可編程U盤門鎖系統的研發范文

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《電子制作雜志》2014年第八期

1主控芯片及外部儲存器

單片機AT89S52是可通過編程控制的微處理器，具有8K在系統可編程可反復擦寫的FLASH只讀程序存儲器（R0M）和256byter的隨機存儲數據存儲器（RAM）。它依靠外圍的數字電路和模擬電路的協調工作，來達到U盤密鑰鎖的所需的解決方案。在單片機系統中為了擴展外部存儲器，接入了一塊74ls373芯片。芯片74ls373是一個地址鎖存芯片，鎖存器輸出低八位，P0口為數據、地址復用的總線，實現P0口的復用。其外部的存儲器為Intel6264芯片（見原理圖），Intel6264的容量為8KB，是28引腳雙列直插式芯片，采用CMOS工藝制造。A0～12為13根地址線，I/O0～7為8根數據線，CS1、CS2為兩個片選端，其中CS1低電平有效。OE為數據輸出選通端，低電平有效。WR為寫信號端，低電平有效。本單片機硬件資源的分配：單片機P0.0—P0.7連接到CH375的8位雙向數據總線D0—D7單片機P1.0、P1.1連接ST24CO2的6腳的SCL和5腳SDA單片機P1.2、P1.3用于蜂鳴器和報警燈的控制。單片機P1.4用于開鎖電路的控制。

2硬件電路的設計

電路總體構成基于AT89S52為核心的單片機控制的電子密碼鎖的設計。此設計能完成開鎖，修改密碼，密碼錯誤報警。在確定了單片機的型號后，就要確定外圍電路。其外圍電路包括電源供電電路部分、CH375U盤讀寫部分、密碼存儲部分、復位電路部分、晶振電路部分、報警電路部分、開鎖電路部分來構成一個完整的U盤門鎖系統。芯片內置控制程序和外圍的電路能在軟件的控制下迅速完成對U盤鎖的開啟，或報警。

2.1電源供電部分U盤密碼鎖主控部分電源需要用5V直流電源供電，其電路如圖下圖所示，本電路使用集成穩壓芯片LM7805解決了電源穩壓問題。電磁鎖的供電12V用DC升壓模塊來完成

2.2CH375的U盤讀寫控制部分CH375的TXD引腳通過JP1直接接地，從而使CH375工作于并口方式。CH375芯片具有通用的被動并行接口，在普通的AT89S52單片機的應用電路中，CH375芯片可以通過8位被動并行接口的D7～D0、RD#、WR#、INT#、A0直接掛接到單片機AT89S52的系統總線上。USB總線的通用接口芯片CH375具有8位數據總線和讀、寫、控制線以及中斷輸出。單片機只要在原硬件系統中增加1個CH375芯片就可以直接調用CH375提供的子程序庫來直接讀取U盤中的數據，從而實現了單片機與U盤的通訊。

2.3密碼存儲電路部分此電路主要有儲存芯片AT24C02和兩個4.7K的上拉電阻組成（見原理圖）。AT24C02是一個2K位串行可擦寫的只讀存儲器。該器件通過I2C總線進行數據的讀寫的串行器件。它通過SDA(串行數據線)及SCL(串行時鐘線)兩根線與連到總線上的主機之間傳送信息。AT24C02支持I2C總線數據傳輸協議，即任何將數據傳送到總線的器件作為發送器。任何從總線接收數據的器件為接收器。數據傳送是由產生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。ST24C02的A0、A1、A2是三條地址線，芯片中帶有的片內地址寄存器。每寫入或讀出一個數據字節后，該地址寄存器自動加1，以實現對下一個存儲單元的讀寫。SCL腳為串行時鐘輸入腳，用于產生器件所有數據發送或接受的時鐘，并與AT89S52的P1.0連接。SDA腳為串行數據的輸入與輸出，數據通過這條雙向I2C總線串行傳送。主機（AT89S52）和從機(AT24C02)都可作為發送器或接收器，使主\從機雙向通信。此引腳與AT89S52的P1.1連接。

2.4手動復位電路(見原理圖)當U盤密鑰鎖系統發生錯誤操作，或CPU發出錯誤指令時，這時就要對此系統進行復位。復位電路設計好壞，直接影響到U盤密鑰鎖工作的可靠性。在需要復位時在SRT的引腳上加一個高電平并維持2個機器周期以上，則CPU系統就可以響應，并將系統復位。在本系統的復位方式采用手動按鈕的復位方式。在電路的設計上是在RST和VCC之間接一個K1復位按鈕，當按下K1時，RST就得到了一個高電平，只要K1復位按鈕保持接通十幾毫秒，就能夠滿足復位的時間要求。就能對系統進行有效的復位。晶體振蕩電路(見原理圖)晶體振蕩電路對單片機內部電路產生單片機所需的時鐘信號，為系統提供基本的時鐘頻率便于各部分保持同步。本電路采用系統的外部晶體振蕩電路，此電路由C2和C3與Y1構成電容三點式振蕩器，C2、C3的取值為20pF晶振的頻率為12MHZ。報警電路(見原理圖)報警電路部分由蜂鳴器B及三極管Q2R2R7組成的一個開關電路。通電后Q2處于截止狀態，蜂鳴器不發聲，當密鑰比對不正確時，單片機P1.2引腳為低電平輸出，三極管Q2導通蜂鳴器發出報警。

開鎖電路(見原理圖)開鎖控制電路由電磁繼電器和三極管Q3R3組成一個開關電路，其功能是當U盤輸入正確的密鑰后，單片機P1.4引腳為低電平輸出。三極管Q3導通，繼電器的常開觸頭吸合。驅動電磁鎖鎖銷打開。當輸入的密鑰與儲存在AT24C02中密碼不符時，單片機P1.4輸出為高電平，繼電器不得電，鎖頭不動。并同時啟動報警電路報警。

3系統軟件設計

主要程序設計流程圖（如圖）

4總結

本設計從安全、經濟、實用的角度出發，采用單片機AT89C52與AT24C02作為主控芯片和數據存儲器，并結合外圍的數、模電路，并用C語言編寫單片機的控制程序，開發的一款可以更改密鑰的U盤電子門鎖。此設計完全可行并根據設計的原理圖完成了相應的實驗的成品，并達到設計目地。在設計制作的過程中難免會遇到過各種各樣的問題，但在我校教師創新團隊的努力下都得到了解決。此項創新成果是我校的創新團隊葉德勝、胡敏、李永強、李偉老師為此設計與制作所付出的智慧、辛勞的集體結晶。

作者：葉德勝單位：武漢市電子信息職業學校