廣東 楊旭方

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們的安全意識(shí)也越來越強(qiáng)，傳統(tǒng)機(jī)械鑰匙不僅攜帶不方便、容易損壞，而且安全性能低，被撬事件屢見不鮮，機(jī)械鎖已不能滿足人們?nèi)粘Ｉ钚枰ｋ娮用艽a鎖利用軟件加密、解密功能，從根本上克服了傳統(tǒng)機(jī)械鎖安全性能低的缺點(diǎn)，不僅使用方便、成本低，而且不用攜帶鑰匙，壽命長，逐步成為現(xiàn)代家庭門鎖的首要選擇。

一、I2C總線簡介

I2C總線 (Inter Integrate Circuit BUS)全稱為芯片間總線，它是由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接CPU及其外圍設(shè)備。I2C總線產(chǎn)生于上世紀(jì)80年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開發(fā)，現(xiàn)主要用在服務(wù)器管理中，其中包括單個(gè)組件狀態(tài)的通信。I2C總線利用兩根線實(shí)現(xiàn)全雙工同步數(shù)據(jù)傳送，具有連線少、可靠性高、成本低、不需要片選信號(hào)、支持熱插拔等優(yōu)點(diǎn)。

I2C總線支持主從和多主兩種工作方式。在主從方式中，系統(tǒng)只有一個(gè)處理器，從器件的地址由I2C總線委員會(huì)分配，引腳地址決定芯片引腳外接電平。在主從方式的I2C總線系統(tǒng)中只需考慮主方式的I2C總線操作，沒有總線的競爭等問題，系統(tǒng)相對簡單，成本也較低，因此，密碼鎖采用主從工作方式設(shè)計(jì)。

I2C總線傳送的數(shù)據(jù)每一個(gè)字節(jié)為8位，且高位在前，如圖一所示。首先由起始信號(hào)啟動(dòng)I2C總線，其后為尋址字節(jié)，尋址字節(jié)由高7位地址和最低1位方向位組成，方向位表明主控器與被控器數(shù)據(jù)傳送方向，方向位為“0”時(shí)，表明主控器對被控器進(jìn)行寫操作，為“1”時(shí)，表明主控器對被控器進(jìn)行讀操作，其后的數(shù)據(jù)傳輸字節(jié)數(shù)是沒有限制的，每傳送一個(gè)字節(jié)后都必須跟隨一個(gè)應(yīng)答位或非應(yīng)答位，在全部數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后主控制器發(fā)送終止信號(hào)。

圖一 I2C總線一次完整數(shù)據(jù)傳輸過程

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

密碼鎖硬件電路主要由AT89C51單片機(jī)、密碼正誤顯示、AT24C02掉電存儲(chǔ)、密碼設(shè)置與輸入、開鎖驅(qū)動(dòng)、報(bào)警以及電源等電路組成，如圖二所示。

圖二 密碼鎖硬件電路組成框圖

圖中，AT 89C51單片機(jī)是整個(gè)密碼鎖的控制中心，主要承擔(dān)密碼識(shí)別任務(wù)，并根據(jù)識(shí)別結(jié)果開鎖或報(bào)警。AT24C02為E2PROM器件，既具有ROM掉電不丟失數(shù)據(jù)特點(diǎn)，又具有RAM隨機(jī)讀寫特點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)功能。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（一）模擬單片機(jī)I2C總線數(shù)據(jù)

在標(biāo)準(zhǔn)I2C總線中，總線狀態(tài)監(jiān)測由硬件完成，用戶無須介入，但是具有I2C總線接口的MCS-51單片機(jī)畢竟不多，雖然AT89C51不帶I2C總線，但只要通過軟件模擬，即可達(dá)到I2C總線接口單片機(jī)功能。

在密碼鎖設(shè)計(jì)中，將AT 89C51的P3.4、P3.5分別作為時(shí)鐘線SCL和數(shù)據(jù)線SDA，分別與E2PROM器件AT24C02的時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線相連，根據(jù)I2C總線一次完整數(shù)據(jù)傳輸過程特點(diǎn)，通過軟件模擬，調(diào)用啟動(dòng)（START）、停止（STOP）、發(fā)送應(yīng)答位（ACK）、發(fā)送非應(yīng)答位（NACK）、應(yīng)答位檢查（CACK）、發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)（WRBYT）、接收一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)（RDBYT）、發(fā)送 n個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)（WRNBYT）、接收 n個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)（RDNBYT）九個(gè)子程序，完成I2C總線數(shù)據(jù)傳輸過程。

（二）程序流程圖

密碼鎖主程序主要由單元地址定義、預(yù)置密碼、用戶密碼輸入、讀設(shè)置密碼、識(shí)別密碼、密碼正誤顯示等組成，如圖三所示。

密碼鎖首先要進(jìn)行初始化，主要用于定義I2C總線的數(shù)據(jù)線與時(shí)鐘總線、讀/寫控制字節(jié)存放單元、發(fā)送/接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首址以及設(shè)置密碼與用戶密碼存放單元等。然后，系統(tǒng)調(diào)用預(yù)置密碼子程序和輸入用戶密碼子程序，并將兩個(gè)密碼進(jìn)行比較，若密碼一致，則驅(qū)動(dòng)開鎖電路實(shí)現(xiàn)開鎖，同時(shí)通過顯示器顯示密碼正確字符“Y”，否則，顯示密碼錯(cuò)誤字符“N”，并報(bào)警提示。

圖三 密碼鎖主程序流程圖

四、結(jié)束語

電子密碼鎖作為一種新型的鎖具，越來越受到人們的青睞。本文以AT89C51為主控芯片，結(jié)合AT24C02掉電存儲(chǔ)、密碼正誤顯示、密碼設(shè)置與輸入、開鎖驅(qū)動(dòng)等外圍電路，設(shè)計(jì)了一款多種功能電子密碼鎖，克服了傳統(tǒng)機(jī)械密碼鎖安全性能差、攜帶不方便的缺點(diǎn)，具有較高的推廣價(jià)值。

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