1、<p>　　基于AT24C01的多功能密碼控制系統的設計</p><p>　　The Design Of Multi-functions password control System Based on AT24C01</p><p>　　專業(yè)班級：電信0502班</p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教

2、師： 講師</p><p>　　系 別：電子工程學院</p><p><b>　　2009年6月</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著科技的日益發(fā)展，電子密碼控制系統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

3、統,對系統硬件設計和軟件實現進行了詳細的描述。該系統采用AT89C51單片機和AT24C01串行EEPROM,通過AT89C51模擬I2C總線和AT24C01通訊,實現密碼控制的功能。</p><p>　　本文從經濟實用的角度出發(fā)，采用美國Atmel公司的單片機AT89C51作為主控芯片與數據存儲器單元，結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

4、合，設計了一款可以多次更改密碼，具有報警功能的電子密碼控制系統。這種電路設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。</p><p>　　經實驗證明，該密碼控制系統具有設計方法合理，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。</p><p>　　關鍵詞： 密碼控制；單片機；EEPROM讀寫程序；報警

5、</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　As the development of science and technology day by day, the key control system is more in line with the requirements of people. The paper presents

6、 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

7、 control. AT89C51 communicates with AT24C01 by I2C bus to achieve the password control function.</p><p>　　This article from the economical and practical point of view, the use of the United States Atmel Corp

8、oration 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 by the C programming language chip EEPR

9、OM 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 cont</p><p>　　Experiments show t

10、hat the password control system is characterized by its reasonable designing methods, simple operation, low cost and property of safety and practicality．Besides，the password control can be used in the office and has grea

11、t potential for commercial development．</p><p>　　Key Words：Password control; Single-chip; EEPROM read and write procedures; Alarm</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b&g

12、t;　　1 引言1</b></p><p>　　1.1 選題背景1</p><p>　　1.2 電子密碼控制簡介1</p><p>　　1.3 電子密碼控制的發(fā)展趨勢1</p><p>　　1.4 本設計所要實現的目標2</p><p>　　2 設計方案的選擇3</p><p

13、>　　2.1 方案一：采用數字電路控制3</p><p>　　2.2 方案二：采用以單片機為核心的控制方案3</p><p>　　3 主要元器件介紹及I2C總線說明4</p><p>　　3.1 主控芯片AT89C514</p><p>　　3.1.1 AT89C51性能簡介4</p><p>　　3.

14、1.2 AT89C51引腳功能說明5</p><p>　　3.1.3 AT89C51芯片內部結構7</p><p>　　3.2 LCD1602顯示器8</p><p>　　3.2.1 接口信號說明8</p><p>　　3.2.2 主要技術參數9</p><p>　　3.2.3 基本操作程序9</p&

15、gt;<p>　　3.3 晶體振蕩器9</p><p>　　3.4 AT24C01串行EEPROM10</p><p>　　3.5 I2C總線說明11</p><p>　　4 系統硬件構成15</p><p>　　4.1 設計原理15</p><p>　　4.2 電路總圖構成15</p&

16、gt;<p>　　4.3 電源輸入部分16</p><p>　　4.4 鍵盤輸入部分16</p><p>　　4.5 復位部分17</p><p>　　4.6 晶振部分18</p><p>　　4.7 顯示部分18</p><p>　　4.8 報警部分19</p><p&g

17、t;　　5 系統軟件設計20</p><p>　　5.1 主程序流程圖20</p><p>　　5.2 按鍵功能流程圖21</p><p>　　5.3 密碼設置流程圖21</p><p>　　5.4 開鎖流程圖22</p><p><b>　　結 論24</b></p>

18、;<p><b>　　參考文獻25</b></p><p><b>　　致 謝26</b></p><p>　　附錄一：總原理圖27</p><p>　　附錄二: 程序29</p><p>　　附錄三: 翻譯44</p><p><b>

19、;　　引言</b></p><p><b>　　選題背景</b></p><p>　　在安全技術防范領域，具有防盜報警功能的電子密碼控制系統逐漸代替?zhèn)鹘y的機械式密碼控制系統，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無論在技術上還是在性能上都大大提高了一步。隨著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，特別是單片機的問世，出現了帶微處理器的智能密

20、碼控制系統，它除具有傳統電子密碼控制系統的功能外，還引入了智能化管理、專家分析系統等功能，從而使密碼控制系統具有很高的安全性、可靠性，應用日益廣泛。</p><p><b>　　電子密碼控制簡介</b></p><p>　　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，從而控制機械開關的閉合，完成開鎖、閉鎖任務的電子產品。電子密碼控制不論性能還是安全性都已大大

21、超過了機械類。其特點如下：</p><p>　　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。</p><p>　　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。</p><p>　　3) 誤碼輸入保護，當輸入密碼多次錯誤時，報警系統自動啟動。</p><p>　　4

22、) 無活動零件，不會磨損，壽命長。</p><p>　　5) 使用靈活性好，不像機械鎖必須佩帶鑰匙才能開鎖。</p><p>　　6) 電子密碼控制系統具有操作簡單易行，一學即會的特點。</p><p>　　電子密碼控制的發(fā)展趨勢</p><p>　　由于電子器件所限，以前開發(fā)的電子密碼控制系統，其種類不多，保密性差，最基本的就是只依靠最簡單

23、的模擬電子開關來實現的，制作簡單但很不安全，后來便是基于EDA來實現的，其電路結構復雜，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，電子密碼控制系統也出現了很多的種類，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)展到現在的，密碼加感應元件，實現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

24、高出現了越來越多的電子密碼控制系統 。</p><p>　　由于數字、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，需要使用復合信息密碼的電子防盜密碼控制系統。組合使用信息也能夠使電子防盜密碼控制系統獲得無窮擴展的可能?？梢钥闯鼋M合使用電子信息是電子密碼控制系統今后發(fā)展的趨勢 。</p><p>　　本設

25、計所要實現的目標</p><p>　　本設計采用單片機為主控芯片，結合外圍電路，組成電子密碼控制系統，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，當密碼輸入錯誤三次將報警。密碼可以由用戶自己修改設定，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。</p><p><b>　　設計方案

26、的選擇</b></p><p>　　方案一：采用數字電路控制</p><p>　　用以74LS112雙JK觸發(fā)器構成的數字邏輯電路作為密碼控制系統的核心控制，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10秒（一般情況下，用戶不會超過10秒，若用戶覺得不便

27、，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 。采用數字電路設計方案時設計雖然簡單，但控制的準確性和靈活性差。故不采用。</p><p>　　方案二：采用以單片機為核心的控制方案</p><p>　　由于單片機種類繁多，各種型號都有其一定的應用環(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

28、慮：性能、存儲器、運行速度、I/O口、定時/計數器、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、單片機內有無時鐘振蕩器、有無上電復位功能等。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)人員的適應性、技術支持和服務等等因素 ?；谝陨弦蛩乇驹O計選用單片機AT89C51作為本設計的核心元件，利用單片機靈活的編

29、程設計和豐富的I/O端口，及其控制的準確性，實現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。當用戶需要開鎖時，先按鍵盤開鎖鍵之后按鍵盤的數字鍵0－9、A—F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，當三次密碼錯誤則發(fā)出報警；當用戶需要修改密碼時，先按下鍵盤設置鍵后輸入原來的密碼，只有當輸入的原</p>

30、<p>　　可以看出方案二的控制靈活，準確性好，且保密性強還具有擴展功能，根據現實生活的需要此次設計采用此方案。</p><p>　　主要元器件介紹及I2C總線說明</p><p>　　主控芯片AT89C51</p><p>　　AT89C51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k Bytes的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，

31、器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及AT80C51引腳結構，芯片內集成了通用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用系統提供高性價比的解決方案。</p><p>　　AT89C51性能簡介 </p><p>　　AT89C51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片

32、內程序存儲器，128 bytes的隨機存取數據存儲器（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位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，片內時鐘振蕩器。</p><p>　　此外，AT89C51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。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數器，串行口，外中斷系統可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數據，停

33、止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。</p><p>　　圖3-1 AT89C51芯片引腳圖</p><p><b>　　其主要功能特性：</b></p><p>　　兼容MCS-51指令系統 4k可反復擦寫(>1000次）Fla

34、sh ROM</p><p>　　32個雙向I/O口 4.5-5.5V工作電壓</p><p>　　2個16位可編程定時/計數器 時鐘頻率0-33MHz</p><p>　　全雙工UART串行中斷口線 128x8 bit內部RAM</p><p>　　2個外部中斷源

35、 低功耗空閑和省電模式</p><p>　　中斷喚醒省電模式 3級加密</p><p>　　軟件設置空閑和省電功能 雙數據寄存器指針 </p><p>　　可以看出AT89C51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，兩個數據指針，兩個16位

36、定時器/計數器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，以及片內振蕩器和時鐘。同時, AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)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/計數器，串行通信口及中斷系統繼續(xù)工作。掉電方式是在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一個硬件復位。</p><p>　　AT89C51引腳功能說明</p><

37、;p><b>　　VCC：電源電壓</b></p><p><b>　　GND：地</b></p><p>　　P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數據總線復用口，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。在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數據

38、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，要求外接上拉電阻。</p><p>　　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

39、位地址。</p><p>　　P2口：P2是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅動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拉低時會輸出一個電流I。在訪問８位地址的外部數據存儲器（如執(zhí)行：MOVX @Ri 指令）時，P2口線上的內（也即特殊功能寄存器，在整個訪問期間不改變。Flash 編

40、程或校驗時，P2也接收高位地址和其它控制信號。</p><p>　　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，更重要的用途是它的第二功能，P3口的第二功能如下表3-2。</p>

41、<p>　　表3-2 為 P3口的第二功能</p><p>　　RST：復位輸入。當振蕩工作時，RST引腳出現兩個機器周期上高電平將使單片機復位。ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，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：當訪問外部數據存儲器時將跳

42、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。該位置禁位后，只有一條MOVX 和MOVC指令ALE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，應設置ALE無效。</p><p>　　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（或數據）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出

43、兩個脈沖。當訪問外部數據存儲器，高有兩次有效的PSEN信號。</p><p>　　EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU訪問外部程序存儲器（地址0000H－FFFFH），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VPP。</p>

44、<p>　　XTAL1：振蕩器反相放大器及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p>　　XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　AT89C51芯片內部結構</p><p>　　特殊功能寄存器：特殊功能寄存器的片內空間分布如下圖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值。而寫這些地址單元將不

45、能得到預期的結果。</p><p>　　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。</p><p>　　表3-3為 AUXR輔助寄存器。</p><p>　　ARXR 地址=8EH 復位狀態(tài)=XXX00XX0B</p><p><b>　　No

46、t Bit</b></p><p>　　Addressable</p><p>　　保留為將來擴展用途位</p><p>　　DISALE ALE禁止/使用</p><p><b>　　DISALE</b></p><p><b>　　操作模式</b><

47、;/p><p>　　0 ALE 輸出1/6震蕩時鐘頻率脈沖</p><p>　　1 ALE 僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令期間輸出脈沖</p><p>　　DISRTO 禁止/使能復位輸出</p><p><b>　　DISRTO</b></p><p>　　0 復位引腳在WET溢出

48、時變高</p><p>　　1 復位引腳僅為輸入</p><p>　　WDIDLE 禁止/使能IDLE模式的WDT</p><p><b>　　WDIDLE </b></p><p>　　0 IDLE模式WDT繼續(xù)計數</p><p>　　1 IDL

49、E模式WDT停止計數</p><p>　　雙時鐘指針寄存器：為方便地訪問內部和外部數據存儲器，提供了兩個16位數據指針寄存儲器：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。</p><p>　　表3-4 雙時鐘指針寄存器</p><p><b&g

50、t;　　AUXR1</b></p><p><b>　　地址=A2H</b></p><p>　　不可尋址位 復位狀態(tài)=XXXXXXX0B</p><p>　　 保留為今后擴展用途</p><p>　　DPS 數據指針選擇位&l

51、t;/p><p><b>　　DPS</b></p><p>　　0 選擇DPTR寄存器DP0L.DP0H</p><p>　　1 選擇DPTR寄存器DP1L.DP1H</p><p>　　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4位（PCON.4）,電源打開時POF

52、置“1”,它可由軟件設置睡眠狀態(tài)并不為復位所影響。</p><p>　　存儲器結構：MCS-51單片機內核采用程序存儲器和數據存儲器空間分開的結構，均具有64KB外部程序和數據的尋址空間。</p><p>　　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0000H－0FFFH（4KB）內部程序存儲器，再執(zhí)行

53、地址為1000H－FFFFH（60KB）的外部程序存儲器。</p><p>　　數據存儲器：在AT89C51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。</p><p>　　LCD1602顯示器</p><p>　　現在的字符型液晶模塊已經是單片機應用設計中最常用的信息顯示器

54、件了。1602型LCD顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內容豐富等特點。1602型LCD可以顯示2行16個字符，有8位數據總線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節(jié)和背光功能。</p><p>　　3.2.1 接口信號說明</p><p>　　1602型LCD的接口信號說明如表3-5所示：</p><p>　　表3-5為

55、1602型LCD的接口信號說明</p><p>　　3.2.2 主要技術參數 </p><p>　　1602型LCD的主要技術參數如表3-6所示：</p><p>　　表3-6為 1602型LCD的主要技術參數</p><p>　　3.2.3 基本操作程序 </p><p>　　讀狀態(tài)：輸入：RS=L，RW=L，E=

56、H 輸出：D0-D7=狀態(tài)字</p><p>　　讀數據：輸入：RS=H，RW=H，E=H 輸出：無</p><p>　　寫指令：輸入：RS=L，RW=L，D0-D7=指令碼，E=高脈沖 輸出：D0-D7=數據</p><p>　　寫數據：輸入：RS=H，RW=L，D0-D7=數據，E=高脈

57、沖 輸出：無</p><p><b>　　晶體振蕩器 </b></p><p>　　晶體振蕩器，簡稱晶振，其作用在于產生原始的時鐘頻率，這個頻率經過頻率發(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

58、話，聲卡就需要有兩顆晶振。但是現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，而且現在的娛樂級聲卡都沒有很好地解決這個問題?，F在應用最廣泛的是石英晶體振蕩器。</p><p>　　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用在電

59、視機、影碟機、錄像機、無線通訊設備、電子鐘表、單片機、數字儀器儀表等電子設備中。為數據處理設備產生時鐘信號和為特定系統提供基準信號。在單片機中為其提供時鐘頻率。</p><p>　　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上銀層用作電極使用，在每個電極上

60、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，就會使晶片產生機械變形振動，此現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。</p><p>　　本設計中采用12MHZ做系統的外部晶振。電容取值為20pF。<

61、/p><p>　　AT24C01串行EEPROM </p><p>　　如圖3-2為AT24C01的芯片引腳圖。</p><p>　　圖3-2 AT24C01的芯片引腳圖</p><p>　　特點：低壓和標準電壓運行模式</p><p>　　– 2.7 (VCC = 2.7V to 5.5V)</p>&l

62、t;p>　　– 1.8 (VCC = 1.8V to 5.5V)</p><p>　　內建128x8存儲序列</p><p><b>　　2線制串行接口</b></p><p><b>　　雙向數據傳送協議</b></p><p>　　100kHz(1.8V,2.5V,2.7V) 和400kH

63、z(5V)兼容</p><p>　　寫同步時鐘(最大10ms)</p><p><b>　　高可靠性</b></p><p>　　-極限：1M寫時鐘周期</p><p>　　-數據保存:100年</p><p>　　不斷推進的芯片等級擴大了設備的可用溫度范圍</p><p>

64、;　　8腳PDIP,8腳JEDEC SOIC和8腳TSSOP封裝</p><p><b>　　描述：</b></p><p>　　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)。</p><p>　　芯片在低壓的工業(yè)與商業(yè)應用中進行了最優(yōu)化。AT24C01的封裝為8腳PDIP、8腳JEDEC

65、</p><p>　　SOIC、8腳TSSOP，通過2線制串行接口進行數據傳輸。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。</p><p><b>　　設備操作：</b></p><p>　　C L O C K 和 D A T A 變化：SDA管腳通常外部要拉高。SDA管腳上的數據只能在SCL低期

66、間改變。數據在SCL高期間改變定義為一個開始或停止信號。</p><p>　　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上產生一個下降沿。</p><p>　　停止狀態(tài)： SCL為高時SDA產生一個上升沿是停止信號，停止信號后將停止所有通信。</p><p>　　在一個讀的序列之后，停止信號將讓EEPROM進入備用電源模式。</p&

67、gt;<p><b>　　I2C總線說明</b></p><p>　　I2C(Inter－Integrated 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備。I2C總線產生于在80年代，最初為音頻和視頻設備開發(fā)，如今主要在服務器管理中使用，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，以管理系統的配置或掌握組件的

68、功能狀態(tài)，如電源和系統風扇。可隨時監(jiān)控內存、硬盤、網絡、系統溫度等多個參數，增加了系統的安全性，方便了管理。</p><p>　　1 I2C總線的硬件結構</p><p>　　I2C串行總線一般有兩根信號線，一根是雙向的數據線SDA，另一根是時鐘線SCL。所有接到I2C總線設備上的串行數據SDA都接到總線的SDA上，各設備的時鐘線SCL接到總線的SCL上。</p><p

69、>　　為了避免總線信號的混亂，要求各設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。設備上的串行數據線SDA接口電路應該是雙向的，輸出電路用于向總線上發(fā)送數據，輸入電路用于接收總線上的數據。而串行時鐘線也應是雙向的，作為控制總線數據傳送的主機，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

70、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。任一設備輸出的低電平都將使相應的總線信號線變低，也就是說：各設備的SDA是“與”關系，SCL也是“與”關系。 </p><p>　　總線對設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總線上的數據傳送率可高達每秒十萬位，高速方式時在每秒四十

71、萬位以上。另外，總線上允許連接的設備數以其電容量不超過400pF為限。 </p><p>　　總線的運行（數據傳輸）由主機控制。所謂主機是指啟動數據的傳送（發(fā)出啟動信號）、發(fā)出時鐘信號以及傳送結束時發(fā)出停止信號的設備，通常主機都是微處理器。被主機尋訪的設備稱為從機。為了進行通訊，每個接到I2C總線的設備都有一個唯一的地址，以便于主機尋訪。主機和從機的數據傳送，可以由主機發(fā)送數據到從機，也可以由從機發(fā)到主機。凡是發(fā)

72、送數據到總線的設備稱為發(fā)送器，從總線上接收數據的設備被稱為接受器。</p><p>　　I2C總線上允許連接多個微處理器以及各種外圍設備，如存儲器、LED及LCD驅動器、A/D及D/A轉換器等。為了保證數據可靠地傳送，任一時刻總線只能由某一臺主機控制，各微處理器應該在總線空閑時發(fā)送啟動數據，為了妥善解決多臺微處理器同時發(fā)送啟動數據的傳送（總線控制權）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

73、不同傳送速率的設備。多臺設備之間時鐘信號的同步過程稱為同步化。</p><p>　　2 I2C總線工作原理：</p><p>　　2.1 總線的構成及信號類型：</p><p>　　I2C總線是由數據線SDA和時鐘SCL構成的串行總線，可發(fā)送和接收數據。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在這條總線上，

74、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；控制量決定該調整的類別（如對比度、亮度等）及需要調整的量。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。</p>

75、<p>　　I2C總線在傳送數據過程中共有三種類型信號， 它們分別是：開始信號、結束信號和應答信號。</p><p>　　開始信號：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數據。</p><p>　　結束信號：SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結束傳送數據。 </p><p>　　應答信號：接收數據的IC在接收到8bit數據后

76、，向發(fā)送數據的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數據。CPU向受控單元發(fā)出一個信號后，等待受控單元發(fā)出一個應答信號，CPU接收到應答信號后，根據實際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。若未收到應答信號，由判斷為受控單元出現故障。如圖3-3所示：</p><p>　　圖3-3 開始、結束信號圖</p><p>　　目前有很多半導體集成電路上都集成了I2C接口。帶有I2C接口的單片機有：CYGN

77、AL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。</p><p><b>　　3 總線基本操作：</b></p><p>　　I2C規(guī)程運用主/從雙向通訊。器件發(fā)送數據到總線上，則定義為發(fā)送器，器件接收數據則定義為接收器。主器件和從器件都可以工作于接收

78、和發(fā)送狀態(tài)。 總線必須由主器件（通常為微控制器）控制，主器件產生串行時鐘（SCL）控制總線的傳輸方向，并產生起始和停止條件。SDA線上的數據狀態(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。</p><p><b>　　1） 控制字節(jié)：</b></p><p>　　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

79、件類型識別符（不同的芯片類型有不同的定義，EEPROM一般應為1010），接著三位為片選，最后一位為讀寫位，當為1時為讀操作，為0時為寫操作。</p><p><b>　　2）寫操作：</b></p><p>　　寫操作分為字節(jié)寫和頁面寫兩種操作，對于頁面寫根據芯片的一次裝載的字節(jié)不同有所不同。</p><p><b>　　3） 讀操

80、作：</b></p><p>　　讀操作有三種基本操作：當前地址讀、隨機讀和順序讀。圖4給出的是順序讀的時序圖。應當注意的是：最后一個讀操作的第9個時鐘周期不是“不關心”。為了結束讀操作，主機必須在第9個周期時發(fā)出停止條件或者在第9個時鐘周期內保持SDA為高電平、然后發(fā)出停止條件。</p><p>　　在I2C總線的應用中應注意的事項總結為以下幾點 : </p>

81、<p>　　a） 嚴格按照時序圖的要求進行操作， </p><p>　　b） 若與口線上帶內部上拉電阻的單片機接口連接，可以不外加上拉電阻。 </p><p>　　c） 程序中為配合相應的傳輸速率，在對口線操作的指令后可用NOP指令加一定的延時。</p><p>　　d） 為了減少意外的干擾信號將EEPROM內的數據改寫可用外部寫保護引腳（如果有），或者在

82、EEPROM內部沒有用的空間寫入標志字，每次上電時或復位時做一次檢測，判斷EEPROM是否被意外改寫。 </p><p>　　添加：I2C 總線：</p><p>　　在現代電子系統中，有為數眾多的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計，PHILIPS 開發(fā)了一種用于內部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

83、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 已經成為世界性的工業(yè)標準。</p><p>　　每個I2C 器件都有一個唯一的地址，而且可以是單接收的器件（例如：LCD 驅動器）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據的傳輸還是僅僅被尋址。I2C 是一個多主總線，

84、即它可以由多個連接的器件控制。</p><p>　　早期的I2C 總線數據傳輸速率最高為100Kbits/s，采用7 位尋址。但是由于數據傳輸速率和應用功能的迅速增加，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

85、有以及將來的高速串行傳輸應用，例如EEPROM 和Flash 存儲器。</p><p><b>　　系統硬件構成</b></p><p><b>　　設計原理</b></p><p>　　本設計主要由單片機、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字密碼和進行各種功能的實現。由用戶通過連接單片機的矩

86、陣鍵盤輸入密碼，后經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。</p><p>　　本系統共有兩部分構成，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、復位部分、晶振部分、顯示部分、報警部分組成，軟件部分對應的由主程序、初始化程序、LCD顯示程序、鍵盤掃描程序、啟動程序、關閉程序、鍵功能程序、密碼設置程

87、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。</p><p>　　圖4-1 電子密碼鎖原理框圖</p><p><b>　　電路總圖構成</b></p><p>　　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、復位部分、晶振部分、顯示部分、報警部分組成，根據實際情況鍵盤輸

88、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：</p><p><b>　　圖4-2 電路總圖</b></p><p><b>　　電源輸入部分</b></p><p>　　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所示，而5V電源輸入時往往伴有雜波，所以加

89、一個2.2uF的電容濾波。這樣輸出的電壓一般能滿足要求。</p><p>　　圖4-3 電源輸入電路原理圖</p><p><b>　　鍵盤輸入部分 </b></p><p>　　由于本設計所用到的按鍵數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

90、，與獨立式按鍵鍵盤相比，要節(jié)省很多I/O口。本設計中使用的這個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計中設置 。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4-4所示：</p><p>　　圖4-4 鍵盤輸入原理圖</p><p><b>　　復位部分 </b></p><p&g

91、t;　　單片機復位是使CPU和系統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)生故障后都要復位。在復位期間（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。根據實際情況選擇如圖4-5所示的復位電路。該電路在最簡單的復位電路下增加了手

92、動復位按鍵，在接通電源瞬間，電容C1上的電壓很小，復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值后，CPU脫離復位狀態(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能夠可靠復位。增加手動復位按鍵是為了避免死機時無法可靠復位。當復位按鍵按下后電容C1通過R5放電。當電容C1放電結束后，RST端的電位由R5與R6分壓比決定。由于R5<

93、;<R6 因此RST為高電平，CPU處于復位狀態(tài)，松手后，電容C1充電，RST端電位下降，CPU脫離復位狀態(tài)。R5的作用在于限制按鍵按</p><p>　　圖4-5 復位電路原理圖</p><p><b>　　晶振部分</b></p><p>　　AT89C51引腳XTAL1和XTAL2與晶體振蕩器及電容C2、C1按圖4-6所示方式連接。

94、晶振、電容C1／C2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，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。根據實際情況，本設計中采用12MHZ做系統的外部晶振。電容取值為20pF。</p><p>　　圖4-6 晶振電路原理圖</p><p><b>　　顯示部分<

95、;/b></p><p>　　為了提高密碼鎖的密碼顯示效果能力。本設計的顯示部分由液晶顯示器LCD1602取代普通的數碼管來完成。只有按下鍵盤上的開啟按鍵后，顯示器才處于開啟狀態(tài)。同理只有按下關閉按鍵后顯示器才處于關閉狀態(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字鍵0－9輸入密碼，每按下一個數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

96、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，可以清楚的判斷出密碼鎖所處的狀態(tài) 。其顯示部分引腳接口如圖4-7所示：</p><p>　　圖4-7 顯示電路原理圖</p>&

97、lt;p><b>　　報警部分</b></p><p>　　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4-8所示：</p><p>　　圖4-8 報警電路原理圖</p><

98、;p><b>　　系統軟件設計</b></p><p>　　本系統軟件設計由主程序、初始化程序、LCD顯示程序、鍵盤掃描程序、鍵功能程序、密碼設置程序、EEPROM讀寫程序和延時程序等組成。</p><p><b>　　主程序流程圖</b></p><p>　　如圖5-1所示為主程序流程圖，開始接上電源，程序進行初始

99、化設置，然后在鍵盤上輸入密碼，此系統進行鍵盤掃描，然后啟動程序，進行保護，再次在鍵盤上輸入密碼，系統進行掃描，如和之前一樣，則執(zhí)行程序，如不是，則執(zhí)行另一種程序，最后結束。</p><p>　　圖5-1 主程序流程圖</p><p><b>　　按鍵功能流程圖</b></p><p>　　如圖5-2為按鍵功能流程圖，在按鍵當中，有與輸入、開鎖、

100、清除、設置、確認的程序相對應的按鍵，并按順序與輸入的數相比較，當輸入正確時，進入密碼程序，錯誤時進行清除，輸入兩次正確的，可進行重新設置，最后確認程序。</p><p>　　圖5-2 按鍵功能流程圖</p><p><b>　　密碼設置流程圖</b></p><p>　　如圖5-3為密碼設置流程圖，開始按下設置鍵，輸入舊密碼，如果錯誤，累計三次

101、錯誤，進行報警程序。如輸入正確，可以改密碼，確認后再次輸入更改后密碼，如兩次輸入一樣，則更改成功。</p><p>　　圖5-3 密碼設置流程圖</p><p><b>　　開鎖流程圖</b></p><p>　　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。</p&

102、gt;<p><b>　　圖5-4開鎖流程圖</b></p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　以上為畢業(yè)期間所設計的電子密碼控制系統的電路，它經過多次修改和整理，可以滿足設計的基本要求。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，則顯示數字。次設計還具有防盜功能，

103、如對密碼控制系統進行破壞，有報警功能。</p><p>　　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，但由于過于復雜，本設計并未加入；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，而且還要求在規(guī)定的時間內按一定的順序開鎖，所以他人開鎖的幾率很小。由于使用的是單片機作為核心的控制元件，配合其它器件，使本密碼控制系統具有功能強、性能

104、可靠、電路簡單、成本低的特點，加上經過優(yōu)化的程序，使其有很高的智能化水平。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 石文軒,宋薇.基于單片機MCS-51的智能密碼鎖設計[M].武漢工程職業(yè)技術學院學報,2004,(01);</p><p>　　[2] 祖龍起,劉仁杰.一種新型可編程密碼鎖[J].大連輕工業(yè)學院學

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111、，我要感謝的人很多，首先要感謝我的學校，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老師，在他的指導下我完成了論文，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。</p><p>

112、　　現在即將揮別我的學校、老師、同學，還有我四年的大學生活，雖然依依不舍，但是對未來的路，我充滿了信心。最后，感謝在大學期間認識我和我認識的所有人，有你們的伴隨，才有我大學生活的豐富多彩，絢麗多姿！謝謝！</p><p><b>　　附錄一：總原理圖</b></p><p><b>　　附錄二: 程序</b></p><p&g