-10-基于單片機的密碼鎖系統(tǒng)設(shè)計目錄中文摘要 1英文摘要 21引言 31.1研究的背景和意義 31.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 31.3論文的主要內(nèi)容和研究思路 42基于單片機的密碼鎖整體設(shè)計 62.1總體框架 62.2主要硬件介紹 62.2.1單片機的確定 62.2.2指紋模塊的確定 62.2.3液晶的確定 72.2.4按鍵控制 73硬件設(shè)計 93.1STC89C54 93.1.1外部晶振的設(shè)計 103.1.2復(fù)位電路的設(shè)計 113.2采集電路 123.2.1射頻模塊 123.2.2指紋模塊 123.3按鍵控制部分電路 153.4電磁鎖的控制 164軟件設(shè)計 194.1主程序流程及工作分析 194.2串口初始化 194.3.1鍵盤管理程序設(shè)計流程 214.3.2LCD顯示模塊程序設(shè)計流程 214.3.3指紋模塊的通信程序設(shè)計流程 224.4程序配置 225測試 245.1實物圖及測試方案 245.2按鍵設(shè)置 245.3管理模塊 255.4密碼輸入 255.5測試結(jié)果分析 266總結(jié) 27謝辭 28參考文獻 29摘要：電子密碼鎖的思路來自于生活中的門鎖，當(dāng)下農(nóng)村等部分地區(qū)所用的門多是防盜門，安全性很高，但對于老年人或幼童來說操作不易，也有由于丟鑰匙而導(dǎo)致無法出入的隱患。本設(shè)計采用以STC89C54單片機作為主控核心，RFID射頻模塊采集IC卡信息，AS608指紋模塊實現(xiàn)指紋識別矩陣，輔助的硬件有矩陣按鍵模塊，可以進行信息的輸入和信號的識別，小燈和繼電器用來體現(xiàn)是否完成指令。管理員可以通過按鍵輸入、指紋識別、IC卡識別打開繼電器，如果輸入的信息錯誤液晶上會顯示，同時密碼鎖無法打開、蜂鳴器報警。另外管理員輸入正確的密碼后可進入管理界面，進行增加、刪除IC卡信息、指紋管理、修改密碼的操作。本密碼鎖優(yōu)勢在于功耗低于傳統(tǒng)密碼鎖，操作更為簡單，可運用于農(nóng)村、工廠等地方。關(guān)鍵詞：密碼鎖；射頻模塊；指紋模塊；矩陣按鍵模塊1引言1.1研究的背景和意義隨著時代的進步，科技的飛速發(fā)展，人們對門鎖的安全問題也看得越來越重要，那么該如何提高門鎖的安全性，是重中之重。傳統(tǒng)的門鎖裝置需要使用鑰匙，失竊的情況時有發(fā)生，且鑰匙攜帶較為麻煩，一旦鑰匙丟失，就需要更換門鎖，這給人們帶來了隱患和不便，目前，在我國的絕大部分密碼鎖中，機械鎖是比重最大的，然后也有單獨使用磁卡或IC卡的密碼鎖，這些門鎖存在容易丟失或不易操作等問題，而密碼則需要長久記憶，較為麻煩。這些問題使得這些門鎖存在一定的隱患，還有笨重、不易攜帶等缺點。21世紀是個信息爆炸的時代，人們在生活中會遇到很多身份識別的類型，如：賬號登錄、指紋識別支付等。因此，為了準確快捷的身份識別，人們嘗試利用傳感器與計算機技術(shù)解決這一問題。射頻和指紋裝置是對進出通道路口進行規(guī)范的管理，是解決政府，企業(yè)，家庭個人出入安全的重要方法。任何操作簡單，可靠耐用的電子密碼鎖，都反映了高質(zhì)素的人機界面的組成。本設(shè)計為一款指紋射頻密碼鎖，兼具指紋、射頻與密碼識別。本設(shè)計的重點是方便快捷準確的身份認證。而與傳統(tǒng)的個人身份認證相比，傳統(tǒng)的身份認證方式具有操作繁瑣，容易被仿造，攜帶不方便等問題，對財產(chǎn)安全產(chǎn)生隱患，已經(jīng)不能夠滿足當(dāng)今人們生產(chǎn)生活的需求。本設(shè)計采用的生物識別技術(shù)不容易被其它替代，相比于傳統(tǒng)門鎖技術(shù)更為先進，并且能夠解決這些問題。本設(shè)計的硬件采用了低功耗的設(shè)計，并且具備三種方式開鎖，更加靈活便捷，適用于工廠、農(nóng)村等多地，且對于老人孩童更為容易操作。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著教育信息化的發(fā)展，歐美的電子密碼鎖種類更為豐富，技術(shù)相當(dāng)廣泛且領(lǐng)先，在各行各業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用，同時也在推動其他國家地區(qū)的發(fā)展。我國提出過數(shù)字化建設(shè)、加快信息基礎(chǔ)建設(shè)等戰(zhàn)略。因此智能門鎖也將成為數(shù)字化發(fā)展的必然趨勢。當(dāng)前我國在電子密碼鎖上技術(shù)和西方發(fā)達國家相比是落后。從指紋鎖出現(xiàn)到現(xiàn)在，經(jīng)歷過許多年的發(fā)展，目前在我國民用市場上占比仍很低，不足15%，有著廣闊發(fā)展空間。有相關(guān)人士分析：“到2019年，全球智能鎖具市場總值將從目前的2.61億美元增長至36億美元。中國有著巨大的市場空間分攤這個市場總值，如今開發(fā)的市場份額只是總市場需求的冰山一角。”現(xiàn)階段國內(nèi)智能鎖市場仍處于發(fā)展階段，具有廣闊的市場空間。在未來一段時間，隨著各行業(yè)認識更多了解智能鎖，我國市場終將認可智能鎖，智能鎖必將走入更多人家。我國現(xiàn)在的電子鎖技術(shù)相當(dāng)于上世紀中期的歐美國家的技術(shù)水平，上世紀后期，我國開始出現(xiàn)大量的電子集成電路，單片機的出現(xiàn)，為電子密碼鎖的技術(shù)提升了很多的水平。通過各大網(wǎng)站和書籍資料的查閱電子密碼鎖的相關(guān)技術(shù)，設(shè)計的初步方案是矩陣按鍵密碼輸入、射頻IC卡采集模塊、液晶顯示模塊等結(jié)合。盡管電子密碼鎖的設(shè)計上還是有一些不足之處，但是整體的設(shè)計上安全性好，受眾人群廣，便攜，并且能即使傳遞報警信號，這都是在不斷研制的新成果。目前電子器件價格在不斷減低，相關(guān)技術(shù)不斷更新，電子密碼鎖的成本降低了很多，多功能的電子密碼鎖能開發(fā)的市場會更大。1.3論文的主要內(nèi)容和研究思路密碼鎖中采集模塊有：指紋模塊、矩陣按鍵模塊和射頻模塊。指紋模塊采用AS608指紋傳感器，負責(zé)指紋的錄入和比對。矩陣按鍵模塊采用4*4矩陣按鍵，負責(zé)密碼的輸入。射頻模塊采用RFID射頻技術(shù)。三種模塊對應(yīng)密碼鎖的三種解鎖方式：指紋、密碼和IC卡識別。密碼鎖采用AT89C54單片機為主控核心。應(yīng)用模塊為：供電模塊、報警模塊、液晶顯示模塊和繼電器模塊。報警模塊由蜂鳴器進行報警；液晶顯示模塊采用12864液晶，可顯示管理模式以及密碼輸入的結(jié)果等等。供電模塊可選用電腦接口和各種電子設(shè)備充電器充電器等對系統(tǒng)進行供電。繼電器采用5V電源控制，對電磁鎖進行控制。在使用三種解鎖方式時，如果密碼不符合、非注冊IC卡刷卡或非已錄入指紋時蜂鳴器將報警提示；如果密碼正確、注冊IC卡刷卡或已錄入指紋時系統(tǒng)將繼電器將吸合，LED燈亮起。進入到管理系統(tǒng)可進行增刪指紋編號、注冊和刪除IC卡、以及密碼修改的操作。論文的研究思路如下：（1）查閱資料：查閱文獻，設(shè)計系統(tǒng)的整體構(gòu)架。（2）準備階段：了解模塊的運作原理，單片機的開發(fā)方式，進行軟件和硬件的準備。（3）硬件設(shè)計：確定以54單片機為中央的處理器，對各電路進行設(shè)計。（4）軟件設(shè)計：進行系統(tǒng)的流程設(shè)計和軟件編制。（5）測試：測試密碼鎖的三種解鎖方式以及管理模式。2基于單片機的密碼鎖整體設(shè)計2.1總體框架本文設(shè)計的主要模塊有，采集模塊：指紋模塊、矩陣按鍵模塊、射頻模塊。主控核心：AT89C54單片機。應(yīng)用模塊：供電模塊、報警模塊、液晶顯示模塊，繼電器模塊。系統(tǒng)的框架圖如圖2-1所示圖2-1系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)2.2主要硬件介紹2.2.1單片機的確定STC89C54RC單片機是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超強抗干擾的單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可以任意選擇。主要特性如下：6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期可以任意選擇，通用I/O口（32個），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。具有EEPROM功能和看門狗功能，共3個16位定時器/計數(shù)器。即定時器T0、T1、T2。2.2.2指紋模塊的確定指紋模塊里面主要是DSP芯片，型號為AS608，加上外面的CMOS芯片，CMOS芯片主要是對指紋進行“照相”，生成指紋特征，，錄入兩次指紋特征就能生成一個指紋模板。具體的工作過程是：掃描指紋（錄入圖像）、生成特征、合成模板（建立一個指紋庫文件，成功錄入一個指紋）。具體指紋模塊介紹如下：此指紋模塊型號是：AS608，此模塊上里面包含了：光學(xué)頭、通信連接線、DSP芯片、穩(wěn)壓芯片、FLASH芯片、CMSO傳感器等部件。2.2.3液晶的確定12864系列液晶的引腳功能：12864共有20個引腳，各引腳說明如表格所示。表2-1接口信號說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地11D4DataI/O2VDD電源正極12D5DataI/O3VO液晶顯示對比度調(diào)節(jié)端13D6DataI/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）14D7DataI/O5R/W讀/寫選擇端（H/L）15PSB并/串選擇H并行L串行6E使能信號16NC空腳7D0DataI/O17RST復(fù)位，低電平有效8D1DataI/O18NC空腳9D2DataI/O19A背光電源正極10D3DataI/O20K背光電源負極12864漢字圖形點陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形。2.2.4按鍵控制按鍵的閉合與否反應(yīng)在電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，如果高電平表示斷開，那么低電平則表示閉合，通過電平的高低狀態(tài)的檢測可確認鍵按下與否。為了確保CPU對一次按鍵動作只確認一次，并且防止干擾信號的影響，必需加入消除電平抖動的措施，消除抖動通常有硬、軟硬兩種方法，硬件消除抖動可采取雙穩(wěn)態(tài)電路或濾波消抖電路；軟件消抖是在第一次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一段延時程序再確認該鍵是否仍閉合，如果還是閉合狀態(tài)則確認該鍵按下，從而消除抖動和干擾影響。按鍵接口設(shè)計有兩種方法，獨立式按鍵和矩陣式鍵盤。獨立式按鍵各鍵相獨立，每個按鍵各接入一根輸入線，只要檢測輸入線的電平就可以識別按鍵狀態(tài)。這種方法電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵需占用一根輸入口。由于該設(shè)計方案I/O資源浪費大。故此方法只適用于按鍵少或其他控制功能很簡單的場合。由于本設(shè)計中的按鍵較多，考慮系統(tǒng)可靠性和鍵盤設(shè)計的簡單所以采用矩陣按鍵。3硬件設(shè)計3.1STC89C54下圖為STC89C54引腳圖：圖3-1STC89C54引腳圖P0口：為8位準雙向I/O接口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線（作為輸入時，口鎖存器必須置1），可啟動4個TTL負載。P1口：為8位準雙向I/O接口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線（作為輸入時，口鎖存器必須置1），可啟動4個TTL負載。P2口：為8位準雙向I/O接口，當(dāng)它作為I/O接口使用時，可直接連接外部I/O設(shè)備；在接有片外存儲器或擴展I/O且尋址范圍超過256字節(jié)時，P2口可用做高8位的地址總線。P3口：為8位準雙向I/O接口，還可以將每一位用于第二功能，第二功能的定義見表3-1。表3-1STC89C54P3口的第二功能端口功能第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸入口）P3.2INT/0（外中斷0）P3.3INT/1（外中斷1）P3.4T0（定時/計數(shù)器0）P3.5T0（定時/計數(shù)器1）P3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3.7外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。本設(shè)計的主程序主要由液晶顯示、通訊子按鍵程序組成。主程序的工作流程描述如下：首先初始化各種硬件功能模塊進行初始化。包括開機液晶顯示、鍵盤掃描、指紋模塊建立通信。3.1.1外部晶振的設(shè)計單片機晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時鐘信號，可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。STC89C54使用11.0592MHz的晶體振蕩器作為振蕩源，由于單片機內(nèi)部帶有振蕩電路，所以外部只要連接一個晶振和兩個電容即可，電容容量一般在15pF至50pF之間。STC89C54的內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，通過XTAL1，XTAL2外部接上一片作為反饋元件的晶體，與C1和C2構(gòu)成了并聯(lián)諧振電路，使其構(gòu)成自激振蕩器，電容的值具有微調(diào)的作用，我們?nèi)?0PF，具體的接法如圖3-2外部晶振電路。圖3-2外部晶振電路STC89C54的工作頻率范圍在0~24MHZ。我們選用的是11.0592MHZ的晶振，振蕩周期約為1us機器周期約為0.1us，所以這個晶振可以滿足這個系統(tǒng)的要求。并且晶振不能離單片機太遠，不然使用外部晶振進行軟件調(diào)試時就會發(fā)現(xiàn)找不到信號。3.1.2復(fù)位電路的設(shè)計單片機復(fù)位電路原理是在單片機的復(fù)位引腳RST上外接電阻和電容，實現(xiàn)上電復(fù)位，當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個機器周期以上時復(fù)位有效。復(fù)位電平的持續(xù)時間必須大于單片機的兩個機器周期。具體數(shù)值可以由RC電路計算出時間常數(shù)。復(fù)位電路由按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩部分組成。（1）上電復(fù)位：STC89系列單片及為高電平復(fù)位，通常在復(fù)位引腳RST上連接一個電容到VCC，再連接一個電阻到GND，由此形成一個RC充放電回路保證單片機在上電時RST腳上有足夠時間的高電平進行復(fù)位，隨后回歸到低電平進入正常工作狀態(tài)，這個電阻和電容的典型值為10K和10uF。（2）按鍵復(fù)位：按鍵復(fù)位就是在復(fù)位電容上并聯(lián)一個開關(guān)，當(dāng)開關(guān)按下時電容被放電、RST也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會保持一段時間的高電平來使單片機復(fù)位。本系統(tǒng)采用的復(fù)位電路如圖3-3所示。單片機在上電瞬間，RC電路充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持兩個機器周期以上的高電平，就能使單片機有效復(fù)位。其中電容選10uF、電阻選10K。圖3-3復(fù)位電路3.2采集電路3.2.1射頻模塊射頻模塊采用RFID模塊，在RFID模塊檢測到有IC卡讀入時，IC卡將和射頻模塊產(chǎn)生共振，使其內(nèi)部在電磁波的激勵下，并且不斷給內(nèi)部的電容不斷充電，使電容產(chǎn)生2V左右的電壓，再將電壓給單片機進行識別，使單片機讀出IC卡卡號。如圖3-4所示。圖3-4RFID射頻工作原理圖3.2.2指紋模塊本設(shè)計選擇的指紋模塊型號是AS608，指紋模塊電路如下所示：圖3-5指紋模塊接口圖指紋模塊的操作是通過單片機的串口發(fā)送與接收命令完成的。先通過串口給指紋模塊發(fā)送命令，然后等待指紋模塊傳回數(shù)據(jù)。再通過單片機進行數(shù)據(jù)的處理，從而判斷命令有沒有執(zhí)行。主要為以下幾條命令。（1）開機的時候進行模塊握手，從而判斷模塊是不是連接正常。命令如下：指令包格式：2bytes4bytes1byte2bytes1byte4bytes2bytes包頭模塊地址包標識包長度指令碼口令校驗和0xEF01Xxxx01H07H13HPasswordSUM應(yīng)答包格式：2bytes4bytes1byte2bytes1byte2bytes包頭模塊地址包標識包長度確認碼校驗和0xEF01Xxxx07H03HxxHSUM確認碼=00H表示口令驗證正確；確認碼=01H表示收包有錯；確認碼=13H表示口令不正確。（2）生成指紋模板需要進行如下四個個命令：錄入圖像、生成特征、合成指紋模板、存儲指紋模板。錄入指紋圖像指令：指令包格式：2bytes4bytes1byte2bytes1byte2bytes包頭模塊地址包標識包長度指令碼校驗和0xEF01Xxxx01H03H01HSUM應(yīng)答包格式：2bytes4bytes1byte2bytes1byte2bytes包頭模塊地址包標識包長度確認碼校驗和0xEF01Xxxx07H03HxxHSUM確認碼=00H表示錄入成功；確認碼=01H表示收包有錯；確認碼=02H表示傳感器上無手指；確認碼=03H表示錄入不成功；圖像生成特征Img2Tz指令：指令包格式：2bytes4bytes1byte2bytes1byte1byte2bytes包頭模塊地址包標識包長度指令碼緩沖區(qū)號校驗和0xEF01Xxxx01H04H02HBufferIDSUM應(yīng)答包格式：2bytes4bytes1byte2bytes1byte2bytes包頭模塊地址包標識包長度確認碼校驗和0xEF01Xxxx07H03HxxHSUM確認碼=00H表示生成特征成功；確認碼=01H表示收包有錯；確認碼=06H表示指紋圖像太亂而生不成特征；確認碼=07H表示指紋圖像正常，但特征點太少而生不成特征；確認碼=15H表示圖像緩沖區(qū)內(nèi)沒有有效原始圖而生不成圖像；特征合成模板RegMode1指令：功能說明：將CharBuffer1與CharBuffer2中的特征文件合成特征模板。指令包格式：2bytes4bytes1byte2bytes1byte2bytes包頭模塊地址包標識包長度指令碼校驗和0xEF01Xxxx01H03H05HSUM應(yīng)答包格式：2bytes4bytes1byte2bytes1byte2bytes包頭模塊地址包標識包長度確認碼校驗和0xEF01Xxxx07H03HxxHSUM確認碼=00H表示合并成功；確認碼=01H表示收包有錯；確認碼=0aH表示合并失敗（兩枚指紋不屬于同一手指）；存儲模板Store指令：指令包格式：2bytes4bytes1byte2bytes1byte1byte2bytes2bytes包頭模塊地址包標識包長度指令碼緩沖區(qū)號位置號校驗和0xEF01XXXX01H06H06HBufferIDPageIDSUM應(yīng)答包格式：2bytes4bytes1byte2bytes1byte2bytes包頭模塊地址包標識包長度確認碼校驗和0xEF01Xxxx07H03HxxHSUM確認碼=00H表示儲存成功；確認碼=01H表示收包有錯；經(jīng)過以上四個步驟與命令，完成了一個指紋的錄入，重復(fù)以上步驟，可以再錄入其它指紋。（3）指紋識別是先轉(zhuǎn)換到識別模式，然后不斷的探測是不是有指紋出現(xiàn)在光學(xué)采集頭上。如果有則掃描指紋，與庫里面的指紋進行比對，如果是就讀出是幾號指紋。3.3按鍵控制部分電路矩陣鍵盤的檢測方法有多種，常見的有：逐點掃描法、逐行掃描法、全局掃描法。本設(shè)計采用逐行掃描法來實現(xiàn)按鍵檢測，其中P1.4-P1.7作為列線，P1.0-P1.3作為行線。識別過程如下：（1）判斷鍵盤中是否有鍵按下。設(shè)置所有行線為輸出口，并輸出低電平；設(shè)置列線為輸入口，讀取列線上的電平狀態(tài)，只要有一列的電平為低，就表示有按鍵按下，并且被按下的鍵位于電平為低的列線與4跟行線相交叉的4個按鍵中，若所有列線都為高電平，表示沒有按鍵按下；（2）判斷被按下按鍵所在的位置。在確認有鍵按下后（進行按鍵消抖處理后），接下來就是確定具體哪個案件被按下，方法是：依次將每根行線設(shè)置為輸出口，并輸出低電平（同時剩余行線輸出高電平），然后逐列檢查每根列線的電平狀態(tài)，若某列為低電平，則該列線與設(shè)置為輸出低電平的行線交叉處的按鍵就是被按下的按鍵。（3）按鍵位置確定后，接下來就要給矩陣鍵盤中的每個按鍵進行編號，也就是進行按鍵編碼，程序設(shè)計中常用計算法和查表法兩種方式對按鍵進行編碼，本實例采用計算法編碼。圖3-6按鍵電路3.4電磁鎖的控制電磁鎖利用繼電器進行控制，繼電器采用的是5V電源控制，注冊過的的指紋和輸入正確的管理員密碼時才能驅(qū)動繼電器控制電磁鎖的開關(guān)。控制芯片通過I/O控制三極管驅(qū)動繼電器的開關(guān)，同時用三極管將接受到電流放大，在大電流的作用下繼電器的內(nèi)部會會產(chǎn)生磁性吸合公共端，原來的連接處會與公共端斷開，并且與另一處連接，吸合后會打開電磁鎖，在電子鎖斷電或者單片機輸出高電平時，三極管也會同時斷開，繼電器公共端將原來連接，讓電磁鎖的鎖舌處于彈出狀態(tài)。圖3-7繼電器控制3.5電源模塊電子密碼鎖工作需要的5V工作電源，供電的電壓過高容易導(dǎo)致系統(tǒng)功能模塊被燒壞，供電的電壓過低會導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。如圖所示的電源插頭中2和3引腳是負極端接口，1引腳是正極端口，使用過程中為了穩(wěn)定電壓在電源正負極焊接個電容，提高電源電壓穩(wěn)定保證系統(tǒng)更加穩(wěn)定于5V電源工作中，確保指紋模塊、液晶模塊、芯片等模塊能在穩(wěn)定電源中工作。如圖3-8所示。圖3-8電源電路3.6蜂鳴報警器智能門禁系統(tǒng)的報警提示功能選擇用蜂鳴器，蜂鳴器在焊接電路的過程中需要連接三極管，需要由三極管進行電路的放大后，電流才夠驅(qū)動蜂鳴器工作，三極管的焊接過程中要分清基極、集電極和發(fā)射極，當(dāng)單片機通過發(fā)出高低電平去驅(qū)動三極管的工作，三極管才能放大電流去驅(qū)動蜂鳴器工作，如下電路所示，蜂鳴器與單片機的IO口通信。圖3-9蜂鳴器的連接電路4軟件設(shè)計4.1主程序流程及工作分析圖4-1主程序流程圖4.2串口初始化由于使用串口和模塊通訊，所以必須先約定好單片機和模塊的串口工作速度和數(shù)據(jù)包格式。SCON是一個特殊功能寄存器，用以設(shè)定串行口的工作方式、接收/發(fā)送控制以及設(shè)置狀態(tài)標志：表4-1SCON寄存器地址位位76543210字節(jié)地址：98HSM0SM1SM2SM3SM4SM5SM6SM7SCONSM0和SM1為工作方式選擇位，可選擇四種工作方式：表4-2串行口工作方式SM0SM1方式說明波特率000移位寄存器fosc/1201110位異步收發(fā)器（8位數(shù)據(jù)）可變10211位異步收發(fā)器（9位數(shù)據(jù)）fosc/64或fosc/3211311位異步收發(fā)器（9位數(shù)據(jù)）可變PCON中只有一位SMOD與串行口工作有關(guān)：表4-3PCON寄存器位76543210字節(jié)地址：97HSMODPCON在串行口方式1、方式2、方式3時，波特率與SMOD有關(guān)，當(dāng)SMOD=1時，波特率提高一倍。復(fù)位時，SMOD=0。發(fā)送數(shù)據(jù)共11-14個字節(jié)，前6個字節(jié)是模塊的包頭和模塊地址為固定值，后5-8個字節(jié)是傳輸?shù)哪K的命令。同時根據(jù)外部晶振和系統(tǒng)默認的傳輸速率算出控制串口的各寄存器的初始值。指紋模塊的通訊波特率（UART）的要求為9600bps，所以如果單片機要與指紋模塊進行通信是，必須波特率一致，此時需要在編程時設(shè)置單片機的波特率為9600bps。串行口工作之前，應(yīng)對其進行初始化，主要是設(shè)置產(chǎn)生波特率的定時器1、串行口控制和中斷控制。具體步驟如下：（1）確定T1的工作方式（編程TMOD寄存器）；（2）計算T1的初值，裝載TH1、TL1；（3）啟動T1（編程TCON中的TR1位）；（4）確定串行口控制（編程SCON寄存器）；（5）串行口在中斷方式工作時，要進行中斷設(shè)置（編程IE、IP寄存器）。下面是串口初始化程序：SCON=0x50;//UART方式1:8位UART;REN=1:允許接收PCON=0x00;//SMOD=0:波特率不加倍TMOD=0x21;//T1方式2，用于UART波特率，T0方式1TH1=0xFD;TL1=0xFD;//UART波特率設(shè)置:96004.3.1鍵盤管理程序設(shè)計流程鍵盤模塊的工作流程圖如圖4-2所示：圖4-2鍵盤程序流程圖4.3.2LCD顯示模塊程序設(shè)計流程顯示模塊主要完成數(shù)據(jù)的顯示功能，然后根據(jù)接受到指令顯示相關(guān)的內(nèi)容在屏幕上。圖4-3顯示程序流程圖4.3.3指紋模塊的通信程序設(shè)計流程串口通信數(shù)據(jù)發(fā)送、接收流程圖如圖4-4。圖4-4串口通信數(shù)據(jù)發(fā)送、接收流程圖4.4程序配置本設(shè)計采用KeiluVision2對單片機編程。Keil可以編譯C源碼，匯編源程序，Keil軟件可以提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，能夠連接和重定位目標文件和庫文件，創(chuàng)建HEX文件，調(diào)試目標程序。使用Keil軟件的主要工作流程為：（1）創(chuàng)建一個新工程，命名為“Fingerprint”，然后從器件庫中選擇單片機型號，因為其中沒有STC89C54，所以選擇與它完全兼容的Atmel89c52代替。（2）新建text文件，命名為main.c，然后在Target1的子文件SourceGroup1中添加main.c文件。（3）點擊下圖中箭頭所指的圖標，彈出如下對話框，在Xtal后輸入9600，即單片機的工作頻率為9600MHz。圖4-5設(shè)置波特率（4）點擊Output標簽，在CreateHEX前的方框內(nèi)勾選，這樣可以生成hex文件以便輸入單片機中。（5）用C語言創(chuàng)建源程序。（6）修改源程序中的錯誤。（7）測試，鏈接應(yīng)用。5測試5.1實物圖及測試方案在完成系統(tǒng)各模塊設(shè)計后，需要對設(shè)計的功能進行逐一測試。因此以下是系統(tǒng)測試的具體內(nèi)容。當(dāng)給系統(tǒng)通電后，如圖5-1所示。圖5-1初始圖測試方案：測試密碼鎖的三種解鎖方式及報警系統(tǒng)測試密碼鎖的管理模塊5.2按鍵設(shè)置如圖所示，最上一排從左到右依次是*，0號，#，管理。第二排是7號，8號，9號，卡片1。第三排是4號，5號，6號，卡片2。第四排是1號，2號，3號，卡片3。圖5-2按鍵圖5.3管理模塊按下管理按鍵，并輸入正確密碼后可進入管理界面，可以進行添加指紋，刪去指紋，卡片管理，修改密碼操作，如圖所示圖5-3管理界面5.4密碼輸入當(dāng)輸入正確密碼，已錄入卡片或指紋時，亮紅燈，界面分別如圖所示圖5-4密碼輸入當(dāng)輸入錯誤密碼，未錄入指紋或卡片時，蜂鳴器報警，界面如圖所示圖5-4密碼錯誤5.5測試結(jié)果分析經(jīng)過測試，該密碼鎖可以穩(wěn)定的、正常的運行。可以進行密碼，指紋，射頻三種方式的識別，以及進行密碼修改，指紋的增刪，卡片管理，并在輸入錯誤時及時的報警。密碼鎖硬件與軟件相互結(jié)合，達到了設(shè)計預(yù)期的效果。總結(jié)基于單片機的密碼鎖的設(shè)計，使用的單片機為STC89C54，指紋模塊AS608來實現(xiàn)指紋識別，RFID模塊實現(xiàn)IC卡識別，矩陣按鍵模塊實現(xiàn)密碼輸入和管理操作。密碼鎖采用液晶顯示，繼電器及小燈用來顯示是否完成指令。文中介紹了密碼鎖的