1、 I 目 录 1 引 言 .1 2 系统概述 .3 3 方案选择 .4 3.1 密码锁功能实现方法选择 .4 3.1.1 方案 1 基于一个 51单片机的电子密码锁设计 .4 3.1.2 方案 2 基于两个单片机串行通信的电子密码锁 .4 3.2 语音芯片的选择 .5 4 系统硬件电路的设计 .7 4.1 系统核心部分 闪电存储型器件 AT89S52.7 4.1.1 AT89S52 具有下列主要性能 .7 4.1.2 AT89S52 的引脚及功能 .8 4.1.3 信号引脚的第二功能 .9 4.2 串口通信 . 10 4.2.1 串口通信方式 . 10 4.2.2 串行通信控制寄存器 . 11
2、 4.2.3 数据发送与接收 . 11 4.3 语音电路 . 12 4.3.1 语言芯片 ISD2540 . 12 4.3.2 ISD2540 典型应用 . 15 4.3.3 工作模式 . 17 4.3.4 分段录放音 . 18 4.3.5 语音控制电路 . 18 4.4 电平转换电路 . 19 4.4.1 电平转换芯片 . 19 4.4.2 MAX232 芯片 . 20 4.4.3 连接电路图 . 20 4.5 键盘电路 . 21 4.5.1 单片机键盘和键盘接口概述 . 21 4.5.2 单片机键盘接口和键功能的实现 . 22 5 系统程序的设计 . 26 II 5.1 外部单片机发送密码
3、程序的设计 . 26 5.2 键处理的流程图 . 27 5.3 内部单片机程序 . 28 5.4 语音播放调用程序 . 28 6 测试结果 . 30 结 论 . 31 参考文献 . 32 附录 1：程序 . 33 附录 2：整体 电路图 . 41 外文翻译 . 43 致 谢 . 59 天津工程师范学院 2007 届本科生毕业设计 1 1 引 言 自从 20 世纪 70 年代问世以后，单片机作为微型计算机一个很重要的分支，应用广泛，发展迅速，已对 很多领域 产生了重大影响 。 尤其是美国 Intel公司生产的 MCS-51系列单片机，由于其具有集成度高、处理功能强、可靠性好、系统结构简单、价格低
4、廉、易于使用等优点，在我国已 经得到广泛使用，并 已经在各个技术领域得到了迅猛发展。 单片机不仅在控制外围器件中有着重要的用途，其通信功能在现代控制系统中越来越显得重要。 在众多的连接方案中，当然包括传统串口设备。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时可避免多条线路特性的不一致，因而被广泛采用。串行通信应用在产业自动化设备已有三十多年历史。在串行通信时，要求通信双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通信。 RS-232-C 接口（又称 EIA RS-232-C）是目前最常用的一种串行通信接口。它是在 1970 年由美国电子工业协会（ EIA）联合贝尔系统
5、、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是 “数据终端设备（ DTE）和数据通讯设备（ DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准 ”。该标准规定，采用一个 25 个脚的 DB25 连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。 RS-232 虽然被广泛接受，但数据传输的速度、范围、网络化都存在局限性，因不同需求发展出如 RS-422、 RS-485 等标准接口， RS-422 和 RS-485通过对数 据信号和控制信号使用差动电压从 而克服了这些限制，也正是这些改进使得各种串口设备被应用于非常广泛的行业。目前，串口已经成为各公司很
6、多产品的标准配置。 在通信中，常用串行通信的方式实现 下位机 数据的采集和 上 位机对下位机 的控制。 由于串行通信是在一根传输线上一位一位地传送信息，所以传输线少，适合远距离传输 。 单片机之间的通信采用异步串行通信 RS-232 接口 。 在日常生活和工作中，住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存通常多以加锁的方式来保存。 目前，最常用的锁是 20世纪 50年代意大利人设计的机械锁，其机构简单、使用方便、 价格便宜。但在使用中暴露了很多缺点：一是机械锁是靠金属制成的钥匙上的不同齿形与锁芯的配合来工作的。据统计，每 4000把锁中就有两把锁的钥匙齿牙相同或类似，
7、故安全性低。根据国外的统计资料，装有电子防盗装置的商业区或居民区盗窃犯罪率平均下降 30左右。二是钥匙一旦丢失，无论谁捡到都可以将锁打开。三是机械锁的材料大多为黄铜，质地较软，容易损天津工程师范学院 2007 届本科生毕业设计 2 坏。四是机械锁钥匙易于复制，不适于诸如宾馆等公共场所使用。 出于安全、方便等方面的需要，许多智能锁 (如指纹辨别、 IC卡识别 )已相继问世，但这类产品的特点是针对特定指纹或有效卡， 只能适用于保密要求高且仅供个别人使用的箱、柜、房间等。另外，卡片式的 IC卡易丢失，加上其成本一般较高，在一定程度上限制了这类产品的普及和推广。 随着人们生活水平的提高， 电子密码防盗
8、锁作为防盗卫士的作用日趋重要。电子密码防盗锁用密码代替钥匙，不但省去了佩戴钥匙的烦恼，也从根本上解决了普通门锁保密性差的缺点。如果采用 4位密码，则密码组合可达到 l0000，每增加 l位，密码组合就增加 l0倍；同时 ，在内部的单片机可以显示密码和设置新密码 。 本设计是 单片机之间的 串行通信 应用于电子密码锁，同时电子密码锁还具有语音提示的 功能，方便了用户的操作，可广泛的应用于 新型小区单元门、超市的存储柜、智能取款机等。 天津工程师范学院 2007 届本科生毕业设计 3 2 系统概述 本设计由语音播放、单片机、键盘、数码显示和电源模块等五部分组成，系统框图如图 2-1所示。其中单片机
9、部分的作用是控制语音播放、键盘和数 码显示；语音播方部分用于播放相应提示音；键盘用来输入密码；显示部分 用来显示输入的密码；电源模块则为整个电路提供电源。 图 2-1 系统框图 数码显示 单片机 MCU 键盘 语音播放 电 源 天津工程师范学院 2007 届本科生毕业设计 4 3 方案选择 由于电子密码锁的种类比较 多， 因此 方案选择在设计中是至关重要的。 正确地选择方案可以减小开发难度，缩短开发周期，降低成本，更快地将产品推向市场。 3.1 密码 锁功能实现方法选择 3.1.1 方案 1 基于一个 51 单片机的电子密码锁设计 只用一个 51 单片机 完成电子密码锁 1的功能，包括输入密码
10、的比较、 显示、设置新密码。用 4 4键盘组成 0 9数字键以及确认、取消功能键，用 6位 7段数码管组成显示电路提示信息，其工作过程如下： 加电后，显示 “ 888888”。 输入过程中，如果不小心出现输入错误，可按“取消”键清除屏幕，取消此次输入，此时显示“ 888888”。再次输入需要输入所有 6位密码。 当密码输入完毕按下“确认”键时，单片机将输入的密码与设定的密码比较，若密码正确，则发光二极管亮 1秒钟（以此表示密码锁打开）。 此种方法实现了简单密码锁的基本功能，但其不能修改密码，而且不适 合远距离传输，例如作为新型小区单元门就不宜采用此法，因为单元门离 居民用户家中距离较远。 3.
11、1.2 方案 2 基于两个单片机 串行通信的电子密码锁 电子号码锁在实际应用中应该有两部分，一部分在外部，有键盘部分和密码显示；另一部分内部，设置密码、显示密码。使用单片机自身带有的串口可 以很方便的实现单片机之间的通信，使输入的密码值传送到主机检验是否是正确的密码。其工作过程如下： 加电后，显示“ 000000”。 在外部键盘输入密码，数码管显示相应数字 。 输入过程中，如果不小心出现输入错误，可按“取消”键清除屏幕，取消此次输入，此时显示“ 000000”。再次输入需要输入所有 6位密码。 当 6 为输入密码全部输入完毕后，按“确认”键，内部、外部数码管显示同时清零。 在 内部数码管显示外
12、部键盘输入密码，并与预设密码比较，发出密码正确与 否的提示音，密码正确的话，放光二极管点亮，表明密码锁打开。 管理员可 以使用内部键盘察看当前密码、修改密码、同时使用内部键盘也可以打开电子密码锁。也会有相应提示音提示操作。 天津工程师范学院 2007 届本科生毕业设计 5 这种方案，用户可以在内部显示当前密码、设置新密码、打开密码锁，在内部进行的操作有效地提高了密码的可靠性。串口通信的使用延长了传输距离，并在操作时由相应提示信息，从而在实际生活中有很好的实用性。所以本设计采用此种方法。 3.2 语音芯片的选择 表 3-1 普遍的语音芯片 型号 特征 TE6310 语音长度： 10sec 采样频
13、率（ KHz）： 6.4 放音触发：放音触发 工作电压（ V）： 4.5 5.5 工作 电流（ mA）： 30 静态电流（ uA）： 2 TE6332 语音长度： 32sec 采样频率（ KHz）： 4 6.4 MIC 前置： YES 工作电压（ V）： 2.7 3.3 工作电流（ mA）： 10 ISD1420 语音长度： 20sec 采样频率（ KHz）： 6.4 放音触发：边缘 /电平 工作电压（ V）： 4.5 5.5 工作电流（ mA）： 30 静态电流（ uA）： 10 ISD2540 语音长度： 40sec 采样频率（ KHz）： 6.4 放音触发：电平 工作电压（ V）： 4.
14、5 5.5 工作电流（ mA）： 30 静 态电流（ uA）： 2 语音芯片 2就是在人工或者控制器的控制下可以录音和放音的芯片。 目前 市场上流行的语音芯片有很多，比较常见和使用较为普遍的语音芯片如表 3-1所示。 天津工程师范学院 2007 届本科生毕业设计 6 从性价比的角度考虑，美国的 ISD 公司的 ISD 系列语音芯片可谓一枝独秀。 ISD (Information storage device)系列语音芯片采用具有以下优点 3： 采用模拟数据在半导体存储器直接存储的专利技术，即将模拟语音数据直接写入单个存储单元，不需要经过 A/D、 D/A 转换。 内部集成了大容量的 EEPRO
15、M，不再需要扩展存储器。 控制简单，控制引脚与 TTL 电平兼容。 集成度高、方便使用。 能较好地真实再现语音的自然效果，避免了一般固体语音电路因为量化和压缩所造成的量化失真。 它采用直接模拟存储技术 (DAST)，将原始的语 音信号以模拟形式直接存人不挥发存储器中，无须 A/D 和 D/A 转换。这种突破性的 EEPROM 存储方法同其它的数字存储方式相比，不仅增加了存储容量，而且提高了语音信号存储与还原的保真度。该芯片内部集成了振荡电路、前置放大器、自动增益控制、抗混叠滤波器、平滑滤波器、输出放大器等物理部件，具有易与微处理器接口、零功率存储、方便 的存储与回放模式 。ISD25XX 系列
16、语音芯片提供 32-120s 的录放时间，根据该系统实际需要录制内容的时间长度，选用了 ISD2540 语音芯片，其录音时间长度为 40 秒。 天津工程师范学院 2007 届本科生毕业设计 7 4 系统硬件电路的设计 按照系统设计功能的要求，初步确定设计系统由 两大部分组成，分为内外 大部分。外部 单片机 部分 可负责外部键盘号码的采集和显示，而内部 单片机 部分 主要负责密码的设置、显示、判断发送来的外部键盘输入码是否是密码和语音播放功能 的实现。两大部分内部分别有键盘输入电路、数码显示电路，此外为实现语音 播放功能在主单片机部分还应有语音播放芯片电路。 主 控 制 芯片使用 52 系列 A
17、T89S52 单片机，接口电平转换芯片选用 Maxim 公司的 MAX232，语音芯片采用 美国的 ISD 公司的 ISD2540 芯片 4。 图 4-1 电子密码锁电路系统构成框图 4.1 系统核心部分 闪电存储型器件 AT89S52 4.1.1 AT89S52 主要性能 AT89S52 具有下列主要性能 5： 8KB 可改编程序 Flash 存储器（可经受 1000 次的写入 /擦除周期） 。 全静态工作： 0Hz 24MHz。 三级程序存储器保密 。 128 8字节内部 RAM。 32 条可编程 I/O 线 。 2 个 16位定时器 /计数器 。 外部单片机 显示电路 电平 转换 电平
18、转换 内部单片机 显示电路 键盘 电路 语音播放 键盘 电路 天津工程师范学院 2007 届本科生毕业设计 8 P 1.01P 1.12P 1.23P 1.34P 1.45P 1.56P 1.67P 1.78R S T9P 3.0( R X D )10P 3.1( T X D )11P 3.2( I N T 0)12P 3.3( I N T 1)13P 3.4( T 0 )14P 3.5( T 1 )15P 3.6( W R )16P 3.7( R D )17X T A L 218X T A L 119GND20P 2.0( A 8)21P 2.1( A 9)22P 2.2( A 10 )23
19、P 2.3( A 11 )24P 2.4( A 12 )25P 2.5( A 13 )26P 2.6( A 14 )27P 2.7( A 15 )28P S E N29A L E / P R O G30E A / V P P31P 0.7( A D 7)32P 0.6( A D 6)33P 0.5( A D 5)34P 0.4( A D 4)35P 0.3( A D 3)36P 0.2( A D 2)37P 0.1( A D 1)38P 0.0( A D 0)39V C C40 6 个中断源 。 可编程串行通道 。 片内时钟振荡器 。 4.1.2 AT89S52 的引脚及功能 AT89S52
20、单片机的管脚说明如图 4-2所示。 图 4-2 AT89S52 的 管脚 (1) 主要电源引脚 VCC 电源端 GND 接地端 (2) 外接晶体引脚 XTAL1和 XTAL2 XTAL1 接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，既把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。 XTAL2 接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。 (3) 控制或与其它电源复用引脚 RST、 ALE/PROG、 /PSEN 和 /EA/VPP RST 复位输入端。 当振荡器运行时，在该引脚上出现两个机 器周期的高电平将使单片机复位。
