電子密碼鎖畢業(yè)設(shè)計論文

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)中首選的控制器。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的尤其的突出，傳統(tǒng)的機械鎖由于其構(gòu)造的簡單，安全性能低，無法滿足人們的需要。本文從經(jīng)濟實用的角度出發(fā)，采用Atmel公司的單片機AT89C51與低功耗CMOS型E2PROMAT24C02作為主控芯片與數(shù)據(jù)存儲器單元，結(jié)合外圍的鍵盤輸入、LCD1602顯示器顯示、報警、開鎖等電路，用匯編語言編寫主控芯片的控制程序，設(shè)計了一款可以多次更改密碼具有報警功能的電子密碼鎖。經(jīng)實驗證明，該密碼鎖具有設(shè)計方法合理，簡單易行，成本低，安全實用等特點，符合住宅、辦公室用鎖要求，具有推廣價值。關(guān)鍵詞、密碼鎖單片機報警矩陣鍵盤目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1緒論 21.1引言 2電子密碼鎖簡介 3電子密碼鎖的發(fā)展趨勢 31.4本設(shè)計所要實現(xiàn)的目標 41.5設(shè)計方案 42硬件的總體結(jié)構(gòu)和原理 52.1單片機AT89C51的簡介 52.2AT89C51單片機的引腳 62.3AT24C02簡介 82.4LCD1602介紹 102.54×4矩陣鍵盤 132.6AT89C51單片機復(fù)位方式 132.7晶體振蕩器 143系統(tǒng)硬件構(gòu)成 15c"3.1設(shè)計原理 153.2電路總體構(gòu)成 163.3電源輸入部分 163.4鍵盤輸入部分 173.5密碼存儲部分 183.6復(fù)位部位 183.7晶振部分 193.8顯示部分 203.9報警部分 203.10開鎖部分 213.11設(shè)計總框圖 223.12設(shè)計總體電路圖 234軟件程序設(shè)計 23主程序流程圖 23鍵盤掃描子程序模塊 24數(shù)字處理程序模塊 25開鎖程序 26密碼設(shè)置程序 27結(jié)論 28致謝 29參考文獻 301緒論在日常的生活和工作中,住宅與部門的安全防范、單位的文件檔案、財務(wù)報表以及一些個人資料的保存多以加鎖的辦法來解決。若使用傳統(tǒng)的機械式鑰匙開鎖，人們常需攜帶多把鑰匙,使用極不方便,且鑰匙丟失后安全性即大打折扣。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對日常生活中的安全保險器件的要求越來越高。為滿足人們對鎖的使用要求，增加其安全性，用密碼代替鑰匙的密碼鎖應(yīng)運而生。密碼鎖具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等優(yōu)點。在安全技術(shù)防范領(lǐng)域，具有防盜報警功能的電子密碼鎖逐漸代替?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，使密碼鎖無論在技術(shù)上還是在性能上都大大提高一步。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，特別是單片機的問世，出現(xiàn)了帶微處理器的智能密碼鎖，它除具有電子密碼鎖的功能外，還引入了智能化管理、專家分析系統(tǒng)等功能，從而使密碼鎖具有很高的安全性、可靠性，應(yīng)用日益廣泛。隨著人們對安全的重視和科技的發(fā)展，許多電子智能鎖（指紋識別、IC卡辨認）已在國內(nèi)外相繼面世。但是這些產(chǎn)品的特點是針對特定的指紋和有效卡，只能適用于保密要求的箱、柜、門等。而且指紋識識別器若在公共場所使用存在容易機械損壞，IC卡還存在容易丟失、損壞等特點。加上其成本較高，一定程度上限制了這類產(chǎn)品的普及和推廣。鑒于目前的技術(shù)水平與市場的接收程度，電子密碼鎖是這類電子防盜產(chǎn)品的主流?；谝陨纤悸?，本次設(shè)計使用ATMEL公司的AT89C51實現(xiàn)一基于單片機的電子密碼鎖的設(shè)計，其主要具有如下功能：（1）

設(shè)置6位密碼，密碼通過鍵盤輸入，若密碼正確，則將鎖打開。（2）密碼可以由用戶自己修改設(shè)定（只支持6位密碼），鎖打開后才能修改密碼。修改密碼之前必須再次輸入密碼，在輸入新密碼時候需要二次確認，以防止誤操作。（3）報警、鎖定鍵盤功能。密碼輸入錯誤數(shù)碼顯示器會出現(xiàn)錯誤提示，若密碼輸入錯誤次數(shù)超過3次，蜂鳴器報警并且鎖定鍵盤。電子密碼鎖的設(shè)計主要由三部分組成：4×4矩陣鍵盤接口電路、密碼鎖的控制電路、輸出八段顯示電路。另外系統(tǒng)還有LED提示燈，報警蜂鳴器等。密碼鎖設(shè)計的關(guān)鍵問題是實現(xiàn)密碼的輸入、清楚、更改、開鎖等功能：（1）密碼輸入功能：按下一個數(shù)字鍵，一個“－”就顯示在最右邊的數(shù)碼管上，同時將先前輸入的所有“－”向左移動一位。（2）密碼清除功能：當按下清除鍵時，清除前面輸入的所有值，并清除所有顯示。（3）密碼更改功能：將輸入的值作為新的密碼。（4）開鎖功能：當按下開鎖鍵，系統(tǒng)將輸入與密碼進行檢查核對，如果正確鎖打開，否則不打開。1.2電子密碼鎖簡介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(guān)的閉合，完成開鎖、閉鎖任務(wù)的電子產(chǎn)品。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(yīng)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。其特點如下：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，用戶可以隨時更改密碼，防止密碼被盜，同時也可以避免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。4)無活動零件，不會磨損，壽命長。5)使用靈活性好，不像機械鎖必須佩帶鑰匙才能開鎖。6)電子密碼鎖操作簡單易行，電子密碼鎖的發(fā)展趨勢在日常生活和工作中，住宅與部門的安全防范、單位的文件檔案、財務(wù)報表以及一些個人資料的保存多以加鎖的辦法來解決。目前門鎖主要用彈子鎖，其鑰匙容易丟失；保險箱主要用機械密碼鎖，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，制造精度要求高，成本高，且易出現(xiàn)故障，人們常需攜帶多把鑰匙，使用極不方便，且鑰匙丟失后安全性即大打折扣。針對這些鎖具給人們帶來的不便若使用機械式鑰匙開鎖，為滿足人們對鎖的使用要求，增加其安全性，用密碼代替鑰匙的密碼鎖應(yīng)運而生。它的出現(xiàn)為人們的生活帶來了很大的方便，有很廣闊的市場前景。由于電子器件所限，以前開發(fā)的電子密碼鎖，其種類不多，保密性差，最基本的就是只依靠最簡單的模擬電子開關(guān)來實現(xiàn)的，制作簡單但很不安全，在后為多是基于EDA來實現(xiàn)的，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電子元件繁多，也有使用早先的20引角的2051系列單片機來實現(xiàn)的，但密碼簡單，易破解。隨著電子元件的進一步發(fā)展，電子密碼鎖也出現(xiàn)了很多的種類，功能日益強大，使用更加方便，安全保密性更強，由以前的單密碼輸入發(fā)展到現(xiàn)在的，密碼加感應(yīng)元件，實現(xiàn)了真真的電子加密，用戶只有密碼或電子鑰匙中的一樣，是打不開鎖的，隨著電子元件的發(fā)展及人們對保密性需求的提高出現(xiàn)了越來越多的電子密碼鎖。出于安全、方便等方面的需要許多電子密碼鎖已相繼問世。但這類產(chǎn)品的特點是針對特定有效卡、指紋或聲音有效，且不能實現(xiàn)遠程控制，只能適用于保密要求高且供個人使用的箱、柜、房間等。由于數(shù)字、字符、圖形圖像、人體生物特征和時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防盜鎖獲得高度的保密性，如防范森嚴的金庫，需要使用復(fù)合信息密碼的電子防盜鎖，這樣對盜賊而言是“道高一尺、魔高一丈”。組合使用信息也能夠使電子防盜鎖獲得無窮擴展的可能，使產(chǎn)品多樣化，對用戶而言是“千挑百選、自得其所”?？梢钥闯鼋M合使用電子信息是電子密碼鎖以后發(fā)展的趨勢。本設(shè)計所要實現(xiàn)的目標本設(shè)計采用單片機為主控芯片，結(jié)合外圍電路，組成電子密碼鎖，用戶想要打開鎖，必先通過提供的鍵盤輸入正確的密碼才能將鎖打開，密碼輸入錯誤有提示，為了提高安全性，當密碼輸入錯誤三次將報警。密碼可以由用戶自己修改設(shè)定，鎖打開后才能修改密碼。修改密碼之前必須再次輸入密碼，在輸入新密碼時候需要二次確認，以防止誤操作。設(shè)計是以AT89C51為核心的單片機控制方案；我們的密碼所控制器就是以單片機為核心設(shè)計的，本設(shè)計采用的是ATMEL公司的AT89C51芯片，此芯片根據(jù)了充分的靜止CMOS控制器與三級節(jié)目記憶鎖，共有32條I/O線,2定時計數(shù)器，6個中斷來源，4K閃存,128個字節(jié)在芯片RAM。采用數(shù)字電路控制。其原理方框圖如圖1-1所示。圖1-1數(shù)字密碼鎖電路方案采用數(shù)字密碼鎖電路的好處就是設(shè)計簡單。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。電路由兩大部分組成：密碼鎖電路和備用電源(UPS)，其中設(shè)置UPS電源是為了防止因為停電造成的密碼鎖電路失效，使用戶免遭麻煩。密碼鎖電路包含：鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測、開鎖電路、執(zhí)行電路、報警電路、鍵盤輸入次數(shù)鎖定電路。2硬件的總體結(jié)構(gòu)和原理89C51的簡介AT89C51是MCS-51系列單片機的典型產(chǎn)品，我們就這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講解。AT89C51單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明：圖2-1單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖1、中央處理器中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。2、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)AT89C51內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。3、程序存儲器(ROM)AT89C51共有4KB掩膜ROM，最大可擴展64K字節(jié)，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。4、定時/計數(shù)器：89C5、并行輸入輸出(I/O)口：89C6、中斷系統(tǒng)89C2.2AT89C51單片機的引腳AT89C51單片機內(nèi)部總線是單總線結(jié)構(gòu),即數(shù)據(jù)總線和地址總線是公用的.89C51有40條引腳,與其他51系列單片機引腳是兼容的.這40條引腳可分為I/O接口線、電源線、控制線、外接晶體線4部分.AT89C51單片機為雙列直插式封裝結(jié)構(gòu),如圖2-2所示.圖2-2AT89C51引腳分配圖主要特性：1、與MCS-51兼容2、4K字節(jié)可編程閃爍存儲器3、壽命：1000寫/擦循環(huán)4、數(shù)據(jù)保留時間：10年5、全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz6、三級程序存儲器鎖定7、128×8位內(nèi)部RAM8、32可編程I/O線9、兩個16位定時器/計數(shù)器10、5個中斷源11、可編程串行通道12、低功耗的閑置和掉電模式13、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路AT89C51單機的電源線有以下兩種：（1）VCC：+5V電源線。電源線（2）GND：接地線。AT89C51單片機的外接晶體引腳有以下兩種:（1）XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸入端和內(nèi)部時鐘工作的輸入端。采用內(nèi)部振蕩器時，它接外部石英晶體和微調(diào)電容的一個引腳。（2）XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端，接外部石英晶體和微調(diào)電容的另一端。采用外部振蕩器時，該引腳懸空。外接晶體引腳?？刂凭€AT89C51單片機的控制線有以下幾種：（1）RST：復(fù)位輸入端，高電平有效。（2）ALE/PROG：地址鎖存允許/編程線。（3PSEN：外部程序存儲器的讀選通線。（4EA/Vpp：片外ROM允許訪問端/編程電源端。2.2.2AT89C51單片機的四個I/O口：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(fù)用口，作為輸出口用時，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”P1口：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”表2-1P3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2.3AT24C02簡介AT24C02如圖2-3所示，是一個2K位串行CMOSEEPROM內(nèi)部含有256個8位字節(jié)，CATALYST公司的先進CMOS技術(shù)實質(zhì)上減少了器件的功耗，有一個16字節(jié)頁寫緩沖器，該器件通過I2C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(chǎn)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AT管腳描述AT24C02的管腳如圖2-3所示，其中各管腳為：1、SCL串行時鐘AT24C02串行時鐘輸入管腳,用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘,這是一個輸入管腳。2、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。3、A0A1A2器件地址輸入端這些輸入腳用于多個器件級聯(lián)時設(shè)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)8AT24C02被總線尋址,這三個地址輸入腳A0、A1、A2可懸空或連接到Vss。4、WP寫保護如果WP管腳連接到Vcc，所有的內(nèi)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2-3AT24C02引腳圖I2C總線協(xié)議I2C總線是一種雙向二線制總線，它的結(jié)構(gòu)簡單，可靠性和抗干擾性能好。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，I2I2C(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?！ねＶ剐盘枙r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。2.4LCD1602介紹液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。目前液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應(yīng)用設(shè)計中最常用的信息顯示器件。其中LCD1602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(shè)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。引腳描述1602采用標準的16腳接口，如圖2-4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(diào)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(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)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)行命令。第7～14腳：D0～D7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2-4LCD1602管腳圖LCDI602控制指令如表2-2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。1、指令1：清顯示。指令碼01H,光標復(fù)位到地址00H位置。2、指令2：光標復(fù)位。光標返回到地址00H。3、指令3：光標和顯示模式設(shè)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。4、指令4：顯示開關(guān)控制。D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示C：控制光標的開與關(guān)，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5、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。6、指令6：功能設(shè)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。7、指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。8、指令8：DDRAM地址設(shè)置。9、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。10、指令10：寫數(shù)據(jù)。11、指令11：讀數(shù)據(jù)。表2-2LCD1602的控制指令表指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示2光標返回3置輸入模式4顯示開/關(guān)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)0000000001000000001*00000001I/DS0000001DCB000001S/CR/L**00001DLNF**0001字符發(fā)生存儲器地址001顯示數(shù)據(jù)存儲器地址01BF計數(shù)器地址10要寫的數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)LCDI602讀寫控制時序LCD1602的讀寫控制時序如表2-3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2-3LCD1602的讀寫控制時序表RSR/WE功能00下降沿寫指令代碼01高電平讀忙標志和AC碼10下降沿寫數(shù)據(jù)11高電平讀數(shù)據(jù)2.54×4矩陣鍵盤如圖2-5所示，本系統(tǒng)采用4×4矩陣鍵盤。當LCD1602為時鐘界面顯示時，S2為時設(shè)置鍵，S3為分設(shè)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、S15、S16依次表示數(shù)字0～9，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2-54×4矩陣鍵盤2.6AT89C51單片機復(fù)位方式單片機在開機時或在工作中因干擾而使程序失控，或工作中程序處于某種死循環(huán)狀態(tài)，在這種情況下都需要復(fù)位.復(fù)位的作用是使中央處理器CPU以及其他功能部件都恢復(fù)到一個確定的初始狀態(tài),并從這個狀態(tài)重新開始工作.AT89C51單片機的復(fù)位靠外部電路實現(xiàn),信號由RESET(RST)引腳輸入,高電平有效,在振蕩器工作時,只要保持RST引腳高電平兩個機器周期,單片機即復(fù)位.復(fù)位后,PC程序計數(shù)器的內(nèi)容為0000H,片內(nèi)RAM中內(nèi)容不變.復(fù)位電路一般有上電復(fù)位、手動開關(guān)復(fù)位和自動復(fù)位電路3種,如圖2-6所示.a.上電復(fù)位電路b.手動復(fù)位電路c.自動復(fù)位電路圖2-6單片機復(fù)位電路由于設(shè)計所需，我們在這里選用手動式復(fù)位電路。由外部擴展M24C01設(shè)定功能鍵控制手動式復(fù)位電路。2.7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)對模擬信號或48kHz的采樣，頻率發(fā)生器就必須提供一個或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(zhì)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(yīng)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。石英晶體振蕩器廣泛地應(yīng)用在電視機、影碟機、錄像機、無線通訊設(shè)備、電子鐘表、單片機、數(shù)字儀器儀表等電子設(shè)備中。為數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生時鐘信號和為特定系統(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(jié)晶體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)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(yīng)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(gòu)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(yīng)。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。3系統(tǒng)硬件構(gòu)成3.1設(shè)計原理本設(shè)計主要由單片機、矩陣鍵盤、液晶顯示器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，實際使用時只要將單片機的負載由繼電器換成電子密碼鎖的電磁鐵吸合線圈即可，當然也可以用繼電器的常開觸點去控制電磁鐵吸合線圈。本系統(tǒng)共有兩部分構(gòu)成，即硬件部分與軟件部分。其中硬件部分由電源輸入部分、鍵盤輸入部分、密碼存儲部分、復(fù)位部分、晶振部分、顯示部分、報警部分、開鎖部分組成，軟件部分對應(yīng)的由主程序、初始化程序、LCD顯示程序、鍵盤掃描程序、啟動程序、關(guān)閉程序、建功能程序、密碼設(shè)置程序、EEPROM讀寫程序和延時程序等組成。其原理框圖如圖3-1所示。圖3-1電子密碼鎖原理框圖AT89CAT89C51鍵盤輸入復(fù)位電路密碼存儲電路晶振電路電源輸入顯示電路報警電路開鎖電路3.2電路總體構(gòu)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，其外圍電路包括電源輸入部分、鍵盤輸入部分、密碼存儲部分、復(fù)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，顯示部分選擇字符型液晶顯示LCD1602，密碼存儲部分選用AT24C02芯片來完成。其原理圖如圖3-2所示：圖3-2電路原理圖3.3電源輸入部分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3-3所示，把頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定的5V直流電壓。其工作原理主要是把單相交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。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(zhuǎn)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3-3電源輸入電路原理圖3.4鍵盤輸入部分由于本設(shè)計所用到的按鍵數(shù)量較多而不適合用獨立按鍵式鍵盤。采用的是矩陣式按鍵鍵盤，它由行線和列線組成，也稱行列式鍵盤，按鍵位于行列的交叉點上，密碼鎖的密碼由鍵盤輸入完成，與獨立式按鍵鍵盤相比，要節(jié)省很多I/O口。本設(shè)計中使用的這個4×4鍵盤不但能完成密碼的輸入還能作特別功能鍵使用，比如清空顯示功能等。鍵盤的每個按鍵功能在程序設(shè)計中設(shè)置。其大體功能（看鍵盤按鍵上的標記）及與單片機引腳接法如圖3-4所示：圖3-4鍵盤輸入原理圖3.5密碼存儲部分用EPROM芯片AT24C02存儲密碼。AT24C02是美國Atmel公司的低功耗CMOS型E2PROM，內(nèi)含256×8位存儲空間，具有工作電壓寬(2.5～5.5V)、擦寫次數(shù)多(大于10000次)、寫入速度快(小于10ms)、抗干擾能力強、數(shù)據(jù)不易丟失、體積小等特點。而且他是采用了I2C總線式進行數(shù)據(jù)讀寫的串行器件，占用很少的資源和I／O線，并且支持在線編程，進行數(shù)據(jù)實時的存取十分方便。AT24C02中帶有的片內(nèi)地址寄存器。每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加1，以實現(xiàn)對下一個存儲單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時間，一次操作可寫入多達8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。I2C總線是一種用于IC器件之間連接的二線制總線。他通過SDA(串行數(shù)據(jù)線)及SCL(串行時鐘線)兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個器件。AT24C02正是運用了I2C規(guī)程，使用主／從機雙向通信，主機(通常為單片機)和從機(AT24C02)均可工作于接收器和發(fā)送器狀態(tài)。主機產(chǎn)生串行時鐘信號(通過SCL引腳)并發(fā)出控制字，控制總線的傳送方向，并產(chǎn)生開始和停止的條件。無論是主機還是從機，接收到一個字節(jié)后必須發(fā)出一個確認信號ACK。AT24C02的控制字由8位二進制數(shù)構(gòu)成，在開始信號發(fā)出以后，主機便會發(fā)出控制字，以選擇從機并控制總線傳送的方向。其接線如圖3-5所示：圖3-5密碼存儲電路原理圖3.6復(fù)位部位單片機復(fù)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，例如復(fù)位后PC＝0000H，使單片機從第—個單元取指令。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(fù)位。在復(fù)位期間（即RST為高電平期間），P0口為高組態(tài)，P1－P3口輸出高電平；外部程序存儲器讀選通信號PSEN無效。地址鎖存信號ALE也為高電平。根據(jù)實際情況選擇如圖4-6所示的復(fù)位電路。該電路在最簡單的復(fù)位電路下增加了手動復(fù)位按鍵，在接通電源瞬間，電容C1上的電壓很小，復(fù)位下拉電阻上的電壓接近電源電壓，即RST為高電平，在電容充電的過程中RST端電壓逐漸下降，當RST端的電壓小于某一數(shù)值后，CPU脫離復(fù)位狀態(tài)，由于電容C1足夠大，可以保證RST高電平有效時間大于24個振蕩周期，CPU能夠可靠復(fù)位。增加手動復(fù)位按鍵是為了避免死機時無法可靠復(fù)位。當復(fù)位按鍵按下后電容C1通過R5放電。當電容C1放電結(jié)束后，RST端的電位由R5與R6分壓比決定。由于R5<<R6因此RST為高電平，CPU處于復(fù)位狀態(tài)，松手后，電容C1充電，RST端電位下降，CPU脫離復(fù)位狀態(tài)。R5的作用在于限制按鍵按下瞬間電容C1的放電電流，避免產(chǎn)生火花，以保護按鍵觸電。圖3-6復(fù)位電路原理圖3.7晶振部分AT89S51引腳XTAL1和XTAL2與晶體振蕩器及電容C2、C1按圖3-7所示方式連接。晶振、電容C1／C2及片內(nèi)與非門（作為反饋、放大元件）構(gòu)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(guān)，但主要由晶振頻率決定，范圍在0～33MHz之間，電容C1、C2取值范圍在5～30pF之間。根據(jù)實際情況，本設(shè)計中采用12MHZ做為系統(tǒng)的外部晶振。電容取值為20pF。圖3-7晶振電路原理圖3.8顯示部分為了提高密碼鎖的密碼顯示效果能力。本設(shè)計的顯示部分由液晶顯示器LCD1602取代普通的數(shù)碼管來完成。只有按下鍵盤上的開啟按鍵后，顯示器才處于開啟狀態(tài)。同理只有按下關(guān)閉按鍵后顯示器才處于關(guān)閉狀態(tài)。否則顯示器將一直處于初始狀態(tài)，當需要對密碼鎖進行開鎖時，按下鍵盤上的開鎖按鍵后利用鍵盤上的數(shù)字鍵0－9輸入密碼，每按下一個數(shù)字鍵后在顯示器上顯示一個*，輸入多少位就顯示多少個*。當密碼輸入完成時，按下確認鍵，如果輸入的密碼正確的話，LCD子顯示“RIGHT”，單片機其中P2.0引角會輸出低電平，使三極管T2導通，電磁鐵吸合，電子密碼鎖被打開，如果密碼不正確，LCD顯示屏會顯示“ERROR”，P2.0輸出的是高電平，電子密碼鎖不能被打開。通過LCD顯示屏，可以清楚的判斷出鎖所處的狀態(tài)。其顯示部分引腳接口如圖3-8所示：圖3-8顯示電路原理圖3.9報警部分報警部分由陶瓷壓電發(fā)聲裝置及外圍電路組成，加電后不發(fā)聲，當有鍵按下時，“?！甭?，每按一下，發(fā)聲一次，密碼正確時，不發(fā)聲直接開鎖，當密碼輸入錯誤時，單片機的P2.1引腳為低電平，三極管T3導通轟鳴器發(fā)出噪鳴聲報警。如圖3-9所示：圖3-9報警電路原理圖3.10開鎖部分通過單片機送給開鎖執(zhí)行機構(gòu)，電路驅(qū)動電磁鎖吸合，從而達到開鎖的目的。其原理如圖3-10所示。單片機微控制器單片機微控制器開鎖驅(qū)動電路電磁鎖密碼正確？Y返回N圖3-10密碼鎖開鎖機構(gòu)示意圖當用戶輸入的密碼正確而且是在規(guī)定的時間（普通用戶要求在12s內(nèi)輸入正確的密碼，管理員要求在5s輸入正確的密碼）輸入的話，單片機便輸出開門信號，送到開鎖驅(qū)動電路，然后驅(qū)動電磁鎖，達到開門的目的。其實際電路如圖3-11所示。電路驅(qū)動和開鎖兩級組成。由D5、R1、T10組成驅(qū)動電路，其中T10可以選擇普通的小功率三極管如9014、9018都可以滿足要求。D5作為開鎖的提示；由D6、C24、T11組成。其中D6、C24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。T11可選用中功率的三極管如8050，電磁鎖的選用要視情況而定，但是吸合力要足夠且由一定的余量。在本次設(shè)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。圖3-11密碼鎖開鎖機構(gòu)電路圖89S51單片機3.11設(shè)計總框圖89S51單片機輸入錯誤鎖定鍵盤輸入錯誤鎖定鍵盤矩陣鍵盤矩陣鍵盤控制電源電路及UPS電路延時報警控制電路電源電路及UPS電路延時報警控制電路AT24CAT24C02掉電存儲開鎖控制電路串口顯示電路指示電路串口顯示電路指示電路圖3-12總體設(shè)計框圖設(shè)計總體電路圖圖3-13總體電路圖4軟件程序設(shè)計主程序流程圖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。主程序的流程圖如4-1所示。開始開始初始化有鍵按下？調(diào)用顯示啟動定時識別按鍵全部按完？超時？比較密碼開門開始自動清除>3次？鎖定NNYYYYNN圖4-1主程序流程圖模塊鍵盤采用查詢的方式，放在主程序中，當沒有按鍵按下的時候，單片機循環(huán)主程序，一旦有按鍵按下，便轉(zhuǎn)向相應(yīng)的子程序處理，處理結(jié)束再返回。其程序流程如圖4-2所示.圖4-2鍵盤掃描程序流程圖MOVXA,@R0CPLAJZTZ1LJMPKEY0圖4-3