摘要：介紹一種通過Protues軟件成功仿真的電子密碼鎖的實現(xiàn)過程。它采用高可靠性的STC89C52單片機來實現(xiàn)開鎖和密碼的識別，采用具備I2C總線接口的E2PROM芯片來完成密碼的存儲，通過1602液晶顯示器提示程序運行狀態(tài)和使用步驟，利用蜂鳴器模擬報警，發(fā)光二極管模擬鎖的開關。該系統(tǒng)用C語言編寫程序，與匯編語言相比具備更好的移植性和可讀性，便于修改和增減功能。
關鍵詞：Protues；密碼鎖；單片機；C語言

O 引言
    電子密碼鎖是現(xiàn)代生活中常用的加密工具。它克服了機械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點，尤其是微控制器的智能電子密碼鎖，不僅具有電子密碼鎖的功能，還可引入智能化管理功能，從而使密碼鎖具有更高的安全性和可靠性。
    電子密碼鎖通常使用ARM和單片機控制，單片機相對ARM實現(xiàn)較為簡單，功能較為完善，因此使用單片機控制較多。用單片機控制的密碼鎖常使用匯編語言編寫程序，顯示器多數(shù)用數(shù)碼管。而本文所介紹的電子密碼鎖使用移植性及可讀性強的高級語言C語言編寫，便于修改和增減功能；同時采用顯示清楚，功率消耗小而且壽命長的1602液晶顯示器，顯示更加直觀，使用更加方便。從經(jīng)濟實用的角度出發(fā)，采用STC8 9C52單片機設計出一種具有密碼設置、報警和防止多次試探密碼功能的電子密碼鎖，通過Protues軟件成功地進行了仿真。

1 系統(tǒng)工作原理
    本系統(tǒng)以STC89C52單片機為核心，使用4×4矩陣鍵盤作為數(shù)據(jù)輸入方式，驅(qū)動1602顯示器提示程序運行過程和開鎖的步驟。本系統(tǒng)的密碼判斷過程如下：
    當使用者輸入6位密碼后按下BESURE鍵，單片機通過密碼逐個比較，如果輸入的6位密碼和設定的密碼完全相同，那么能成功驅(qū)動開鎖模擬燈將鎖打開。若輸入6位密碼與設定的密碼不相同，按下BESURE鍵后，模擬燈不亮，可以按BACK鍵重新輸入。由于輸入密碼過程中難免輸入失誤，如果密碼輸錯，可直接按下BACK鍵重新輸入，但是系統(tǒng)不允許無限次地按BACK鍵，以免密碼被套用，當3次密碼輸入都錯誤，單片機將驅(qū)動蜂鳴器報警。并且本系統(tǒng)輸入密碼還有時間限制，若在規(guī)定的時間內(nèi)沒有將正確密碼輸入也會報警。
    修改密碼功能如下：當密碼輸入正確后，按下SET鍵可新設置密碼。每設定一位新密碼，單片機將其送給E2PROM，當6位新密碼都輸入完畢，系統(tǒng)將自動回到程序開始，重新讀取密碼并保存，使用者需輸入新的密碼才能將鎖打開。

2 系統(tǒng)設計
2．1 硬件支持
    使用的元器件有：核心芯片STC89C52、存儲芯片AT24C02、液晶顯示1602、矩陣鍵盤、報警蜂鳴器、獨立按鍵(模擬門的開關)、發(fā)光二極管(模擬鎖的開關)和三極管(放大電流)。
2．2 軟件設計
    本系統(tǒng)軟件包括主程序模塊、密碼比較判斷模塊、修改密碼模塊、鍵盤掃描模塊、液晶顯示模塊及定時程序等模塊。系統(tǒng)程序流程如圖1所示。


2．2．1 主程序模塊
    主程序主要用于定義全局變量，給全局變量賦初值，初始化E2PROM，啟動定時器以及從AT24C02中讀取密碼，為整個程序提供數(shù)據(jù)。
2．2．2 密碼比較判斷模塊
    該模塊的功能是將鍵盤輸入的密碼利用if語句與設定的密碼進行逐個比較，若密碼完全正確則開鎖；若不正確，則按下BACK鍵，重新輸入密碼，每按下BACK鍵一次，輸入次數(shù)將自加1，當3次都出錯則報警。
2．2．3 密碼修改模塊
    在密碼輸入正確情況下，可以按下SET對密碼進行重新設置，每設定一位就將密碼送給AT24C02存儲起來，當設置6位密碼完畢后，系統(tǒng)將自動跳到程序開始，調(diào)用新設置的密碼。
    STC89C52向AT24C02寫入密碼子程序：
  
  

2．2．4 鍵盤掃描模塊
    該模塊具備功能有：逐列掃描鍵盤確定被按鍵的具體位置、判斷鍵盤上有無鍵按下、消除去抖動、判斷閉合的鍵是否釋放等功能。
2．2．5 定時模塊
    本模塊用于對密碼輸入時間控制。在程序開始運行時首先對定時器進行了初始化，從按下PUT IN鍵開始，系統(tǒng)開始計時，當輸入的時間達到規(guī)定的時間將立即報警。
2．2．6 液晶顯示模塊
    此模塊包括液晶初始化、命令的輸入、顯示數(shù)據(jù)的輸入。其中命令是用于控制液晶狀態(tài)是否顯示光標，光標是否閃爍，是否清除原來數(shù)據(jù)以及顯示的具體位置。數(shù)據(jù)顯示主要是將要顯示的信息按需要準時顯示出來。

3 系統(tǒng)仿真
    為了方便程序調(diào)試，本文采用了Proteus仿真，仿真圖如圖2所示。


3．1 系統(tǒng)介紹
    圖2中U1為STC89C52是整個系統(tǒng)的核心，編寫的程序以二進制的文件導入其中；U2為AT24C02，第5和第6個引腳分別與單片機的P1．2和 P1．3相連；LCD1為1602液晶顯示器，引腳連接如圖2所示；獨立按鍵DOOR，當門關上為鍵按下狀態(tài)；D1為模擬開鎖燈，當密碼正確，按下BE- SURE鍵D1將亮；BUZ1為蜂鳴器報警。當程序編寫好并導入到單片機里后，按下圖2最下面的開始按鈕，1602液晶顯示器將提示密碼鎖的運行狀態(tài)，系統(tǒng)開始工作。
3．2 開鎖功能
    當電源開啟時，1602液晶顯示W(wǎng)elcome歡迎界面，當按下PUT IN鍵后，顯示器顯示PUT IN CODES提示使用者輸入密碼，如圖3所示。幾秒后液晶顯示器上提示將自動消失。此時可輸入正確密碼，且密碼輸入時顯示*而不會將輸入的數(shù)據(jù)顯示出來。當輸入密碼完畢后，按下BESURE鍵，如果輸入的密碼正確D1將亮(D1作為開鎖的模擬開關)。若密碼錯誤，可以按下BACK鍵，程序?qū)⑻絣oop(開始界面)，重新輸入密碼，同時輸入次數(shù)將增加一次。當3次都輸入錯誤則自動報警，并且輸入密碼的時間必須在規(guī)定的時間完成，否則也會報警。


3．3 密碼設定
    在密碼輸入正確后，按下SET鍵可對密碼進行重新設置，液晶顯示器顯示SET CODS。同樣幾秒后提示信息將自動消失，此時開始重設密碼。在密碼設定過程中會將設定的數(shù)字顯示出來，每輸入一位密碼需按下YES鍵確定，當設置的密碼達到6位將自動回到啟動界面。

4 結論
    (1)成功仿真實現(xiàn)了1602液晶顯示，密碼開鎖，密碼設置，防止多次試探，報警等功能。
    (2)采用C語言編寫程序，具有很強的移植性，為系統(tǒng)增減和修改功能帶來了方便。