南江萍 鄭凱 謝國(guó)坤 劉珺蕙 王娟娟 王亞亞

摘?要：本文主要研究的是基于AT89C51單片機(jī)的子琴，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的主要電路模塊，并應(yīng)用Proteus仿真軟件和Keil軟件編程軟件，使用單片機(jī)C語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了使電子密碼鎖按照需要?jiǎng)幼鞯囊?，一定程度上保證了財(cái)產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī);AT24C02記憶芯片;電子票密碼鎖

隨著人們生活水平的提高和安全意識(shí)的加強(qiáng)，對(duì)安全的要求也就越來(lái)越高。因此，鎖具就成為人們防盜的最重要工具，到目前為止絕大多數(shù)人使用的仍然是傳統(tǒng)的機(jī)械鎖。然而，由于目前機(jī)械鎖具的互開率較高，即使是那些質(zhì)量控制嚴(yán)密的機(jī)械鎖具，也可以通過(guò)某種特定的手段打開，而不會(huì)因緊急解鎖而破壞鎖具，正是由于機(jī)械鎖出現(xiàn)的這些弊端，為出現(xiàn)了這種新型鎖——電子密碼鎖，而創(chuàng)造了非常大的發(fā)展空間。

隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)性能不斷完善，性能價(jià)格比顯著提高，技術(shù)日趨完善。由于單片機(jī)具有體積小、重量輕、價(jià)格便宜、功耗低、控制功能強(qiáng)及運(yùn)算速度快等特點(diǎn)，因而在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、軍事及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)選用單片機(jī)及其外圍電路元器件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)為主控芯片，通過(guò)軟件程序組成電子密碼鎖系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：

1）正確輸入密碼前提下，開鎖提示;

2）錯(cuò)誤輸入密碼情況下，蜂鳴器報(bào)警;

3）密碼可以根據(jù)用戶需要更改;

4）斷電存儲(chǔ)功能。

本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)、行列式鍵盤、LED顯示器和密碼存儲(chǔ)器以及蜂鳴器組成。電子密碼鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框架如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 AT24C02記憶芯片

現(xiàn)在的AT24C02芯片，都是含有2k位串行的CMOS E2PROM，如果用8位字節(jié)來(lái)計(jì)算的話可以存儲(chǔ)256個(gè)。CMOS技術(shù)是單片機(jī)的領(lǐng)域的又一重大突破，它的問(wèn)世大大減少了元器件的損耗。AT24C02內(nèi)部的書寫緩存器可以運(yùn)行16個(gè)字節(jié)，這個(gè)元器件在工作的時(shí)候會(huì)通過(guò)IIC總線的接口進(jìn)入，而且為了保護(hù)這個(gè)元器件，我們寫出了一個(gè)專屬于它的寫保護(hù)程序。

2.2 鍵盤電路的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)所使用的鍵盤為4×4的矩陣鍵盤，該矩陣鍵盤可以很有效的減少鍵盤和單片機(jī)接口I/O線數(shù)的占用，當(dāng)按鍵有點(diǎn)多時(shí)，一般使用這種方法。其整體?？驁D如圖2所示。

在設(shè)計(jì)時(shí)每一條水平（行線）和垂直線（列線）的交叉處不直接接通，而是選擇通過(guò)一個(gè)按鍵來(lái)加以連接，此時(shí)只需要P條水平線和Q條垂直線來(lái)加以貫通就能夠組成P×Q的矩陣鍵盤。

當(dāng)它確認(rèn)存在這種按鍵時(shí)，下一步那就要看到底哪個(gè)按鍵是被按下的。常常會(huì)有兩種方法來(lái)甄別這個(gè)按鍵：一種方法是我們經(jīng)常用的按行掃描的查詢方法;另一種是更快的線反轉(zhuǎn)方法。

對(duì)照?qǐng)D2所示的4×4矩陣鍵盤，說(shuō)明線反轉(zhuǎn)的工作原理。第一步我們先要確定鍵盤上是否存在按鍵，單片機(jī)的I/O口是不是發(fā)送了相對(duì)齊全的掃描字符到鍵盤，第二步我們要看一下線路的狀態(tài)來(lái)進(jìn)行識(shí)別。具體的操作方法為：將所有的掃描字00H輸出到行線，然后將全部的列線設(shè)置為低電平，接著我們將列線的電平此時(shí)的狀態(tài)讀入累加器A.如果確實(shí)有按鍵的話，那么終究會(huì)有一根行線的電平被順勢(shì)拉到至低電平從而會(huì)讓行線不全為1。

通過(guò)將列線調(diào)整為低電平來(lái)判斷鍵盤上的哪些鍵被按下從而檢驗(yàn)該行的輸入狀態(tài)。具體的操作方法是：逐個(gè)將低電平發(fā)送到相對(duì)應(yīng)的列線，然后通過(guò)檢查所有的行線此時(shí)的狀態(tài)。如果都是1，則按下的鍵不會(huì)在這個(gè)列中;如果不都是1，則按下的鍵一定在這個(gè)列中，并且這個(gè)鍵是與零平行線的交匯處的鍵。具體的功能設(shè)計(jì)如上表。

2.3 顯示電路模塊

在這個(gè)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)里的顯示電路為了給使用的人提供提示用的。為了達(dá)到用戶友好界面的目的，顯示部分由LED顯示器完成。插上電源后，程序自動(dòng)調(diào)入初始密碼，此時(shí)依次輸入：123456，然后按[#]（確認(rèn)）鍵，此時(shí)鎖會(huì)打開，可以看到顯示true，密碼鎖打開。當(dāng)顯示出現(xiàn)：password，證明密碼初始化完成，此時(shí)初始密碼即為：123456，顯示電路的原理圖如下的圖3所示。

2.4 開鎖電路模塊

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，使用發(fā)光二極管來(lái)指示用于帶動(dòng)電子密碼鎖動(dòng)作的電機(jī)是否工作，如果發(fā)光二級(jí)管點(diǎn)亮，說(shuō)明已解鎖;如果發(fā)光二級(jí)管不亮，則證明鎖并沒有被打開。下面的圖4為開鎖電路指示圖。當(dāng)P2.0輸出為低電平時(shí)，二極管點(diǎn)亮，表示電子密碼鎖的電機(jī)動(dòng)作，密碼鎖打開。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的軟硬件需求，為硬件設(shè)計(jì)匹配相符合的軟件設(shè)施，在軟件設(shè)計(jì)的一開始，對(duì)程序的總框圖進(jìn)行了設(shè)計(jì)。圖5是系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)流程圖。

3.2 鍵盤及子程序的設(shè)計(jì)

在鍵盤使用過(guò)程中，當(dāng)按鍵沒有被按下的時(shí)候，單片機(jī)就會(huì)自動(dòng)在主程序中循壞工作。當(dāng)我們隨意按下其中的任何一個(gè)鍵時(shí)，系統(tǒng)立即會(huì)尋找與此相匹配的子程序來(lái)進(jìn)行運(yùn)行，直到運(yùn)行結(jié)束后自動(dòng)返回。程序流程如圖6所示。鍵盤掃描的部分程序如下：

4 結(jié)論

本系統(tǒng)仿真是在Proteus軟件上進(jìn)行，在使用該軟件進(jìn)行仿真之前，首先要在Keil 軟件來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)軟件的調(diào)試。目的檢測(cè)軟件程序是否能夠流暢、準(zhǔn)確的運(yùn)行，各個(gè)子程序的運(yùn)行順序是否正確，各子程序之間的銜接是否順暢。系統(tǒng)程序調(diào)試結(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

通過(guò)本系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，電子密碼鎖系統(tǒng)功能能夠達(dá)到預(yù)計(jì)性能要求，能夠?qū)崿F(xiàn)如下內(nèi)容：正確輸入密碼前提下，開鎖提示;錯(cuò)誤輸入密碼情況下，蜂鳴器報(bào)警;密碼可以根據(jù)用戶需要更改以及斷電存儲(chǔ)功能。

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