電子密碼鎖系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

張祚邦

摘 要在電子密碼鎖的設(shè)計(jì)中，其硬件電子電路的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，關(guān)系到電子密碼鎖使用壽命的長(zhǎng)短和功能的實(shí)現(xiàn)。本文基于單片機(jī)的基礎(chǔ)上，在protel軟件中對(duì)電子密碼鎖的鍵盤輸入模塊、密碼存儲(chǔ)模塊、顯示模塊和其他模塊的電路圖進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】電子密碼鎖 單片機(jī) 電子電路

1 前言

為了滿足人們對(duì)鎖的使用要求，增加其安全性，用密碼代替鑰匙的密碼鎖應(yīng)運(yùn)而生。電子密碼鎖用密碼代替鑰匙，不但省去了佩戴鑰匙的煩惱，也從根本上解決了普通門鎖安全性差的問(wèn)題。本文基于單片機(jī)的基礎(chǔ)上，在protel軟件中對(duì)數(shù)字電子密碼鎖進(jìn)行硬件電路圖的設(shè)計(jì)，從而克服了舊式電子密碼鎖電路斷后所設(shè)置密碼丟失的缺點(diǎn)。

2 電子密碼鎖設(shè)計(jì)方案

2.1 系統(tǒng)的工作原理

本文設(shè)計(jì)的數(shù)字電子密碼鎖的實(shí)現(xiàn)是基于單片機(jī)的。在protel軟件中進(jìn)行硬件電路圖的設(shè)計(jì)，然后編譯程序。

本文設(shè)計(jì)的數(shù)字電子密碼鎖系統(tǒng)主要由：

（1）數(shù)據(jù)處理及控制模塊。

（2）鍵盤輸入模塊。

（3）密碼儲(chǔ)存模塊。

（4）顯示模塊。

（5）復(fù)位電路。

（6）蜂鳴器。

（7）振蕩器。

（8）開(kāi)鎖電路等組成。

（5）、（6）、（7）、（8）可以歸結(jié)為附屬模塊。其組成原理如圖1。首先，用戶通過(guò)鍵盤輸入模塊輸入密碼，所輸入的密碼被傳送到數(shù)據(jù)處理模塊經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后，與密碼存儲(chǔ)模塊中的秘密比較，判斷密碼是否正確，同時(shí)顯示模塊會(huì)為用戶顯示簡(jiǎn)單的提示信心。經(jīng)過(guò)單片機(jī)判斷，如果密碼正確，則開(kāi)鎖，否則不開(kāi)鎖，并警告用戶密碼輸入錯(cuò)誤。

2.2 系統(tǒng)方案選擇

2.2.1 鍵盤輸入模塊方案的選擇

在單片機(jī)系統(tǒng)中，常用的鍵盤輸入有兩種模式，獨(dú)立式鍵盤結(jié)構(gòu)和行列式鍵盤結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)也采用這兩種方式作為備選方案。

（1）獨(dú)立式鍵盤。獨(dú)立式按鍵式是指直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。每個(gè)獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占有一根I/O口線，每根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他I/O口線的工作狀態(tài)。通常獨(dú)立式鍵盤的按鍵輸入都采用低電平有效。上拉電阻保證了按鍵斷開(kāi)，I/O口線有確定的高電平。當(dāng)I/O口內(nèi)部有上拉電阻時(shí)，外電路可以不配置上拉電阻。雖然獨(dú)立式按鍵具有軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電路配置靈活等優(yōu)點(diǎn)，但是由于其每個(gè)按鍵都需要獨(dú)立使用I/O口線，當(dāng)按鍵數(shù)量過(guò)多時(shí)，會(huì)存在I/O口線所需過(guò)多的現(xiàn)象。

（2）行列式鍵盤。行列式鍵盤又叫矩陣式鍵盤，用I/O口線組成行列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列交叉點(diǎn)上。在本次設(shè)計(jì)中，由于電子密碼鎖的鍵盤中，除了0～9數(shù)字鍵外，還有輸入、鎖定、設(shè)置、清除四個(gè)鍵，按鍵數(shù)量較多，故采用行列式鍵盤作為電子密碼鎖鍵盤輸入模塊。

2.2.2 顯示模塊方案的選擇

顯示模塊有兩種選擇，一種是采用LCD，一種是采用LED。

以上兩種方式中，LCD造價(jià)較高，性價(jià)比較于LED較低，因而采用LED作為顯示模塊。

3 主要元器件介紹

3.1 主控芯片AT89S52

AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash AT89S52。

3.2 八位數(shù)據(jù)鎖存器742LS273

74LS373是八位高速寄存器，內(nèi)部由8個(gè)D鎖存器構(gòu)成。

3.3 EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AT24C02

AT24C02是一個(gè)2K位串行CMOS EEPROM，內(nèi)部含有256個(gè)8位字節(jié)，CATALYST公司的先進(jìn)CMOS技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗。AT24C02有一個(gè)16字節(jié)頁(yè)寫緩沖器。該器件通過(guò)IC總線接口進(jìn)行操作，有一個(gè)專門寫保護(hù)功能。

4 系統(tǒng)硬件各部分電路設(shè)計(jì)

4.1 鍵盤輸入模塊

本次鍵盤才用行列式鍵盤，把單個(gè)鍵盤組成4x4格式的鍵盤，行列分別相連

通過(guò)檢測(cè)每條“行”線和“列”線上的電平變化，可判斷出用戶輸入的為何種信息，電路圖如圖2。

單片機(jī)通過(guò)控制P1口的高低電平，然后根據(jù)檢測(cè)到的結(jié)果進(jìn)行判斷。如圖所示，剛開(kāi)始四條行線上全置為高電平，四條列線全置為低電平，但某一按鍵被按下時(shí)，行列線交叉，行線上的搞電平遍為低電平，單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)即可判斷哪個(gè)按鍵被按下。

4.2 密碼存儲(chǔ)模塊

本次設(shè)計(jì)要求密碼永久保存，且斷電數(shù)據(jù)不丟失，在加上數(shù)據(jù)量小，只有6位密碼，因而采用EEPROM中的24C02芯片，由于EEPROM是電可擦除只讀存儲(chǔ)器，可供用戶修改，且掉電后數(shù)據(jù)不消失。電路圖如圖3。

4.3 顯示模塊

本次設(shè)計(jì)采用六位密碼，需要使用六個(gè)七段LED數(shù)碼管， LED用三極管驅(qū)動(dòng)，這里的六個(gè)數(shù)碼管，不采用動(dòng)態(tài)顯示的方式，而采用選中一個(gè)顯示一個(gè)的方法，并且在數(shù)碼管和單片機(jī)之間加上74LS373對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存，這樣的好處是控制簡(jiǎn)單，且數(shù)碼管的亮度較高，顯示較為明顯。每組顯示模塊均用373上的OE端作為片選，根據(jù)按下按鍵的個(gè)數(shù)來(lái)選擇要亮的數(shù)碼管，電路圖如圖4。

4.4 其他模塊

其他模塊較為簡(jiǎn)單，與單片機(jī)相連后可以構(gòu)成單片機(jī)的最小系統(tǒng)，電路原理圖見(jiàn)系統(tǒng)總的原理圖圖5。

5 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一種電子密碼鎖，這種電子密碼鎖系統(tǒng)以單片機(jī)AT89S52為數(shù)據(jù)處理芯片，以8位數(shù)據(jù)所存器74LS373和七段LED數(shù)碼管作為顯示模塊，以EEPROM芯片24C02作為永久保存密碼的存儲(chǔ)模塊，附加4*4鍵盤和其他輔助電路，構(gòu)成了整個(gè)硬件系統(tǒng)。用戶可以通過(guò)鍵盤輸入密碼，密碼正確后可以正常開(kāi)鎖，并且能夠重新設(shè)置密碼。

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[5]百度百科，http：//baike.baidu.com.

作者單位

遼寧省本溪市高級(jí)中學(xué) 遼寧省本溪市 117000