基于單片機(jī)技術(shù)的電子防盜設(shè)備的硬件設(shè)計(jì)

摘 要：電子防盜鎖是一種在集成電路的控制下，實(shí)現(xiàn)密碼輸入、自動(dòng)判斷開(kāi)關(guān)鎖、更改密碼功能的電子產(chǎn)品。研制出一種利用STC89C52單片機(jī)與AT24C04存儲(chǔ)器作為主控芯片與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的電子防盜設(shè)備，并設(shè)計(jì)其外圍電子鍵盤、液晶顯示、開(kāi)鎖電路等硬件部件，在C語(yǔ)言控制程序下，實(shí)現(xiàn)了可變更密碼的智能電子防盜設(shè)備。

關(guān)鍵詞：智能防盜設(shè)備；硬件設(shè)計(jì)；51單片機(jī)；AT24C02

電子防盜鎖有簡(jiǎn)易數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的密碼鎖，也有基于微控制器實(shí)現(xiàn)的智能化產(chǎn)品[1]。如今應(yīng)用最廣泛的電子防盜鎖是以微控制器及外圍電路為硬件構(gòu)成，以高級(jí)編程語(yǔ)言為軟件結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)作為系統(tǒng)主控芯片，數(shù)字存儲(chǔ)器作為密碼存儲(chǔ)部件，并結(jié)合相關(guān)外圍電路，實(shí)現(xiàn)的一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的電子防盜設(shè)備。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案主要由單片機(jī)控制系統(tǒng)、密碼存儲(chǔ)電路、矩陣鍵盤電路和液晶顯示電路等部分組成。單片機(jī)控制系統(tǒng)中，又由復(fù)位電路、晶振電路和單片機(jī)芯片構(gòu)成；密碼存儲(chǔ)電路采用AT24C02存儲(chǔ)芯片，完成對(duì)密碼的存儲(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)密碼的更改存儲(chǔ)和掉電保護(hù)功能[2]。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 電路總體構(gòu)成

單片機(jī)型號(hào)確定后，隨后就該研究系統(tǒng)外圍電路的設(shè)計(jì)，其外圍電路包括電源輸入部分、鍵盤輸入部分、密碼存儲(chǔ)部分、復(fù)位部分、晶振部分、顯示部分、報(bào)警部分、開(kāi)鎖部分組成，根據(jù)實(shí)際情況鍵盤輸入部分選擇4*4矩陣鍵盤，顯示部分選擇字符型液晶顯示LCD1602，密碼存儲(chǔ)部分選用AT24C04芯片來(lái)完成[3]。

2.2 單片機(jī)控制電路

51單片機(jī)最小系統(tǒng)是指以最精簡(jiǎn)的電路實(shí)現(xiàn)其對(duì)外圍電路控制功能的單片機(jī)系統(tǒng)。該最小系統(tǒng)一般包括51單片機(jī)芯片、5V電源供電電路、手動(dòng)/自動(dòng)復(fù)位電路和晶振起振電路等。系統(tǒng)從控制板采用51單片機(jī)中的STC89C51芯片，該芯片是性能優(yōu)越的八位微處理器，同時(shí)具有8K閃存存儲(chǔ)器，可進(jìn)行邏輯編程。本款單片機(jī)嵌入的是MCS-51內(nèi)核，同時(shí)在這基礎(chǔ)上進(jìn)行了一定的突破創(chuàng)新使得本款單片機(jī)在51單片機(jī)的基礎(chǔ)上具有很多額外功能。本款單片機(jī)嵌入了八位中央處理器并且具有存儲(chǔ)能力很強(qiáng)的8K可編程邏輯閃存存儲(chǔ)器，這樣就為應(yīng)用對(duì)象提供了更強(qiáng)大的問(wèn)題解決能力以及高度的靈活性[4]。本款單片機(jī)具有1000次的擦寫使用壽命，其最大的使用時(shí)間可達(dá)十年之久。另外，該款單片機(jī)能夠在0到24MHz頻率下進(jìn)行全靜態(tài)工作，具有三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定功能；只讀存儲(chǔ)器內(nèi)存容量為512K，并且具有三十二個(gè)輸入輸出引腳；具有2個(gè)十六位定時(shí)器，并且具有5個(gè)中斷源。為了更好地達(dá)到低功耗效果，該款單片機(jī)還具有閑置和掉電模式以最大限度的達(dá)到低功耗效果。

2.3 鍵盤輸入電路

由于本設(shè)計(jì)所用到的按鍵數(shù)量較多而不適合用獨(dú)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(diǎn)上，密碼鎖的密碼由鍵盤輸入完成，與獨(dú)立式按鍵鍵盤相比，要節(jié)省很多I/O口。本設(shè)計(jì)中使用的這個(gè)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(gè)按鍵功能在程序設(shè)計(jì)中設(shè)置。

2.4 存儲(chǔ)芯片AT24C02

本系統(tǒng)采用美國(guó)Atmel公司的E2PROM-AT24C02，該芯片是低功耗CMOS型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片，內(nèi)含128×8位存儲(chǔ)空間，其工作電壓可接受2.5～5.5V范圍變化，數(shù)據(jù)擦寫次數(shù)可達(dá)一萬(wàn)次，數(shù)據(jù)寫入速度小于10ms，同時(shí)具有數(shù)據(jù)記錄安全可靠、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在數(shù)據(jù)讀寫方面，該存儲(chǔ)芯片采用I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的串行通信，占有較少的內(nèi)存資源和I/O接口線，并且支持在線編程，使數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)讀寫操作方便易行。該芯片運(yùn)用I2C總線協(xié)議規(guī)程，使用主/從機(jī)雙向通信，主機(jī)和從機(jī)可同時(shí)作為數(shù)據(jù)的接收端和發(fā)射端。主機(jī)用于產(chǎn)生串行時(shí)鐘信號(hào)并發(fā)出控制字，決定通信協(xié)議的傳輸方向，數(shù)據(jù)被從機(jī)接收后發(fā)出ACK應(yīng)答信號(hào)，以完成數(shù)據(jù)接收過(guò)程，同時(shí)主機(jī)在接收到數(shù)據(jù)后同樣發(fā)出ACK應(yīng)答信號(hào)，確保接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.5 1602液晶顯示電路

LCD1602液晶顯示屏能夠同時(shí)顯示16×2個(gè)字符，模塊內(nèi)部已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)常用的符號(hào)和字母，其中包括阿拉伯?dāng)?shù)字0-9，英文字母A-Z、a-z、和日文假名等。為了在液晶顯示屏上方便的顯示，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的十六進(jìn)制代碼，模塊工作時(shí)，只需把想要顯示的字符對(duì)應(yīng)的地址中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，能看到字母出現(xiàn)在顯示屏上。

3 結(jié)束語(yǔ)

利用STC89C52單片機(jī)與AT24C04存儲(chǔ)器作為主控芯片與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的電子防盜設(shè)備，并設(shè)計(jì)其外圍電子鍵盤、液晶顯示、開(kāi)鎖電路等硬件部件，在C語(yǔ)言控制程序下，實(shí)現(xiàn)了可變更密碼的智能電子防盜設(shè)備設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1]潘永雄.新編單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].西安：電子科技大學(xué)出版社，2003.

[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，2004，17（3）：40.

[3]葉啟明.單片機(jī)制作的新型安全密碼鎖[J].家庭電子，2005（5X）：30-31.

[4]董繼成.一種新型安全的單片機(jī)密碼鎖[J].電子技術(shù)，2004，31（3）.

作者簡(jiǎn)介：麥明俊（1991.5-），男，海南東方人，漢族，研究方向：自動(dòng)化、單片機(jī)和PLC。