畢業(yè)設計高可靠性電子鎖仿真設計

1、中北大學2012屆畢業(yè)設計說明書畢業(yè)設計說明書高可靠性電子鎖仿真設計高可靠性電子鎖仿真設計摘要 隨著電子產(chǎn)品向智能化和微型化的不斷發(fā)展，單片機已成為電子產(chǎn)品研制和開發(fā)首選的控制器。隨著人們生活水平的提高，如何實現(xiàn)家庭防盜這一問題也變得尤其突出，傳統(tǒng)的機械鎖由于其構造的簡單，安全性能低，無法滿足人們的需要。本設計從經(jīng)濟實用的角度出發(fā)，采用美國atmel公司的單片機at89c51作為主控芯片與數(shù)據(jù)存儲器單元結合外圍的鍵盤輸入、顯示、報警、開鎖等電路，用匯編語言編寫主控芯片的控制程序，設計了一款可以多次更改密碼具有報警功能的電子密碼鎖。關鍵詞：密碼鎖，單片機，報警simulation design

2、of high reliability electronic lockabstractas electronic products are developing towards intelligence and minimization, single-chip computers (scm) have become the first choice for controllers in the development of electronic products. with the improvement of peoples living standards, it has become

3、particularly prominent about how to achieve anti-theft family. the traditional mechanical lock has such shortcoming as simple structure, low security, it cant meet peoples demands. for practicality, this paper designs a new electronic cipher lock, which has the function of alarm and whose cipher can

4、 be changed many times. this cipher lock uses at89c51 scm as main chip. the author made this cipher lock by use of making controlled program of master cmos with periphery electrocircuit of keyboard input, display, alarm and unlock. key words: cipher lock, scm, alarm目 錄1 緒論11.1 研究的目的及意義11.2 電子鎖的國內外現(xiàn)狀

5、11.3本設計所要實現(xiàn)的目標22 電子鎖概覽22.1 電子鎖的概念22.2 電子鎖的分類32.2.1 電子鎖按照輸入密碼方式可以分為以下幾類32.2.2 電子鎖按照使用元器件的不同可以分為以下幾類42.3電子密碼鎖的特點43設計方案53.1 方案一：采用數(shù)字電路控制53.2 方案二：采用以單片機為核心的控制方案53.3 主要元器件介紹53.3.1 主控芯片at89c5153.4晶體振蕩器103.5電源的選擇114 系統(tǒng)硬件構成124.1 設計原理124.2 電路總體構成134.3 復位部位電路134.4 晶振部分電路144.5 鍵盤電路設計154.6 led顯示電路174.7 開鎖電路184.

6、8 報警電路195 系統(tǒng)軟件設計2051 軟件設計思路205.2 各子程序設計215.2.1 鍵盤掃描子程序215.2.2 led顯示子程序225.2.3 密碼比較和報警程序236 keil uvision3編程與proteus仿真256.1 keil uvision3軟件簡介256.2 keil uvision3程序調試256.2.1 源文件的建立256.2.2 工程的詳細設置256.2.3 建立工程文件276.2.3 編譯、連接286.3 proteus 仿真296.3.1 proteus軟件簡介296.3.2 繪制線路圖296.3.3 仿真調試307.組態(tài)王仿真317.1 組態(tài)王軟件介紹

7、317.2電子鎖的仿真328 結論36附 錄37參 考 文 獻43致 謝45第i頁 共頁1 緒論1.1 研究的目的及意義隨著人們生活質量的提高，科學技術也在飛速的進步，但是高科技盜賊也出現(xiàn)在我們的和諧的社會中，這使如何實現(xiàn)安全有效的防盜這一問題受到越來越多人的關注。在當今富裕的物質生活中，人們私有的物品越來越多，私有的空間越來越多，對自身的權益也越來越關注，自然而然安全就成為了人們非常關注的問題。加之我國目前對于高科技犯罪的刑偵破案率還不是很高，迫使人們不得不想讓罪犯在搖籃中就偃旗息鼓，這樣既不會丟掉東西，也為社會治安做出了貢獻，而這樣的話就必須提高鎖具的安全可靠性，為此人們自然也是絞盡腦汁。

8、傳統(tǒng)的機械鎖由于其結構限制而使其安全性得不到大幅度有效提高，被撬的事件屢見不鮮，而電子鎖因其保密性強，使用靈活性好，安全系數(shù)高，受到廣大用戶的歡迎?，F(xiàn)在市場上就已經(jīng)出現(xiàn)了各種各樣的電子鎖，有語音鎖，指紋鎖，電腦感應鎖，錄像報警鎖等1。這些鎖具出現(xiàn)后，它們便成為了我們忠實的電子衛(wèi)士，成功的把不少盜賊拒之門外了，但少還有少部分高智商的犯罪分子仍然無視他們的存在，成功的騙過這些電子衛(wèi)士，盜走了人民和國家的財產(chǎn)。究其主要原因是國家要求電子鎖必須有可以用機械方法開啟的裝置，如此的結果就是電子鎖無法體現(xiàn)防技術開啟的優(yōu)點，本設計思路通過對電路部分的設計，以提高電子密碼鎖的可靠性與安全性。如上面提到的，電子鎖

9、的種類繁多。這主要是因為大量的研究都是從電路部分入手的，從而電子鎖的分類也是按此分類的，機械的部分大體相同，這正是電子鎖的軟肋，技術開啟也因此有了市場。本文將主要從密碼電路部分入手，設計密碼電路，以增強電子鎖的安全性。1.2 電子鎖的國內外現(xiàn)狀目前，世界經(jīng)濟與高科技的迅猛發(fā)展，加之知識經(jīng)濟的到來，促進了鎖具行業(yè)的訊速發(fā)展。隨著住宅、洗車、中高檔辦公樓及酒店等支柱型產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展以及國防、公安、金融等系統(tǒng)對高防范性鎖具產(chǎn)品的需要日益增加，因為高端鎖具科技含量高、更加突出人性化、個性化特點，所以高端鎖具將逐漸成為鎖具市場的主流。歐美、日等經(jīng)濟發(fā)達國家電子鎖已成為具有規(guī)模效益的重要產(chǎn)業(yè)，其銷量額已占

10、到鎖具總銷售額的七成以上2。在國外，尤其歐美地區(qū)和日本、韓國，電子鎖的普及率非常高。在韓國，幾乎每個家庭都安裝有一把電子鎖。德國向市場投入的一種汽車手閘防盜密碼鎖，具有無聲防盜、無誤鎖煩惱、安裝、操作簡便，價格低廉，適合所有型號的進口、國產(chǎn)轎車。國外還提出一種新型的無線訪問監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于數(shù)字門鎖，這是作為一個爆炸性數(shù)字消費來設備。我國鎖具業(yè)近年發(fā)展迅速，已經(jīng)成為世界鎖具生產(chǎn)大國。目前我國的鎖具產(chǎn)品達20類、100多個系列、8000多個花色規(guī)格及品種。我國制鎖企業(yè)主要集中在廣東、山東、浙江一帶，以南方生產(chǎn)執(zhí)手鎖、球形門鎖為主。北方生產(chǎn)掛鎖、各種車輛用鎖為主3。在產(chǎn)品分類方面，中國制鎖行業(yè)以

11、鋼鐵掛鎖、門鎖、車鎖為主，智慧門鎖及其他鎖具為輔。整體而言，中國制鎖業(yè)相對國外先進的技術落后不少，且鎖具生產(chǎn)商以中小企業(yè)為主，低水平的重復建設嚴重，而具規(guī)模及擁有知名品牌的企業(yè)比例較小。據(jù)業(yè)內人士介紹，高檔鎖具的核心技術掌握在國外廠家手中，這與中國的其他行業(yè)，如表面處理、材料工程、微電子技術的整體水平不高有關。近年生產(chǎn)的高檔電子鎖具，如 ic卡、tm卡、指紋鎖等產(chǎn)品的核心電子元器件均從國外進口，使中國的高檔鎖具在價格、性能擴展方面受到限制。1.3本設計所要實現(xiàn)的目標本設計采用單片機為主控芯片，結合外圍電路，組成電子密碼鎖，用戶想要打開鎖，必須先通過提供的鍵盤輸入正確的密碼才能將鎖打開。為了提高

12、安全性，當密碼輸入錯誤三次將報警并自鎖鍵盤2分鐘。2 電子鎖概覽2.1 電子鎖的概念 鎖，是人們生活的必須品，我國的辭海把它解釋為“必須用鑰匙方能開脫的封緘器”。隨著公共安全防范的需求和現(xiàn)代科技的發(fā)展，各國競相把聲、光、點、磁和波等技術應運到鎖具上，現(xiàn)代鎖具電子鎖應運而生，它使辭海對鎖的解釋成為以偏概全的陳詞。 作為一種社會性的產(chǎn)品，每個時代的鎖都能在一定的程度上反應出當時的科學技術水平。雖然古代的鎖和今天的鎖很不一樣，將來的鎖也完全可能是另外一種樣子，然而鎖不外乎由兩部分構成，即控制部分和執(zhí)行機構。所謂電子鎖，一般指的是采用電子電路控制，以電磁鐵（或微型電動機）和鎖體作為執(zhí)行機構的機電一體化

13、保險裝置4?，F(xiàn)在，電子鎖是構成公共安全防范系統(tǒng)的重要電子裝置，當然也是家用器具類電子產(chǎn)品，在我國歸屬于實用新型專利。區(qū)別于傳統(tǒng)的機械鎖，電子鎖的特點是：不用金屬鑰匙，使用方便，工作安全、可靠，保密性極強?？梢哉f，電子鎖種類之多，幾乎如同其用于開鎖的密碼數(shù)目。區(qū)別去電器鎖（electric lock)，電子鎖的特點是：采用電子元器件和機械結構結合，使用低壓電源。而電器鎖則采用市電作為電源，是由強電信號進行觸發(fā)的電磁裝置。2.2 電子鎖的分類 相對于執(zhí)行機構而言，電子鎖的控制電路部分具有極大的靈活性，這是造成電子鎖種類繁多的主要原因。 電子鎖的分類方法很多。為闡述問題方便，力求條理清晰，本文根據(jù)以

14、下兩種方式對電子鎖進行分類。2.2.1 電子鎖按照輸入密碼方式可以分為以下幾類 （1）按鍵式電子鎖：采用鍵盤(或組合按鈕)輸入開鎖密碼，操作方便。內部控制電路常采用電子鎖專用集成電路asic。 （2）撥盤式電子鎖：采用機械撥盤開關輸入開鎖密碼。許多按鍵式電子鎖可以改造成撥盤式電子鎖。 （3）電子鑰匙式電子鎖：使用電子鑰匙輸入(或作為)開鎖密碼。電子鑰匙是構成控制電路的重要組成部分。電子鑰匙可以由元器件或由元器件構成的單元電路組成，做成小型手持單元形式。電子鑰匙和主控電路的聯(lián)系可以是聲、光、電磁等多種形式。 （4）觸摸式電子鎖：采用觸摸方法輸入開鎖密碼，操作簡單。相對于按鍵開關，觸摸開關使用壽命

15、長，造價低，因此優(yōu)化了電子鎖控制電路。 （5）生物特征式電子鎖：將聲音、指紋等人體生物特征作為密碼輸入，由計算機進行模式識別控制開鎖，智能化相當高。2.2.2 電子鎖按照使用元器件的不同可以分為以下幾類 （1）繼電器式電子鎖，其特點是采用繼電器的觸點聯(lián)動，配合各類開關的串并聯(lián)組合進行編碼控制。 （2）可控硅式電子鎖，其特點是采用串、并聯(lián)的可控硅進行編碼控制。 （3）電容記憶式電子鎖，其特點是利用電容的充放電進行編碼控制。 （4）單結管延遲式電子鎖，其特點是利用單結管作開鎖延時器。增加了電子鎖的保安性能。 （5）電子密碼開關，其特點是運用模擬集成開關塊，配合組合開關進行編碼控制。（6）555電路

16、式電子鎖，其特點是將555時基電路接成觸發(fā)器等形式，配合組合開關進行編碼控制。（7）專用保密鎖集成電路式電子鎖，其特點是作為電子鎖控制電路的核心，專用保密鎖集成電路的集成度較高、功能很強，所需外圍元件很少，安裝方便、可靠。目前，在所有采用集成電路進行編碼控制的電子鎖當中，首推專用保密鎖集成電路式電子鎖的性能價格為最高。2.3電子密碼鎖的特點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(chǎn)品5。它的種類很多，有簡易的電路產(chǎn)品，也有基于芯片的性價比較高的產(chǎn)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

17、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，同時也可以因人員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。3設計方案3.1 方案一：采用數(shù)字電路控制用以74ls112雙jk觸發(fā)器構成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設了9個用戶輸入鍵，其中只有4個是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，若按下干擾鍵，鍵盤輸入電路自動清零，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間超過40秒（一般情況下，用戶不會超過40秒，若用戶覺得不便，還可以修改）電路

18、將報警80秒，若電路連續(xù)報警三次，電路將鎖定鍵盤5分鐘，防止他人的非法操作。采用數(shù)字電路設計方案的好處就是設計簡單，但控制的準確性和靈活性差，故不采用。3.2 方案二：采用以單片機為核心的控制方案采用一種是用以at89s51為核心的單片機控制方案。利用單片機靈活的編程設計和豐富的io端口，及其控制的準確性，能實現(xiàn)基本的密碼鎖功能。設計思路如下：輸入密碼用矩形鍵盤，包括數(shù)字鍵和功能鍵。led數(shù)碼管顯示輸入密碼，用74js247驅動數(shù)碼管發(fā)光顯示數(shù)碼，用74ls138控制各位顯示器分時進行顯示。用發(fā)光二極管代替開鎖的電路，發(fā)光表示開鎖。輸入密碼錯誤次數(shù)超過3次，系統(tǒng)報警。打開電源后，顯示器顯示“0

19、00000”，設原始密碼為“123456”，只要輸入此密碼便了開門。這樣可預防停電后再來電時無密碼可用。按“c”鍵，清除顯示器為“000000”。欲重新設定密碼，先輸入密碼再按“*”。輸入密碼，再按“#”鍵。若密碼與設定密碼相同，則開門。否則顯示器清為“000000”。 可以看出方案二控制靈活，準確性好且保密性強，根據(jù)現(xiàn)實生活的需要，此次設計采用方案二。3.3 主要元器件介紹3.3.1 主控芯片at89c51at89c51是一種低功耗，高性能cmos8位微控制器，具有8k在系統(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(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上f

20、lash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和系統(tǒng)可編程flash,使得at89sc51為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活，超有效地解決方案。at89c51是一種帶2k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器， at89c51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案6。芯片引腳如圖3.1所示。圖3.

21、1 at89c51芯片引腳圖1.at89c51性能簡介at89c51具有如下特點：40個引腳，4k字節(jié)可編程flash片內程序存儲器，128×8位隨即存取數(shù)據(jù)存儲器（ram） ，32個外部雙向輸入/輸出（i/o）口，5個中斷源，兩個16位可編程定時計數(shù)器，可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式，片內振蕩器和時鐘電路7?？梢钥闯鯽t89c51 提供以下標準功能：4k 字節(jié)flash 閃速存儲器，128字節(jié)內部ram，32個i/o 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中7斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，at89c51可降至0hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種

22、軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止cpu的工作，但允許ram，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存ram中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。2.at89c51引腳功能說明vcc：電源電壓gnd：地p0口：p0口是一組8位漏極開路型雙向i/o口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口，作為輸出口用時，每位能驅動8個ttl邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端口。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在flash編程時，p0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求

23、外接上拉電阻。p1口：p1是一個帶內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對端口寫“1”,通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號校驗期間，p1接收低8位地址。表3.1為p1口第二功能。表3.1 p1口第二功能端口引腳第二功能p1.5mosi（用于isp編程）p1.6miso（用于isp編程）p1.7sck（用于isp編程）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

24、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）。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（例如執(zhí)行movx dptr）時，p2口送出高八位地址8。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（如movx ri）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2口輸出p2鎖存器的內容。p3口：p3口是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向i/o口。p3口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對p3口寫入“1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端口時，被外部拉低的p3口將用上拉電阻輸出電流i。p3口除了作為一般的i/o口線外，更

25、重要的用途是它的第二功能，p3口的第二功能如下表3.2。 表3.2 p3口的第二功能端口功能第二功能端口引腳第二功能rxd（p3.0）串行輸入口t0（p3.4）定時/計數(shù)器0外部輸入txd（p3.1）串行輸出口t1（p3.5）定時/計數(shù)器1外部輸入int0（p3.2）外中斷0wr（p3.6）外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通int1（p3.3）外中斷1rd（p3.7）外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通rst：復位輸入。當振蕩工作時，rst引腳出現(xiàn)兩個機器周期上高電平將使單片機復位。wdt溢出將使該引腳輸出高電平，設置sfr auxr 的 disrto 位（地址8eh）可打開或關閉該功能。disrto 位缺省為reset輸

26、出高電平打開狀態(tài)9。ale/prog：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ale仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目地，要注意的是：當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ale脈沖。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中的8eh單元的d0位置位，可禁止ale操作。該位禁位后，只有一條movx 和movc指令ale才會被激活10。psen：程序儲存允許（psen）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當at89s51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次psen有效，即

27、輸出兩個脈沖。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，高有兩次有效的psen信號。ea/vpp：外部訪問允許。欲使cpu公訪問外部程序存儲器（地址0000hffffh），ea端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1被編程，復位時內部會鎖存ea端狀態(tài)。如ea端為高電平（接vcc端），cpu則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。flash存儲器編程時,該引腳加上12v的編程電壓vpp11。xtal1：振蕩器反相放大器及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。3. at89c51芯片內部結構特殊功能寄存器：特殊功能寄存器的片內空間分存如下圖3-2所示。這些地址并沒有全部占用，沒有占用的地址

28、不可使用，讀這些地址將得到一個隨意的數(shù)值。而寫這些地址單元將不能得到預期的結果。中斷寄存器：各中斷允許控制位于ie寄存器，5個中斷源的中斷優(yōu)先級控制位于ip寄存器12。圖3.2為auxr輔助寄存器。圖3.2 auxr輔助寄存器雙時鐘指針寄存器：為方便地訪問內部和外部數(shù)據(jù)存儲器，提供了兩個16位數(shù)據(jù)指針寄存儲器：pd0位于sfr區(qū)塊中的地址82h、83h和dp1位于地址84h、85h，當sfr中的位dps=0時選擇dp0,而dps=1時選擇dp1。在使用前初始化dps。圖3.3為雙時鐘指針寄存器。圖3.3 雙時鐘指針寄存器電源空閑標志：電源空閑標志（pof）在特殊功能寄存儲器sfr中pcon的第

29、4位（pcon.4）,電源打開時pof置“1”,它可由軟件設置睡眠狀態(tài)并不為復位所影響。存儲器結構：mcs-51單片機內核采用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器空間分開的結構，均具有64kb外部程序和數(shù)據(jù)的尋址空間。程序存儲器：如果ea引腳接地（gnd），全部程序均執(zhí)行外部存儲器。在at89s51,假如接至vcc（電源），程序首先執(zhí)行從地址0000h0fffh（4kb）內部程序存儲器，再執(zhí)行地址為1000hffffh（60kb）的外部程序存儲器。數(shù)據(jù)存儲器：在at89s51的具有128字節(jié)的內部ram，這128字節(jié)可利用直接或間接尋址方式訪問，堆棧操作可利用間接尋址方式進行，128字節(jié)均可設置為堆棧區(qū)空間

30、?？撮T狗定時器（wdt）：wdt是為了解決cpu程序運行時可能進入混亂或死循環(huán)而設置，它由一個14bit計數(shù)器和看狗復位sfr（wdtrst）構成。外部復位時，wdt默認為關閉狀態(tài)，要打開wdt，必按順序將01h和0e1h寫到wdtrst寄存器，當啟動了wdt，它會隨晶體振蕩器在每個機器周期計數(shù)，除硬件復位或wdt溢出復位外沒有其它方法關閉wdt，當wdt溢出，將使rst引腳輸出高電平的復位脈沖。3.4晶體振蕩器晶體振蕩器，簡稱晶振，其作用在于產(chǎn)生原始的時鐘頻率，這個頻率經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。以聲卡為例，要實現(xiàn)對模擬信號44.1khz或48khz的采樣，頻

31、率發(fā)生器就必須提供一個44.1khz或48khz的時鐘頻率。如果需要對這兩種音頻同時支持的話，聲卡就需要有兩顆晶振。但是現(xiàn)在的娛樂級聲卡為了降低成本，通常都采用scr將輸出的采樣頻率固定在48khz，但是src會對音質帶來損害，而且現(xiàn)在的娛樂級聲卡都沒有很好地解決這個問題?，F(xiàn)在應用最廣泛的是石英晶體振蕩器。石英晶體振蕩器是一種高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，石英晶體振蕩器也稱石英晶體諧振器，它用來穩(wěn)定頻率和選擇頻率，是一種可以取代lc諧振回路的晶體諧振元件13。石英晶體振蕩器廣泛地應用在電視機、影碟機、錄像機、無線通訊設備、電子鐘表、單片機、數(shù)字儀器儀表等電子設備中。為數(shù)據(jù)處理設備產(chǎn)生時鐘信號和為特

32、定系統(tǒng)提供基準信號。在單片機中為其提供時鐘頻率。石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結晶體）的壓電效應制成的一種諧振器件，它的基本構成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個對應面上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。只要在晶體振子板極上施加交變電壓，就會使晶片產(chǎn)生機械變形振動，此現(xiàn)象即所謂逆壓電效應。當外加電壓頻率等于晶體諧振器的固有頻率時，就會發(fā)生壓電諧振，從而導致機械變形的振幅突然增大

33、14。3.5電源的選擇 密碼鎖主控制部分電源需要用5v直流電源供電，其電路如圖3.4所示，把頻率為50hz、有效值為220v的單相交流電壓轉換為幅值穩(wěn)定的5v直流電壓。其主要原理是把單相交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉換成穩(wěn)定的直流電壓15。由于輸入電壓為電網(wǎng)電壓，一般情況下所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而電源變壓器的作用顯現(xiàn)出來起到降壓作用。降壓后還是交流電壓，所以需要整流電路把交流電壓轉換成直流電壓。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會影響到負載電路的正常工作。需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電

34、網(wǎng)電壓波動和負載電阻變化的影響，從而獲得穩(wěn)定性足夠高的直流電壓。本電路使用集成穩(wěn)壓芯片7805解決了電源穩(wěn)壓問題。 圖3.4 電源輸入電路原理圖4 系統(tǒng)硬件構成4.1 設計原理本設計主要由單片機、矩陣鍵盤、led顯示電路和密碼存儲等部分組成。其中矩陣鍵盤用于輸入數(shù)字密碼和進行各種功能的實現(xiàn)。由用戶通過連接單片機的矩陣鍵盤輸入密碼，后經(jīng)過單片機對用戶輸入的密碼與自己保存的密碼進行對比，從而判斷密碼是否正確，然后控制引腳的高低電平傳到開鎖電路或者報警電路控制開鎖還是報警。本系統(tǒng)共有兩部分構成，即硬件部分與軟件部分。其中硬件部分由鍵盤輸入部分、復位部分、晶振部分、顯示部分、報警部分、開鎖部分組成，軟

35、件部分對應的由主程序、初始化程序、鍵盤掃描程序、led顯示程序、密碼設置程序等組成。其原理框圖如圖4.1所示。報警控制電路矩陣鍵盤輸入at89c51單片機開鎖控制電路復位電路顯示電路晶振電路圖4.1 電子密碼鎖原理框圖 4.2 電路總體構成在確定了選用什么型號的單片機后，就要確定在外圍電路，其外圍電路包括鍵盤輸入部分、復位部分、晶振部分、顯示部分、報警部分、開鎖部分組成，根據(jù)實際情況鍵盤輸入部分選擇4*4矩陣鍵盤，顯示部分選擇led顯示電路。其線路圖如圖4.2所示：圖4.2 電路線路圖4.3 復位部位電路 單片機復位是使cpu和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作

36、，例如復位后pc0000h，使單片機從0000h取指令16。無論是在單片機剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復位。系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位。圖4.3所示rc復位電路可以實現(xiàn)上述基本功能。圖4.3 復位電路線路圖4.4 晶振部分電路at89s51引腳xtal1和xtal2與晶體振蕩器及電容c2、c1按圖4.4所示方式連接。晶振、電容c1c2及片內與非門（作為反饋、放大元件）構成了電容三點式振蕩器，振蕩信號頻率與晶振頻率及電容c1、c2的容量有關

37、，但主要由晶振頻率決定，范圍在033mhz之間，電容c1、c2取值范圍在2030pf之間。根據(jù)實際情況，本設計中采用12mhz作為系統(tǒng)的外部晶振17。電容取值為30pf。圖4.4為晶振電路圖。圖4.4 晶振電路線路圖4.5 鍵盤電路設計使用矩陣鍵盤，所以本設計就采用行列式鍵盤，同時也能減少鍵盤與單片機接口時所占用的i/o線的數(shù)目，在按鍵比較多的時候，通常采用這樣方法18。其原理如圖4.5。圖4.5 矩陣鍵盤線路圖每一條水平（行線）與垂直線（列線）的交叉處不相通，而是通過一個按鍵來連通，利用這種行列式矩陣結構只需要n條行線和m條列線，即可組成具有n×m個按鍵的鍵盤。在這種行列式矩陣鍵盤

38、非鍵盤編碼的單片機系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認有無按鍵按下的程序段。當確認有按鍵按下后，下一步就要識別哪一個按鍵按下。對鍵的識別通常有兩種方法：一種是常用的逐行掃描查詢法；另一種是速度較快的線反轉法。對照表4.1所示的4×4鍵盤，說明線反轉個工作原理。首先辨別鍵盤中有無鍵按下，有單片機i/o口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來判斷。方法是：向行線輸出全掃描字00h，把全部列線置為低電平，然后將列線的電平狀態(tài)讀入累加器a中。如果有按鍵按下，總會有一根行線電平被拉至低電平從而使行線不全為1。判斷鍵盤中哪一個鍵被按下使通過將列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來實現(xiàn)的。方法是

39、：依次給列線送低電平，然后查所有行線狀態(tài)，如果全為1，則所按下的鍵不在此列；如果不全為1，則所按下的鍵必在此列，而且是在與零電平行線相交的交點上的那個鍵。判斷哪個鍵被按下：將p1.0p1.3都置低，檢測p1.4p1.7是否有低的，若有，則證明有鍵按下，記下低的端口。然后，將p1.4p1.7置低，檢測p1.0p1.3是否有低的端口，如有，則證明端口與上次的一個為地的端口交叉位置的鍵被按下。 鍵盤16個鍵布局如表4.1，09，on,off,lock，#,c,*。其中on為開啟鍵盤鍵，按下此鍵后鍵盤開啟；off為關閉鍵盤鍵，按下此鍵后鍵盤關閉；09為數(shù)字鍵，進行密碼輸入以及更改密碼時的輸入鍵；loc

40、k是上鎖鍵，可以人為主動上鎖，也可以等待系統(tǒng)自動上鎖；*鍵用來設置密碼，當鎖被打開后，此鍵方可有效工作，按下此鍵后，可以設置新密碼；c為清除鍵，當輸入密碼按鍵錯誤時可以按此鍵后退并清除當前字符；#鍵作為確定鍵，開鎖時，按下此鍵后進行密碼比對，設置密碼時，按下此鍵確定所輸入的數(shù)字。表4.1 鍵盤布局123on456off789lock*0c#具體的功能設計如表4.2：表4.2按鍵功能按 鍵鍵 名功 能 說 明09鍵數(shù) 字 鍵輸 入 密 碼* 鍵重 設 密 碼 鍵設 定 新 密 碼#鍵確 定 鍵比 較 密 碼c 鍵清 除 鍵使 顯 示 器 清 零on鍵開鎖鍵鍵盤開啟off鍵閉鎖鍵鍵盤關閉lock鍵

41、上鎖鍵系統(tǒng)上鎖4.6 led顯示電路本系統(tǒng)設計的顯示電路是為了給使用者以提示而設置的。本系統(tǒng)的顯示采用串行顯示的方式，只使用單片機的一個串行口，利用74ls247驅動數(shù)碼管發(fā)光顯示數(shù)碼和74ls138控制位選信號，就可以完成單片機的顯示功能18。顯示電路的電路原理圖如圖4.6所示。用p0.0p0.3接74ls247的a，b，c，d四端口，74ls247的輸出口接led的七段顯示；而p0.4p0.6接74ls138的a，b，c三個輸入口，74ls138的輸出口接led的位顯示。通過軟件實現(xiàn)數(shù)字和位控制。圖4.6 led顯示電路用74ls247可以控制輸出什么字型。74ls247的邏輯功能表如表4

42、.3：表4.3 74ls247的邏輯功能表十進制數(shù)輸 入輸 出字型a3a2a1a0qaqbqcqdqeqfqg0000000000000100011001111120010001001023001100001103401001001100450101010110056011001000006701110001111781000000000089100100001009用74ls138控制位循環(huán)顯示，其邏輯功能表如表4.4：表4.4 74ls138邏輯功能表cbay1y2y0y3y4y5y6y700001111111001101111110 1011011111011111011111 0011

43、1101111011111101111011111101111111111104.7 開鎖電路在本次設計中，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。電路圖如4.7所示。當p2.0口輸出低電平時，二極管發(fā)光，表示開鎖。圖4.7 開鎖電路線路圖4.8 報警電路報警模塊由蜂鳴器和單片機組成。選擇一只壓電式蜂鳴器，壓電式蜂鳴器工作時約需要100ma驅動電流。蜂鳴器電路如圖4.8所示。當at89c51的p2.1口輸出為低電平時，蜂鳴器產(chǎn)生蜂鳴音，at89c51輸出為高電平時，蜂鳴器不發(fā)聲。圖4.8 報警電路線路圖5 系統(tǒng)軟件設計51 軟件設計思路電子密碼鎖工

44、作的主要過程是led數(shù)碼管提示開始輸入密碼，通過鍵盤輸入密碼，同時led顯示密碼輸入情況，按下確認鍵后判斷密碼的正確性，做出開鎖或報警處理。當輸入密碼連續(xù)輸入錯誤3次時，系統(tǒng)報警。密碼的設定，在此程序中密碼是固定40h45h中，假設預設的密碼為"123456"共6位密碼。主要程序設計流程圖圖5.1所示。開始初始化鍵盤掃描啟動程序鍵功能程序n比較密碼>3次n密碼正確y報 警開鎖結束圖5.1 主程序流程圖5.2 各子程序設計5.2.1 鍵盤掃描子程序鍵盤掃描流程圖如圖5.2.1 圖5.2 鍵盤掃描流程圖鍵盤掃描子程序如下：l2: mov r3,#0f7h mov r1,#

45、00hl3: mov a,r3 mov p1,a mov a,p1 mov r4,a setb c mov r5,#04hl4: rlc a jnc keyin inc r1 djnz r5,l4 call disp mov a,r3 setb c rrc a mov r3,a jc l3 jmp l25.2.2 led顯示子程序led顯示流程圖如圖6.3圖5.3 led顯示流程圖led顯示子程序如下：disp:mov r0,#45hdisp1: mov a,r0 add a,#50h mov p0,a call delay dec r0 mov a,r0 add a,#40h mov p0,

46、a call delay dec r0 mov a,r0 add a,#30h mov p0,a call delay dec r0 mov a,r0 add a,#20h mov p0,a call delay dec r0 mov a,r0 add a,#10h mov p0,a call delay dec r0 mov a,r0 add a,#00h mov p0,a call delay ret5.2.3 密碼比較和報警程序密碼比較和報警流程圖如5.4圖5.4 密碼比較和報警流程密碼比較和報警程序：comp: mov r1,#45h mov r0,#35h mov r2,#06hc1

47、: mov a,r1 xrl a,r0 jnz c3 dec r1 dec r0 djnz r2,c1 clr p2.0 mov r2,#200c2: mov r6,#248 djnz r6,$ djnz r2,c2c3: inc r5 mov a,r5 mov r5,a cjne r5 ,#03h,c4 clr p2.1 mov r5,#00h c4: jmp start6 keil uvision3編程與proteus仿真6.1 keil uvision3軟件簡介keil software公司推出的uvision3是一款可用于多種8051mcu的集成開發(fā)環(huán)境(ide)，該ide同時也是pk

48、51及其它開發(fā)套件的一個重要組件。除增加了源代碼、功能導航器、模板編輯以及改進的搜索功能外，uvision3還提供了一個配置向導功能，加速了啟動代碼和配置文件的生成。此外其內置的仿真器可模擬目標mcu，包括指令集、片上外圍設備及外部信號等。uvision3提供邏輯分析器，可監(jiān)控基于mcui/o引腳和外設狀態(tài)變化下的程序變量。uvision3提供對多種最新的8051類微處理器的支持，包括analog devices的aduc83x和aduc84x，以及infineon的xc866等。6.2 keil uvision3程序調試6.2.1 源文件的建立使用菜單“file->new”或者點擊工具

49、欄的新建文件按鈕，即可在項目窗口的右側打開一個新的文本編緝窗口，在該窗口中輸入?yún)R編語言源程序。保存文件，注意必須加上擴展名（匯編語言源程序一般用 asm 或a51 為擴展名），這里假定將文件保存為lock.asm。6.2.2 工程的詳細設置工程建立好以后，還要對工程進行進一步的設置，以滿足要求。首先點擊左邊 project 窗口的target 1，然后使用菜單“project->option for target target1”即出現(xiàn)對工程設置的對話框，這個對話框共有8 個頁面。設置對話框中的 target 頁面，如圖6.1 所示。圖6.1 對目標進行設置xtal 后面的數(shù)值是晶振頻率

50、值，默認值是所選目標cpu 的最高可用頻率值， 對于我們所選的at89c51 而言是24m，該數(shù)值與最終產(chǎn)生的目標代碼無關，僅用于軟件模擬調試時顯示程序執(zhí)行時間。正確設置該數(shù)值可使顯示時間與實際所用時間一致，一般將其設置成與你的硬件所用晶振頻率相同，如果沒必要了解程序執(zhí)行的時間，也可以不設，這里設置為12。memory model 用于設置ram 使用情況，有三個選擇項，small 是所有變量都在單片機的內部ram 中；compact 是可以使用一頁外部擴展ram，而large 則是可以使用全部外部的擴展ram。code model 用于設置rom 空間的使用，同樣也有三個選擇項，即small

51、模式，只用低于2k 的程序空間；compact 模式，單個函數(shù)的代碼量不能超過2k，整個程序可以使用64k 程序空間；large 模式，可用全部64k 空間。use on-chip rom 選擇項，確認是否僅使用片內rom；operating 項是操作系統(tǒng)選擇，keil 提供了兩種操作系統(tǒng)：rtx tiny 和rtx full，使用該項的默認值：none（不使用任何操作系統(tǒng)）；off chip code memory 用以確定系統(tǒng)擴展rom 的地址范圍，off chip xdata memory 組用于確定系統(tǒng)擴展ram 的地址范圍，這些選擇項必須根據(jù)所用硬件來決定，由于該例是單片應用，未進行

52、任何擴展，所以均不重新選擇，按默認值設置。設置對話框中的 output 頁面，如圖6.2 所示。圖6.2 對輸出進行控制這里面也有多個選擇項，其中create hex file用于生成可執(zhí)行代碼文件（可以用編程器寫入單片機芯片的hex 格式文件，文件的擴展名為.hex）。選中debug information 將會產(chǎn)生調試信息，這些信息用于調試，如果需要對程序進行調試，應當選中該項。browse information 是產(chǎn)生瀏覽信息，該信息可以用菜單view->browse 來查看，這里取默認值。按鈕“ select folder for objects” 是用來選擇最終的目標文件所在

53、的文件夾，默認是與工程文件在同一個文件夾中。name of executable 用于指定最終生成的目標文件的名字，默認與工程的名字相同，這兩項一般不需要更改。6.2.3 建立工程文件點擊“project->new project ”菜單，出現(xiàn)一個對話框，要求給將要建立的工程起一個名字，在編輯框中輸入exam1，不需要擴展名。點擊“保存”按鈕，出現(xiàn)第二個對話框，如圖6.3所示。圖6.3 選擇目標cpu這個對話框要求選擇目標cpu（即你所用芯片的型號），keil 支持的cpu很多，選擇atmel 公司的89c51 芯片。點擊atmel 前面的“+”號，展開該層，點擊其中的89c51，然后再點擊“確定”按鈕，回到主界面。此時，在工程窗口的文件頁中，出現(xiàn)了“target1”，前面有“+”號，點擊“+”號展開，可以看到下一層的“ source group1”，這時的工程還是一個空的工程，里面什么文件也沒有，需要手動把剛才編寫好的源程序加入，