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1、基于AT89C51單片機密碼鎖設(shè)計摘 要隨著科技的日益發(fā)展，電子密碼控制系統(tǒng)已越來越符合人們的要求。本文介紹了基于單片機和串行EEPROM的智能密碼控制系統(tǒng),對系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件實現(xiàn)進行了詳細的描述。該系統(tǒng)采用AT89C51單片機和AT24C01串行EEPROM,通過AT89C51模擬I2C總線和AT24C01通訊,實現(xiàn)密碼控制的功能。本文從經(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(jié)合外圍的矩陣鍵盤輸入、LCD液晶顯示、報警、開鎖等，用C語言編寫主控芯片的控制程序與EEPROM讀寫程序相結(jié)合，設(shè)計了一款可以多次更改密碼，具有報警功能的電子密

2、碼控制系統(tǒng)。這種電路設(shè)計具有防試探按鍵輸入、智能控制上鎖、開鎖、報警、修改密碼等多種功能。密碼長度可變、保密性強、靈活性高。經(jīng)實驗證明，該密碼控制系統(tǒng)具有設(shè)計方法合理，簡單易行，成本低，安全使用等特點，符合車輛、辦公室用鎖要求，具有推廣價值。關(guān)鍵詞： 密碼控制；單片機；EEPROM讀寫程序；報警ABSTRACTAs the development of science and technology day by day, the key control system is more in line with the requirements of people. The paper prese

3、nts a cryptographic smart password control based on MCU and serial EEPROM, describes hardware structure and software design of the system. It adopts AT89C51 and AT24C01, realizes the function of cryptographic smart password control. AT89C51 communicates with AT24C01 by I2C bus to achieve the passwor

4、d control function.This article from the economical and practical point of view, the use of the United States Atmel Corporation AT89C51 microcontroller as a master chip and the data memory unit, combined with the external matrix keyboard input, LED digital display, alarm, unlock and so on, dominated

5、 by the C programming language chip EEPROM of the control procedures and the combination of reading and writing program designed to change a password many times, the police function with the electronic the password control. This circuit design with anti-test button input, intelligent control lock, u

6、nlock, alarm, multiple functions, such as Change Password. Password length can be changed, even more secret and flexible than others.Experiments show that the password control system is characterized by its reasonable designing methods, simple operation, low cost and property of safety and practical

7、ityBesides，the password control can be used in the office and has great potential for commercial developmentKey Words：Password control; Single-chip; EEPROM read and write procedures; Alarm目 錄1 引言11.1 選題背景11.2 電子密碼控制簡介11.3 電子密碼控制的發(fā)展趨勢11.4 本設(shè)計所要實現(xiàn)的目標(biāo)22 設(shè)計方案的選擇32.1 方案一：采用數(shù)字電路控制32.2 方案二：采用以單片機為核心的控制方案33

8、 主要元器件介紹及I2C總線說明43.1 主控芯片AT89C5143.1.1 AT89C51性能簡介43.1.2 AT89C51引腳功能說明53.1.3 AT89C51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)73.2 LCD1602顯示器83.2.1 接口信號說明83.2.2 主要技術(shù)參數(shù)93.2.3 基本操作程序93.3 晶體振蕩器93.4 AT24C01串行EEPROM103.5 I2C總線說明114 系統(tǒng)硬件構(gòu)成154.1 設(shè)計原理154.2 電路總圖構(gòu)成154.3 電源輸入部分164.4 鍵盤輸入部分164.5 復(fù)位部分174.6 晶振部分184.7 顯示部分184.8 報警部分195 系統(tǒng)軟件設(shè)計205.1 主

9、程序流程圖205.2 按鍵功能流程圖215.3 密碼設(shè)置流程圖215.4 開鎖流程圖22結(jié) 論24參考文獻25致 謝26附錄一：總原理圖27附錄二: 程序29附錄三: 翻譯44天津工程師范學(xué)院2009屆本科生畢業(yè)設(shè)計1 引言1.1 選題背景在安全技術(shù)防范領(lǐng)域，具有防盜報警功能的電子密碼控制系統(tǒng)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式密碼控制系統(tǒng)，克服了機械式密碼控制的密碼量少、安全性能差的缺點，使電子密碼控制系統(tǒng)無論在技術(shù)上還是在性能上都大大提高了一步。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控制系統(tǒng)，它除具有傳統(tǒng)電子密碼控制系統(tǒng)的功能外，還引入了智能化管理、專家分析系統(tǒng)等功能

10、，從而使密碼控制系統(tǒng)具有很高的安全性、可靠性，應(yīng)用日益廣泛。1.2 電子密碼控制簡介電子密碼控制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。電子密碼控制不論性能還是安全性都已大大超過了機械類。其特點如下：1) 保密性好，編碼量多，遠遠大于機械控制。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控制的保密性下降。3) 誤碼輸入保護，當(dāng)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) 電子密碼控制系統(tǒng)具有操

11、作簡單易行，一學(xué)即會的特點。1.3 電子密碼控制的發(fā)展趨勢由于電子器件所限，以前開發(fā)的電子密碼控制系統(tǒng)，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，后來便是基于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引腳的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，電子密碼控制系統(tǒng)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)了更為真正的電子加密，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

12、來越多的電子密碼控制系統(tǒng) 。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電子信息，組合使用這些信息能夠使電子防盜密碼控制獲得更高的保密性，如防范森嚴的金庫，需要使用復(fù)合信息密碼的電子防盜密碼控制系統(tǒng)。組合使用信息也能夠使電子防盜密碼控制系統(tǒng)獲得無窮擴展的可能。可以看出組合使用電子信息是電子密碼控制系統(tǒng)今后發(fā)展的趨勢 。1.4 本設(shè)計所要實現(xiàn)的目標(biāo)本設(shè)計采用單片機為主控芯片，結(jié)合外圍電路，組成電子密碼控制系統(tǒng)，用戶想要打開鎖，必先通過提供的鍵盤輸入正確的密碼才可以，密碼輸入錯誤有提示，為了提高安全性，當(dāng)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

13、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。62天津工程師范學(xué)院2009屆本科生畢業(yè)設(shè)計2 設(shè)計方案的選擇2.1 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控制系統(tǒng)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10秒（一般情況下，用戶不會超過10秒，若用戶覺得不便，還可以修改）電路將報警20秒，若電路連續(xù)報警三次，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)計方案時設(shè)計雖然簡單，但控制的

14、準確性和靈活性差。故不采用。2.2 方案二：采用以單片機為核心的控制方案由于單片機種類繁多，各種型號都有其一定的應(yīng)用環(huán)境，因此在選用時要多加比較，合理選擇，以期獲得最佳的性價比。一般來說在選取單片機時從下面幾個方面考慮：性能、存儲器、運行速度、I/O口、定時/計數(shù)器、串行接口、模擬電路功能、工作電壓、功耗、封裝形式、抗干擾性、保密性，除了以上的一些還有一些最基本的,比如：中斷源的數(shù)量和優(yōu)先級、工作溫度范圍、有沒有低電壓檢測功能、單片機內(nèi)有無時鐘振蕩器、有無上電復(fù)位功能等。在開發(fā)過程中單片機還受到：開發(fā)工具、編程器、開發(fā)成本、開發(fā)人員的適應(yīng)性、技術(shù)支持和服務(wù)等等因素 ?；谝陨弦蛩乇驹O(shè)計選用單片

15、機AT89C51作為本設(shè)計的核心元件，利用單片機靈活的編程設(shè)計和豐富的I/O端口，及其控制的準確性，實現(xiàn)基本的密碼控制功能。在單片機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LCD1602顯示器用于顯示作用。當(dāng)用戶需要開鎖時，先按鍵盤開鎖鍵之后按鍵盤的數(shù)字鍵09、AF輸入密碼。密碼輸完后按下確認鍵，如果密碼輸入正確則開鎖，不正確顯示密碼錯誤重新輸入密碼，當(dāng)三次密碼錯誤則發(fā)出報警；當(dāng)用戶需要修改密碼時，先按下鍵盤設(shè)置鍵后輸入原來的密碼，只有當(dāng)輸入的原密碼正確后才能設(shè)置新密碼。新密碼輸入無誤后按確認鍵使新密碼將得到存儲，密碼修改成功。可以看出方案二的控制靈活，準確性好，且保密性強還

16、具有擴展功能，根據(jù)現(xiàn)實生活的需要此次設(shè)計采用此方案。天津工程師范學(xué)院2009屆本科生畢業(yè)設(shè)計3 主要元器件介紹及I2C總線說明3.1 主控芯片AT89C51AT89C51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準MCS-51指令系統(tǒng)及AT80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89C51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。3.1.1 AT89C51性能簡介 AT89C51具有如下特點

17、：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個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89C51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU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(jié)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硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 圖3-1 AT89C51芯片引腳圖其主

18、要功能特性： 兼容MCS-51指令系統(tǒng) 4k可反復(fù)擦寫(1000次）Flash ROM32個雙向I/O口 4.5-5.5V工作電壓2個16位可編程定時/計數(shù)器 時鐘頻率0-33MHz全雙工UART串行中斷口線 128x8 bit內(nèi)部RAM2個外部中斷源 低功耗空閑和省電模式中斷喚醒省電模式 3級加密軟件設(shè)置空閑和省電功能 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 可以看出AT89C51提供以下標(biāo)準功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16位定時器/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，以及片內(nèi)振蕩器和時鐘。同時, AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)

19、邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式時停止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。掉電方式是在RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到一個硬件復(fù)位。3.1.2 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(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”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(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)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

20、，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。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”,通過內(nèi)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(nèi)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。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”,通過內(nèi)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(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流I。在訪問位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行：MOV

21、X Ri 指令）時，P2口線上的內(nèi)（也即特殊功能寄存器，在整個訪問期間不改變。Flash 編程或校驗時，P2也接收高位地址和其它控制信號。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”時，它們被內(nèi)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 為 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

22、（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(fù)位輸入。當(dāng)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(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)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)。即使不再訪問外部存儲器，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(dāng)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

23、元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置禁位后，只有一條MOVX 和MOVC指令A(yù)LE才會被激活。此外，該引腳伎被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE無效。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(dāng)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，即輸出兩個脈沖。當(dāng)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(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則

24、執(zhí)行內(nèi)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VPP。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.1.3 AT89C51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)特殊功能寄存器：特殊功能寄存器的片內(nèi)空間分布如下圖3-3所示。這些地址并沒有全部占用，沒有占用的地址不可使用，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(yù)期的結(jié)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。表3-3為 AUXR輔助寄存器。ARXR 地址=8EH 復(fù)位狀態(tài)=XXX00XX0B Not BitAddressabl

25、e WDIDLEDISRTO DISALEBit 7 6 5 4 32 10 保留為將來擴展用途位DISALE ALE禁止/使用 DISALE 操作模式 0 ALE 輸出1/6震蕩時鐘頻率脈沖 1 ALE 僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令期間輸出脈沖DISRTO 禁止/使能復(fù)位輸出 DISRTO 0 復(fù)位引腳在WET溢出時變高1 復(fù)位引腳僅為輸入WDIDLE 禁止/使能IDLE模式的WDTWDIDLE 0 IDLE模式WDT繼續(xù)計數(shù)1 IDLE模式WDT停止計數(shù)雙時鐘指針寄存器：為方便地訪問內(nèi)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

26、位于地址84H、85H，當(dāng)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。表3-4 雙時鐘指針寄存器AUXR1 地址=A2H不可尋址位 復(fù)位狀態(tài)=XXXXXXX0B DPS Bit 7 6 5 4 3 2 1 0 保留為今后擴展用途DPS 數(shù)據(jù)指針選擇位 DPS 0 選擇DPTR寄存器DP0L.DP0H 1 選擇DPTR寄存器DP1L.DP1H電源空閑標(biāo)志：電源空閑標(biāo)志（POF）在特殊功能寄存儲器SFR中PCON的第4位（PCON.4）,電源打開時POF置“1”,它可由軟件設(shè)置睡眠狀態(tài)并不為復(fù)位所影響。存儲器結(jié)構(gòu)：MCS-51單片機內(nèi)核采用程序存儲器和數(shù)據(jù)存

27、儲器空間分開的結(jié)構(gòu)，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(nèi)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AT89C51的具有128字節(jié)的內(nèi)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(shè)置為堆棧區(qū)空間。3.2 LCD1602顯示器現(xiàn)在的字符型液晶模塊已經(jīng)是單片機應(yīng)用設(shè)計中最常用的信息顯示器件了。1602型LCD顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示

28、內(nèi)容豐富等特點。1602型LCD可以顯示2行16個字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0-D7和RS，R/W，EN三個控制端口，工作電壓為5V，并且具有字符對比度調(diào)節(jié)和背光功能。 3.2.1 接口信號說明1602型LCD的接口信號說明如表3-5所示：表3-5為 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液晶顯示偏壓信號11D4Data I/O4RS數(shù)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/O1

29、5BLA背光源正極8D1Data I/O16BLK背光源負極 3.2.2 主要技術(shù)參數(shù) 1602型LCD的主要技術(shù)參數(shù)如表3-6所示：表3-6為 1602型LCD的主要技術(shù)參數(shù)顯示容量芯片工作電壓工作電流模塊最佳工作電壓字符尺寸16X2個字符4.55.5V2.0mA（5.0V）5.0V2.95X4.35(WXH)mm 3.2.3 基本操作程序 讀狀態(tài)：輸入：RS=L，RW=L，E=H 輸出：D0-D7=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，D0-D7=指令碼，E=高脈沖 輸出：D0-D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=L，D0-D7=數(shù)據(jù)

30、，E=高脈沖 輸出：無3.3 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(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

31、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)面上涂敷上銀層用作電極使用，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)

32、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(dāng)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(dǎo)致機械變形的振幅突然增大。本設(shè)計中采用12MHZ做系統(tǒng)的外部晶振。電容取值為20pF。3.4 AT24C01串行EEPROM 如圖3-2為AT24C01的芯片引腳圖。圖3-2 AT24C01的芯片引腳圖 特點：低壓和標(biāo)準電壓運行模式 2.7 (VCC = 2.7V to 5.5V) 1.8 (VCC = 1.8V to 5.5V)內(nèi)建128x8存儲序列2線制串行接口雙向數(shù)據(jù)傳送協(xié)議100kH

33、z(1.8V,2.5V,2.7V) 和400kHz(5V)兼容寫同步時鐘(最大10ms)高可靠性-極限：1M寫時鐘周期-數(shù)據(jù)保存:100年不斷推進的芯片等級擴大了設(shè)備的可用溫度范圍8腳PDIP,8腳JEDEC SOIC和8腳TSSOP封裝描述：AT24C01提供電可擦除的串行1024位存儲或可編程只讀存儲器(EEPROM)128字(8位/字)。芯片在低壓的工業(yè)與商業(yè)應(yīng)用中進行了最優(yōu)化。AT24C01的封裝為8腳PDIP、8腳JEDECSOIC、8腳TSSOP，通過2線制串行接口進行數(shù)據(jù)傳輸。另外,整個系列有2.7V(2.7V至5.5V)和1.8V (1.8V至5.5V)兩個版本。設(shè)備操作：C

34、L O C K 和 D A T A 變化：SDA管腳通常外部要拉高。SDA管腳上的數(shù)據(jù)只能在SCL低期間改變。數(shù)據(jù)在SCL高期間改變定義為一個開始或停止信號。開始狀態(tài)：在任何操作之前必須有一個開始信號-在SCL為高時SDA上產(chǎn)生一個下降沿。停止?fàn)顟B(tài)： SCL為高時SDA產(chǎn)生一個上升沿是停止信號，停止信號后將停止所有通信。在一個讀的序列之后，停止信號將讓EEPROM進入備用電源模式。3.5 I2C總線說明I2C(InterIntegrated Circuit)總線是一種由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I2C總線產(chǎn)生于在80年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開發(fā)，如

35、今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個組件狀態(tài)的通信。例如管理員可對各個組件進行查詢，以管理系統(tǒng)的配置或掌握組件的功能狀態(tài)，如電源和系統(tǒng)風(fēng)扇。可隨時監(jiān)控內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)溫度等多個參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。1 I2C總線的硬件結(jié)構(gòu)I2C串行總線一般有兩根信號線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時鐘線SCL。所有接到I2C總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)SDA都接到總線的SDA上，各設(shè)備的時鐘線SCL接到總線的SCL上。為了避免總線信號的混亂，要求各設(shè)備連接到總線的輸出端時必須是開漏輸出或集電極開路輸出。設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)線SDA接口電路應(yīng)該是雙向的，輸出電路用于向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，輸入電路用

36、于接收總線上的數(shù)據(jù)。而串行時鐘線也應(yīng)是雙向的，作為控制總線數(shù)據(jù)傳送的主機，一方面要通過SCL輸出電路發(fā)送時鐘信號，另一方面還要檢測總線上的SCL電平，以決定什么時候發(fā)送下一個時鐘脈沖電平；作為接受主機命令的從機，要按總線上的SCL信號發(fā)出或接收SDA上的信號，也可以向SCL線發(fā)出低電平信號以延長總線時鐘信號周期。總線空閑時，因各設(shè)備都是開漏輸出，上拉電阻RP使SDA和SCL線都保持高電平。任一設(shè)備輸出的低電平都將使相應(yīng)的總線信號線變低，也就是說：各設(shè)備的SDA是“與”關(guān)系，SCL也是“與”關(guān)系。 總線對設(shè)備接口電路的制造工藝和電平都沒有特殊的要求（NMOS、CMOS都可以兼容）。在I2C總線上

37、的數(shù)據(jù)傳送率可高達每秒十萬位，高速方式時在每秒四十萬位以上。另外，總線上允許連接的設(shè)備數(shù)以其電容量不超過400pF為限。 總線的運行（數(shù)據(jù)傳輸）由主機控制。所謂主機是指啟動數(shù)據(jù)的傳送（發(fā)出啟動信號）、發(fā)出時鐘信號以及傳送結(jié)束時發(fā)出停止信號的設(shè)備，通常主機都是微處理器。被主機尋訪的設(shè)備稱為從機。為了進行通訊，每個接到I2C總線的設(shè)備都有一個唯一的地址，以便于主機尋訪。主機和從機的數(shù)據(jù)傳送，可以由主機發(fā)送數(shù)據(jù)到從機，也可以由從機發(fā)到主機。凡是發(fā)送數(shù)據(jù)到總線的設(shè)備稱為發(fā)送器，從總線上接收數(shù)據(jù)的設(shè)備被稱為接受器。I2C總線上允許連接多個微處理器以及各種外圍設(shè)備，如存儲器、LED及LCD驅(qū)動器、A/D及

38、D/A轉(zhuǎn)換器等。為了保證數(shù)據(jù)可靠地傳送，任一時刻總線只能由某一臺主機控制，各微處理器應(yīng)該在總線空閑時發(fā)送啟動數(shù)據(jù)，為了妥善解決多臺微處理器同時發(fā)送啟動數(shù)據(jù)的傳送（總線控制權(quán)）沖突，以及決定由哪一臺微處理器控制總線的問題，I2C總線允許連接不同傳送速率的設(shè)備。多臺設(shè)備之間時鐘信號的同步過程稱為同步化。2 I2C總線工作原理：2.1 總線的構(gòu)成及信號類型：I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進行雙向傳送，最高傳送速率100kbps。各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線上，但就像電話機一樣只有撥通各自的號碼才能工作，所以每個電路和模

39、塊都有唯一的地址，在信息的傳輸過程中，I2C總線上并接的每一模塊電路既是主控器（或被控器），又是發(fā)送器（或接收器），這取決于它所要完成的功能。CPU發(fā)出的控制信號分為地址碼和控制量兩部分，地址碼用來選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種類；控制量決定該調(diào)整的類別（如對比度、亮度等）及需要調(diào)整的量。這樣，各控制電路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨立，互不相關(guān)。I2C總線在傳送數(shù)據(jù)過程中共有三種類型信號， 它們分別是：開始信號、結(jié)束信號和應(yīng)答信號。開始信號：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。結(jié)束信號：SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。 應(yīng)答信號：

40、接收數(shù)據(jù)的IC在接收到8bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。CPU向受控單元發(fā)出一個信號后，等待受控單元發(fā)出一個應(yīng)答信號，CPU接收到應(yīng)答信號后，根據(jù)實際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。若未收到應(yīng)答信號，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。如圖3-3所示：SDASCL開始結(jié)束圖3-3 開始、結(jié)束信號圖目前有很多半導(dǎo)體集成電路上都集成了I2C接口。帶有I2C接口的單片機有：CYGNAL的 C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外圍器件如存儲器、監(jiān)控芯片等也提供I2C接口。3 總線基本操作：I2C規(guī)程運

41、用主/從雙向通訊。器件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上，則定義為發(fā)送器，器件接收數(shù)據(jù)則定義為接收器。主器件和從器件都可以工作于接收和發(fā)送狀態(tài)。 總線必須由主器件（通常為微控制器）控制，主器件產(chǎn)生串行時鐘（SCL）控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。SDA線上的數(shù)據(jù)狀態(tài)僅在SCL為低電平的期間才能改變，SCL為高電平的期間，SDA狀態(tài)的改變被用來表示起始和停止條件。1） 控制字節(jié)：在起始條件之后，必須是器件的控制字節(jié)，其中高四位為器件類型識別符（不同的芯片類型有不同的定義，EEPROM一般應(yīng)為1010），接著三位為片選，最后一位為讀寫位，當(dāng)為1時為讀操作，為0時為寫操作。2）寫操作：寫操作分為字節(jié)寫和頁面

42、寫兩種操作，對于頁面寫根據(jù)芯片的一次裝載的字節(jié)不同有所不同。3） 讀操作：讀操作有三種基本操作：當(dāng)前地址讀、隨機讀和順序讀。圖4給出的是順序讀的時序圖。應(yīng)當(dāng)注意的是：最后一個讀操作的第9個時鐘周期不是“不關(guān)心”。為了結(jié)束讀操作，主機必須在第9個周期時發(fā)出停止條件或者在第9個時鐘周期內(nèi)保持SDA為高電平、然后發(fā)出停止條件。在I2C總線的應(yīng)用中應(yīng)注意的事項總結(jié)為以下幾點 : a） 嚴格按照時序圖的要求進行操作， b） 若與口線上帶內(nèi)部上拉電阻的單片機接口連接，可以不外加上拉電阻。 c） 程序中為配合相應(yīng)的傳輸速率，在對口線操作的指令后可用NOP指令加一定的延時。d） 為了減少意外的干擾信號將EEP

43、ROM內(nèi)的數(shù)據(jù)改寫可用外部寫保護引腳（如果有），或者在EEPROM內(nèi)部沒有用的空間寫入標(biāo)志字，每次上電時或復(fù)位時做一次檢測，判斷EEPROM是否被意外改寫。 添加：I2C 總線：在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，有為數(shù)眾多的IC 需要進行相互之間以及與外界的通信。為了提供硬件的效率和簡化電路的設(shè)計，PHILIPS 開發(fā)了一種用于內(nèi)部IC 控制的簡單的雙向兩線串行總線I2C(inter IC 總線)。I2C 總線支持任何一種IC 制造工藝，并且PHILIPS 和其他廠商提供了種類非常豐富的I2C 兼容芯片。作為一個專利的控制總線，I2C 已經(jīng)成為世界性的工業(yè)標(biāo)準。每個I2C 器件都有一個唯一的地址，而且可以是單

44、接收的器件（例如：LCD 驅(qū)動器）或者可以接收也可以發(fā)送的器件（例如：存儲器）。發(fā)送器或接收器可以在主模式或從模式下操作，這取決于芯片是否必須啟動數(shù)據(jù)的傳輸還是僅僅被尋址。I2C 是一個多主總線，即它可以由多個連接的器件控制。早期的I2C 總線數(shù)據(jù)傳輸速率最高為100Kbits/s，采用7 位尋址。但是由于數(shù)據(jù)傳輸速率和應(yīng)用功能的迅速增加，I2C 總線也增強為快速模式（400Kbits/s）和10 位尋址以滿足更高速度和更大尋址空間的需求。I2C 總線始終和先進技術(shù)保持同步，但仍然保持其向下兼容性。并且最近還增加了高速模式，其速度可達3.4Mbits/s。它使得I2C 總線能夠支持現(xiàn)有以及將來

45、的高速串行傳輸應(yīng)用，例如EEPROM 和Flash 存儲器。天津工程師范學(xué)院2009屆本科生畢業(yè)設(shè)計4 系統(tǒng)硬件構(gòu)成4.1 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。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、復(fù)位部分、晶振部分、顯示部分、報警部分組成，軟件部分對應(yīng)的由主程序、初始化程序、LCD顯示

46、程序、鍵盤掃描程序、啟動程序、關(guān)閉程序、鍵功能程序、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4-1所示。AT89C51鍵盤輸入復(fù)位電路晶振電路電源輸入顯示電路報警電路開鎖電路 圖4-1 電子密碼鎖原理框圖4.2 電路總圖構(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、復(fù)位部分、晶振部分、顯示部分、報警部分組成，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。其原理圖如圖4-2所示：圖4-2 電路總圖4.3 電源輸入部分 密碼鎖主要控制部分電源需要用5V直流電源供電，其電路如圖4-3

47、所示，而5V電源輸入時往往伴有雜波，所以加一個2.2uF的電容濾波。這樣輸出的電壓一般能滿足要求。 圖4-3 電源輸入電路原理圖4.4 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(biāo)記）及與單片機引腳接法如圖4-4所示： 圖4-4 鍵盤輸入原理圖 4.5 復(fù)位部分

48、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PC0000H，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)，P1P3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4-5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(dāng)RST端的電壓小于某一數(shù)值后，

49、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(dāng)復(fù)位按鍵按下后電容C1通過R5放電。當(dāng)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R53?報警程序NYNY返回確認程序再次輸新密碼兩次新密碼輸入相同？NY設(shè)置程序圖5-3 密碼設(shè)置流程圖5.4 開鎖流程圖如圖5-4為開鎖流程圖，開始時按開鎖鍵，輸入密碼，如果輸入正確，則開鎖成功。如果輸入錯誤累計達到三次，則執(zhí)行報警程序。初始化按開鎖鍵輸入密碼確認程序所輸入密碼正確？Y開鎖成功開鎖程序輸入次數(shù)加1次數(shù)3?報警程序返回NYN圖

50、5-4開鎖流程圖天津工程師范學(xué)院2009屆本科生畢業(yè)設(shè)計結(jié) 論以上為畢業(yè)期間所設(shè)計的電子密碼控制系統(tǒng)的電路，它經(jīng)過多次修改和整理，可以滿足設(shè)計的基本要求。輸入密碼時，如三次輸入錯誤，則進行報警，在輸入時，LCD顯示為“*”，在修改密碼時，則顯示數(shù)字。次設(shè)計還具有防盜功能，如對密碼控制系統(tǒng)進行破壞，有報警功能。但因為我的水平有限，此電路中也存在一定的問題。譬如說電路的密碼不能遺忘，一旦遺忘，就很難打開，這可以通過增加電路解決，但由于過于復(fù)雜，本設(shè)計并未加入；電路密碼只有16種可供修改，但由于他人不知道密碼的位數(shù)，而且還要求在規(guī)定的時間內(nèi)按一定的順序開鎖，所以他人開鎖的幾率很小。由于使用的是單片機

51、作為核心的控制元件，配合其它器件，使本密碼控制系統(tǒng)具有功能強、性能可靠、電路簡單、成本低的特點，加上經(jīng)過優(yōu)化的程序，使其有很高的智能化水平。天津工程師范學(xué)院2009屆本科生畢業(yè)設(shè)計參考文獻1 石文軒,宋薇.基于單片機MCS-51的智能密碼鎖設(shè)計M.武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2004,(01);2 祖龍起,劉仁杰.一種新型可編程密碼鎖J.大連輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2002,(01);3 葉啟明.單片機制作的新型安全密碼鎖J.家庭電子,2005,(10);4 李明喜.新型電子密碼鎖的設(shè)計J.機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2004,(03);5 董繼成.一種新型安全的單片機密碼鎖J.電子技術(shù),2004,(03);6

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54、不覺中就要結(jié)束了，在這段難忘的生活中，我有許多美好的回憶。在這份大學(xué)的最后一頁里，我要感謝的人很多，首先要感謝我的學(xué)校，感謝在這四年中教給我的做人的道理，讓我從一個懵懂得高中生變成一個成熟的青年。還要感謝我的論文指導(dǎo)老師，在他的指導(dǎo)下我完成了論文，老師多次詢問研究進程，并為我指點迷津。當(dāng)然，還要感謝寢室的兄弟們在我完成論文的過程中給予我的幫助和鼓勵，也是他們陪我度過了這四年的生活，最后要感謝的就是我的父母，對于他們我更是有千言萬語，還是匯聚成一句話：感謝你們一直都伴隨著我。現(xiàn)在即將揮別我的學(xué)校、老師、同學(xué)，還有我四年的大學(xué)生活，雖然依依不舍，但是對未來的路，我充滿了信心。最后，感謝在大學(xué)期間認識我和我認識的所有人，有你們的伴隨，才有我大學(xué)生活的豐富多彩，絢麗多姿！謝謝！天津工程師范學(xué)院2009屆本科生畢業(yè)設(shè)計附錄一：總原理圖附錄二: 程序#include #include #include #include lcd.h#include key.huchar key_buf16=0;uchar old_key16=0;uchar key_index=0;uchar string_buf17=0;uchar key;uchar key_statu=0;uchar clear