摘 要：電子密碼鎖電路設(shè)計(jì)選用AT89C51單片機(jī)作為主控芯片，數(shù)據(jù)寄存器的選擇是功率損耗較低的場(chǎng)效應(yīng)管為單元電路的EEPROM AT24C02單片系統(tǒng)，同時(shí)配合輸入、復(fù)位、顯示、報(bào)警、開(kāi)鎖等電子電路，用C程序高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)主控控制程序，設(shè)計(jì)出了一種能N次修密且有報(bào)警功能的密碼鎖電路。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；密碼鎖；報(bào)警

引言

本設(shè)計(jì)是一種基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的電子密碼鎖，不用實(shí)體的鑰匙，用戶只需要記住自己已經(jīng)設(shè)置好的6位密碼，通過(guò)鍵盤(pán)輸入密碼后，單片機(jī)控制程序驗(yàn)證通過(guò)便開(kāi)鎖，提高了安全性，同時(shí)由于可以無(wú)限次修改密碼，大大提高了密碼鎖的可靠性。

1 設(shè)計(jì)方案的選擇

本設(shè)計(jì)選用了AT89C51作為密碼電子鎖的主控元器件。具體思路如下：在主控元器件外，加用于輸入密碼的輸入鍵盤(pán)，用于顯示密碼作用的LCD1602顯示器，以及用于密碼儲(chǔ)存用的AT24C02芯片。開(kāi)鎖的時(shí)候密碼輸入正確則開(kāi)鎖，不正確則顯示密碼錯(cuò)誤并發(fā)出報(bào)警。如果在一定時(shí)間內(nèi)輸入密碼連續(xù)錯(cuò)誤三次則系統(tǒng)自動(dòng)死機(jī)一段時(shí)間。當(dāng)用戶需要更改密碼時(shí)，選擇修改密碼后系統(tǒng)會(huì)提示輸入原始密碼，在正確輸入原始密碼之后，連續(xù)兩次輸入新密碼并確定，則新密碼設(shè)置成功。這種方案對(duì)密碼鎖的控制比較靈活，而且其安全性能較高。

2 工作原理

本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)AT89C51為核心，由三大主要部分構(gòu)成：接口電路采用四的平方陣列式鍵盤(pán)、八段式輸出顯示電路和控制電路。接口電路（4的平方陣列式鍵盤(pán)）含鍵盤(pán)式譯碼電子電路、時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生電子電路、鍵盤(pán)掃描電路和彈跳消除電子電路?？刂齐娐返脑O(shè)計(jì)含按鍵的數(shù)字輸入、消除和存儲(chǔ)；功能鍵設(shè)計(jì)、移位寄存器的控制與設(shè)計(jì)、密碼的寄存、退位、消除與更改，警示信號(hào)的生成，解鎖及核對(duì)密碼。顯示功能電路含選擇數(shù)據(jù)的電路、八段式顯示電子電路。單片機(jī)通過(guò)比較輸入密碼與原來(lái)存儲(chǔ)的密碼來(lái)判斷輸入的密碼正確與否，系統(tǒng)根據(jù)這個(gè)結(jié)果來(lái)控制密碼電子鎖是報(bào)警還是開(kāi)鎖，其電路是通過(guò)控制電磁感應(yīng)線圈來(lái)控制開(kāi)鎖的。

2.1 主控芯片AT89C51的工作原理

AT89C51單片機(jī)是采用40條引腳雙列直插式的器件，它有4k內(nèi)存儲(chǔ)器，一百二十八字節(jié)的RAM，外部有三十二個(gè)雙向輸入與輸出口，優(yōu)先級(jí)的五個(gè)中斷和兩層式嵌套中斷電路，兩組十六位可編譯的定時(shí)計(jì)數(shù)電路，時(shí)鐘振蕩電路和兩個(gè)串行通信口（全雙工）[1]。此外，AT89C51可以通過(guò)軟件編輯進(jìn)行設(shè)置掉電和省電模式。掉電模式下單片機(jī)停止工作并保存數(shù)據(jù)，省電模式下，CPU可以在空閑時(shí)候暫停工作，而其他需要工作的系統(tǒng)則繼續(xù)工作。

2.2 存儲(chǔ)集成塊AT24C02的電路原理

AT24C02集成塊采用較低功耗的場(chǎng)效應(yīng)管電路，內(nèi)有256×8位的存儲(chǔ)單元，且有體積較小、抗干擾能力較強(qiáng)、數(shù)據(jù)不易丟失、擦寫(xiě)次數(shù)多、寫(xiě)入速度快、工作電壓寬等優(yōu)點(diǎn)[2]。為了減少占用資源，AT24C02用I2C總線進(jìn)行讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，I2C總線通過(guò)SCL以及SDA兩根線把信息傳輸給連接在總線上的各個(gè)部件。由于對(duì)AT24C02片內(nèi)程序的編寫(xiě)比較靈活，因此對(duì)于數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)存儲(chǔ)很是方便。AT24C02存儲(chǔ)器一次讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)最多為8個(gè)字節(jié)，大大的增加了讀寫(xiě)速度。存儲(chǔ)器AT24C02利用I2C的雙向傳輸信息的特點(diǎn)令單片機(jī)與各個(gè)部件之間可以同時(shí)處于發(fā)送器和接收器工作狀態(tài)，井井有條毫不紊亂。單片機(jī)通過(guò)振蕩器發(fā)出控制命令來(lái)控制系統(tǒng)信息的傳送方相，控制著密碼鎖的工作狀態(tài)。單片機(jī)與其他工作部件之間每次接受指令之后都會(huì)發(fā)出已接受指令的信息。

2.3 液晶顯示器1602LCD

此次電子密碼鎖的設(shè)計(jì)采用的是當(dāng)下較為常用的液晶顯示器。其選用的是1602型液晶顯示器。具有顯示內(nèi)容多，耗能少等優(yōu)點(diǎn)。1602型LCD液晶顯示模塊最多每行能顯示16個(gè)字符，有EN，RS，R/W三個(gè)控制端口和8位數(shù)據(jù)總線，正常工作電壓為5V，還能調(diào)節(jié)顯示字符的對(duì)比度。

2.4 晶體振蕩器

晶體振蕩器可以產(chǎn)生控制系統(tǒng)工作的指令的初始頻率，它是利用石英晶體的逆壓電效應(yīng)制作的，它可以通過(guò)系統(tǒng)電路改變其頻率大小來(lái)適應(yīng)各個(gè)工作階段對(duì)時(shí)鐘頻率的要求。本設(shè)計(jì)選用其為密碼電子鎖提供時(shí)鐘信號(hào)。

3 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在選定單片機(jī)AT89C51之后，根據(jù)單片機(jī)要正確設(shè)計(jì)與其相連的其他電路，外圍電路一般包括：接口電路采用四的平方陣列式鍵盤(pán)、八段式輸出顯示電路和控制電路。接口電路（4的平方陣列式鍵盤(pán)）含鍵盤(pán)式譯碼電子電路、時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生電子電路、鍵盤(pán)掃描電路和彈跳消除電子電路?？刂齐娐返脑O(shè)計(jì)含按鍵的數(shù)字輸入、消除和存儲(chǔ)；功能鍵設(shè)計(jì)、移位寄存器的控制與設(shè)計(jì)、密碼的寄存、退位、消除與更改，警示信號(hào)的生成，解鎖及核對(duì)密碼。顯示功能電路含選擇數(shù)據(jù)的電路、八段式顯示電子電路。

3.1 鍵盤(pán)輸入部分

鍵盤(pán)選擇了4×4結(jié)構(gòu)有16個(gè)按鍵的鍵盤(pán)。這種鍵盤(pán)功能多，而且相對(duì)較為節(jié)省端口。這種鍵盤(pán)把按鍵設(shè)置在行列線交點(diǎn)上，為了避免按鍵之間相互影響致使傳輸信息錯(cuò)誤，各個(gè)行列線之間的信號(hào)要做恰當(dāng)?shù)奶幚硪源藖?lái)確定哪個(gè)按鍵被按下。

3.2 密碼儲(chǔ)存部分

AT24C02存儲(chǔ)器存儲(chǔ)空間大，耗能低，并且它體積相對(duì)較小、安全性能高、能有效抵抗外界干擾、可以多次擦寫(xiě)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、讀寫(xiě)速度快、工作電壓寬等優(yōu)點(diǎn)。為了減少資源占用，AT24C02用I2C總線進(jìn)行讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，I2C總線通過(guò)SCL以及SDA兩根線把信息傳輸給各個(gè)部件。由于對(duì)AT24C02片內(nèi)程序的編寫(xiě)比較靈活，因此對(duì)于數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)存儲(chǔ)很是方便。AT24C02存儲(chǔ)器的所有字節(jié)都是以單一的操作方式讀取，大大的提升了讀寫(xiě)速度。單片機(jī)通過(guò)振蕩器發(fā)出控制命令來(lái)控制系統(tǒng)信息的傳送方相，并且控制著密碼鎖的工作狀態(tài)。單片機(jī)與其他工作部件之間每次接受指令之后都會(huì)發(fā)出已接受指令的信息。

3.3 復(fù)位電子電路

復(fù)位指的是：讓中央處理器與系統(tǒng)中的其余功能式電路都形成一個(gè)確定的起始狀態(tài)，且從起始狀態(tài)開(kāi)始運(yùn)行，舉例：復(fù)位后起始狀態(tài)為0000H，使電路在首個(gè)單元調(diào)命令。不論單片機(jī)是否開(kāi)始接上VCC時(shí)候，或是停電后，還是故障后都要為變?yōu)槠鹗紶顟B(tài)。在回復(fù)原位中，P0口為對(duì)外呈現(xiàn)高組態(tài)，P1-P3口則輸出“1”電壓；系統(tǒng)外程序ROM PSEN選通信號(hào)無(wú)效。ALE（地址鎖存信號(hào)）也為“1”電壓。電路如圖1所示，其在增加了手動(dòng)式復(fù)位按鈕，在VCC開(kāi)通時(shí)，其C1上的電量教小，復(fù)位下拉電阻的電量接近VCC（RST 為“1”電壓）。復(fù)位端的電量在C充電的過(guò)程中逐漸減小，當(dāng)復(fù)位端的電量減小到某一數(shù)量后，則中央處理器則會(huì)離開(kāi)復(fù)位態(tài)，因?yàn)镃1較大，其確保了RST 高電壓有效時(shí)間大于二十四個(gè)振蕩周期，中央處理器能夠確保復(fù)位。增添手動(dòng)的復(fù)位按鈕是為了避免死機(jī)時(shí)無(wú)法可靠復(fù)位。當(dāng)復(fù)位鈕按下后，C1通過(guò)R5放電。當(dāng)C1放電完后，RST端子的電壓通過(guò)R6與R5分壓比值來(lái)確定。因R5<

3.4 報(bào)警電路部分

報(bào)警電路以蜂鳴器為核心元件，蜂鳴器在通電之后如果沒(méi)有按鍵按下并不會(huì)發(fā)出聲音。當(dāng)用戶在進(jìn)行電子密碼鎖的功能操作時(shí)，每按下一次鍵蜂鳴器都會(huì)發(fā)出“嘀”的一聲。在解鎖過(guò)程中，用戶輸入密碼若正確，報(bào)警器則會(huì)發(fā)出“嘀”的一聲開(kāi)鎖；若輸入密碼錯(cuò)誤并且錯(cuò)誤，而且在一定時(shí)間內(nèi)錯(cuò)誤次數(shù)小于三次時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出長(zhǎng)鳴告警；若連續(xù)錯(cuò)誤三次，報(bào)警器就會(huì)發(fā)出警報(bào)聲并且系統(tǒng)會(huì)鎖死鍵盤(pán)一段時(shí)間，從而可以有效的防止別人盜取密碼，大大的提高了密碼電子鎖的安全性可靠性。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該電路設(shè)計(jì)可行，性價(jià)比較高等特點(diǎn)，符合住宅、辦公室用鎖要求，具有推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]王千.使用電子電路大全[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.

[2]李明喜.新型電子密碼鎖的設(shè)計(jì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2004，12（3）：66-68.

[3]葉啟明.單片機(jī)制作的新型安全密碼鎖[J].家庭電子，2005，6（10）：34-38.

作者簡(jiǎn)介：劉彥甲（1984-），男，漢族，河南柘城人，碩士研究生，講師，主要研究方向?yàn)殡娮有畔⒓夹g(shù)應(yīng)用。