSCMdesign;Combinationlock;Controlcircuit;第一章緒論1.1引言在日常的生活和工作中,住宅與部門的平安防范、單位的文件檔案、財(cái)務(wù)報(bào)表以及一些個(gè)人資料的保存多以加鎖的方法來解決。假設(shè)使用傳統(tǒng)的機(jī)械式鑰匙開鎖，人們常需攜帶多把鑰匙,使用極不方便,且鑰匙喪失后平安性即大打折扣。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷開展，人們對(duì)日常生活中的平安保險(xiǎn)器件的要求越來越高。為滿足人們對(duì)鎖的使用要求，增加其平安性，用密碼代替鑰匙的密碼鎖應(yīng)運(yùn)而生。密碼鎖具有平安性高、本錢低、功耗低、易操作等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本設(shè)計(jì)要求，通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作，從而控制機(jī)械開關(guān)的閉合，完成開鎖、閉鎖等任務(wù)。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)比擬高的產(chǎn)品?，F(xiàn)在應(yīng)用較廣的數(shù)字密碼鎖是以芯片為核心，通過編程來實(shí)現(xiàn)的。其性能和平安性已大大超過了機(jī)械鎖。其主要優(yōu)點(diǎn)有：(1)保密性好,編碼量多,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈子鎖。隨機(jī)開鎖成功率幾乎為零。(2)密碼可變。用戶可以經(jīng)常更改密碼，防止密碼被盜，同時(shí)也可以防止因人員的更替而使鎖的密級(jí)下降。(3)誤碼輸入保護(hù)。當(dāng)輸入密碼錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警。(4)操作簡(jiǎn)單易行，一學(xué)即會(huì)。1.2課題的背景及意義隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速開展，單片機(jī)性能不斷完善，性能價(jià)格比顯著提高，技術(shù)日趨完善。由于單片機(jī)具有體積小、重量輕、價(jià)格廉價(jià)、功耗低、控制功能強(qiáng)及運(yùn)算速度快等特點(diǎn)，因而在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、軍事及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)及附加器件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制算法，來完成某一實(shí)際功能，檢驗(yàn)并提高同學(xué)對(duì)整體電路設(shè)計(jì)和把握能力，了解單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，以及電路板的實(shí)際制作和調(diào)試能力。同時(shí)也加強(qiáng)對(duì)數(shù)字電路、單片機(jī)和微機(jī)原理等課程知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力，也為同類產(chǎn)品的進(jìn)一步開展奠定理論和實(shí)踐根底。20世紀(jì)80年代后，隨著電子鎖專用集成電路的出現(xiàn)，電子鎖的體積縮小，可靠性提高，本錢較高，是適合使用在平安性要求較高的場(chǎng)合，且需要有電源提供能量，使用還局限在一定范圍，難以普及，所以對(duì)它的研究一直沒有明顯進(jìn)展。目前，在西方興旺國(guó)家，電子密碼鎖技術(shù)相對(duì)先進(jìn)，種類齊全，電子密碼鎖已被廣泛應(yīng)用于智能門禁系統(tǒng)中，通過多種更加平安，更加可靠的技術(shù)實(shí)現(xiàn)大門的管理。在我國(guó)電子鎖整體水平尚處于國(guó)際上70年代左右，電子密碼鎖的本錢還很高，市場(chǎng)上仍以按鍵電子鎖為主，按鍵式和卡片鑰匙式電子鎖已引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)水平，現(xiàn)國(guó)內(nèi)有幾個(gè)廠生產(chǎn)供給市場(chǎng)。但國(guó)內(nèi)自行研制開發(fā)的電子鎖，其市場(chǎng)結(jié)構(gòu)尚未形成，應(yīng)用還不廣泛。國(guó)內(nèi)的不少企業(yè)也引進(jìn)了世界上先進(jìn)的技術(shù)，開展前景非?？捎^。希望通過不斷的努力，使電子密碼鎖在我國(guó)也能得到廣泛應(yīng)用1.3電子密碼鎖開展趨勢(shì)電子密碼鎖應(yīng)用于金融業(yè)，其根本的作用是“授權(quán)〞，即被“授權(quán)〞的人才可以存取錢、物。廣義上講，金融業(yè)的“授權(quán)〞主要包括以下三種層次的內(nèi)容：1、授予保管權(quán)，如使用保管箱、保險(xiǎn)箱和保險(xiǎn)柜；2、授予出入權(quán)，如出入金庫(kù)、運(yùn)鈔車和保管室；3、授予流通權(quán)，如自動(dòng)存取款。目前，金融行業(yè)電子密碼鎖的應(yīng)用主要集中在前兩個(gè)層面上。下面將介紹幾種在金融行業(yè)中使用較多的電子密碼鎖以及它們的技術(shù)開展方向。當(dāng)然，以上所說的授權(quán)技術(shù)再高超，都必須由精良的“鎖具〞擔(dān)當(dāng)承載結(jié)構(gòu)部件，實(shí)現(xiàn)開啟、閉鎖的功能，而且承當(dāng)實(shí)體防護(hù)作用，抵抗住或盡量延遲破壞行為，讓電子密碼鎖“軟、硬不吃〞。一般情況下，鎖具防盜的關(guān)鍵是鎖身外殼、閉鎖的部件的強(qiáng)度、鎖止型式、配合間隙和布局。提高電子密碼鎖之防護(hù)能力的必然途徑是報(bào)警，在金融業(yè)的許多場(chǎng)所有人值守、有電視監(jiān)控，具有報(bào)警功能，可以綜合物理防范和人力防范兩種作用。報(bào)警的前提是具備探測(cè)功能，根據(jù)電子密碼鎖的使用場(chǎng)所和防護(hù)要求，可選擇多種多樣的探測(cè)手段。在中國(guó)的城市金融業(yè)中，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)報(bào)警已經(jīng)成為對(duì)各金融網(wǎng)點(diǎn)的根本要求。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，金融業(yè)實(shí)行平安防范風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)很有必要，即依據(jù)使用的防盜報(bào)警器材的性能、安裝布局和人員值守狀況等，可以評(píng)估被防護(hù)物或區(qū)域的防護(hù)能力，得出風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，其中，電子密碼鎖的性能至關(guān)重要。由于數(shù)字、字符、圖形圖像、人體生物特征和時(shí)間等要素均可成為鑰匙的電子信息，組合使用這些信息能夠使電子密碼鎖獲得高度的保密性，如防范森嚴(yán)的金庫(kù)，需要使用復(fù)合信息密碼的電子密碼鎖，這樣對(duì)盜賊而言是“道高一尺、魔高一丈〞。組合使用信息也能夠使電子密碼鎖獲得無窮擴(kuò)展的可能，使產(chǎn)品多樣化，對(duì)用戶而言是“千挑百選、自得其所〞。第二章總體設(shè)計(jì)方案2.1基于單片機(jī)的電子密碼鎖功能實(shí)現(xiàn)要求基于課題的任務(wù)要要求：1.具有密碼輸入功能；2.設(shè)置初始化按鍵，以便重新輸入密碼；3.在液晶顯示屏上顯示結(jié)果；4.拒絕接收超規(guī)定次數(shù)的密碼輸入信號(hào)，并發(fā)出聲音報(bào)警。本文的設(shè)計(jì)方法功能要求如下：〔1〕當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，LCD屏幕上顯示Password_LockD_Z_L,然后進(jìn)入初始化界面,LCD上顯示Intial.(2)當(dāng)初始化按鍵INTIAL按下時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入密碼輸入局部，LCD上顯示Input_Password:〔3〕為了防止密碼被竊取要求在輸入密碼時(shí)在LCD屏幕上顯示*號(hào)，并在。〔4〕為了提高密碼鎖的平安性，設(shè)置密碼位數(shù)為8位數(shù)字，并且當(dāng)每個(gè)按鍵按下時(shí)LED黃燈會(huì)閃下并且伴隨按鍵輸入音。〔5〕當(dāng)密碼輸入正確時(shí)，能夠在LCD上顯示：right!Select1:open2:modefy，且LED紅燈和黃燈均亮；當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)，液晶屏顯示：Password_Error!Try_again!_；LED黃燈熄滅，紅燈閃爍，并報(bào)警?！?〕密碼輸入正確時(shí)，進(jìn)入系統(tǒng)，有兩個(gè)選擇，選擇1時(shí)，LCD顯示Unlock,代表開鎖，同時(shí)黃燈閃爍報(bào)警；選擇2時(shí)，可以進(jìn)行密碼更改，LCD上顯示Input_modify:代表輸入新密碼?！?〕4×3的矩陣鍵盤其中包括0-9的數(shù)字鍵、Enter輸入功能鍵、CLR數(shù)字去除功能鍵?！?〕密碼可以由用戶自己修改設(shè)定〔只支持8位密碼〕，在輸入新密碼時(shí)候需要二次確認(rèn)，輸入兩次新密碼，以防止誤操作。2.2設(shè)計(jì)方案方案一：采用數(shù)字電路控制。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，假設(shè)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，假設(shè)用戶覺得不便，還可以修改〕電路將報(bào)警20秒，假設(shè)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。采用數(shù)字電路設(shè)計(jì)的方案好處就是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單但控制的準(zhǔn)確性和靈活性差。故不采用。方案二：采用一種是用以AT89C選用單片機(jī)AT89C51作為本設(shè)計(jì)的核心元件，利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的IO端口，及其控制的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)根本的密碼鎖功能。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LCD顯示器用于顯示作用。其原理如下列圖2.1圖2.1單片機(jī)控制密碼鎖原理圖可以看出方案二控制靈活準(zhǔn)確性好且保密性強(qiáng)還具有擴(kuò)展功能，根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活的需要此次設(shè)計(jì)采用此方案第三章硬件設(shè)計(jì)單片機(jī)〔SCM〕是單片微型計(jì)算機(jī)〔SingleChipMicrocomputer〕的簡(jiǎn)稱。它是把中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、I/O接口電路、定時(shí)/計(jì)數(shù)器以及輸入輸出適配器都集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。隨著單片機(jī)在技術(shù)上、體系上不斷擴(kuò)展其控制功能，國(guó)際上已經(jīng)采用MCU〔MicrocontrollerUnit〕代替單片機(jī)的名詞。它的最大優(yōu)點(diǎn)是體積小，可放在儀表內(nèi)部。但存儲(chǔ)量小，輸入輸出適配器簡(jiǎn)單，功能較低。目前，單片機(jī)在民用和工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域得到最廣泛的應(yīng)用，早已深深地融入人們的生活中。近年來，51系列單片機(jī)在我國(guó)非常流行，它最大的特點(diǎn)是內(nèi)部有可以屢次重復(fù)編程的閃爍ROM,并且閃爍ROM可以直接用編程器來擦寫，指令系統(tǒng)可兼容，方便程序的移植及系統(tǒng)的升級(jí)，使用起來比擬方便。一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含有兩局部?jī)?nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如ROM﹑RAM﹑I/O口﹑定時(shí)/記數(shù)器﹑中斷系統(tǒng)等能量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)配置，既要按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤顯示器﹑打印機(jī)﹑A/D和D/A轉(zhuǎn)換器等，又要設(shè)計(jì)適宜的接口電路。3.1AT89C51單片機(jī)的簡(jiǎn)介AT89C51是一種低功耗/低電壓、高性能的八位CMOS單片機(jī)，片內(nèi)有一個(gè)4KB的FLASH可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器〔FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory〕，它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MSC—51兼容。片內(nèi)置通用8位中央處理器〔CPU〕和FLASH存儲(chǔ)單元，片內(nèi)的存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程。因此，AT89C51是一種功能強(qiáng)、靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，可方便的應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。主要特性(1)與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)兼容(2)4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器(3)壽命：1000寫/擦循環(huán)(4)數(shù)據(jù)保存時(shí)間：10年(5)全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz(6)三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定(7)128*8位內(nèi)部RAM(8)32可編程I/O線(9)兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(10)6個(gè)中斷源(11)可編程串行通道(12)低功耗的閑置和掉電模式(13)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路另外，AT89C51是用靜態(tài)邏輯來設(shè)計(jì)的，其工作頻率可下降到零并提供兩種軟件的省電方式-空閑方式和掉電方式。在空閑方式中，CPU停止工作。在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時(shí)鐘被“凍結(jié)〞，使一切功能都暫停，只保存片內(nèi)RAM中的內(nèi)容，直到下次硬件復(fù)位為止。管腳說明VCC〔40〕：供電電壓，其工作電壓為5V。GND〔20〕：接地。P0端口〕：P0口為一個(gè)8位漏極開路雙向I/O口，每個(gè)引腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。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端口〕：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高電平，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。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2端口〕：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。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口，用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。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口輸出其特殊功能存放器的內(nèi)容。P2口在P3端口〕：P3口管腳是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位的雙向I/O端口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入端時(shí)，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流〔ILLP3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如表3.1所示。表3.1P3端口引腳兼用功能表P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。復(fù)位RST(9)：復(fù)位輸入。在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期〔24個(gè)振蕩周期〕以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個(gè)引腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后口均置1，引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能存放器SFR全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片為ROM的00H處開始運(yùn)行程序。復(fù)位操作不會(huì)對(duì)內(nèi)部RAM有所影響。ALE/(30)：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。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。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如果想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，那么置位無效。(29)：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指令期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)將不出現(xiàn)。EA/VPP(31)：當(dāng)保持低電平時(shí)，那么在此期間外部程序存儲(chǔ)器〔0000H-FFFFH〕，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V的編程電源〔VPP〕。XTAL1(19)：來自反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2(18)：來自反向振蕩器的輸出。其引腳圖如圖3.1所示。圖3.1AT89C51引腳圖3.2振蕩器和時(shí)鐘電路振蕩器和時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)正常工作時(shí)所需要的時(shí)鐘信號(hào)，AT89C51單片機(jī)采用CMOS工藝，內(nèi)部包含一個(gè)振蕩器，可以用于CPU的時(shí)鐘源；也允許采用外部振蕩器，由外部振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)來供內(nèi)部CPU運(yùn)行使用。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的上下電平要求的寬度。圖3.2振蕩器電路3.3單片機(jī)復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位是一個(gè)很重要的局部，復(fù)位是使單片機(jī)的CPU以及系統(tǒng)的各個(gè)部件處于特定的初始狀態(tài)，并使系統(tǒng)從初始狀態(tài)開始工作。一般在系統(tǒng)上電，或者程序死機(jī)的時(shí)候需要進(jìn)行單片機(jī)的復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位原理是，在時(shí)鐘電路開始工作后，在單片機(jī)的RST引腳施加24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖〔即兩個(gè)機(jī)器周期〕以上的高電平，單片機(jī)便可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。在復(fù)位期間，單片機(jī)的ALE引腳和引腳均輸出高電平。當(dāng)RST引腳從高電平跳變?yōu)榈碗娖胶螅瑔纹瑱C(jī)便從0000H單元開始執(zhí)行程序。本系統(tǒng)采用手動(dòng)上電復(fù)位電路，這樣可以人工復(fù)位單片機(jī)系統(tǒng)，如圖3.4所示，當(dāng)按下按鍵開關(guān)的時(shí)候，VCC通過一個(gè)電阻連接到RST引腳，給RST一個(gè)高電平；按鍵松開的時(shí)候，RST引腳恢復(fù)為低電平，復(fù)位完成。圖3.3手動(dòng)上電復(fù)位電路3.4電源電路設(shè)計(jì)為了使系統(tǒng)能夠持續(xù)供電，特使用市用220V電進(jìn)行降壓轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)能夠運(yùn)用的5V直流電源。電源電路如圖3.8所示：圖3.4電源電路原理圖3.5鍵盤電路設(shè)計(jì)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，一般都會(huì)設(shè)置鍵盤，主要為了控制運(yùn)行狀態(tài)，輸入一些命令或數(shù)據(jù)，以完成特定的人機(jī)交互。鍵盤是與單片機(jī)進(jìn)行人機(jī)交互的最根本的途徑，其以按鍵的形式來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)，按鍵的輸入狀態(tài)本質(zhì)上是一個(gè)開關(guān)量。對(duì)于簡(jiǎn)單的開關(guān)量的輸入可以采用獨(dú)立式按鍵，這種方法接口簡(jiǎn)單，但占用單片機(jī)I/O端口資源較多。對(duì)于輸入?yún)?shù)較多、功能復(fù)雜的系統(tǒng)，需要采用矩陣式鍵盤進(jìn)行輸入控制。本系統(tǒng)采用4*3矩陣式鍵盤，鍵盤連接方式如圖3.5所示：圖3.5鍵盤電路圖3.6液晶顯示電路設(shè)計(jì)液晶顯示器〔LCD〕是一種功耗很低的顯示器，它的使用非常廣泛，比方電子表、計(jì)算器、數(shù)碼相機(jī)、計(jì)算機(jī)的顯示器和液晶電視等。電子密碼鎖中需要顯示的信息比擬多，為了能直觀的看到結(jié)果，并且為了設(shè)計(jì)顯的美觀，使用總線和排阻進(jìn)行簡(jiǎn)化連接方式，本設(shè)計(jì)采用液晶顯示屏LCD進(jìn)行顯示，具體連接方式如圖3.6所示。圖3.6液晶顯示器電路3.7存儲(chǔ)芯片電路設(shè)計(jì)總線〔InterIntergrateCircuitBUS〕全稱為芯片間總線，它在芯片間以兩根連線實(shí)現(xiàn)全雙工同步數(shù)據(jù)傳送，一條數(shù)據(jù)線〔SDA〕和一條串行時(shí)鐘線〔SDL〕,可以很方便地構(gòu)成外圍器件擴(kuò)展系統(tǒng)?？偩€采用兩線制，由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SCL構(gòu)成，為了對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，本系統(tǒng)使用串行EEPROM芯片，AT24C01系列是典型的串行總線的EEPROM,本系統(tǒng)采用此芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，存儲(chǔ)系統(tǒng)連接如圖3.7所示：圖3.7總線和存儲(chǔ)芯片連接電路圖3.8系統(tǒng)總體電路圖圖3.8系統(tǒng)總體電路圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)(Programming)是指設(shè)計(jì)、編制、調(diào)試程序的方法和過程。它是目標(biāo)明確的智力活動(dòng)。在進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)生產(chǎn)對(duì)象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計(jì)在微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。對(duì)于本系統(tǒng)，軟件也占有重要的地位。為了完成上述任務(wù)，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，通常把整個(gè)過程分成假設(shè)干個(gè)局部，每一局部叫做一個(gè)模塊。把一個(gè)程序分成具有多個(gè)明確任務(wù)的程序模塊，分別編制、調(diào)試后再把它們連接在一起形成一個(gè)完整的程序，這樣的程序設(shè)計(jì)方法稱為模塊化程序設(shè)計(jì)。所謂“模塊〞，實(shí)質(zhì)上就是能完成一定功能，并相對(duì)獨(dú)立的程序段，這種程序設(shè)計(jì)方法稱為模塊程序設(shè)計(jì)法。模塊程序設(shè)計(jì)法的主要優(yōu)點(diǎn)是：(1)單個(gè)模塊比起一個(gè)完整的程序易編寫、調(diào)試及修改。(2)程序的易讀性好。(3)程序的修改可局部化。(4)模塊可以共存，一個(gè)模塊可以被多個(gè)任務(wù)在不同條件下調(diào)用。(5)模塊程序允許設(shè)計(jì)者分割任務(wù)和利用已有程序，為設(shè)計(jì)者提供方便。本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由鍵盤掃描子程序，存儲(chǔ)效勞子程序，顯示子程序。4.1鍵盤掃描程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的程序功能采用線反轉(zhuǎn)法來掃描查詢4*3矩陣式鍵盤，如果有按鍵按下，那么點(diǎn)亮發(fā)光二極管黃燈，其程序流程如圖4.1所示。圖4.1鍵盤掃描子程序流程圖鍵盤輸入子程序如下：ucharkey_scan(){uchartemp,com;P3=0xf0;if(P3!=0xf0) { Delay(4960); if(P3!=0xf0) {com1=P3;P3=0x0f; Delay(2000); if(P3!=0x0f)com2=P3; }} P3=0xf0;while(P3!=0xf0); //等待放手 temp=com1|com2; switch(temp) { case0xee:com=1;Sound_QQ(220,40);break; case0xed:com=2;Sound_QQ(240,60); break; case0xeb:com=3;Sound_QQ(260,70); break; case0xde:com=4;Sound_QQ(280,90); break; case0xdd:com=5;Sound_QQ(300,100); break; case0xdb:com=6;Sound_QQ(320,80); break; case0xbe:com=7;Sound_QQ(340,140); break; case0xbd:com=8;Sound_QQ(270,110); break; case0xbb:com=9;Sound_QQ(200,55); break; case0x7e:com=0x0a;Sound_QQ(500,75); break; case0x7d:com=0x00;Sound_QQ(200,50); break; case0x7b:com=0x0b;Sound_QQ(1000,45); break; default:break; } return(com);}4.2總線和存儲(chǔ)芯片程序設(shè)計(jì)主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫操作，程序如下：bitSendB(uchar*s,ucharAddress,ucharNumber) //向IIC器件發(fā)送N個(gè)字節(jié)，發(fā)送成功，返回1{ uchari; Start(); Send(AddWr); if(ack==0)return(0); Send(Address); if(ack==0)return(0); for(i=0;i<Number;i++) {Send(*s); if(ack==0)return(0); s++;} Stop(); return(1);}bitReadB(uchar*s,ucharAddress,ucharNumber) //從IIC器件讀出N個(gè)字節(jié)，并將所讀的數(shù)據(jù)存入數(shù)組{ uchari; Start();Send(AddWr); if(ack==0)return(0); Send(Address); if(ack==0)return(0); Start(); Send(AddRd); if(ack==0)return(0); for(i=0;i<Number;i++) { *s=Read(); Cack(0); s++; } *s=Read(); Cack(1); Stop(); return(1);}LCD液晶顯示子程序設(shè)計(jì)對(duì)液晶顯示器進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，在LCD上顯示的內(nèi)容均編程，程序如下：voidLCD_initial();voidLCD_check_busy(void)//檢測(cè)LCD狀態(tài)，看它是不是還在忙呢{while(1){LCD_EN=0;LCD_RS=0;LCD_RW=1;LCD_DATA=0xff;LCD_EN=1;if(!LCD_BUSY)break;}LCD_EN=0;}voidLCD_clear(void)//LCD清屏{LCD_check_busy();LCD_RS=0;LCD_RW=0;LCD_DATA=1;LCD_EN=1;LCD_EN=0;}voidLCD_write_instruction(unsignedcharLCD_instruction)//寫指令到LCD{LCD_check_busy();LCD_RS=0;LCD_RW=0;LCD_DATA=LCD_instruction;LCD_EN=1;LCD_EN=0;}voidLCD_write_data(unsignedcharLCD_data)//輸出一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)到LCD{LCD_check_busy();LCD_RS=1;LCD_RW=0;LCD_DATA=LCD_data;LCD_EN=1;LCD_EN=0;}voidLCD_set_position(unsignedcharx)//LCD光標(biāo)定位到x處{LCD_write_instruction(0x80+x);}voidLCD_printc(unsignedcharlcd_data)//輸出一個(gè)字符到LCD{LCD_write_data(lcd_data);}voidLCD_prints(unsignedchar*lcd_string)//輸出一個(gè)字符串到LCD{unsignedchari=0;while(lcd_string[i]!=0x00){LCD_write_data(lcd_string[i]);i++;}}voidDesigner(void){ucharnumb;LCD_initial();LCD_set_position(0x10);LCD_prints("Password_Lock");LCD_set_position(0x53);LCD_prints("D_Z_L");for(numb=0;numb<26;numb++){LCD_write_instruction(LCD_LEFT_MOVE);Delayms(220);} }voidPass_init(){LCD_initial();LCD_set_position(0x05);LCD_prints("Initial!");LCD_set_position(0x40);}voidUnlock(void){LCD_initial();LCD_set_position(0x05);LCD_prints("Unlock!"); }voidAgain(void){LCD_initial();LCD_prints("Re_Enter!");LCD_set_position(0x40);}voidSucceed(void){ucharnumb1;LCD_initial();LCD_set_position(0x10);LCD_prints("Successmodified");for(numb1=0;numb1<16;numb1++){ LCD_write_instruction(LCD_RIGHT_MOVE); Delayms(180);} }voidRepeat(void){LCD_initial();LCD_set_position(0x02);LCD_prints("Wrong!");LCD_set_position(0x44);LCD_prints("Repeat"); }voidTrue(){LCD_initial();LCD_prints("right!Select:");LCD_set_position(0x40);LCD_prints("1:open_2:modify"); }voidSystem(){LCD_initial();LCD_prints("Input_Password:");LCD_set_position(0x40);}voidModify(){LCD_initial();LCD_prints("Input_Modify:");LCD_set_position(0x40);}voidError(){LCD_initial();LCD_prints("Password_Error!");LCD_set_position(0x42);LCD_prints("Try_again!");}voidLCD_initial(void)//初始化LCD{LCD_write_instruction(AD_INCREMENT|LCD_MOVE);LCD_write_instruction(LCD_DISPLAY_ON|LCD_CURSOR_ON);//光標(biāo)顯示LCD_write_instruction(LCD_DISPLAY_DOUBLE);//雙行顯示LCD_clear();}4.4延時(shí)子程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)中都要用到時(shí)間函數(shù)，用來定時(shí)或者時(shí)間延時(shí)，程序如下：voidDelayms(uchara){ucharb,c;for(b=0;b<100;b++)for(c=0;c<a;c++);}4.5系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)主程序主要完成初始化、設(shè)置中斷向量、檢查有無按鍵按下、以及調(diào)用顯示等等。當(dāng)初始化就會(huì)自動(dòng)等待輸入密碼，假設(shè)操作有誤便會(huì)報(bào)警提示并進(jìn)行清零，等待密碼的重新輸入；密碼輸完之后等待你按下Enter鍵，再判斷密碼是否正確，假設(shè)錯(cuò)誤便報(bào)警并再次將各位密碼清零；假設(shè)輸入密碼正確就會(huì)進(jìn)入系統(tǒng)，可以開鎖或者進(jìn)行密碼修改。主程序的流程圖如圖4.1所示。圖4.２系統(tǒng)主程序流程圖電子密碼鎖主程序如下：voidmain(){uchardat;uchari=0,j=0,k; ucharx=0; LED1=1; LED2=1; SOUND=0; INIT=1; Designer();//顯示標(biāo)題for(i=0;i<200;i++){Delay5ms(25);} Pass_init(); for(i=0;i<250;i++) { if(INIT==0) Delay5ms(25); if(INIT==0) { do{ x=SendB(iic,0x50,8); }while(x!=1); x=0; break; } Delay5ms(25); } do{ x=ReadB(iic,0x50,8);//首先從IIC器件中讀出密碼以供下面輸入密碼 }while(x!=1); x=0;//**********************************假設(shè)密碼不正確，循環(huán)執(zhí)行do{}while〔〕********************************************do{ LED1=1; System(); //顯示："請(qǐng)輸入密碼"字幕 press(key) if((key[0]==iic[0])&&(key[1]==iic[1])&&(key[2]==iic[2])&&(key[3]==iic[3])&&(key[4]==iic[4])&&(key[5]==iic[5])&&(key[6]==iic[6])&&(key[7]==iic[7]))//密碼比擬,假設(shè)密碼正確責(zé)進(jìn)入系統(tǒng)，假設(shè)密碼不正確那么顯示密碼錯(cuò)誤，重新輸入密碼{ True(); LED1=0; LED2=0; for(i=0;i<30;i++) { Sound_QQ(200,60); Delay5ms(100); } LED1=1;LED2=1; do { P3=0xf0; //鍵入1或2繼續(xù)執(zhí)行下面語句，否那么等待 while(P3==0xf0); dat=key_scan(); }while(dat!=1&&dat!=2); if(dat==1) //開鎖 { LED1=0; Unlock();for(i=0;i<200;i++){Delay5ms(25);} }if(dat==2) //修改密碼 { do{ Modify(); press(key); Again(); press(iic); if((key[0]==iic[0])&&(key[1]==iic[1])&&(key[2]==iic[2])&&(key[3]==iic[3])&&(key[4]==iic[4])&&(key[5]==iic[5])&&(key[6]==iic[6])&&(key[7]==iic[7])) { Succeed(); //修改密碼成功 for(i=0;i<100;i++){Delay5ms(25);} Delay5ms(25); x=SendB(iic,0x50,8); Delay5ms(25); x=ReadB(iic,0x50,8);break; } else //修改密碼不成功，重新修改 { Repeat(); for(i=0;i<100;i++){Delay5ms(25);} } }while(1); } } else //密碼不正確，重新輸入密碼{ j++; if(j==3) { for(i=0;i<60;i++) { Sound_QQ(250,40); for(k=0;k<3;k++) {LED1=~LED1; LED2=~LED2; Delay5ms(25) } } j=0; } Error(); for(i=0;i<50;i++){ Sound_QQ(250,40); LED2=~LED2; Delay5ms(25);} for(i=0;i<100;i++){Delay5ms(35);} } }while(1); } 5系統(tǒng)測(cè)試及仿真分析5.1Proteus仿真軟件ProteusISIS是英國(guó)Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：①實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。②支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。③提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、存放器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如KeilC51uVision3等軟件。④具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。一、進(jìn)入ProteusISIS雙擊桌面上的ISIS6Professional圖標(biāo)或者單擊屏幕左下方的“開始〞→“程序〞→“Proteus6Professional〞→“ISIS6Professional〞，出現(xiàn)如圖5.1所示屏幕，說明進(jìn)入ProteusISIS集成環(huán)境。圖5.1啟動(dòng)時(shí)的屏幕二、工作界面ProteusISIS的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面，如圖5.2所示，包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對(duì)象選擇按鈕、預(yù)覽對(duì)象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對(duì)象選擇器窗口、圖形編輯窗口。圖5.2Proteus工作界面圖5.2仿真結(jié)果分析當(dāng)系統(tǒng)初始化之后進(jìn)入密碼輸入提示階段，液晶顯示器顯示：Input_Password!_,I2C對(duì)密碼進(jìn)行提示，8位密碼是01234567,。效果圖如圖5.3所示：圖5.3系統(tǒng)初始化后仿真圖當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)，液晶顯示器LCD顯示Password_Error!Try_again!,紅燈閃爍，并報(bào)警。效果如圖5.4所示：圖5.4密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)仿真圖當(dāng)密碼輸入正確時(shí)，液晶顯示器LCD顯示right!Select:1:open_2:modify_,同時(shí)紅燈和黃燈均亮，并有密碼正確的提示報(bào)警音，效果如圖5.5所示：圖5.5密碼輸入正確時(shí)仿真圖當(dāng)密碼輸入正確后選擇1時(shí)，輸入按鍵1，進(jìn)入如圖5.6所示開鎖界面；液晶顯示器顯示Unlock!_,同時(shí)黃燈亮。圖5.6開鎖顯示仿真圖密碼輸入正確后選擇2，輸入按鍵2，進(jìn)入如圖5.7所示密碼修改界面，液晶顯示器顯示Input_Modfy:可以進(jìn)行密碼修改，輸入兩次新密碼密碼修改完成。圖5.7密碼修改仿真圖結(jié)語：為了能夠更好地完成這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)，我通過不同的渠道學(xué)習(xí)了本課題相關(guān)的一些知識(shí)，這些是我在課堂上無法學(xué)到的。三個(gè)月的時(shí)間里不僅讓我對(duì)學(xué)過的單片機(jī)知識(shí)有了很多的穩(wěn)固，同時(shí)也對(duì)單片機(jī)這一門課程產(chǎn)生了更大的興趣并讓我對(duì)專業(yè)知識(shí)有了更深的理解。在搞畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，我學(xué)會(huì)了在網(wǎng)絡(luò)上查找有關(guān)本設(shè)計(jì)的各硬件的資源，其中包括：電子密碼鎖國(guó)內(nèi)外開展現(xiàn)狀、AT89C51單片機(jī)及其引腳說