電子密碼鎖的畢業(yè)設計論文教材

1、 20132013 屆畢業(yè)設計（論文）屆畢業(yè)設計（論文） 材材 料料 院 、 部： 學生姓名： 指導教師： 職 稱： 講師 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 學 號： 2013 年 6 月材料清單材料清單1、畢業(yè)設計（論文）課題任務書2、開題報告3、工作進度檢查表4、指導教師評閱表5、評閱評語表6、答辯資格審查表7、答辯及最終成績評定表8、畢業(yè)設計說明書 湖南工學院畢業(yè)設計(論文)開題報告 題目基于 MCS-51 單片機電子密碼鎖的設計學生姓名班級學號專業(yè)電子信息工程一、文獻綜述電子防盜鎖應用于金融業(yè)，其根本的作用是“授權”，即被“授權”的人才可以存取錢、物。廣義上講，金融業(yè)的“授權”主要包括

2、以下三種層次的內(nèi)容：1、授予保管權，如使用保管箱、保險箱和保險柜；2、授予出入權，如出入金庫、運鈔車和保管室；3、授予流通權，如自動存取款。目前，金融行業(yè)電子防盜鎖的應用主要集中在前兩個層面上。下面將介紹幾種在金融行業(yè)中使用較多的電子防盜鎖以及它們的技術發(fā)展方向。 當然，以上所說的授權技術再高超，都必須由精良的“鎖具”擔當承載結構部件，實現(xiàn)開啟、閉鎖的功能，而且承擔實體防護作用，抵抗住或盡量延遲破壞行為，讓電子防盜鎖“軟、硬不吃”。一般情況下，鎖具防盜的關鍵是鎖身外殼、閉鎖的部件的強度、鎖止型式、配合間隙和布局。 提高電子防盜鎖之防護能力的必然途徑是報警，在金融業(yè)的許多場所有人值守、有電視監(jiān)控

3、，具有報警功能，可以綜合物理防范和人力防范兩種作用。報警的前提是具備探測功能，根據(jù)電子防盜鎖的使用場所和防護要求，可選擇多種多樣的探測手段。在中國的城市金融業(yè)中，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)報警已經(jīng)成為對各金融網(wǎng)點的基本要求。 根據(jù)國內(nèi)外的實踐經(jīng)驗，金融業(yè)實行安全防范風險等級很有必要，即依據(jù)使用的防盜報警器材的性能、安裝布局和人員值守狀況等，可以評估被防護物或區(qū)域的防護能力，得出風險等級，其中，電子防盜鎖的性能至關重要。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，需要使用復合信息密碼的電子防盜鎖，這樣對盜賊而言是“道

4、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”。二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和發(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，其結構較為復雜、制造精度要求高、成本高且鑰匙丟失后安全性即大打折扣。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，其電路結構復雜、電子元件繁多，但密碼簡單易破解。隨著

5、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)在的密碼加感應元件。實現(xiàn)了真正的電子加密。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。三、主要內(nèi)容擬在此電子密碼鎖的系統(tǒng)中設計主要由三部分組成：44 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。系統(tǒng)能完成本機超次鎖定、修改用戶密碼基本的密碼鎖的功能。本設計的任務擬采用單片機（C51）作為單片機的核心單元，利用單片機串行發(fā)射、接收等功能而設計的一款具有本

6、機開鎖和報警功能的電子密碼鎖。本系統(tǒng)成本低廉，功能實用。主要分為以下幾個部分： （1）設置密碼及修改設置 6 位密碼，密碼可以由用戶自己修改設定（只支持 6 位密碼），密碼通過鍵盤輸入，若密碼正確，則將鎖打開。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。(2）密碼顯示為了幫助用戶確認是否有鍵按下，特在電路中設置了模擬顯示電路；而為了防止密碼外泄；顯示時，并不是顯示用戶按下的數(shù)字符號，而是以一個特定的字母符號提醒用戶是否有鍵按下。有鍵按下，就會顯示出字符-“*” ，沒鍵按下，則不會顯示字符。這樣既巧妙的提醒了用戶又保護了用戶密碼，此乃本設計可靠

7、性優(yōu)點之一。 (3）密碼錯誤報警當用戶鍵入錯誤密碼時，密碼輸入錯誤數(shù)碼顯示器會出現(xiàn)錯誤提示。當連續(xù)三次出現(xiàn)密碼錯誤時，系統(tǒng)就會報警，由蜂鳴器發(fā)出報警聲，鎖定鍵盤且系統(tǒng)會長期報警不止。這時必須按復位方可停止。此乃安全可靠性之一。四、設計的重點與難點 1、設計的重點（1）設計密碼及修改。密碼通過鍵盤輸入，鎖打開后才能修改密碼，修改密碼前需輸入密碼，且修改新密碼需要二次輸入，以防出錯。 （2）密碼顯示，為了防止密碼泄露，每按下一個鍵均以“*”代替。 （3）密碼出錯的報警。按了確認鍵，如果密碼出錯，則顯示密碼錯誤，密碼連續(xù)三次輸入錯誤，則發(fā)出警報聲。2、設計難點（1）軟件的設計，程序編輯貫穿整個設計，

8、程序是本次設計的基礎。（2）密碼按鍵的實現(xiàn)，以及對密碼的存儲。五、設計方法和實施方案決定采用一種是用以（AT89C52）為核心的單片機控制方案。選用單片機（AT89C52） 作為本設計的核心元件，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，實現(xiàn)基本的密碼鎖功能。初步方案設計原理如下圖所示：鍵盤輸入電路單片機芯片外圍顯示電路單片機時鐘電路存儲芯片AT24C02圖 1 設計方案六 、設計進程1、2013 年 3 月份完成開題報告2、2013 年 3 月份到 2013 年 4 月份查閱相關資料，熟悉單片機的編程及原理3、2013 年 4 月份到 5 月份完成對原理圖的繪制4、20

9、13 年 5 月上旬到 5 月中旬完成軟件的編寫和仿真5、2013 年 5 月下旬到 2013 年 6 月初論文定稿，完成答辯七 、參考文獻1曹巧媛，單片機原理及應用M.北京：電子工業(yè)出版社，1997.7；2趙秀珍，單永磊，單片微型計算機原理及其應用M.北京：中國水利水電出版社，2001.8；3張洪潤，蘭清華，單片機應用技術教程M.北京：清華大學出版社，1997.11； 4李華，MCS-51 系列單片機實用接口技術M.北京：北京航空航天大學出版社，1993.8；5馬忠梅，單片機的 C 語言 Windows 環(huán)境編程寶典M. 北京：北京航空航天大學出版社，2003.6；6李廣弟, 單片機基礎M北

10、京：北京航空航天大學出版社，2007.6；7王千.實用電子電路大全M.北京：電子工業(yè)出版社，2001.2；8童詩白.模擬電子技術基礎M.北京：高等教育出版社，2000.6；9閻石.數(shù)字電子技術基礎M.北京：高等教育出版社，1998.2；10彭偉.單片機 C 語言程序設計實訓 100 例M.北京：電子工業(yè)出版社,2010.2；指導教師批閱意見 指導教師(簽名)： 年 月 日 2013 屆屆畢業(yè)設計說畢業(yè)設計說明明書書 基于 MCS-51 單片機電子密碼鎖的設計院 、 部： 學生姓名： 指導教師： 職稱 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 完成時間： 2013 年 5 月 25 日 摘 要本設計采用

11、的是AT89C52作為主控芯片與數(shù)據(jù)存儲器單元所設計的電子密碼鎖。通過單片機與外圍的矩陣鍵盤輸入、LCD液晶顯示、報警等電路相結合，利用單片機的靈活性和豐富的I/O口線資源，用C語言編寫的主控芯片控制程序與EEPROM AT24C02讀寫程序相結合，并用Keil軟件進行編譯，設計了一款簡單、實用、方便的電子密碼控制系統(tǒng)。在本次設計中，能夠?qū)崿F(xiàn)密碼輸入正確及錯誤的不同顯示，在密碼泄露后，合法用戶能夠修改并存儲密碼，當輸入密碼錯誤次數(shù)超過三次時，系統(tǒng)會自動報警，并且鍵盤被鎖定2分鐘，防止被非法用戶無限制的套取密碼。在設計的過程中，采用矩陣鍵盤減少了對I/O口線的占用，優(yōu)化了系統(tǒng)。采用的顯示元件是L

12、CD1602液晶顯示，使得顯示更加清楚，用戶使用時也更明白。存儲芯片采用的是AT24C02芯片，具有掉電保護的作用。通過在Proteus中仿真測試,能夠很好的實現(xiàn)密碼鎖的所有功能，達到了設計的要求。關鍵詞:單片機；密碼鎖；AT24C02 ABSTRACTThis design is used as the master chip AT89C52 data memory unit designed electronic locks. Through the microcontroller and peripheral matrix keyboard, LCD liquid crystal dis

13、play, alarm and other circuits combine the flexibility of the use of single and rich I / O port line resources, using C language master chip control procedures and EEPROM AT24C02 literacy program combined and compiled using Keil software, designed a simple, practical and convenient electronic code c

14、ontrol system. In this design, enabling the wrong password is entered correctly and the different display, the password is leaked, the legitimate user can modify and store the password, enter the password when more than three times the number of errors, the system will automatically alarm, to preven

15、t unauthorized users unlimited the taking of passwords. In the design process, using matrix keyboard reduces the I / O port lines occupied, optimize system. LCD1602 display element is used in a liquid crystal display, making the display more clearly, the user is also greater. Memory chip is AT24C02

16、chip with power-down protection. Through simulation testing in Proteus, can achieve good locks all functions to achieve the design requirements.Key words microcontroller; locks; at24c02目 錄1 緒論.11.1 引言.11.2 課題背景和意義.12 總體設計方案的確定.32.1 電子密碼鎖設計的具體要求.32.2 總體設計方案選定.33 主要元器件介紹.53.1 主控芯片 AT89C52.53.1.1 主要特性.

17、53.1.2 引腳功能說明.63.2 存儲芯片 AT24C02.73.2.1 管腳的描述.83.2.2 功能的描述.83.3 LCD1602 顯示器.93.3.1 LCD1602 的引腳功能說明.93.3.2 LCD1602 的指令說明.104 硬件電路的設計.124.1 最小系統(tǒng)的設計.124.1.1 單片機的復位電路.124.1.2 單片機的時鐘電路.134.2 鍵盤電路.144.3 顯示電路.154.4 密碼鎖存電路.164.5 報警電路.165 軟件系統(tǒng)的設計.175.1 主函數(shù)模塊.175.2 鍵盤掃描及識別子函數(shù).175.3 延時子函數(shù).195.4 LCD1602 初始化函數(shù).19

18、5.5 AT24C02 的初始化函數(shù).206 在 PROTEUS 中的仿真.216.1 仿真原理圖.216.2 仿真結果.21結束語.25參考文獻.26致 謝.28附 錄.2911 緒論1.1 引言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)的機械鎖由于其構造的簡單，被撬的事件屢見不鮮，電子鎖由于其保密性高，使用的靈活性和安全系數(shù)都很高，受到了廣大用戶的喜愛。鎖是置于可啟閉的器物上,用以關住某個確定的空間范圍或某種器具的,必須以鑰匙或暗碼打開的扣件。鎖具發(fā)展到現(xiàn)在已有若干年的歷史了，人們對它的結構、機理也研究得很透徹，因此，不用鑰匙就能打開的方法和工具也層出不窮。現(xiàn)代

19、人類文明社會里，由于社會中各種矛盾沖突十分劇烈，人們的思想道德觀念，價值觀念，文化修養(yǎng)水平等差異，群眾中良莠不齊，善良的人們能夠自覺規(guī)范自已的行為， “非禮不為” ，雖無鑰匙亦不會亂闖。然而，那些毫無道德觀念的盜賊卻想方設法利用高科技手段撬門開鎖，使廣大居民防不勝防。為什么會出現(xiàn)這種情況呢？因為傳統(tǒng)鎖具都存在致命的弱點：第一、 鎖芯采用常見的銅、鋁、鋅等材料，抵抗不了強力破壞；第二、 鎖具制作工藝，技術落后，無法阻止技術手段的開啟。目前，市場上很多國內(nèi)外的鎖具，實際上都不具備真正的防盜功能。在慣偷面前，兩根鋼絲或幾件簡單的工具就可以把這些鎖打開，有的慣偷甚至公開揚言：“沒有我打不開的鎖。 ”其

20、實，不是他們多高明，而是一般鎖具技術原理太過簡單。面對這一殘酷的現(xiàn)狀，新時代提出了鎖具必須革命的迫切的要求。1.2 課題背景和意義隨著電子技術和計算機技術的飛速發(fā)展，單片機性能不斷完善，性能價格比顯著提高，技術日趨完善。由于單片機具有體積小、重量輕、價格便宜、功耗低、控制功能強及運算速度快等特點，因而在國民經(jīng)濟建設、軍事及家用電器等各個領域均得到了廣泛的應用。本設計利用單片機及附加電子元器件實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制算法，來完成某一實際功能，檢驗并提高對整體電路設計和把握的能力，了解單片機系統(tǒng)設計流程，以及仿真和調(diào)試能力。同時也加強對數(shù)字電路、單片機和微機原理等課程知識的實際應用能力，也為同類產(chǎn)品的進

21、一步發(fā)展奠定理論和實踐基礎。隨著人們生活水平的提高和安全意識的加強，對安全的要求也就越來越高。鎖自古以來就是把守護門的鐵將軍，人們對它要求甚高，既要安全可靠的防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長期以來研制的主題。隨著電子技術的發(fā)展，各2類電子產(chǎn)品應運而生，電子密碼鎖就是其中之一。據(jù)有關資料介紹，電子密碼鎖的研究從 20 世紀 30 年代就開始了，在一些特殊場所早就有所應用。這把鎖是通過鍵盤的輸入密碼就可以完成解鎖的過程。之所以要研究這種鎖，就是為提高鎖的安全性。由于電子密碼鎖的密碼量很大，可以配合機械鎖一起使用，還可以防止由于鑰匙被仿制而留下的安全隱患。電子密碼鎖只需要記住一組密碼，不用攜帶一般

22、的金屬鑰匙，去除了用戶攜帶鑰匙的麻煩，從而受到很多人的贊賞。電子鎖的種類繁多，例如數(shù)碼鎖，指紋鎖，磁卡鎖，IC 卡鎖，生物鎖等。但較實用的還是按鍵式電子密碼鎖。20 世紀 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，成本較高，是適合使用在安全性要求較高的場合，且需要有電源提供能量，使用仍局限于一定的范圍內(nèi)，難以普及到廣大人民群眾，因此研究它沒有得到一定的顯著進展。目前，在西方發(fā)達國家的電子密碼鎖的技術相對比較先進的，種類比較齊全，電子密碼鎖已被廣泛應用于智能門禁系統(tǒng)中通過多種更安全，更可靠的技術來實現(xiàn)對大門的管理。在我國電子鎖整體水平尚處于國際上 70 年代左右，

23、電子密碼鎖的成本還很高，市場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國際先進水平，現(xiàn)國內(nèi)有幾個廠生產(chǎn)供應市場。但國內(nèi)自行研制開發(fā)的電子鎖，其市場結構尚未形成，應用還不廣泛。國內(nèi)的不少企業(yè)也引進了世界上先進的技術，發(fā)展前景非常可觀。希望通過不斷的努力，使電子密碼鎖在我國也能得到廣泛應用。32 總體設計方案的確定2.1 電子密碼鎖設計的具體要求（1） 、本設計為了防止密碼被竊取要求在輸入密碼時在 LCD 屏幕上顯示*號。（2） 、設計開鎖密碼為六位密碼的電子密碼鎖。（3） 、密碼輸入正確時 LCD 顯示 Unlock OK!，密碼錯誤時顯示 ERROR，輸入密碼時顯示 Your Pas

24、sword。（4） 、當密碼鎖輸入正確時，LED 指示燈亮，開鎖成功。（5） 、44 的矩陣鍵盤其中包括 0-9 的數(shù)字鍵和 A-F 的功能鍵。（6） 、本產(chǎn)品具備報警功能，當輸入密碼錯誤的次數(shù)超過 3 次時蜂鳴器響。（7）、密碼可以由用戶自己修改設定，修改密碼之前必須輸入原來的密碼，在輸入新密碼時候需要二次確認，才能修改成功，以防止誤操作 。2.2 總體設計方案選定方案一：采用數(shù)字電路控制。74LS112 雙 JK 觸發(fā)器所構成的數(shù)字邏輯電路作為電子密碼鎖控制的核心，共設置了 9 個用戶輸入鍵，其中只有 4 個按鍵是作為密碼按鍵，其它的都是作為干擾按鍵而設置的，如果是按下干擾按鍵，鍵盤輸入電

25、路自動清零，開始輸入的密碼變?yōu)闊o效，需要再次輸入；如果用戶在輸入密碼的時候超過了 20 秒（在一般情況下，用戶不會超過 20 秒）電路就會報警十幾秒，如果電路報警超過了三次，鍵盤將被鎖定 1 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。方案二：采用以 AT89C52 為核心的單片機控制方案。選用單片機 AT89C52 作為本設計的核心元件，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，實現(xiàn)密碼鎖的功能。在單片機的外圍電路接入輸入鍵盤用于密碼的輸入和一些功能的控制，外接 LCD1602 顯示器用于顯示作用。其原理如下圖

26、1 所示：4鍵盤輸入電路單片機芯片外圍顯示電路單片機時鐘電路存儲芯片AT24C02圖 1 系統(tǒng)總設計結構圖經(jīng)過對比，可知采用單片機控制更容易實現(xiàn)，更簡易。所以本次設計采用的是此方案。本設計由主控芯片51單片機，單片機時鐘電路，鍵盤，和開鎖電路組成。單片機負責控制整個系統(tǒng)的執(zhí)行過程。53 主要元器件介紹3.1 主控芯片 AT89C52 美國ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52是一種低功耗，高性能的CMOS 8位微控制器，可以被讀取的閃存程序存儲器占了4K bytes，該設備采用ATMEL公司的高密度非易失性內(nèi)存技術生產(chǎn)兼容標準8051指令集和指針。它集閃存程序存儲器，無論是在線編程（ISP）也可以

27、用來編程的傳統(tǒng)方法和一般片上8位微處理器芯片中，ATMEL公司的AT89C52功能強大，低成本的微控制器可以提供你許多高性價的應用程序，可以靈活應用于各種控制領域。 3.1.1 主要特性 AT89C52 具有如下特點：40 個引腳，4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器，128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32 個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷，2 個 16 位可編程定時計數(shù)器,2 個串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89C52 設計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設置省電模式?？臻e模式下，CPU

28、暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或者有硬件來復位。同時該芯片還具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。其主要的功能特性有：（1）兼容 MCS51 指令系統(tǒng)（2）8kB 可反復擦寫(大于 1000 次）Flash ROM；（3）32 個雙向 I/O 口；（4）256x8bit 內(nèi)部 RAM；（5）3 個 16 位可編程定時/計數(shù)器中斷；（6）時鐘頻率 0-24MHz；（7）2 個串行中斷，可編程 UART 串行通道；（8）2 個外部中斷源，共 8 個中斷源

29、；（9）2 個讀寫中斷口線，3 級加密位；63.1.2 引腳功能說明 圖2 單片機引腳圖VCC：電源電壓 GND：接地 P0口：P0口是8位雙向的數(shù)據(jù)口線，由于P0內(nèi)部是高阻抗的輸入狀態(tài)，當外接電路時，需要接上拉電阻。 P1口和P2口是雙向的數(shù)據(jù)口線 ，可直接外接電路。P3口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I0 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。P3口除了作為一般的I0口線外，更重要的用途是它的第二功能，P3口的第二功能如下表1所示。表1 P3口的第二功能端口引腳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

30、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0 WR（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7RST：復位輸入。當輸入的復位信號延續(xù) 2 個機器周期以上高電平時即為有效，用于完成單片機的復位操作。ALEPROG：在系統(tǒng)擴展時，ALE 用于控制把 P0 口輸出的低 8 位地址送入鎖存器鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時傳送。此外由于 ALE 是以 1/6 晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，因此，可作為外部時鐘或外部定時脈使用。PSEN：在讀外部 ROM 時 PSEN 有效（低電平），以實

31、現(xiàn)外部 ROM 單元的讀操作。 EAVPP：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA 必須保持低電平（接地）。而當 EA 信號為高電平時，對ROM 的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲器。XTAL1 和 XTAL2：當使用芯片內(nèi)部時鐘時，XTAL1 和 XTAL2 用于外接石英晶體諧振器和微調(diào)電容；當使用外部時鐘時，用于接入外部時鐘脈沖信號。3.2 存儲芯片 AT24C02 美國 Atmel 公司生產(chǎn)的 AT24C02 是一種低功耗的 CMOS 型的 E2PROM，內(nèi)含2568 位的存儲的空間，其工作電壓的寬度為(2.55.5 V)

32、、擦寫次數(shù)多(大于 10000 次)、抵抗干擾的能力很強、不容易丟失數(shù)據(jù)、體積小、寫入的速度快(小于 10 ms)等特點。并用它來讀取和寫入 I2C 總線串行數(shù)據(jù)設備，占用很少的資源和 I/O 口線，支持在線編程，實時數(shù)據(jù)訪問是非常方便的。AT24C02 芯片的地址寄存器。每次讀或者寫一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，地址寄存器會自動的加 1，用來讀寫下一個存儲單元。每一個字節(jié)都是用單一的操作方式來讀取的。為了達到降低寫入時間的目的，每一次操作所寫入的數(shù)據(jù)都可以達到 8 個字節(jié)。I2C總線是一種用來連接兩個或多個 IC 器件的二線制總線。它通過 SDA 及 SCL 兩根口線連到總線上的器件之間來傳送數(shù)據(jù)，根據(jù)不

33、同的地址識別不同的器件。AT24C02 就是運用了這種 I2C 的規(guī)程，從而使得主/從機之間能夠?qū)崿F(xiàn)雙向通信，主機和從機都可以工作在接收器和發(fā)送器的狀態(tài)上。串行時鐘信號(通過 SCL 引腳)由主機產(chǎn)生并發(fā)送控制字和控制總線的傳送方向，還會產(chǎn)生起始和終止的條件。不管是主機（單片機）還是從機（AT24C02），每次接收到一個字節(jié)都需要發(fā)送一個確認信號 ACK。AT24C02 的控制字是由 8 位的二進制數(shù)構成的，在起始信號發(fā)送后，主機會立馬發(fā)送其控制字，來選擇從機和傳送控制總線的方向。圖 3 為 AT24C02 的兩種引腳圖。8圖 3 AT24C02 的兩種引腳圖3.2.1 管腳的描述SCL：串行

34、時鐘。AT24C02 的串行時鐘輸入管腳用于產(chǎn)生器件，所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收的時鐘都是一個輸入管腳輸入的。SDA：串行數(shù)據(jù)/地址。A0、A1、A2 ：器件地址輸入引腳。當需要多個器件級聯(lián)時，地址可由這些引腳來設置。當這些腳懸空時默認值為 0。AT24C02 最大可級聯(lián) 8 個器件WP：寫保護。如果該管腳連接到+5V，24C02 的內(nèi)容都被寫保護（只能讀）。當該管腳接到 VSS 或懸空，允許器件進行正常的讀/寫操作。3.2.2 功能的描述IICIIC 總線協(xié)議總線協(xié)議: :IIC 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，數(shù)據(jù)線必須保持穩(wěn)

35、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 IIC 總線的起始信號。停止信號停止信號: :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 IIC 總線的停止信號。 應答信號應答信號: :IIC 總線數(shù)據(jù)傳送時，每成功地傳送一個字節(jié)數(shù)據(jù)后，接收器都必須產(chǎn)生一個應答信號。應答的器件在第 9 個時鐘周期時將 SDA 線拉低，表示其已收到一個 8 位數(shù)據(jù)。AT24C02 在接收到起始信號和從器件地址之后響應一個應答信號，如果器件已選擇了寫操作，則在每接收一個 8 位字節(jié)之后響應一

36、個應答信號。器件尋址器件尋址: :主器件通過發(fā)送一個起始信號啟動發(fā)送過程然后發(fā)送它所要尋址的從器件的地址。它的址由圖 4 上的地址位來決定。AT24C02 監(jiān)視總線時，當其地址與發(fā)送的從地址相符合時就響應一個應答信號（通過 SDA 線）。AT24C02 再通過讀寫控制位（R/W） 的狀態(tài)來進行讀或?qū)懖僮鳌?圖4 從器件地址位寫保護寫保護: :當 WP 管腳接的是高電平時，整個寄存器區(qū)域的內(nèi)容全都被保護了，用戶不能對里面的數(shù)據(jù)進行操作，但是可以從中讀取內(nèi)容。立即地址讀立即地址讀: :AT24C02 的地址計數(shù)器里面的內(nèi)容是最后操作字節(jié)的地址加1。 即如果上一次讀或?qū)懙牟僮鞯刂窞?M 則立即讀的地

37、址從地址 M+1 開始。主器件不需要發(fā)送一個應答信號，但需要產(chǎn)生一個停止信號。3.3 LCD1602 顯示器 在現(xiàn)代日常生活中，字符型液晶模塊已經(jīng)運用到很多的顯示器件中了，如計算器、萬用表、電子表等，顯示的主要是專用符號和圖形。在單片機系統(tǒng)中，使用液晶顯示器作為顯示器件具有顯示質(zhì)量高、體積小、功耗低等優(yōu)點。3.3.1 LCD1602 的引腳功能說明1602 型 LCD 的引腳如下表 2 所示。表 2 1602 型 LCD 的接口信號說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2Data I/O2VDD電源正極10D3Data I/O3V0液晶偏壓信號端11D4Data I/O4RS數(shù)

38、據(jù)/命令選擇端（H/L）12D5Data I/O5R/W讀寫選擇端（H/L）13D6Data I/O6E使能信號14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA正極背光源8D1Data I/O16BLK負極背光源第 1 腳：VSS 接地。第 2 腳：VDD 接+5V。第 3 腳：VL 可以接 10K 的滑動變阻器，用來調(diào)節(jié)液晶顯示的亮度。第 4 腳：RS 腳。用來選擇寄存器，當需要選擇數(shù)據(jù)寄存器時，RS 腳接的是10高電平、當選擇指令寄存器時，接的是低電平。第 5 腳：R/W 為信號線，當接高電平時進行讀的操作，當接低電平時進行寫的操作。當 RS 和 R/W 共同為低電平時寫入指令或者

39、顯示地址，當 RS 為低電平R/W 為高電平時讀忙信號，當 RS 為高電平 R/W 為低電平時寫入數(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 714 腳：D0D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。3.3.2 LCD1602 的指令說明在 1602 型 LCD 中，一共有 11 條控制指令，如表 3 所示。表3 LCD1602的指令表序號 指令 RS R/W D7D6D5D4D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S

40、 4 顯示開/關控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DLN F * * 7 置字符發(fā)生存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址 8 置數(shù)據(jù)存貯器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址 9 讀忙標志或地址 0 1 BF計數(shù)器地址 10 寫數(shù)到CGRAM或DDRAM） 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 從CGRAM或DDRAM讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 LCD1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。LCD1602 共有 11 條指令，在初始化的時候主要使用

41、的是前 6 條指令。這里主要介紹第三條到第六條指令。第三條指令是設置光標和顯示模式，當 D1 為高電平是，光標右移，當為低電平時，光標左移。當 D0 為高電平時，液晶顯示的全部文字均左移或者右移，當 D0 為低電平時，文字不移動。第四條指令是控制顯示的開或關，D2 為高電平時顯示打開，為低電平時顯示關閉；D1 為高電平時顯示光標，為低電平時關閉光標；D0 為高電平時光標閃爍，為低電平時光標不閃爍。第五條指令控制光標或顯示的移位，D3 為高電平時移動顯示的文字，為低電平時移動光標。第六條指令功能設置命令，當 D4 為高電平時，連接的是 4位總線，為低電平時，連接的是八位總線；當 D3 為高電平時

42、顯示兩行，為低電平時顯示一行；當 D2 為高電平時顯示的是 5x10 點陣字符，為低電平時顯示的是 5x7 點陣字符。11基本的操作程序：讀狀態(tài)：輸入：RS=L，RW=L， E=H 輸出：D0D7=狀態(tài)字讀數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=H， E=H輸出：無寫指令：輸入：RS=L，RW=L， D0D7=指令碼，E=高脈沖 輸出：D0D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=L， D0D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖 輸出：無124 硬件電路的設計4.1 最小系統(tǒng)的設計單片機所有的電路設計和應用都是基于它的最小系統(tǒng)的,或者稱為最小應用系統(tǒng)的。單片機的最小系統(tǒng)是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對于系列

43、單片機來說,一般的最小系統(tǒng)應該包括:單片機芯片、時鐘電路以及復位電路。如圖 6 所示，就是單片機的最常見的最小系統(tǒng)。圖 6 單片機的最小系統(tǒng)電路圖4.1.1 單片機的復位電路復位電路的作用是使單片機能夠在死機狀態(tài)時重新回到程序的起始段。單片機的復位方式一般有兩種。一種是上電復位，在系統(tǒng)一上電時利用電容兩端13電壓不能突變的原理給系統(tǒng)一個短時的低電平；手動復位，通過按鈕接通低電平給系統(tǒng)復位。手動按鍵復位電路如圖 7 所示。圖 7 單片機的復位電路4.1.2 單片機的時鐘電路單片機的時鐘電路由振蕩電路和分頻電路組成。其中振蕩電路由反相器以及并聯(lián)外接的石英晶體和電容構成，用于產(chǎn)生振蕩脈沖。而分頻電路

44、則用于把振蕩脈沖分頻，以得到所需要的時鐘信號。振蕩電路振蕩電路單片機芯片中的高增益反相放大器，其輸入端為引腳 XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。通過這兩個引腳在芯片外并接石英晶體振蕩器和兩只電容器（電容的容量一般取 30pF） 。石英晶體為一感性元件，與電容構成振蕩回路，為片內(nèi)放大器提供正反饋和振蕩所需的相移條件，從而構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，如圖8 所示。14圖 8 單片機的晶振電路4.2 鍵盤電路由于本次設計需要用到10個數(shù)字鍵和其它的一些功能鍵，按鍵較多，為了不增加I/O的使用數(shù)目，因此本設計采用的是44的矩陣鍵盤。 當在使用較多數(shù)量的按鍵時，為了減少對單片機數(shù)據(jù)口線的的占用，通常要把

45、按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，分為行和列。每個按鍵分別接行線和列線，每一行接一個根數(shù)據(jù)口，每一列也接一根數(shù)據(jù)口。所以，單片機的每一個I/O口都可以接16個按鍵。而直接與單片機相接的話就要多出一倍多。這樣就節(jié)約了很多的口線資源。在本次設計中，由于需要16個按鍵，所以就把P1口外接了距陣鍵盤。把單片機P1口的高四位接了鍵盤的四行,把P1口的低四位接了鍵盤的四列。在鍵盤掃描之前，先給P1口賦初值0 x0F,當有鍵按下的時候P1口的值就會發(fā)生變化,這樣就可以判斷按鍵是發(fā)生在哪一列,再通過給P1口賦值0Xf0,就可以確定按鍵發(fā)生在哪一行。再通過計算得到具體的按鍵鍵值。本設計鍵盤電路的接法如圖9所示

46、。15圖9 矩陣式鍵盤的接法4.3 顯示電路顯示設計采用字符型液晶屏設計，由單片機的P0口控制顯示，由P2.0P2.2控制LCD的控制端口。圖10為顯示電路的電路圖。圖10 LCD顯示電路164.4 密碼鎖存電路在本次設計中，密碼的保存采用的是串行 CMOS EEPROM 的 AT24C02 芯片，它和單片機的接法如圖 11 所示。圖 11 密碼鎖存電路圖4.5 報警電路當有鍵按下時，“?！币宦?，每按一下，發(fā)聲一次，密碼輸入正確時，蜂鳴器不響直接開鎖，當輸入錯誤密碼的次數(shù)有三次時，蜂鳴器報警 10 秒。蜂鳴器電路如圖 12 所示。圖12 蜂鳴器電路175 軟件系統(tǒng)的設計5.1 主函數(shù)模塊本設計

47、的主函數(shù)主要是完成系統(tǒng)初始化、調(diào)用鍵掃函數(shù)、調(diào)用顯示函數(shù)等。主函流程圖如圖 12 所示。開始初始化調(diào)顯示查詢是否有鍵按下N執(zhí)行相應的鍵功能程序返回Y圖 12 主函數(shù)流程圖5.2 鍵盤掃描及識別子函數(shù) 鍵盤掃描是采用查詢的方式，在主程序中進行調(diào)用，在沒有鍵按下的時候，進行循環(huán)查詢，只要有鍵按下，立即執(zhí)行相應的功能鍵函數(shù)，處理結束后再返回。鍵盤掃描函數(shù)流程圖如圖 13 所示。18開始給P1口賦值0FH查詢是否有鍵按下查看發(fā)生在哪一列給P1口賦值F0H查看發(fā)生在哪一行計算鍵值返回鍵值Y返回鍵值16N圖 13 鍵盤掃描函數(shù)流程圖鍵盤掃描子函數(shù)如下：uchar Keys_Scan() uchar Tmp

48、, KeyNo=0; P1=0 x0F; /高四位置 0，放入四行 Delay_ms(1); /按鍵后 00001111 將變成 0000 xxxx,x 中 1 個為 0，3 個仍為 1/異或操作會把 3 個 1 變成 0，唯一的 0 變成 1 Tmp=P1 0 x0F; switch (Tmp) / 判斷發(fā)生于 03 列中的哪一列 19 case 1: KeyNo=0; break;case 2: KeyNo=1; break;case 4: KeyNo=2; break;case 8: KeyNo=3; break;default: KeyNo=16; /無鍵按下 P1=0 xF0; /低

49、四位置 0，放入四列 Delay_ms(1);/按鍵后 11110000 將變成 xxxx0000,x 中 1 個為 0，3 個仍為 1/將高四位移至低四位，并將其中的唯一的 0 變?yōu)?1，其余為 0Tmp=P14 0 x0F; switch(Tmp) case 1: KeyNo+=0; break;case 2: KeyNo+=4; break;case 4: KeyNo+=8; break;case 8: KeyNo+=12; break; return KeyNo; 5.3 延時子函數(shù) 本次設計采用的延時函數(shù)為語句循環(huán)延時。通過預設循環(huán)變量來得到不同的延時時間，既方便、又準確。延時子函數(shù)

50、如下：void Delay_ms(uint x) uint i,j;for(i = 0;i x; i+)for(j = 0; j 110; j+);5.4 LCD1602 初始化函數(shù) 由于 LCD1602 液晶顯示需要預先進行初始化，才能得到需要的顯示要求，因此需要進行液晶顯示器的初始化。先給 LCD1602 寫不同的指令命令，再向LCD1602 發(fā)送要顯示的內(nèi)容。初始化函數(shù)如下：20void LCD_Init() Write_LCD_Command(0 x38); /設置兩行顯示，8 位數(shù)據(jù)總線，5*7 的點陣字符 Delay_ms(1); Write_LCD_Command(0 x06);

51、 /寫一個字符后地址指針加 1 Delay_ms(1); Write_LCD_Command(0 x0C); /設置開顯示，不顯示光標 Delay_ms(1); Write_LCD_Command(0 x01); /顯示清 0，數(shù)據(jù)指針清 0 Delay_ms(1);5.5 AT24C02 的初始化函數(shù) 24C02 是一種存儲芯片，它可以和單片機進行串行通信，但是在通信之前，需要用軟件進行初始化，以便單片機能夠明白串行通信的方式。本設計中的AT24C02 的總線初始化函數(shù)如下所示：void i2cinit() /總線初始化SDA = 1;Delay();SCK = 1;Delay();216

52、在 PROTEUS 中的仿真6.1 仿真原理圖根據(jù)設計的方案，在 Proteus 中畫出了仿真的原理圖進行仿真，原理圖如圖 14 所示。圖 14 原理圖6.2 仿真結果通過在 Protues 中的仿真，電子密碼鎖的功能都能在仿真中實現(xiàn)，仿真的結果如下：（1）當處于上鎖狀態(tài)時的結果如圖 15 所示。22圖 15 上鎖狀態(tài)的顯示結果（2）當開鎖成功時的結果如圖 16 所示。圖 16 開鎖成功時的顯示結果23（3）當輸入密碼錯誤時的結果如圖 17 所示。圖 17 密碼輸入錯誤時的顯示結果（4）當修改密碼時的結果如圖 18 所示。圖 18 修改密碼時的顯示結果24（5）當修改密碼成功時的結果如圖 19

53、 所示。圖 19 密碼修改成功時的顯示結果（6）當密碼連續(xù)三次輸入錯誤時的結果如圖 20 所示。圖 20 密碼連續(xù)三次輸入錯誤時的顯示結果25結束語本次課題研究的是基于單片機的電子密碼鎖，經(jīng)過多次的修改與調(diào)試，達到了密碼鎖設計的要求。該設計的電子密碼鎖具有按鍵有效提示，輸入錯誤提示，控制報警電路，鎖定鍵盤，修改密碼等多種功能。可在意外泄密的情況下隨時修改密碼。本次設計的電子密碼鎖可用于實際應用中，具有良好的保密效果。通過對該課題的研究，加深了對所學知識的理解和鞏固，提高了對課外知識的學習能力,增強了對知識的應用能力，提高了對解決實際問題的能力，培養(yǎng)了自我創(chuàng)新的意識。同時也積累了一些實踐經(jīng)驗，為

54、以后的發(fā)展打下一定的基礎，同時也能夠在這方面培養(yǎng)自己的興趣。畢業(yè)設計對培養(yǎng)學生的綜合能力有很大的幫助，同時也是檢驗學生發(fā)現(xiàn),提出,分析以及解決實際問題的能力。隨著科學技術的發(fā)展，單片機目前已經(jīng)成為了當今計算機應用中很活躍的領域，在生活中也可以說是無處不在。因此，對于二十一世紀的大學生來說，掌握單片機的開發(fā)技術是十分重要的。在本次設計中，也存在著一些不足，比如現(xiàn)在的密碼的位數(shù)只有6位，還應該可以由用戶自已來決定。希望能夠在以后做得更好。26參考文獻1 石文軒,宋薇.基于單片機 MCS 一 51 的智能密碼鎖設計J.武漢工程職業(yè)技術學院學報,2004,(01),23Shi Wenxuan,Song

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