畢業(yè)數(shù)設計（論文）基于AT89S52單片機的數(shù)字密碼鎖設計

1、摘 要本數(shù)字密碼鎖采用單片機at89s52為主控芯片，由eeprom存儲密碼。硬件部分包括主控制系統(tǒng)、人機交互界面以及輸出系統(tǒng)三大部分。主控制系統(tǒng)中主控制芯片使用了at89s52單片機，該單片機性能優(yōu)良，能滿足一般的普通應用；eeprom采用at24c02芯片，掉電后可以存儲密碼，從而保證了系統(tǒng)的安全性。人機交互通道部分采用了44矩陣鍵盤輸入以及l(fā)cd1602標準字符型液晶顯示。輸出系統(tǒng)部分包括驅動開鎖電路和報警電路；其中，在本系統(tǒng)設計中，驅動開鎖電路用發(fā)光二極管表示，而報警電路則使用蜂鳴器。本系統(tǒng)中使用的at24c02芯片是一個帶有i2c總線接口的eeprom存儲器。i2c總線是一種雙向二線

2、制總線，它的結構簡單，可靠性和抗干擾性能好。i2c總線結構很簡單，只有兩條線，包括一條數(shù)據(jù)線（sda）和一條串行時鐘線（scl）。具有i2c接口的器件可以通過這兩根線接到總線上，進行相互之間的信息傳遞。本數(shù)字密碼鎖的功能為：(1)密碼位數(shù)為8位，可選值為09，從而保證足夠的鎖體強度；(2)用戶可以自行設定和修改密碼；(3)防止密碼被盜，輸入密碼錯誤次數(shù)超過3次則報警；(4)友好的人機界面；(5)輸入正確的密碼后，驅動開鎖電路。軟件部分應用單片機c語言實現(xiàn)了本設計的全部控制功能。c語言編譯方便，易讀性好，且移植性方便，能夠滿足實現(xiàn)本系統(tǒng)的功能要求。在設計過程中，給出了本系統(tǒng)c語言編程的原理和流程

3、圖。本數(shù)字密碼鎖系統(tǒng)穩(wěn)定性好，設計人性化，由于使用單片機控制并有記憶模塊，功能齊全可靠，并有很好的擴展性，而且成本低廉，具有良好的發(fā)展前景。1 前言隨著社會物質財富的日益增長，安全防盜已成為社會問題。而鎖自古以來就是把守門戶的鐵將軍，人們對它要求甚高，既要安全可靠地防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長期以來研制的主題。目前國內，大部分人使用的還是傳統(tǒng)的機械鎖。然而，眼下假冒偽劣的機械鎖泛濫成災，互開率非常之高。所謂互開率，是各種鎖具的一個技術質量標準，也就是1把鑰匙能開幾把鎖的比率。經國家工商局、國家內貿局、中國消協(xié)等部門對鎖具市場的調查，發(fā)現(xiàn)個別產品的互開率居然超標26倍。為何彈子鎖的“互開率

4、”會如此之高？據(jù)有關專家人士剖析，彈子鎖質量好壞主要取決于彈子數(shù)量的多少以及彈子的大小，而彈子的多少和大小受一定條件的限制。此外，即使是一把質量過關的機械鎖，通過急開鎖，甚至可以在不損壞鎖的前提下將鎖打開。機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。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，從而控制機械開關的閉合，完成開鎖、閉鎖任務的電子產品。它的種類很多，有簡易的電路產品，也有基于芯片的性價比較高的產品?，F(xiàn)在應用較廣的電子密碼鎖是以芯片為核心，通過編程來實現(xiàn)的。其性能和安全性已大大超過了機械鎖，主要特點如下：(1)保密性好，編碼量多，遠遠大于彈子鎖，隨機開鎖成功率

5、幾乎為零。(2)密碼可變。 用戶可以經常更改密碼，防止密碼被盜，同時也可以避免因人的更替而使鎖的密級下降。(3)誤碼輸入保護。當輸入密碼多次錯誤時，報警系統(tǒng)自動啟動，防止試探密碼。從目前的技術水平和市場認可程度看，使用最為廣泛的是鍵盤式電子密碼鎖，該產品主要應用于保險箱、保險柜和金庫，還有一部分應用于保管箱和運鈔車。鍵盤式電子密碼在鍵盤上輸入，與打電話差不多，因而易于掌握，其突出優(yōu)點是“密碼”是記在被授權人腦子里的數(shù)字和字符，既準確又可靠，不會丟失（除了忘記），難以被竊（除非自己泄露）。但是密碼不能太簡單，太簡單了就容易被他人在鍵盤上試探出來，或者可能被旁觀者窺測出來，造成保密性不足。當然，密

6、碼又不能太復雜，太復雜了可能自己都糊涂了，或者輸入密碼操作成功率低，造成使用不便。因此，為了發(fā)揚優(yōu)點、克服弱點，鍵盤式電子密碼也在不斷發(fā)展中，如“任意設定密碼”技術使得被授權人可以根據(jù)自己的需要或喜好設定密碼，常用常新；而“自動更改密碼”技術使得本次輸入的密碼將自動更改成下次應輸入的密碼，更改的規(guī)律不為他人所知，因而不怕旁觀者窺測；獨出心裁的“鍵盤亂序顯示”技術使得鍵盤上的固定鍵位每次顯示出的字符不固定，并且顯示的窄小角度只能由操作者正面看得到，因而即使旁觀者看見操作動作也難以窺測出密碼；“多重密碼設定”技術使得單組密碼不一定有效，適合多人分權使用，需要輸入兩組以上的密碼才被認可，大大提高了保

7、密性，如果限定輸入這些密碼的先后順序或時間區(qū)段，則保密性還可提高。在輸入密碼的過程中，為了限制試探密碼的企圖，通常輸入錯誤碼若干次或若干時間內輸入不正確，即“封鎖”鍵盤，不再接受輸入操作?？傊?，盡管新式電子防盜鎖層出不窮，但鍵盤式電子密碼防盜鎖不僅在市場上居于主流地位，而且，還經常作為其他類型電子防盜鎖的輔助輸入手段。2 系統(tǒng)的硬件設計2.1 硬件的總體結構和原理 2.1.1 硬件系統(tǒng)的總體結構圖硬件系統(tǒng)的總體結構圖如圖1所示。 at89s52驅動電路報警電路振蕩電路lcd1602顯示at24c0244鍵盤輸入圖1 硬件系統(tǒng)的總體結構圖2.1.2 硬件系統(tǒng)組成 如圖1所示，本系統(tǒng)的硬件部分主要

8、由單片機at89s52、存儲芯片at24c02、44矩陣鍵盤、lcd1602、報警電路和驅動電路組成；其中驅動電路用發(fā)光二極管led表示，而報警電路使用蜂鳴器?？偟膩碚f，數(shù)字密碼鎖主要由微處理器模塊、記憶模塊、鍵盤模塊、聲光提示模塊和顯示模塊構成。微處理器模塊，也就是at89s52單片機，因為本系統(tǒng)要實現(xiàn)密碼檢測、密碼設定、聲光提示等功能，要求微處理器必須能提供很多i/o口，而且由于系統(tǒng)體積限制，很難擴展i/o口和使用外部程序存儲器，所以選用at89s52單片機。記憶模塊，at24c02芯片作為記憶模塊的核心部分，作用是存儲用戶設置的有效開鎖密碼。由于一片at24c02擁有256字節(jié)存儲空間，

9、而本設計中只需要存儲8個字節(jié)的數(shù)據(jù)，所以只需要一片at24c02就已足夠了。并且at24c02是一種非易失性存儲器，掉電后數(shù)據(jù)不會掉失，而且該存儲器內數(shù)據(jù)保存壽命可以保證達到100年以上，功耗低，十分適合本設計使用。聲光提示模塊，由發(fā)光二極管led和蜂鳴器組成，由單片機控制。發(fā)光二極管led有綠色和紅色兩種，綠色led亮表示密碼輸入正確，驅動開鎖電路；相反，紅色led亮就表示輸入密碼錯誤。蜂鳴器采用5v驅動蜂鳴器，作為報警電路。當輸入密碼錯誤次數(shù)超過3次后就發(fā)出聲音警報。顯示模塊，考慮到友好的人機界面，采用lcd1602液晶顯示。顯示模塊的作用主要是顯示提示信息和輸入的密碼，以方便用戶使用。鍵

10、盤模塊，鍵盤模塊的作用是讓用戶輸入密碼和修改密碼?？紤]到本系統(tǒng)需要用到大量的按鍵，鍵盤模塊采用44的16矩陣鍵盤模式。2.1.3 系統(tǒng)的可能性分析系統(tǒng)工作原理分析：使用at89s51單片機、44矩陣鍵盤、發(fā)光二極管led、蜂鳴器等。44矩陣鍵盤的按鍵分別為0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、取消、全取消、確定、修改密碼、密碼初始化還原、返回。系統(tǒng)啟動后，開始時lcd1602顯示時鐘界面，切換到密碼鎖輸入界面后，lcd1602顯示“enter password”提示輸入密碼；輸入密碼時，lcd1602顯示輸出為“*”，以保證密碼的安全性。當密碼輸入完畢按下確定鍵時，對輸入密碼與設定的密碼進行

11、比較，若密碼正確則lcd1602顯示為“right！”，并驅動開鎖電路，綠色發(fā)光二極管led亮；若密碼不正確，lcd1602顯示為“error！”，紅色發(fā)光二極管led亮；若連續(xù)3次輸入不正確，則發(fā)出警報聲同時鎖定鍵盤。在按下修改密碼鍵時，lcd1602顯示“enter old key”提示輸入舊密碼,此時若輸入正確的舊密碼，則lcd1602顯示會有提示輸入新密碼,在輸入新密碼后，lcd1602顯示會再次提示“再次輸入新密碼”。若兩次輸入的新密碼不一致，則修改密碼失??；一致則成功，并將新密碼保存到at24c02芯片中。在修改密碼的過程中，如果一開始輸入的舊密碼錯誤lcd1602會顯示錯誤提示，

12、同時系統(tǒng)返回到開始界面。若在“再次輸入新密碼”的時候輸入新密碼與前次不一致，則會返回到系統(tǒng)并要求重新輸入新密碼。修改密碼完成后，系統(tǒng)自動儲存到at24c02中，要再次開鎖則需要輸入正確的新密碼。 系統(tǒng)中取消鍵用于退格，在輸入密碼時，若輸入錯誤且未按下確定鍵，按下取消鍵可以刪除剛輸入的密碼，然后再次輸入。 為了防止惡意嘗試，系統(tǒng)采用若連續(xù)輸入3次錯誤密碼則發(fā)出報警聲，同時鎖定鍵盤。以此提高系統(tǒng)的安全系數(shù)，同時也能夠保護合法用戶的正常使用。若用戶忘記了密碼，可以按下密碼初始化還原鍵，恢復到最原始的密碼。2.2 單片機at89s51簡介at89s52是一種低功耗、高性能cmos 8位微控制器，具有8

13、k系統(tǒng)可編程flash存儲器。使用atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80c51產品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位cpu和在系統(tǒng)可編程flash，使得at89s52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。at89s52具有以下標準功能:8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram,32位i/o口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外,at89s52可降至0hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu

14、在掉電保護方式下，ram內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。2.2.1 主要性能 與mcs-51單片機產品兼容 8k字節(jié)在系統(tǒng)可編程flash存儲器 1000次擦寫周期 全靜態(tài)操作：0hz33hz 三級加密程序存儲器 32個可編程i/o口線 三個16位定時器/計數(shù)器 八個中斷源 全雙工uart串行通道 低功耗空閑和掉電模式 掉電后中斷可喚醒 看門狗定時器 雙數(shù)據(jù)指針 掉電標識符 2.2.2 引腳功能描述at89s52的引腳如圖2所示，其中各引腳為：圖2 at89s52引腳圖vcc: 供電電壓。gnd: 接地 。 p0口：p0口是一個8位漏極開路的雙向i/

15、o口。作為輸出口，每位能驅動8個ttl邏輯電平。對p0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，p0具有內部上拉電阻。在flash編程時，p0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。p1口：p1口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1輸出緩沖器能驅動4個ttl邏輯電平。對p1端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（iil）。此外，p1.0和p1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（p

16、1.0/t2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex）。在flash編程和校驗時，p1口接收低8位地址字節(jié)。 引腳號第二功能: p1.0t2（定時器/計數(shù)器t2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出。 p1.1t2ex（定時器/計數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）。 p1.5mosi（在系統(tǒng)編程用）。 p1.6miso（在系統(tǒng)編程用）。 p1.7sck（在系統(tǒng)編程用）。 p2口：p2口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2輸出緩沖器能驅動4個ttl邏輯電平。對p2端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出

17、電流（iil）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2口送出高八位地址。在這種應用中，p2口使用很強的內部上拉發(fā)送1。在使用8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2口輸出p2鎖存器的內容。在flash編程和校驗時，p2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。p3口：p3口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p3輸出緩沖器能驅動4個ttl邏輯電平。對p3端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（iil）。p3口亦作為at89s52特殊功能（第二功能）使用，在flash編程和校驗時，p3口也接

18、收一些控制信號。 引腳號第二功能: p3.0rxd（串行輸入）。p3.1txd（串行輸出）。p3.2int0(外部中斷0)。 p3.3int0(外部中斷0)。p3.4t0（定時器0外部輸入）。p3.5t1（定時器1外部輸入）。p3.6wr(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)。 p3.7rd(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)。 rst: 復位輸入。晶振工作時，rst腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復位?？撮T狗計時完成后，rst腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器auxr(地址8eh)上的disrto位可以使此功能無效。disrto默認狀態(tài)下，復位高電平有效。ale/prog：地址鎖存控制信號（ale）是訪問外部

19、程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（prog）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ale以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ale脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8eh的sfr的第0位置“1”，ale操作將無效。這一位置“1”， ale僅在執(zhí)行movx或movc指令時有效。否則，ale將被微弱拉高。這個ale使能標志位（地址為8eh的sfr的第0位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。psen: 外部程序存儲器選通信號（psen）是外部程序存儲器選通信號。當at89s52從外部程序存

20、儲器執(zhí)行外部代碼時，psen在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，psen將不被激活。ea/vpp: 訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000h到ffffh的外部程序存儲器讀取指令，ea必須接gnd。為了執(zhí)行內部程序指令，ea應該接vcc。在flash編程期間，ea也接收12伏vpp電壓。xtal1: 振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。xtal2: 振蕩器反相放大器的輸出端。2.3 at24c02簡介 at24c02如圖3所示，是一個2k位串行cmos eeprom內部含有256個8位字節(jié)，catalyst公司的先進cmos技術實質上減少了器件的功耗，有一個16字節(jié)

21、頁寫緩沖器，該器件通過i2c總線接口進行操作；有一個專門的寫保護功能。2.3.1 功能描述at24c02支持i2c總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議,i2c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，任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器。數(shù)據(jù)傳送是由產生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的模式通過器件地址輸入端a0、a1和a2可以實現(xiàn)將最多8個at24c02器件連接到總線上。2.3.2 管腳描述at24c02的管腳如圖3所示，其中各管腳為：scl 串行時鐘at24c02串行時鐘輸入管腳,用于產生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘,這是一

22、個輸入管腳。sda 串行數(shù)據(jù)/地址at24c02雙向串行數(shù)據(jù)/地址管腳,用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。sda是一個開漏輸出管腳。a0 a1 a2 器件地址輸入端這些輸入腳用于多個器件級聯(lián)時設置器件地址。當這些腳懸空時默認值為0。使用at24c02時最大可級聯(lián)8個器件.如果只有一個at24c02被總線尋址,這三個地址輸入腳a0、a1、a2可懸空或連接到vss。 wp 寫保護如果wp管腳連接到vcc，所有的內容都被寫保護只能讀；當wp管腳連接到vss 或懸空，允許器件進行正常的讀/寫操作。圖3 at24c02引腳圖2.3.3 i2c總線協(xié)議i2c總線是一種雙向二線制總線，它的結構簡單，可靠性和抗干

23、擾性能好。目前很多公司都推出了基于i2c總線的外圍器件，at24c02芯片就是一個帶有i2c總線接口的eeprom存儲器，i2c總線結構很簡單，只有兩條線，包括一條數(shù)據(jù)線（sda）和一條串行時鐘線（scl）。具有i2c接口的器件可以通過這兩根線接到總線上，進行相互之間的信息傳遞。連接到總線的器件具有不同的地址，cpu根據(jù)不同的地址進行識別，從而實現(xiàn)對硬件系統(tǒng)簡單靈活的控制。i2c總線協(xié)議定義如下：(1)只有在總線空閑時才允許啟動數(shù)據(jù)傳送。(2)在數(shù)據(jù)傳送過程中當時鐘線為高電平時，數(shù)據(jù)線必須保持穩(wěn)定狀態(tài)不允許有跳變；時鐘線為高電平時數(shù)據(jù)線的任何電平變化將被看作總線的起始或停止信號。起始信號時鐘線

24、保持高電平期間數(shù)據(jù)線電平從高到低的跳變作為i2c總線的起始信號。停止信號時鐘線保持高電平期間數(shù)據(jù)線電平從低到高的跳變作為作為i2c總線的停止信號。2.4 lcd1602介紹液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得到廣泛的應用。目前液晶顯示模塊已經是單片機應用設計中最常用的信息顯示器件。其中l(wèi)cd1602液晶顯示模塊是常用的選擇，它可以顯示兩行，每行16個字符，采用單+5v電源供電，外圍電路配置簡單，價格便宜，具有很高的性價比?？紤]到本系統(tǒng)設計中友好的人機界面，相對采用多個led作為顯示模塊，lcd1602更合適。2.4.1 引腳描述1602

25、采用標準的16腳接口，如圖4所示，其中: 第1腳：vss為地電源。第2腳：vdd接5v正電源。第3腳：v0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時 對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10k的電位器調整對比度。第4腳：rs為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：r/w為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當rs和r/w共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當rs為低電平r/w為高電平時可以讀忙信號，當rs為高電平r/w為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：e端為使能端，當e端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命

26、令。第714腳：d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：leda為背光接5v正電源。第16腳：ledk為背光地電源。圖4 lcd1602管腳圖2.4.2 lcdi602控制指令 如表1所示，lcd1602的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。指令 1：清顯示。指令碼01h,光標復位到地址00h位置。 指令 2：光標復位。光標返回到地址00h。指令 3：光標和顯示模式設置，i/d：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 ；s:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令 4：顯示開關控制。d：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 c：控制光標的

27、開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 b：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍 指令5：光標或顯示移位。s/c：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標 。指令 6： 功能設置命令 。dl：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線； n：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示；f:低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。 指令 7：字符發(fā)生器ram地址設置 。指令 8：ddram地址設置 。指令9：讀忙信號和光標地址。bf：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。 指令11：讀數(shù)據(jù)。表1 lcd1602的控制

28、指令表指 令rs r/w d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d01清顯示2光標返回3置輸入模式4顯示開/關控制5光標或字符移位6置功能7置字符發(fā)生存儲器地址8置數(shù)據(jù)存儲器地址9讀忙標志或地址10寫數(shù)cgram或ddram11從cgram或ddram讀數(shù)0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 1 *0 0 0 0 0 0 0 1 i/d s0 0 0 0 0 0 1 d c b0 0 0 0 0 1 s/c r/l * *0 0 0 0 1 dl n f * *0 0 0 1 字符發(fā)生存儲器地址0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存儲器地址0 1 bf 計數(shù)器地址1 0 要

29、寫的數(shù)1 1 讀出的數(shù)據(jù)2.4.3 lcdi602讀寫控制時序lcd1602的讀寫控制時序如表2所示，使用lcd1602顯示時要嚴格按照時序要求，否則lcd1602顯示會出現(xiàn)問題。表2 lcd1602的讀寫控制時序表rs r/w e 功能0 0 下降沿 寫指令代碼0 1 高電平 讀忙標志和ac碼1 0 下降沿 寫數(shù)據(jù)1 1 高電平 讀數(shù)據(jù)2.5 44矩陣鍵盤如圖5所示，本系統(tǒng)采用44矩陣鍵盤。當lcd1602為時鐘界面顯示時，s2為時設置鍵，s3為分設置鍵，s4為切換鍵；當切換到密碼鎖界面顯示時，16個按鍵分為輸入數(shù)字鍵和功能鍵。其中，s2、s6、s7、s8、s10、s11、s12、s14、s

30、15、s16依次表示數(shù)字09，s3為取消鍵，s4為全取消鍵，s5為確定鍵，s9為密碼初始化還原鍵，s13為返回鍵，s17為密碼修改鍵。圖5 44矩陣鍵盤2.6 復位電路為確保系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復位電路是必不可少的一部分，復位電路的第一功能是上電復位。如圖6所示，時鐘電路工作后，在rest管腳上加兩個機器周期的高電平，芯片內部開始進行初始復位。圖6 復位電路2.7 振蕩電路圖7所示為單片機晶體振蕩電路。在本系統(tǒng)設計中晶振選擇頻率為12mhz，其中兩個電容叫晶振的負載電容，分別接在晶振的兩個腳上和對地，一般在幾十皮法，它會影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度。多數(shù)情況下電容取值在20pf-30pf

31、左右，在本系統(tǒng)中取電容為30pf。圖7 振蕩電路2.8 發(fā)光二極管led電路圖8所示為發(fā)光二極管led電路，開始時發(fā)光二極管led1、led2連接的單片機i/o口均為高電平。當輸入密碼正確后，led1連接的i/o口由高電平變?yōu)榈碗娖?，綠色的發(fā)光二極管led點亮，表示驅動了開鎖電路；當輸入密碼錯誤時，led2連接的i/o口由高電平變?yōu)榈碗娖剑t色的發(fā)光二極管led點亮。其中r10、r11為發(fā)光二極管led的保護電阻，阻值均為1k。圖8 發(fā)光二極管led電路2.9 報警電路 本系統(tǒng)中的報警電路采用蜂鳴器，如圖9所示。當連續(xù)3次輸入錯誤密碼后，就會驅動報警電路，蜂鳴器不停地響，以示警報。其中，r5阻

32、值為1k，r6阻值為100。三極管為8550。8550是pnp型中功率高頻三極管，最大耗散功率為700mw，在此電路中起功率放大作用。圖9 報警電路2.10 電源輸入電路電源輸入電路如圖10所示，輸入直流電源后，經過三端穩(wěn)壓集成電路7805，使電壓輸出穩(wěn)壓在5v左右。圖10 電源輸入電路用7805三端穩(wěn)壓ic來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路。7805只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端，如圖11所示。使用7805要注意最高輸入電壓是35v左右。圖11 7805引腳圖2.11 使用到的元器件列表表3所示為硬件設計中使用到的元器件。表3 元器件列

33、表元器件 規(guī)格/型號 數(shù)量單片機 at89s52 1三極管 8550 1eeprom at24c02 1穩(wěn)壓管 7805 1液晶顯示器 lcd1602 1晶振 12m 1電阻 10k/1k/100 4/6/1排阻 10k 1電容 104/30pf4.7uf 3/2/1發(fā)光二極管 紅色/綠色/黃色 1/1/1蜂鳴器 13 軟件程序設計目前，對單片機的編程主要采用匯編跟c語言。匯編語言有執(zhí)行效率高、速度快、與硬件結合緊密等特點。尤其在進行i/o端口管理時，使用匯編語言有快捷、直觀的優(yōu)點。但是使用匯編語言相對于使用高級語言編程難度要大一些，且程序可讀性低，開放性差，從系統(tǒng)開發(fā)時間來看，效率不是很高。

34、 c語言是一種結構化語言，可產生緊湊代碼。c語言可以用許多機器級函數(shù)直接控制操作8051硬件。與匯編語言相比，c語言有如下的優(yōu)點：不要求了解單片機的指令系統(tǒng)，僅要求對8051的存儲結構有初步了解；寄存器分配，不同存儲器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細節(jié)可由編譯器管理；程序有規(guī)范的結構，可分為不同的函數(shù)，這種方式可使程序結構化；具有將可變的選擇與特殊操作組合在一起的能力，改善了程序的可讀性；關鍵字及運算符可用近似人的思維方式使用；編程及程序調試時間顯著縮短，從而提高效率；提供的庫包含許多標準子程序，具有較強的數(shù)據(jù)處理能力；已編好的程序可容易地植入新程序，因為它具有方便的模塊化編程技術。當然，采用混編模式，就

35、能結合兩者的優(yōu)點。本系統(tǒng)程序使用c語言編寫。使用c語言編程，目的是實現(xiàn)數(shù)字密碼鎖的所有功能。c語言編程主要實現(xiàn)顯示功能，進行密碼輸入，對密碼進行比較，判斷密碼對錯和修改密碼等功能。3.1 編譯器keil uvision2簡介keil uvision2 是德國keil公司開發(fā)的一個單片機c語言編譯器，可以用它來編譯c源碼，匯編編寫的匯編源程序，連接和重定位目標文件和庫文件，創(chuàng)建hex文件，調試目標程序。和其他的c語言編譯器相比，keil uvision2有著很多的優(yōu)點，例如可產生最少的代碼、支持浮點和長整數(shù)、支持重入和遞歸。在keil uvision2的仿真功能中，有兩種仿真模式：軟件仿真模式和

36、目標板仿真模式，在軟件仿真模式下我們不需要任何8051單片機硬件即可完成用戶程序仿真調試，極大地提高了用戶程序開發(fā)的效率。在目標板調試方式下，用戶可以將程序下載到自己的8051單片機板上，利用8051的串口與pc機進行通訊來實現(xiàn)程序的實時在線仿真。3.2 軟件總設計流程圖 軟件總設計流程圖如圖12所示。開始lcd初始化時鐘顯示檢測命令鍵s2s3設置時間s4密碼鎖界面檢測命令鍵return鍵輸入密碼n密碼正確y開鎖n紅色led亮n+1n3報警yn修改密碼修改密碼鍵圖12 軟件設計流程圖3.3 具體功能軟件實現(xiàn)3.3.1 44矩陣鍵盤掃描程序當鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少對i/o口的占用，通常將

37、按鍵排列成矩陣形式，也稱為行列鍵盤，這是一種常見的連接方式。矩陣式鍵盤接口見圖13所示，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上。當鍵被按下時，其交點的行線和列線接通，相應的行線或列線上的電平發(fā)生變化，mcu通過檢測行或列線上的電平變化可以確定哪個按鍵被按下。圖13 44矩陣鍵盤圖13為一個44行列結構，可以構成16個鍵的鍵盤。很明顯，在按鍵數(shù)量多的場合，矩陣鍵盤與獨立式按鍵鍵盤相比可以節(jié)省很多的i/o口線。矩陣鍵盤不僅在連接上比單獨式按鍵復雜，它的按鍵識別方法也比單獨式按鍵復雜。在矩陣鍵盤的軟件接口程序中，常使用的按鍵識別方法有行掃描法和線反轉法。這兩種方法的基本思路是采用循環(huán)查循的方法

38、，反復查詢按鍵的狀態(tài)，因此會大量占用mcu的時間，所以較好的方式是采用狀態(tài)機的方法來設計，盡量減少鍵盤查詢過程對mcu的占用時間。圖13中，key1、key2、key3、key4為4根列線，作為鍵盤的輸入口（工作于輸入方式）。key5、key6、key7、key8為4根行線，工作于輸出方式，由mcu（掃描）控制其輸出的電平值。 行掃描法也稱為逐行掃描查詢法，其按鍵識別的過程如下：(1)將全部行線key5key8置低電平輸出，然后讀key1key4四根輸入列線中有無低電平出現(xiàn)。只要有低電平出現(xiàn)，則說明有鍵按下（實際編程時，還要考慮按鍵的消抖）。如讀到的都是高電平，則表示無鍵按下。(2)在確認有鍵

39、按下后，需要進入確定具體哪一個鍵閉合的過程。其思路是：依次將行線置為低電平，并檢測列線的輸入（掃描），進而確認具體的按鍵位置。如當key5輸出低電平時（key5=0、key6=1、key7=1、key8=1），測到key2的輸入為低電平（key=1、key2=0、key3=1、key4=1），則可確認按鍵s3處于閉合狀態(tài)。通過以上分析可以看出，mcu對矩陣鍵盤的按鍵識別，是采用掃描方式控制行線的輸出和檢測列線輸入的信號相配合實現(xiàn)的。(3)矩陣按鍵的識別僅僅是確認和定位了行和列的交叉點上的按鍵，接下來還要考慮鍵盤的編碼，即對各個按鍵進行編號。在軟件中常通過計算的方法或查表的方法對按鍵進行具體的定

40、義和編號。具體掃描程序如下所示： uchar keyscan() uchar x,y,temp; p3=0xf0; if (p3!=0xf0) delay10ms(); if (p3!=0xf0) x=p3; p3=0x0f; y=p3; temp=x|y; while(p3!=0x0f) ; return temp;3.3.2 顯示程序本系統(tǒng)使用lcd1602實現(xiàn)顯示，只要參照lcd1602的使用手冊進行初始化和程序編寫就可以顯示，即在程序編寫中添加lcd1602的驅動程序。這里的驅動程序主要包括：初始化函數(shù)、設置顯示坐標、寫字符函數(shù)及寫字符串函數(shù)。在時鐘界面時顯示時間的運行，在密碼鎖界面時

41、主要顯示提示信息和輸入的密碼，當然，當輸入密碼數(shù)字時，輸出不是顯示數(shù)字，而是用“*”顯示代替。lcd1602的部分讀寫控制時序程序如下所示：(1)寫命令函數(shù)：向寄存器寫入控制字參數(shù)：command-控制字void lcd_en-command (unsigned char command)lcd delay()； /延時一段時間lcd 1602_rw=low； /寫命令時，r/w為低電平lcd1602_ rs=low； /寫入指令。rs為低電平lcd1602_en=high； /置高使能線 lcdio=command； / 接收命令字并送到數(shù)據(jù)總線上lcd1602_en=low： /在使能線的

42、下降沿寫入數(shù)據(jù)(2)寫數(shù)據(jù)函數(shù)：向寄存器寫入數(shù)據(jù)參數(shù)：dat-待要顯示數(shù)據(jù)void lcd_en-dat(unsigned char dat)lcddelay()； /延時一段時間lcd1602_rw=low； /寫指令時，r/w為低電平lcd1602_rs=low： /寫入數(shù)據(jù)，rs為高電平lcd1602_en=high；/置高使能線lcdio=dat； / 接收數(shù)據(jù)并送到數(shù)據(jù)總線上lcd1602_en=low；/在使能線的下降沿寫入數(shù)據(jù)3.3.3 時鐘運行子程序 當系統(tǒng)開始后，lcd1602初始化，然后顯示時鐘界面，程序在t0中斷，進入時鐘運行子程序，其流程圖如圖14所示。t0中斷入口 顯

43、示時鐘數(shù)據(jù)秒計數(shù)加1=500?秒計數(shù)0second加1=60?nysecond=0，并minite加1=60?nyminite=0，并hour加1=24?nyhour=0顯示數(shù)據(jù)處理中斷返回圖14 時鐘運行流程圖3.3.4 時鐘時、分修改子程序在時鐘運行界面是可以修改時鐘的時和分，如圖15所示，s2為時修改的按鍵，s3為分的修改按鍵.如按一下時、分加1。當分為59的時候，再按一下s3，分變?yōu)?0，而當時為23的時候，再按一下s2，時變?yōu)?0.其流程圖如圖15所示。n 分按鍵識別成功？yminite加1n=60?yminite=0顯示數(shù)據(jù)處理n 時按鍵識別成功？yhour加1n=24？yhour

44、=0顯示數(shù)據(jù)處理圖15 時鐘時、分修改流程圖3.3.5 掉電存儲服務程序當比較密碼的時候，需要讀at24c02程序，將存儲在芯片內的數(shù)據(jù)讀到ram中，然后和輸入的密碼相比較。當修改密碼的時候，需要把輸入的密碼保存到at24c02中。at24c02的時序程序如下所示。當at24c02的scl引腳為高電平期間sda引腳上產生的電平變化則表示i2c總線工作的“開始”或“停止”兩種狀態(tài)：當scl為高電平，sda由高電平轉向低電平時表示“開始” 狀態(tài)，而由低電平轉向高電平時表示“結束” 狀態(tài)。編程時要嚴格按照其時序要求。其時序圖如圖16所示。圖16 at24c02時序圖所以at24c02的開始信號和停止信號的c語言程序為：void start() /開始函數(shù)sda=1;delay();scl=1;delay();sda=0;delay();scl=0; delay();void stop() /停止函數(shù)sda=0;delay();scl=1;delay();