可编程U盘门锁系统的研发范文

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《电子制作杂志》2014年第八期

1主控芯片及外部储存器

单片机AT89S52是可通过编程控制的微处理器，具有8K在系统可编程可反复擦写的FLASH只读程序存储器（R0M）和256byter的随机存储数据存储器（RAM）。它依靠外围的数字电路和模拟电路的协调工作，来达到U盘密钥锁的所需的解决方案。在单片机系统中为了扩展外部存储器，接入了一块74ls373芯片。芯片74ls373是一个地址锁存芯片，锁存器输出低八位，P0口为数据、地址复用的总线，实现P0口的复用。其外部的存储器为Intel6264芯片（见原理图），Intel6264的容量为8KB，是28引脚双列直插式芯片，采用CMOS工艺制造。A0～12为13根地址线，I/O0～7为8根数据线，CS1、CS2为两个片选端，其中CS1低电平有效。OE为数据输出选通端，低电平有效。WR为写信号端，低电平有效。本单片机硬件资源的分配：单片机P0.0—P0.7连接到CH375的8位双向数据总线D0—D7单片机P1.0、P1.1连接ST24CO2的6脚的SCL和5脚SDA单片机P1.2、P1.3用于蜂鸣器和报警灯的控制。单片机P1.4用于开锁电路的控制。

2硬件电路的设计

电路总体构成基于AT89S52为核心的单片机控制的电子密码锁的设计。此设计能完成开锁，修改密码，密码错误报警。在确定了单片机的型号后，就要确定外围电路。其外围电路包括电源供电电路部分、CH375U盘读写部分、密码存储部分、复位电路部分、晶振电路部分、报警电路部分、开锁电路部分来构成一个完整的U盘门锁系统。芯片内置控制程序和外围的电路能在软件的控制下迅速完成对U盘锁的开启，或报警。

2.1电源供电部分U盘密码锁主控部分电源需要用5V直流电源供电，其电路如图下图所示，本电路使用集成稳压芯片LM7805解决了电源稳压问题。电磁锁的供电12V用DC升压模块来完成

2.2CH375的U盘读写控制部分CH375的TXD引脚通过JP1直接接地，从而使CH375工作于并口方式。CH375芯片具有通用的被动并行接口，在普通的AT89S52单片机的应用电路中，CH375芯片可以通过8位被动并行接口的D7～D0、RD#、WR#、INT#、A0直接挂接到单片机AT89S52的系统总线上。USB总线的通用接口芯片CH375具有8位数据总线和读、写、控制线以及中断输出。单片机只要在原硬件系统中增加1个CH375芯片就可以直接调用CH375提供的子程序库来直接读取U盘中的数据，从而实现了单片机与U盘的通讯。

2.3密码存储电路部分此电路主要有储存芯片AT24C02和两个4.7K的上拉电阻组成（见原理图）。AT24C02是一个2K位串行可擦写的只读存储器。该器件通过I2C总线进行数据的读写的串行器件。它通过SDA(串行数据线)及SCL(串行时钟线)两根线与连到总线上的主机之间传送信息。AT24C02支持I2C总线数据传输协议，即任何将数据传送到总线的器件作为发送器。任何从总线接收数据的器件为接收器。数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。ST24C02的A0、A1、A2是三条地址线，芯片中带有的片内地址寄存器。每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加1，以实现对下一个存储单元的读写。SCL脚为串行时钟输入脚，用于产生器件所有数据发送或接受的时钟，并与AT89S52的P1.0连接。SDA脚为串行数据的输入与输出，数据通过这条双向I2C总线串行传送。主机（AT89S52）和从机(AT24C02)都可作为发送器或接收器，使主\从机双向通信。此引脚与AT89S52的P1.1连接。

2.4手动复位电路(见原理图)当U盘密钥锁系统发生错误操作，或CPU发出错误指令时，这时就要对此系统进行复位。复位电路设计好坏，直接影响到U盘密钥锁工作的可靠性。在需要复位时在SRT的引脚上加一个高电平并维持2个机器周期以上，则CPU系统就可以响应，并将系统复位。在本系统的复位方式采用手动按钮的复位方式。在电路的设计上是在RST和VCC之间接一个K1复位按钮，当按下K1时，RST就得到了一个高电平，只要K1复位按钮保持接通十几毫秒，就能够满足复位的时间要求。就能对系统进行有效的复位。晶体振荡电路(见原理图)晶体振荡电路对单片机内部电路产生单片机所需的时钟信号，为系统提供基本的时钟频率便于各部分保持同步。本电路采用系统的外部晶体振荡电路，此电路由C2和C3与Y1构成电容三点式振荡器，C2、C3的取值为20pF晶振的频率为12MHZ。报警电路(见原理图)报警电路部分由蜂鸣器B及三极管Q2R2R7组成的一个开关电路。通电后Q2处于截止状态，蜂鸣器不发声，当密钥比对不正确时，单片机P1.2引脚为低电平输出，三极管Q2导通蜂鸣器发出报警。

开锁电路(见原理图)开锁控制电路由电磁继电器和三极管Q3R3组成一个开关电路，其功能是当U盘输入正确的密钥后，单片机P1.4引脚为低电平输出。三极管Q3导通，继电器的常开触头吸合。驱动电磁锁锁销打开。当输入的密钥与储存在AT24C02中密码不符时，单片机P1.4输出为高电平，继电器不得电，锁头不动。并同时启动报警电路报警。

3系统软件设计

主要程序设计流程图（如图）

4总结

本设计从安全、经济、实用的角度出发，采用单片机AT89C52与AT24C02作为主控芯片和数据存储器，并结合外围的数、模电路，并用C语言编写单片机的控制程序，开发的一款可以更改密钥的U盘电子门锁。此设计完全可行并根据设计的原理图完成了相应的实验的成品，并达到设计目地。在设计制作的过程中难免会遇到过各种各样的问题，但在我校教师创新团队的努力下都得到了解决。此项创新成果是我校的创新团队叶德胜、胡敏、李永强、李伟老师为此设计与制作所付出的智慧、辛劳的集体结晶。

作者：叶德胜单位：武汉市电子信息职业学校