基于单片机的电子密码锁设计(终稿).doc

1、 西南科技大学本科生毕业论文 I基于单片机的电子密码锁设计摘要：锁，是指加在门、箱子、抽屉等物体上的封缄器，要用专用的钥匙才能打开。自古以来锁都是人们财产安全乃至生命安全的一种重要保障。伴随着人类历史的发展和人们对自身财产安全和人生安全的重视，各种各样的多功能的锁具也相继出现，人们使用的锁具也由传统的机械式锁逐渐发展为安全性能更好，功能更多的电子密码锁。在现代社会，电子密码锁已是一个被大家所熟识的名词。相信很多人的小区大门上的锁都用的是电子密码锁。本文中将要介绍的电子密码锁是一种通过判断密码输入是否正确来控制电路或是芯片的工作状态，进而控制锁的打开和闭合，从而完成开锁、闭锁任务的电子锁装置。本

2、设计是基于 AT89C51 单片机为控制核心的密码锁设计方案。在 本 次 基于 单 片 机 的 电 子 密 码 锁 设 计 中 ， 将 采 用 AT89C51 单 片 机 作 为 控 制 核 心 ， 配合 相 应 的 电 路 和 软 件 程 序 ， 实 现 密 码 的 输 入 和 修 改 、 信 息 的 显 示 、 键 盘 的 锁定 、 系 统 报 警 、 开 锁 和 闭 锁 等 功 能 。 在 设 计 中 ， 利用识别密码是否正确来开锁或报警，通过串行存储器 AT24C02 来实现密码的修改和存储。本文设计的密码锁具有安全性高、功耗低、操作简单等优点。关键词:单片机；密码锁；电子锁；矩阵键盘

3、；掉电存储西南科技大学本科生毕业论文 IIThe Design Of Electronic Code Lock Based On Single Chip MicrocomputerAbstract：As sealed device, the lock added to such objects like door, box, drawer etc, can be opened with specified key. Since the ancient time, lock is a kind of security, guaranteeing peoples property safety e

4、ven life safety. With the development of human history and more attention paid to property safety and life safety, various multi-functional locks can be seen in the world. Traditional mechanical locks people use in life are gradually replaced by electronic combination lock characterized with better

5、safety performance and more functions.In the modern society, electronic combination lock is a noun familiar to everyone. Usually, the door of community is equipped with electronic combination lock. This paper will introduce an electronic combination lock. This lock controls the electric circuits and

6、 the performance of chips by identifying password. Thus, the openness and closeness of the lock can be controlled, and the task of electronic lock device can be completed. This design is about combination lock, based on the AT89C51 single-chip microcomputer as the core of controlling goals. This des

7、ign in which the AT89C51 single-chip microcomputer as the core of the controlling goals cooperated with relevant circuits and software programs can achieve such functions like password input and modification, information display, keyboard locking, warning system, and the openness and closeness of th

8、e lock etc. In this design, the openness of lock and alarming are according to identifying the password, and password revision and storage is achieved by the function of the AT24C02 serial storage. Electronic combination lock described in this paper is characterized with high security, low power con

9、sumption, and simplicity of operation etc.Keywords: Single-chip microcomputer, Combination lock, Electronic lock, Matrix keyboard, Power lost storage西南科技大学本科生毕业论文 III目录第 1 章 绪论 11.1 电子密码锁简介 11.2 电子密码锁设计的背景及意义 11.3 电子密码锁的现状及发展趋势 2第 2 章 总体设计 32.1 设计分析 32.2 系统结构 4第 3 章 硬件电路设计 53.1 单片机接口分配 53.2 单片机最小系统设

10、计 53.2.1 时钟电路 .53.2.2 复位电路 .63.2.3 最小系统 .63.3 矩阵键盘设计 73.4 LCD 显示模块设计 83.5 掉电存储模块 103.5.1 I2C 总线 .103.5.2 AT24C02 简介 .123.6 开锁机构 133.7 报警机构 133.8 硬件综合设计 14第 4 章 软件设计 154.1 软件总体设计 154.2 键盘扫描子程序 164.3 显示模块子程序 184.4 掉电存储子程序 204.4.1 写操作方式 .214.4.2 读操作方式 .22西南科技大学本科生毕业论文 IV4.5 定时器中断子程序 234.6 密码输入子程序 254.7

11、 报警子程序 26第 5 章 联合仿真和调试 27第 6 章 实物设计和制作 29总结 31致谢 32参考文献 33附录 1 设计实物图 .34附录 2 程序源代码 .36西南科技大学本科生毕业论文1第 1 章 绪论1.1 电子密码锁简介什么是电子密码锁？“一种通过密码输入来控制电路或者是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。 ”百度百科上是这样解释的。简单来说，电子密码锁就是能够实现密码等信息的设置、存贮、识别和显示，以及报警信号的接收和发送等功能的电子器件。电子密码锁相对传统机械锁有以下几个优势：(1)密码可更改。用户可以随时更改密码，以确保密码锁的安全性和可靠性

12、。可以更改密码这一功能同时也避免了人员的更替而使锁的安全性降低，这是传统钥匙锁所不具备的功能。(2)操作简单。无论是开锁还是更改密码，只要识字的人都能够直接使用，使用方法简单而不繁琐。(3)能够报警。报警功能无疑更增加了锁的安全性。(4)无法“技术”破解。不知道密码就无法打开锁，即使是惯偷也只能望 “锁”兴叹。1.2 电子密码锁设计的背景及意义在现代文明社会，虽然人们的道德素质越来越高， “梁上君子” 、 “三只手”等人群相对旧社会大大减少，但是像“某某小区遭入室行窃，居民损失 XXXX”之类的新闻我们还是经常能够在报纸上看到的。随着人们生活水平和自身防范意识的提高，个人财产安全和人身安全的问

13、题也越来越受到人们的重视，拥有一把能够有效保证居民财产安全和人身安全的锁具也越发的重要起来。锁具的起源可以追朔到人类社会财产私有化的出现，锁具从其出现到发展至今天的高科技化、信息化，已经有若干年的历史了。经过若干年的使用和研究，人们对锁具的结构、机理也了解得相当透彻了，因此，不使用钥匙就能将锁打开的方法也层出不穷。特别是传统的机械锁，由于其构造简单，在惯偷面前，甚至能够只用一根铁丝就直接将其打开，使其失去了保障用户个人财产安全的意义。那么，如何才能提高锁具保障用户财产安全的有效性呢？在信息现代化的西南科技大学本科生毕业论文2今天，锁具也应该向高精度、高安全性的智能化、信息化发展。自 20 世纪

14、 70年代第一块单片机芯片 TMS-1000 于美国德克萨斯仪器公司面世以来，基于其体积小、价格低廉、个性突出等特点，越来越多的电子产品开始采用单片机芯片作为核心控制部件。在这样的大环境下，基于单片机的电子密码锁也应运而生。这种电 子 密 码 锁 是 以 单 片 机 为 核 心 ， 配 以 相 应 的 硬 件 电 路 和 软 件 程 序 ，实 现 密 码 的 设 置 、 存 贮 、 识 别 和 显 示 ， 以 及 报 警 信 号 的 接 收 和 发 送 等 功 能 ，具 有 操 作 快 、 修 改 密 码 简 单 、 安全性高、功耗低等 优 点 。 基 于 单 片 机 的 电 子密 码 锁 的

15、 面 世 使人们的自身财产安全有了更多的保障，同时也促进了安全信息系统的发展， 是 安 全 信 息 系 统 的 一 大 进 步 。基于单片机的电子密码锁的出现，在一定程度上解决了用户私人财产安全的问题。但是，时代在发展，社会在进步，任何事物只有不断地进步才能适应时代发展的需求。电子密码锁虽然有安全性高、操作简单等优点，但是却不如机械锁价格低廉，因此，在市场上的主流产品还是机械锁。电子密码锁要想取代机械锁成为市场上的主流，就必须不断改进，在具有更多功能的同时向更智能化和更低成本化发展。这就需要我们不断研究电子密码锁的设计方法和实现原理。因此，研究基于单片机的电子密码锁的设计是很有必要且具有现实意

16、义的。1.3 电子密码锁的现状及发展趋势目前，和西方发达国家相比，我国的电子密码锁技术还相对落后。在西方发达国家，电子密码锁的种类已经很齐全，技术也比较先进，且在各个领域得到了广泛应用。在我国，电子密码锁技术却才相当于国际上七十年代的水平，相对来说还很落后。20 世纪 80 年代以来，随着各种电子集成电路的出现，特别是单片机的面世，电子密码锁得到了很大的发展。相对于笨重而构造简单的传统机械锁来说，电子密码锁具有体积小，可靠性高的优势。但是就目前而言，电子密码锁的价格相对较高且需要有电源提供能量，使得其使用还局限在一定范围，特别是在国内，各种条件的制约使得电子密码锁暂时难以普及。尽管电子密码锁还

17、存在着一些缺陷，但是其安全性高、方便易用、能够智能报警的优势却是传统钥匙锁取代不了的，而且随着电子信息技术的发展和各种电子器件的价格的不断降低，电子密码锁也将往低成本、多功能的方向发展。西南科技大学本科生毕业论文3第 2 章 总体设计2.1 设计分析一个电子密码锁，应该能实现以下功能：(1)能 够 从 键 盘 中 输 入 密 码 ， 并 相 应 地 在 显 示 器 上 显 示 *；(2)能 够 判 断 密 码 是 否 正 确 ， 正 确 则 开 锁 ， 错 误 则 输 出 相 应 信 息 ；(3)能 够 实 现 密 码 的 修 改 ；(4)断 电 或 者 单 片 机 复 位 后 能 够 保 存

18、 之 前 的 操 作 ， 比 如 密 码 的 修 改 ；(5)在操作错误达到一定次数后能够报警；(6)在一定时间内没有任何按键操作则关闭显示器，并锁定键盘，禁止键盘输入（单片机复位后锁定取消） ；(7)设置一个备用密码。为了防止用户忘记密码而开不了锁，应该在经常使用的密码外再设置一个备用密码以防万一。此备用密码应该只有少数人知道，比如小区管理员。根据以上分析，本次电子密码锁设计的主要重点是以下几个部分：4x4 矩阵键盘设计、LCD 信息显示、密码的掉电存储和密码的比较和处理。当然，除了这几个部分外还有定时器/计数器计时中断和报警等功能模块。本设计应该按以下步骤去实现：第一步：选择材料和器件。第

19、二步：根据单片机原理和模拟电子技术基础等理论知识在 PROTEUS中画出仿真图。第三步：检查仿真图，确保其能够实现所有功能。第四步：根据需要实现的功能逻辑画出程序流程图。第五步：根据程序流程图和 PROTEUS 仿真图，使用 KEIL 软件进行程序的编写和调试。第六步：将 KEIL 和 PROTEUS 联合仿真、调试，查看是否实现所有功能。第七步：根据 PROTEUS 仿真图焊接器件。第八步：实物调试。西南科技大学本科生毕业论文4基于实际情况，在设计中，用发光二极管代替电磁锁，二极管亮则代表锁开，二极管不亮则代表锁关。2.2 系统结构本设计系统主要由单片机芯片、矩阵键盘、LCD 显示模块、掉电

20、存储模块、报警机构和开锁机构组成。如图 2-1 所示。单片机时钟电路复位电路矩阵键盘LCD 显示掉电存储开锁机构报警机构图 2-1 系统总体设计结构图时钟电路给单片机提供晶振频率，复位电路不但使单片机上电复位，还能在使用过程中通过需要通过按键再次手动复位，矩阵键盘提供按键的输入，LCD 模块显示信息，掉电存储负责密码的存储，开锁机构和报警机构分别负责开锁和报警功能。设计中，单片机选用 AT89C51，LCD 显示模块选用 LCD1602 液晶显示器，串行存储器选用电可擦除存储器 AT24C02，开锁机构用发光二极管代替，报警机构选用蜂鸣器。西南科技大学本科生毕业论文5第 3 章 硬件电路设计3

21、.1 单片机接口分配AT89C51 单片机在一块芯片上集成了 CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种 I/O 功能部件，具有一台微型计算机的基本结构，按功能可以将其分成八个组成部分：微处理器（CPU） 、数据存储器（RAM） 、程序存储器（ROM/EPROM） 、特殊功能寄存器（SFR ） 、I/O 口、串行口、定时器/计数器及中断系统。在本设计中，单片机的各个接口我是这样分配的：P0 口接一个上拉电阻后与 LCD1602 的 8 位 双 向 数 据 端 D0 D7 相 接 ， P1 口 用 作 矩 阵 键 盘 接 口 ， P2口 的 P2.0 P2.2 和 LCD1602 的 4 6

22、引 脚 相 接 ， P2.5 和 P2.6 接 串 行 存 储 器AT24C02， P3 口 用 作 开 锁 电 路 和 报 警 电 路 的 接 口 。3.2 单片机最小系统设计单 片 机 最 小 系 统 就 是 指 能 使 单 片 机 工 作 的 最 少 的 器 件 构 成 的 系 统 。 因 为单 片 机 已 经 包 含 了 数 据 存 储 器 和 程 序 存 储 器 ， 所 以 只 要 在 其 外 部 加 上 时 钟 电路 和 复 位 电 路 就 可 以 构 成 单 片 机 最 小 系 统 。3.2.1 时钟电路单 片 机 工 作 需 要 晶 振 给 CPU 提 供 频 率 ， 时 钟

23、电 路 就 是 给 单 片 机 提 供 晶 振频 率 的 电 路 。 图 3-1 是 时 钟 电 路 的 PROTEUS 仿 真 图 。西南科技大学本科生毕业论文6图 3-1 时钟电路单片机允许的振荡晶体可在 1.2 24MHz 之 间 选 择 ， 一 般 为11.0592MHz， 电容 C2，C3 的取值对振荡频率输出的稳定性、大小及振荡电路起振速度有一定的影响，可在 20100pF 之间选择，典型值位 30pF。3.2.2 复位电路计 算 机 每 次 开 始 工 作 ， CPU 和 系 统 中 的 其 他 部 件 都 必 须 要 有 一 个 确 定 的初 值 ， 即 复 位 状 态 。 图

24、 3-2 是 单 片 机 复 位 电 路 仿 真 图 。图 3-2 复位电路单片机 RST 引脚是高电平有效。单片机在上电瞬间 C1 充电，RST 引脚端出现正脉冲，只要 RST 断保持两个机械周期（大约 10ms）以上的高电平，单片机就能复位。在单片机工作后，如果还想再次复位，只需按下开关，单片机就能重新变成复位状态。当晶体振荡频率为 12MHz 时，RC 的典型值为 C=10F，R=8.2K 。3.2.3 最小系统单片机加上时钟电路和复位电路就构成了能使其正常工作的最小系统。单片机最小系统是单片机正常工作的基础，任何一个单片机系统设计都是基于单片机最小系统的基础上来完成的，而在单片机系统实

25、物设计中，最应该西南科技大学本科生毕业论文7首先解决的也应该是单片机最小系统问题，只有保证了单片机最小系统的正确性，才能保证接下来的其他模块的正确设计。图 3-3 是单片机最小系统的完整仿真图。图 3-3 单片机最小系统3.3 矩阵键盘设计一组键或者一个键盘，需要通过接口电路和 CPU 相连接，CPU 可以采用查询接口或者中断的方式了解有没有键被按下，并检查是哪个键被按下。无论是查询方式还是中断方式都要用到单片机的 I/O 口。由于单片机 I/O 口较少的原因，当系统中需要用到较多按键时，为了能够更合理更有效地利用单片机的 I/O口，一般采用矩阵键盘的方式来实现多按键的功能。图 3-4 是 4

26、x4 矩阵键盘在 PROTEUS 中的电路原理仿真图。西南科技大学本科生毕业论文8图 3-4 4x4 矩阵键盘矩阵键盘又叫做行列式键盘。行列式键盘的硬件结构比较简单，由行输出口和列输出口构成行列式键盘，按键设置在行、列交点上。图 3-4 中，P1.0 P1.3 是 行 输 出 口 ， P1.4 P1.7 是 列 输 出 口 。 行 输 出 口 和 列 输 出 口 不 相交 ， 只 有 当 键 被 按 下 时 相 应 的 行 和 列 才 能 相 连 。 如 此 ， 只 要 检 测 行 和 列 是 否相 连 就 可 以 知 道 是 否 有 键 按 下 。由 于 按 键 设 置 在 行 、 列 线

27、交 点 上 ， 行 、 列 分 别 连 接 到 按 键 开 关 的 两 端 ，平 时 无 键 按 下 时 ， 行 线 处 于 高 电 平 ， 假 设 列 线 为 低 电 平 ， 当 有 键 按 下 时 ， 按下 的 键 就 会 将 相 应 的 行 和 列 连 通 ， 使 得 对 应 的 行 线 被 列 线 拉 低 ， 也 变 为 低 电平 。 这 就 是 识 别 矩 阵 键 盘 是 否 有 键 被 按 下 的 关 键 。当 确 定 有 键 被 按 下 时 ， 通 过 逐 行 扫 描 ， 读 出 I/O 口 的 值 可 以 知 道 哪 一 行的 值 被 改 变 了 ， 被 改 变 了 的 行 即

28、 是 被 按 下 的 按 键 所 在 行 。 同 时 ， 由 于 每 个 键都 有 它 的 行 值 和 列 值 ， 行 值 和 列 值 得 组 合 就 是 这 个 按 键 的 编 码 ， 当 算 法 一 定时 ， 每 个 按 键 的 编 码 是 固 定 的 ， 且 各 个 按 键 的 编 码 互 不 相 同 ， 所 有 通 过 读I/O 的 值 还 能 具 体 知 道 是 哪 一 个 键 被 按 下 ， 这 样 就 实 现 了 键 盘 的 识 别 。3.4 LCD 显示模块设计在 单 片 机 应 用 系 统 中 ， 常 用 的 显 示 设 备 有 单 个 发 光 二 极 管 、 八 段 LED

29、显 示 器 、 液 晶 显 示 器 （ LCD） 、 屏 幕 显 示 器 （ CRT） 等 。 在 本 次 设 计 中 ， 基于 设 计 所 要 实 现 的 功 能 和 节 约 成 本 等 实 际 情 况 ， 我 采 用 LCD1602 作 为 本 次设 计 的 显 示 器 。LCD1602 是 一 种 字 符 型 液 晶 显 示 器 ， 是 一 种 专 门 用 于 显 示 字 母 、 数 字 、西南科技大学本科生毕业论文9符 号 等 的 点 阵 式 液 晶 显 示 器 。 LCD1602 的 显 示 容 量 为 16x2 个 字 符 （ 可 以显 示 2 行 ， 每 行 显 示 16 个 字

30、 符 ） ， 芯 片 工 作 电 压 为 4.5 5.5V， 工 作 电 流 为2.0mA（ 5.0V） ， 模 块 最 佳 工 作 电 压 是 5.0V。LCD1602 具 有 16 个 引 脚 ， 如 表 3-1 所 示 。 在 LCD1602 的 有 关 设 计 中 ，主 要 是 通 过 编 写 程 序 控 制 LCD1602 的 4、 5、 6 引 脚 来 实 现 数 据 或 者 指 令 的写 入 和 执 行 ， 再 通 过 数 据 或 者 指 令 的 写 入 和 执 行 来 进 一 步 实 现 LCD1602 的显 示 功 能 。表 3-1 是 LCD1602 的 16 个 引 脚

31、和 引 脚 对 应 功 能 。表 3-1 LCD1602 引 脚 说 明引 脚 号 引 脚 名 功 能1 VSS 电 源 地2 VCC 电 源 （ +5V）3 VEE 对 比 调 整 电 压4 RS 0： 输 入 指 令 ； 1： 输 入 数 据5 R/W 0： 向 LCD 写 指 令 或 者 数 据 ； 1： 从 LCD 读 取 信 息6 E 使 能 信 号 ， 1： 读 取 信 息 ， 1 0： 执 行 命 令7 DB0 数 据 总 线 （ 最 低 位 ）8 DB1 数 据 总 线9 DB2 数 据 总 线10 DB3 数 据 总 线11 DB4 数 据 总 线12 DB5 数 据 总 线

32、13 DB6 数 据 总 线14 DB7 数 据 总 线 （ 最 高 位 ）15 A LCD 背 光 电 源 正 极16 K LCD 背 光 电 源 负 极西南科技大学本科生毕业论文10作 为 一 个 字 符 型 液 晶 显 示 器 ， LCD1602 内 部 自 带 有 一 个 字 符 发 生 存 储 器 ，此 字 符 发 生 存 储 器 就 相 当 于 一 个 字 符 集 。 LCD1602 的 字 符 集 中 存 有 160 个不 同 的 字 符 ， 这 些 字 符 包 括 了 英 文 大 小 写 字 母 、 阿 拉 伯 数 字 、 标 点 符 号 等 一些 经 常 用 到 的 字 符

33、。 字 符 集 中 的 每 一 个 字 符 都 对 应 有 一 个 固 定 的 ASCII 码值 ， 通 过 显 示 ASCII 码 对 应 的 字 符 图 像 就 能 够 实 现 对 应 字 符 的 显 示 。图 3-5 是 PROTEUS 中 显 示 模 块 的 仿 真 图 。由 于 LCD 要 正 常 工 作 必 须 提 供 足 够 的 电 流 ， 因 此 在 实 际 应 用 为 了 保 证 显示 器 能 够 正 常 工 作 ， 应 在 数 据 端 口 接 一 上 拉 电 阻 。 图 3-5 中 RP1 同 时 还 是P0 口 的 上 拉 电 阻 。图 3-5 LCD 模 块 仿 真 图

34、3.5 掉电存储模块3.5.1 I2C 总线I2C 总 线 为 同 步 串 行 数 据 传 输 总 线 ， 用 于 单 片 机 的 外 围 扩 展 。 I2C 总 线上 所 有 的 外 围 器 件 都 有 规 范 的 器 件 地 址 ， 器 件 地 址 有 7 位 组 成 ， 它 和 1 位方 向 为 构 成 了 I2C 总 线 器 件 的 寻 址 字 节 。 寻 址 字 节 格 式 如 下 ：西南科技大学本科生毕业论文11表 3-2 I2C 寻 址 格 式D7 D6 D5 D4 A2 A1 A0 R/Error!D7 D4 是 I2C 总 线 的 器 件 地 址 ， 由 厂 家 在 器 件

35、出 厂 时 给 定 ,对 于AT24C 系 列 固 定 为 1010。 A2 A0 根 据 电 路 中 A2， A1， A0 引 脚 接 电 源 或者 接 地 而 不 同 ， 接 地 则 相 应 位 为 0， 接 电 源 则 相 应 位 为 1。 R/Error!位 为I2C 总 线 的 数 据 方 向 位 ， 决 定 I2C 总 线 的 数 据 传 送 方 向 ， 高 电 平 为 接 收 ， 低电 平 为 发 送 。图 3-6 为 I2C 总 线 的 数 据 传 送 时 序 。1 2 3 4 5 6 7 8 9ACKSCLSDAP起始信号 停止信号图 3-6 I2C 总 线 数 据 传 送

36、时 序起 始 信 号 ： 时 钟 线 SCL 为 高 电 平 ， 数 据 线 SDA 出 现 由 高 向 低 的 负 跳 变时 ， 启 动 I2C 总 线 。停 止 信 号 ： 时 钟 线 SCL 为 高 电 平 ， 数 据 线 SDA 出 现 由 低 向 高 的 正 跳 变时 ， 停 止 I2C 总 线 。应 答 信 号 位 ACK： I2C 总 线 进 行 数 据 传 送 时 ， 每 成 功 传 送 一 个 字 节 的 数据 后 ， 接 收 器 件 都 必 然 产 生 一 个 应 答 信 号 ， 即 在 第 9 个 时 钟 周 期 时 将 SDA西南科技大学本科生毕业论文121 52 6A

37、T24C013 74 8A0A1A2VssVccWPSCLSDA线 拉 低 ， 表 示 其 已 经 成 功 接 收 到 一 个 8 个 数 据 。 图 3-6 中 的 第 9 个 时 钟 脉冲 对 应 于 应 答 位 。 应 答 位 对 应 的 数 据 线 SDA 上 是 低 电 平 时 为 应 答 信 号 ， 是高 电 平 则 为 非 应 答 信 号 。 为 非 应 答 信 号 时 ， 证 明 器 件 没 有 成 功 接 收 到 一 个8 位 数 据 。数 据 传 送 位 ： 图 3-6 中 的 第 1 8 个 时 钟 脉 冲 为 一 个 字 节 的 8 位 数 据 传送 位 。 脉 冲 为

38、 高 电 平 时 ， 串 行 传 送 数 据 ； 脉 冲 为 低 电 平 时 ， 不 传 送 数 据 ， 允许 总 线 上 数 据 线 SDA 的 电 平 发 生 变 化 。 在 I2C 数 据 传 输 过 程 中 ， 只 有 当SCL 为 低 电 平 时 才 允 许 SDA 变 化 ， 当 SCL 为 高 电 平 时 ， 不 允 许 SDA 电 平改 变 。 当 然 ， 起 始 信 号 和 停 止 信 号 是 例 外 。 因 此 ， 当 SCL 为 高 电 平 时 ，SDA 的 变 化 被 看 成 是 起 始 信 号 或 者 停 止 信 号 。3.5.2 AT24C02 简介AT24C02

39、是 Atmel 公 司 生 产 的 AT24CXX 系 列 串 行 E2PROM 中 的 一 种 ，是 具 有 I2C 总 线 接 口 功 能 的 电 可 擦 除 串 行 存 储 器 。 AT24C02 内 部 含 有 256个 字 节 ， 通 过 I2C 总 线 接 口 进 行 操 作 ， 有 一 个 专 门 的 写 保 护 功 能 （ WP=1时 即 为 写 保 护 ） 。图 3-7 是 AT24C02 的 引 脚 排 列 图 。其 引 脚 功 能 如 下 ：A0 A2： 器 件 地 址 输 入 端 。在 本 设 计 中 ， A0 A2 都 接 地 ，故 其 值 都 为 0。Vcc： +1

40、.8 6.0V 工 作 电 压 。Vss： 地 或 电 源 负 极 。 图 3-7 AT24C02 引 脚SCL： 串 行 时 钟 输 入 端 。 数 据 发 送 或 者 接 收 的 时 钟 从 此 引 脚 输 入 。SDA： 串 行 /数 据 地 址 线 。 用 于 传 送 地 址 和 发 送 或 者 接 收 数 据 ， 是 双 向 传送 端 口 。WP： 写 保 护 端 。 WP=1 时 ， 只 能 读 出 ， 不 能 写 入 ； WP=0 时 ， 允 许 正常 的 读 写 操 作 。图 3-8 为 PROTEUS 中 E2PROM 的 仿 真 图 。西南科技大学本科生毕业论文13图 3-

41、8 AT24C02 仿 真 图P2.5 为 串 行 时 钟 输 入 线 接 口 ， P2.6 为 数 据 线 接 口 。 A0， A1， A2 接 地 ，所 以 单 片 机 在 读 AT24C02 时 ， 器 件 地 址 为 ： 10100001B=0A1H； 在 写AT24C02 时 ， 器 件 地 址 为 ： 10100000B=0A0H。 WP=0， 允 许 单 片 机 进 行 读写 操 作 。3.6 开锁机构在 基 于 单 片 机 的 电 子 密 码 锁 设 计 中 ， 用 户 需 要 输 入 密 码 ， 密 码 正 确 则 发出 开 锁 信 号 开 锁 。因 为 在 设 计 中 是

42、以 发 光 二 极 管 代 替 电 磁 锁 ， 二 极 管 亮 代 表 锁 开 ， 因 此 可以 设 计 一 个 简 单 的 可 以 点 亮 二 极 管 的 电 路 系 统 代 替 电 磁 锁 开 锁 机 构 。 如 图3-9 所 示 。图 3-9 二 极 管 电 路由 于 单 片 机 I/O 口 默 认 为 高 电 平 ， 故 初 始 时 二 极 管 不 亮 ， 代 表 锁 是 闭 着的 。 当 用 户 输 入 密 码 并 验 证 正 确 时 ， 发 出 开 锁 信 号 （ 使 P3.6=0） 。3.7 报警机构在 这 次 基 于 单 片 机 的 电 子 密 码 锁 设 计 中 ， 通 过

43、控 制 蜂 鸣 器 的 发 音 来 实 现系 统 的 报 警 功 能 。西南科技大学本科生毕业论文14蜂 鸣 器 是 一 种 采 用 直 流 电 压 供 电 的 电 子 讯 响 器 。 图 3-10 是 用 蜂 鸣 器 模拟 的 报 警 机 构 仿 真 图 。图 3-10 报 警 机 构 模 拟 仿 真 图当 P3.7 口 有 脉 冲 信 号 输 入 时 ， 蜂 鸣 器 SPEAKER 即 会 发 音 。 通 过 控 制输 入 脉 冲 的 频 率 还 能 控 制 蜂 鸣 器 的 发 音 频 率 。当 用 户 输 入 密 码 错 误 次 数 达 到 预 设 警 告 次 数 时 ， 系 统 调 用

44、 报 警 子 程 序 ，使 蜂 鸣 器 发 出 报 警 音 ， 同 时 禁 止 键 盘 输 入 。3.8 硬件综合设计根 据 电 路 原 理 ， 在 PROTEUS 中 画 出 各 功 能 模 块 的 仿 真 图 ， 各 个 功 能 模块 验 证 正 确 后 ， 将 所 有 模 块 集 合 到 一 个 电 路 设 计 图 中 ， 画 出 具 有 所 有 功 能 的总 体 硬 件 仿 真 图 。图 3-11 即 为 本 设 计 的 硬 件 综 合 设 计 图 。西南科技大学本科生毕业论文15图 3-11 基 于 单 片 机 的 电 子 密 码 锁 设 计 仿 真 图待程序编写好后，将 KEIL

45、和 PROTEUS 联调，观察此电路设计图可以知道各个功能模块和器件的工作情况。届时，根据实际情况可以适当修改电路图或者程序，以达到设计的目的。第 4 章 软件设计4.1 软件总体设计根 据 电 子 密 码 锁 的 实 际 应 用 要 求 和 其 应 该 具 有 的 功 能 ， 本 次 设 计 的 主 程序 流 程 图 如 图 4-1 所 示 。西南科技大学本科生毕业论文16初始化显示输入密码界面输入密码密码正确？开锁扫描功能键有键输入？是改密键？进行改密操作显示欢迎回家界面是闭锁键？进行闭锁操作YNYNNY开启定时中断次数5？调用报警子程序YN图 4-1 主 程 序 流 程 图此 次 基 于

46、 单 片 机 的 电 子 密 码 锁 设 计 的 软 件 设 计 方 面 的 主 要 问 题 是 如 何 实现 键 盘 输 入 、 信 息 显 示 、 密 码 的 掉 电 存 储 以 及 密 码 的 比 较 和 处 理 。 本 设 计 接下 来 将 分 步 解 决 这 几 个 问 题 。4.2 键盘扫描子程序矩 阵 键 盘 扫 描 子 程 序 应 该 具 有 以 下 2 个 基 本 的 功 能 ： (1)能 判 断 是 否 有键 按 下 ； (2)能 确 定 是 哪 个 键 被 按 下 。 其 软 件 管 理 主 要 分 为 以 下 三 步 来 完 成 ：(1) 判 断 整 个 键 盘 是 否

47、 有 键 按 下 。西南科技大学本科生毕业论文17让 所 有 的 行 为 0， 然 后 读 列 的 数 值 。 如 果 列 的 数 值 全 部 为 1， 说 明 没 有键 被 按 下 ， 否 则 说 明 有 键 被 按 下 。(2) 识 别 被 按 下 的 键 的 位 置 。采 用 一 行 一 行 的 扫 描 方 法 ， 逐 行 输 出 0， 然 后 读 列 的 值 。 如 果 列 的 数 值全 部 为 1， 说 明 不 是 这 一 行 的 按 键 被 按 下 ， 扫 描 下 一 行 ， 如 果 列 的 数 值 不 全为 1， 则 说 明 被 按 下 的 按 键 时 在 这 一 行 。(3)

48、查 键 值 表 ， 返 回 键 值 对 应 信 息 ， 以 便 确 定 各 按 键 应 该 完 成 的 功 能 。采 用 某 种 算 法 ， 将 被 按 下 的 键 所 在 的 行 和 列 的 信 息 合 并 成 为 一 个 信 息 ，该 信 息 即 为 此 键 的 键 值 。 用 相 同 的 方 法 给 每 一 个 键 确 定 键 值 。 在 给 按 键 确 定键 值 时 必 须 采 用 同 一 种 算 法 ， 并 且 计 算 出 来 的 键 值 应 该 是 互 不 相 同 的 。本 设 计 中 各 按 键 对 应 键 值 如 表 3 所 示 。表 4-1 按 键 键 值 表按 键 名 称

49、键 值 按 键 名 称 键 值1 0x7e 9 0x7d2 0xbe 0 0xbb3 0xde A 0xdb4 0xee B 0xeb5 0x7d C 0x776 0xbd D 0xb77 0xdd E 0xd78 0xed F 0xe7键 盘 扫 描 子 程 序 的 流 程 图 如 图 4-2 所 示 ：西南科技大学本科生毕业论文18YN确定被按下的键在第二行？YN确定被按下的键在第三行？YN确定被按下的键在第四行中确定被按下的键返回对应的按键号在第一行？开始扫描键盘有键按下？YN图 4-2 键 盘 扫 描 程 序 流 程 图从 流 程 图 可 以 看 出 ， 此 键 盘 识 别 程 序 是 通 过 逐 行 扫 描 来 确 定 是 否 有 键 按下 ， 当 确 定 某 一 行 有 键 按 下 时 ， 再 在 该 行 中 确 定 被 按 下 的 是 哪 一 个 按 键 。在 本 设 计 中 ， P1.0P1.3 为 行 输 出 口 ， P1.4P1.7