基于protues的电子密码锁设计(完整资料)

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基于protues的电子密码锁设计(完整资料）(可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）本科生学年论文(设计)（2０11级）基于proｔueｓ的电子密码锁设计姚晓强电气信息工程电子1102指导教师(职称）孙亚萍(讲师)6280成果完成时间20１3-1２—26杭州师范大学钱江学院教学部制基于ｐrｏtueｓ的电子密码锁设计电气信息专业1102班姚晓强指导教师孙亚萍摘要：本文以AT8９Ｃ５1单片机为核心器件，结合按键电路、ＬED数码管显示电路、报警指示电路和开锁机构，利用单片机灵活的编程设计和丰富的Ｉ/O端口,及其控制的准确性通过软件程序来控制整个系统实现电子密码锁的基本功能，其主要具有如下功能：●密码通过键盘输入，若密码正确,则将锁打开●密码输入错误,蜂鸣器将报警提示●用户可以自由设定密码本密码锁具有设计方法合理，简单易行成本低,安全实用等特点，具有一定的推广价值。关键词：ＡＴ8９Ｃ51;电子密码锁；功能Thedesignｏfelectronｉc

loｃｋonthｅＰrotueｓYaｏＸiaｏqiaｎgIｎstructor：SｕnYapingAbｓtracｔ：BａsedonthｅAT89Ｃ51ｓiｎｇle-chipmｉcroｃomputerａｓｔheｃoredｅvice,combinｉｎgwithｔhekeycircuit，LEDｄigitaltubeｄiｓｐlaycｉrcuｉt，aｎalarmcｉrｃｕitandｕnlocｋｉｎgmecｈaｎism，desｉgnthewholesｙstemｔoaｃhiｅvethebasiｃfunｃtionsofelectrｏnｉｃcipherloｃkｂyｉｔsfｌexibｌｅｐrogramming，richＩ/Opｏrt，andaccuracybasinｇonthesｏｆtｗaｒｅpｒogｒam.Ｗiｔhｔheｆollｏwinｇfｕnctionｓ：●Ｉｎｐutpasswordthｒougｈｔhekｅybｏaｒd,ifｔheｐasｓｗｏrdiscｏrrect，lockｗilｌｏpｅn●Ifthepasｓwordisｅrroｒ，thｅbuｚzｅrｗillalarｍ●ＵseｒsｃanｆｒｅｅlysetｔhepassworｄThelockhａssoｍｅfeatureslikeareasonａbｌedesiｇnｍｅthods,simplｅtoｗｏｒｋ，lowcostanｄsecｕrity，italsｏhassomepromoｔｉonvａlue。Ｋｅｙｗoｒｄs:AＴ89Ｃ51；Eｌeｃｔroniｃlocｋ;Funｃtion目录ＴOC\ｏ”１—３"\h\z\u第一章引言ＰAＧＥREF＿Toc3７58３3545＼h１HYＰERLIＮK\l＂_Toc３７58335４6”1.１研究背景PAGＥREF_Toc3７5833546\h1HYＰEＲLINK\ｈ\ｚ＼uＨYＰERLIＮK\l_Toc１254６第1章引言PAGEREＦ_Ｔoc1２54611.1课题研究意义PAGEＲEF_Ｔoｃ143０4１１．2指纹识别简介PAGEＲＥF_Tｏｃ３81721.２。1指纹识别原理PAGＥＲEF_Toc４17821.2。2指纹识别应用ＰＡＧＥREF＿Ｔoc236０９3HＹPＥRLIＮＫ\l＿Toc7４4０1。3国内外指纹锁发展的历史和现状ＰAＧＥＲＥF_Ｔｏｃ74４0３1．４本论文的研究内容及结构ＰAGEＲEＦ_Tｏc2８1764HYPＥRＬINK\l_Ｔoｃ319８9第2章整体设计方案PAGEＲＥF＿Toc３198９5HYPEＲLIＮK\l_Toc21838２.１系统功能设计ＰAGＥＲＥＦ_Ｔoc21８３8５2.2系统总体框架PAGＥＲEF_Ｔoc2３８３７5HYPEＲLＩNＫ\l_Ｔoc29520第3章系统硬件的选择及电路设计PAGEREＦ_Ｔoｃ２952０73.1单片机的选择PAGＥREF_Toc18244７HＹPERLINＫ\l_Toc269９5３.2ATmｅgａ1６单片机外围电路设计ＰＡＧEＲEF_Tｏc２６99593。3指纹模块ＺFM-206电路PAGEREF＿Toc17335１0HYPＥRＬINK\l_Ｔoc２4９9５3．4ADC键盘电路ＰAGＥREF＿Toc２4９9511３.6DＳ1３０２电路PＡＧEREＦ_Tｏc２９7３１13HＹＰEＲLINK\l_Toc2471６3.7电子锁及相关电路ＰＡGEＲEF＿Ｔoｃ2４７1６1４HYＰERＬＩNK\l_Toc1３704第４章系统软件设计PAGERＥＦ_Toc137０41６HYPERＬＩＮK\l_Toc５6６6４。１整体程序流程图PAGEＲEF＿Toc5６６61６28384。2指纹识别程序设计PＡGEREF_Toｃ28３818HＹＰERLIＮＫ\l＿Toc１9494．３ＡDＣ键盘程序设计PAGEＲEF_Toｃ19４921ＨYPERLINK\l_Toc２478２4．4DS１3０２程序设计ＰAGEＲＥＦ＿Toc24782224.５液晶ＲX12８６4ZW程序设计PAＧERＥF＿Toc156４２3第５章实物制作与调试PＡGEREF_Toｃ27６５３255。1电路的焊接PAＧEREＦ_Ｔoc1625９255.2电路和程序的调试PAGＥREF_Toc2４905２５HYＰＥRLＩNＫ\l_Ｔoc25４４5结论ＰAGEREF_Toc2５４45２6致谢PＡGEＲEF_Ｔoｃ128602７附录PAGEREＦ＿Toc2557１３0第１章引言1．1课题研究意义随着社会的发展和技术的进步，传统的安全防盗系统面临极大的挑战。长久以来,安防系统验证身份的方法是验证一个人是否持有有效的信物，如照片、密码、钥匙、磁卡和ＩＣ卡等.因此从本质上来看,这种方法验证的是该人持有的某种“物”,而不是验证该人本身。只要“物”的有效性得到确认，则持有该“物”的人的身份也就随之得到确认。这种通过“物”来确认人的身份的办法存在的漏洞是显而易见的：“物”的丢失或出错都会导致合法的人无法被认证,并且各种信物容易被伪造、破译[2].在网络化时代的今天，我们每个人都拥有大量的认证密码,比如开机密码、邮箱密码、银行密码、论坛登陆密码等等;密码作为身份识别的标志已被广泛采用。密码容易被遗忘,也有被人窃取的可能,无论是在智能化还是安全性能方面都已经不能满足需求,现在的各种钥匙,如门锁钥匙，汽车钥匙，保险柜钥匙等也如同密码一样存在显而易见的漏洞。这些传统的安全系统所采用的方式，随着社会的发展，其安全性越来越脆弱不堪一击。但是我们不能回避这个尴尬的问题，我们的生活中随时都需要进行个人身份的确认和权限的认定，尤其是在信息社会,人们对于安全性的要求越来越高,同时也希望认证的方式简单快速。为了解决这一存在已久的问题,人们把目光转向了近年来兴起的生物识别技术,希望能借助人体的生理特征或行为动作来进行身份识别。这样就可以不必携带大串钥匙，也不用费心去记各种密码。生物特征和钥匙、密码相比具有唯一性,不可复制性，例如指纹，专家推论以全球6０亿人口计算，３００年内都不会有两个相同的指纹出现[２]。以电子商务、电子银行的安全认证为例，目前在电子商务中经常出现他人假冒当事人的身份,如果通过生物特征进行认证,就可有效防止此类事件的发生。另外,网络、数据库和关键文件等的安全控制,机密计算机的登陆认证,银行ＡTM、POS终端等的安全认证，蜂窝电话，PＤA的使用认证等等，都可以依靠生物特征来认证。可见,生物特征识别不但有可观的经济效益，还有不可估量的国家信息安全效益.１997年比尔·盖茨曾这样预言：“生物识别技术即利用人的生理特征,如指纹、虹膜等来识别个人的身份,将成为未来几年ＩＴ产业的重要革新”［2］，指纹识别技术在生物识别技术中相对来看是发展的最成熟的识别技术，指纹锁则是指纹识别技术的代表作品,指纹锁在当今安防系统中应运而生成为继机械锁、密码锁、感应锁之后另一代门锁的代表，单体指纹代替钥匙或者密码成为开锁工具,大大降低了安防系统的潜在安全隐患，主要是因为指纹的独特生理附属性,在一段比较长的历史时期内避免了遗失、被盗、被复制的隐患，因此目前看来指纹锁几乎完美的解决了传统门锁存在的问题，但是一把合格的指纹锁，须采用国际领先水平的智能芯片和高标准的安装材料,这就决定了其刚性成本很高,同时由于拥有极高的科技附加值，指纹锁市场价格普遍比较昂贵，近年来指纹识别产品在各个行业的大规模开始应用，以及人们对于智能化和安全性能的追求为指纹锁的市场拓展创造了有利条件,因此可以预见,指纹锁将迎来一个改变安防系统的历史机遇。1．2指纹识别简介1．２。１指纹识别原理指纹识别可谓历史悠久，本是一种古老的身份识别技术.几千年前,中国人、盎格鲁-撒克逊人和古叙利亚人就曾经采用其作为身份鉴别的方法。而随着现代计算机技术和信息处理与识别技术的不断进步，现代指纹识别技术已发展成为一种成熟、应用广泛的生物特征识别技术，而且指纹具有唯一性、稳定性、随身性、便于采集等优点,这使得指纹识别技术优于其他人体生物特征识别技术目前，全球范围已建立了指纹数据库和鉴定机构，而且在国内外几十年的研究与应用中，其有关芯片模块的开发已达到了技术成熟、识别率高和价格低廉的要求。国外方面,美国、日本早已研制和生产出多种指纹自动识别设备并投入使用,比如美国SＥＣOM、日本嘉士通、松树株式会社等公司开发的指纹锁和指纹认证装置。国内率先进入这一领域的高校是清华大学,在９０年代中期开发出了指纹IＣ卡，其后又有广东粤安集团、浙江中正、北大高科等高科技集团纷纷进入该领域,其中浙江中正于20０0年开发出的超小指纹识别系统，标志着我国在这一领域已经达到了世界领先水平。指纹采集原理主要是根据指纹的几何特性或生理特性，通过各种传感技术把指纹表现出来，形成数字化表示的指纹图案。首先，通过指纹采集模块采集到人体指纹的图像,并对原始图像进行初步的处理，这样使指纹图像中蕴涵的特征信息更明显。然后,运用指纹特征提取算法建立指纹的数字表示特征数据。这种转换是单向进行的，只能从指纹转换成特征数据但不能从特征数据转换成为指纹,而且两枚不同的指纹绝对不会产生相同的特征数据，这就保证了人本身指纹的安全性。指纹纹路的分叉、终止或转弯处的坐标位置,也就是通常被专家称为“细节点”(ｍinutiａe)的数据点，同时拥有７种以上的唯一特征。有的算法把节点和方向信息组合产生了更多的数据，这些方向信息能够表明各个节点之间的关系,有的算法还可以处理整幅指纹图像。这些数据通常称为模板，保存为１k或者0。５k大小的记录。最后,我们通过计算机模糊比较的方法，把两个指纹的模板进行比较,计算出它们之间的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果。指纹特征值匹配原理是对指纹图案的整体特征和细节特征按模式识别的原理进行比对匹配.匹配是在已注册的指纹和当前待验证的指纹之间进行的。匹配运算不是对两个指纹图像进行比较，而是对已形成数字模板的指纹特征值进行匹配。1。2．2指纹识别应用指纹识别技术是最早的通过计算机实现的身份识别手段,它是应用最为广泛的生物特征识别技术.过去，它主要应用于刑侦系统。近几年来,它逐渐走向市场更为广泛的民用市场。指纹技术在现代生活和工作中的应用已越来越普遍，指纹考勤机、指纹社保、指纹银行、指纹商场、指纹投票、指纹保护电脑、等等生活中和工作中的新现象已广为人知，其应用相当广泛,指纹技术正在日益刷新着我们的现代化生活方式。指纹识别技术是目前国际公认的应用广泛、价格低廉、易用性高的生物认证技术。指纹只是人体皮肤的小部分，但是它却蕴涵了大量的信息。这些皮肤的纹路在图案、断点和交叉点上是各不相同的，在信息处理中将它们称作＂特征”.医学上已经证明这些特征对于每个手指都是不同的，而且这些特征具有唯一性和永久性。因此我们就可以把一个人同他的指纹对应起来，通过比较他的指纹特征和预先保存的指纹特征,就可以验证他的真实身份。1.3国内外指纹锁发展的历史和现状生物识别技术在传统安防系统面临尴尬的时候，给人们带来了希望，并且在今后一个很长的历史时期都将是缓解了安防压力的有力保障，生物识别技术主要包括指纹识别、人脸识别、掌形识别、指静脉识别、红膜识别、视网膜识别、声音识别等,由于各种生物识别技术的差异，只有基于指纹识别技术的产品有希望在近几年大规模的投入民用的市场,因此指纹识别产品将是世界各国在生物识别技术领域发展和投入的重点。一方面,指纹识别产品的快速发展得益于低价位取像设备的引入及其飞速发展,以及可靠的比对算法的研究发展,另一方面,指纹识别技术和其他的很多技术一样,也是从专用走向公用,逐渐成为人们关注的前沿高科技之一,而现在俨然已经成为了各种高科技产品的标识.苹果公司计划推出带有指纹登陆模块的手机，微软公司推出了可单独操作的指纹辨认器；ＩBＭ开始出售附有指纹辨认器的手提电脑；韩国LＧ电子公司也推出了一种通过指纹启动的手机.但是必须指出的是指纹科技产业作为新兴的高科技智能产业，其技术上存在难以逾越的高度，迄今为止,全球指纹科技产品也刚刚处于起步阶段,国内市场上还没有产生真正意义上的指纹科技产品强势品牌，目前在中国市场上已经有一些指纹锁厂家进入市场开发阶段,如杭州锦江科技、新加坡玺玛克、深圳爱迪尔和长春鸿达等,但这些公司的全国性业务还没有完全做开，一般的指纹锁厂家都是通过直销方式为政府机关、金融系统提供产品[１］。目前世界上指纹锁主要以德国与韩国为代表，无论是在技术还是工艺方面都占据着优势,而国内的岭南锁系主要是做组合安装，自主技术和工艺水平偏低.国外的指纹锁品牌借助北京奥运会登陆中国，强势的占据了指纹锁的高端市场,而国内技术和工艺偏低的指纹锁产品只是艰难的占据着低端市场，因此和国外品牌的利润相比相距甚远,传统的门锁需要新一代的锁来更替，在这样巨大的市场需求下,国内许多企业纷纷研制开发指纹安防产品，然而经过最初几年的市场突围，指纹锁却一直没有大规模的普及应用。众多厂家倒在了市场引导阶段,成为指纹锁市场开拓大军的先烈.而现在指纹锁市场已经基本被打开,指纹锁将迎来一个快速发展的时期。1．4本论文的研究内容及结构基于指纹识别的电子锁系统设计主要由单片机、指纹模块、电子锁、液晶显示屏、ADC键盘、时钟几个部分构成，围绕指纹锁为核心功能设计的一个系统，在第二章中对设计方案的选择作重点介绍.第三章介绍系统硬件电路设计，第四章介绍系统软件设计,第五章介绍实物制作与调试.第２章整体设计方案２。1系统功能设计目前，德国和韩国的主流指纹锁厂商对于指纹锁的功能设计主要是指纹加密码,然后加以严格的工艺设计形成高质量的指纹锁，国外的指纹锁品牌借助20０8年北京奥运会登陆中国,借助奥运会的广泛影响力，极大地宣传了指纹锁产品,指纹锁的功能和设计也同样被宣传,指纹锁的功能的主流设计也被公众接受.在奥运会期间广泛的应用于奥运会的各个建筑的安防系统的指纹锁产品获得广泛好评，经过几年的发展,现在指纹锁市场上的产品在功能设计上几乎是如出一辙，对于大多数指纹锁产品用户能够看到的主要是三部分,指纹传感器的采集窗口、键盘以及液晶显示屏。不同指纹锁的差异也主要存在于制作工艺以及电路设计上.基于指纹识别的电子锁系统是针对以指纹图像采集、识别为核心而开发出的系统。该系统包括ADC键盘，用户在ADＣ键盘上输入开锁密码，系统就会控制指纹模块开始搜索是否有手指放上，一旦感应到有手指，就立即采集指纹图像，并将采集到的图像转化成特征并存储下来。通过比对该特征和模版特征来控制是否开锁。该系统利用人体指纹各异性和不变性，为用户提供加密手段，使用时只需用户将手指放在指纹传感器的采集窗口上，即可完成采集任务,操作十分方便快捷。系统的液晶显示屏可以显示出指纹模块采集、转化、合并、存储、比对各个流程的结果，系统另外还有指纹模版的存入功能,用户可以随意存入或者删除指纹模块中的模版,只要指纹模块中有该用户的指纹模版,该用户就可以通过指纹开锁.同时该系统还有开锁记录查询功能,可以通过ＡDC键盘输入密码之后查询之前的记录。该系统的核心功能有以下两个方面:1．指纹模板登陆:系统通过指纹模块连续采集用户一个手指的指纹两次，并将采集到的指纹图像合成指纹模板存储，存储之后的指纹模板断电保存，存储之后的每一个指纹模板都有一个ID号。２．指纹的比对：当系统采集到待验证的指纹图像之后，系统将该图像转化为指纹特征文件，然后把该指纹特征文件与已存储的指纹模版特征文件相对比，比对之后给出结果，系统控制电子锁作出相应的动作并控制液晶显示比对结果.2。2系统总体框架基于指纹识别的电子锁系统主要以指纹模块ZＦM—20６—ＳＡ、单片机ATmeｇa16、ADC键盘、液晶RX1２8６４ZＷ、时钟芯片ＤＳ13０２、电子锁KL-03等组成，系统的总体框图如下图２－1所示:指纹模块ZFM-206-SA指纹模块ZFM-206-SA单片机ATmega16液晶RX12864ZW液晶RX12864ZWADC键盘ADC键盘电子锁KL-03电子锁KL-03时钟芯片DS1302时钟芯片DS1302图2－1系统总体框图指纹模块只有在指纹采集对比等操作的时候才需要处在工作状态,而其他时候，指纹模块就不需要处于工作状态，指纹模块如果一直处于工作状态,对于指纹传感器的寿命会有影响，因此设计ADC键盘，用户必须先在ＡＤC键盘上输入，之后才能启动指纹模块，进行相应的操作,同时时钟模块DS130２用以提供系统的时间的显示和记录，液晶显示模块会显示指纹锁运行各个环节的运行结果和提示信息.第3章系统硬件的选择及电路设计系统的硬件电路设计主要是根据系统整体框图来具体的设计各个部分的电路，主要包括AＴmega1６单片机外围电路设计、指纹模块ZFM－2０6电路、ADC键盘电路、液晶RX1２８64ZＷ电路、ＤS13０2电路几部分。3.1单片机的选择单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支,也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机,特别适用于控制领域,故又称为微控制器.通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件:中央处理器、存储器和I/Ｏ接口电路等.因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。20世纪末,电子技术获得了飞速的发展,在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。时间对人们来说总是那么宝贵,工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间.忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候,这种遗忘无伤大雅。但是,一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMＯＳ化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法.从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术,是传统控制技术的一次革命。单片机经过1、2、3代的发展,正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强I/O功能及较好的结构兼容性方向发展.其发展趋势不外乎以下几个方面：单片机中尽可能地把所需要的存储器和I/O口都集成在一块芯片上，使得单片机可以实现更多的功能。比如Ａ／D、PＷM、PCA（可编程计数器阵列）、ＷDT(监视定时器—-—看家狗）、高速I/O口及计数器的捕获/比较逻辑等。有的单片机针对某一个应用领域，集成了相关的控制设备，以减少应用系统的芯片数量.例如，有的芯片以MＥG１6为核心,集成了USＢ控制器、SMＡＲTCARD接口、MＰ3解码器、ＣＡＮ或者Ｉ＊I＊C总线控制器等，LＥD、LCD或VFＤ显示驱动器也开始集成在8位单片机中。２．高效率和高性能为了提高执行速度和执行效率，单片机开始使用ＲISＣ、流水线和ＤSP的设计技术，使单片机的性能有了明显的提高，表现为：单片机的时钟频率得到提高；同样频率的单片机运行效率也有了很大的提升；由于集成度的提高，单片机的寻址能力、片内ROＭ（ＦLASH）和RAＭ的容量都突破了以往的数量和限制。由于系统资源和系统复杂程度的增加，开始使用高级语言(如C语言)来开发单片机的程序。使用高级语言可以降低开发难度,缩短开发周期,增强软件的可读性和可移植性，便于改进和扩充功能。AVR内核单片机具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元(ＡLU）相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器.这种结构大大提高了代码效率,并且具有比普通的ＣIＳC微控制器最高至１0倍的数据吞吐率.ATmｅga16L有如下特点:16Ｋ字节的系统内可编程Flaｓh（具有同时读写的能力,即RWＷ）；5１2字节EEPROM，1K字节SRAM；32个通用Ｉ／O口线；32个通用工作寄存器；用于边界扫描的JAG接口，支持片内调试与编程；三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器(Ｔ/C）;片内／外中断，片内经过标定的ＲC振荡器;可编程串行USＡRＴ，有起始条件检测器的通用串行接口；８路10位具有可选差分输入级可编程增益（TQFP封装）的ADC；具有片内振荡器的可编程看门狗定时器；一个SＰI串行端口；四通道ＰＷM，两路8位,两路16位；六个可以通过软件进行选择的省电模式：空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Sｔandｂｙ模式以及扩展的Sｔａndby模式；速度等级：０-8MHz；工作电压：２．７-5。5V；工作于空闲模式时CPU停止工作，而USARＴ、两线接口、A/D转换器、SRAM、T/Ｃ、SPI端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行,允许用户保持一个时间基准,而其余功能模块处于休眠状态;ADC噪声抑制模式时终止CＰU和除了异步定时器与ＡDC以外所有I/O模块的工作，以降低ADC转换时的开关噪声;Staｎｄbｙ模式下只有晶体或谐振振荡器运行,其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流,同时具有快速启动能力；扩展Ｓtanｄbｙ模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。本芯片是以Atmegal高密度非易失性存储器技术生产的。片内IＳPFlａｓh允许程序存储器通过IＳP串行接口，或者通用编程器进行编程，也可以通过运行于ＡVＲ内核之中的引导程序进行编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区（ApplicationFlａshMｅmoｒy)。在更新应用Ｆlaｓｈ存储区时引导Flasｈ区(BｏｏtＦｌashＭｅmory）的程序继续运行，实现了RWW操作。通过将8位RISCCPU与系统内可编程的Flash集成在一个芯片内,ATmｅga16成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。３。2ATｍｅga1６单片机外围电路设计基于指纹识别的电子锁系统设计采用的单片机是ＡTｍega16，ＡTmegａ１6是基于增强的AVRRＩSC结构的低功耗8位CMＯS微控制器.由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmegａ16的数据吞吐率高达1MIPS／ＭＨz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。在总体电路中，单片机部分电路只设计外围经典电路即可,包括复位电路、晶振电路、IＳP下载电路几部分，电路设计如图3—１所示：图３-１单片机及其外围电路外部复位由外加于REＳＥＴ引脚的低电平产生.当复位低电平持续时间大于最小脉冲宽度时即触发复位过程。ISP程序下载的接口电路，方便之后用ISP下载线下载程序进行编译调试.晶体振荡电路中ＸTAL1与ＸＴAL2分别为用作片内振荡器的反向放大器的输入和输出，为了保证系统稳定性和串口传输质量所以选用外部晶振，晶振选用6。０ＭHZ。3．３指纹模块ZFM—２0６电路基于指纹识别模块选择的是ZＦＭ-206-SA，ZFM－20６系列光学指纹模块以高性能高速DSP处理器ＡＳ6０1为核心，结合光学指纹传感器,在无需上位机参与管理的情况下，具有指纹录入、图像处理、指纹比对、搜索和模板储存等功能的智能型模块.指纹图像读取过程中，对干湿手指都有较好的成像质量,适用人群广泛。无需具备指纹识别专业知识即可应用.用户根据ZＦM-206模块提供的丰富控制指令,可自行开发出功能强大的指纹识别应用系统.并且面对不同应用场合，用户可自行设定不同安全等级。模块与用户设备采用串行通讯,有四个引脚,分别是电源正输入端、串行数据输出、串行数据输入、信号地（与电源地相连）。模块通过串行通讯接口，可直接与3。3Ｖ或者5Ｖ电源的单片机进行通讯:模块数据发送脚（2脚TＤ）接上位机的数据接收端（ＲXD），模块数据接收脚（３脚ＲD)接上位机的数据发送端(ＴXD）.由于指纹模块的供电为3．3V，而电源为5V，因此需要一个电压转换电路，采用了AMS1１17转换芯片，AMS1１1７将5Ｖ电压转化为3.3Ｖ给指纹模块供电。指纹模块接口电路以及3.3V电压转换电路如图3-2所示：图3-2指纹模块及电压转换模块电路3。4ADC键盘电路系统的4x４键盘采用的是ADC键盘,如果采用普通４x4键盘需要八个I/O口控制,会对单片机的引脚占用过多,如果采用AＤC键盘只需要一个AD转换的I/O口即可检测,并且ATｍegａ16自带AＤ转换,容易实现键盘检测功能.AＤＣ键盘采用电阻分压的方式，不同的键按下之后会输出不同的电压，通过对电压进行AD转换之后就可以判断键值。ADＣ键盘电路如图3－3所示：图3-3ADC键盘电路设计ＡDC键盘电路时主要有两个问题，第一个是电阻阻值问题，即如何让不同的按键按下之后，输出电压的差值尽可能大，以便于区分.第二个是无按键按下时，电压输出端是接地还是悬空，即如图3-２所示中，电阻Ｒ26是接在R10左端还是如上图接在开关Ｓ2右端。第一个问题主要可以通过硬件电路或者软件解决,按图３—2所示，每个电阻的阻值都为１0Ｋ,1６个按键依次按下时输出电压分别为电源电压VCC的1/17、２/17、3/1７、16/1７,不同按键按下时输出电压区分比较明显。第二个问题,按图３-２所示,如果电阻R２６是接在R10左端，那么在没有按键按下时电压输出端会悬空,单片机ＡD转换输出的值会随机大幅度波动，给键值检测带来困难,并且在任何时候电路都会耗电,如果采用电池对指纹锁供电，该设计并不合理，如果采用图3—2所示的设计，主要有两个方面的优点,第一，在没有按键按下时电压输出为0V，电压输出不会波动，在这基础上设计软件也很简便，第二,这种电路设计几乎不会耗电，对于独立的供电电源来说是很合理的.3.5液晶RX12８64ZW电路ＲX12864ＺW是自带中文标准字库(控制芯片ＳＴ7９20）图形点阵液晶显示器,它主要由行驱动器/列驱动器及128X64全点阵液晶显示器组成，可完成图形显示，也可以显示8X4个(16X16点阵汉字)，在该系统与单片机采用并行控制。接口电路如图３-4所示：图3-4液晶１２86４接口电路RX12８6４ZW上电之后不会自动复位,因此把复位端口RST接单片机PC1口，通过单片机给RST一个持续的低电平触发复位。系统处于空闲状态时,液晶只需要显示时间以及提示信息,系统采用独立的电源供电，对于电路的耗电必须做严格的控制，因此在无用户进行操作的空闲状态，液晶不需要开背光.因此控制背光的引脚LEDＡ、LEDＫ应该由系统的工作状态决定.液晶的控制引脚RS（CＳ）、R/W（SIＤ）、Ｅ（SCLK）分别接单片机的ＰC7、PC６、ＰＣ5引脚。DB0－ＤＢ7接单片机的端口Ｂ。PSB端口为液晶串口/并口控制的选择端口，该系统中液晶采用并口控制，PSB接高电平。３。6DS１302电路系带有时间显示和记录功能，采用时钟芯片ＤS１３０２来实现，DS13０2是美国DＡLＬＡS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加3１字节静态RAM,采用SPI三线接口与CPＵ进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAＭ数据.实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与３1天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.5~5．5V.采用双电源供电(主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。DS1３0２用于数据记录,特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上,能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此非常适用于系统中记录指纹锁系统一些动作的时间.DＳ1302及其外围接口电路如图3-5所示:图3－5DS1302及其外围接口电路DS1302外围电路的晶振为3２。７68KHZ；Vｃc2：主电源；Vcc:备份电源。当Vｃc2＞Vｃc+0．2V时，由Vｃc2向ＤS13０2供电，当Ｖcc2<Vcc时，由Vcc向DS130２供电；SCLK：串行时钟，输入，控制数据的输入与输出;Ｉ/O：三线接口时的双向数据线;CE：输入信号，在读、写数据期间,必须为高.该引脚有两个功能:第一，ＣＥ开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；其次，CＥ提供结束单字节或多字节数据传输的方法。3．７电子锁及相关电路电子锁KL—0３工作的额定电压12V,额定电流1A,为方便单片机控制电子锁动作，在单片机和电子锁之间采用了一个继电器，电子锁由外部电源供电，单片机通过控制继电器来控制电子锁动作，为简化系统的供电电源,采用了一个７805芯片直接将给电子锁供电的电源电压转化成5V，给系统供电.电子锁以及系统5Ｖ供电电路如图3-6所示图３-6电子锁以及系统5V供电电路单片机I/O口的输出电流比较小，因此在单片机的控制引脚输出端接一个三极管,继电器的吸合电流就是三极管的集电极电流,三极管的基极电流＝集电极电流/放大倍数,为保证继电器工作稳定，可以让基极电流为计算值的2倍左右。通过计算，基极电阻可以选在２K左右，该设计中基极电阻为1K,当三极管由导通变为截止时,继电器绕组感生出一个较大的自感电压。它与电源电压叠加后加到控制继电器线圈的三极管的发射极和集电极两极上，使发射结有可能被击穿.为了消除这个感生电动势的有害影响，在继电器线圈两端反向并联抑制二极管,以吸收该电动势。自感电压与电源电压之和对二极管来说却是正向偏压，使二极管导通形成环流。感应的高电压就会通过回路释放掉，保证了三极管的安全.继电器的常闭端接有一个指示灯,指示继电器的吸合状态,当继电器吸合时指示灯熄灭，没有吸合时指示灯亮。第4章系统软件设计系统软件设计主要以硬件电路设计为基础，以实现系统功能为导向,主要包括指纹识别程序设计、ADＣ键盘程序设计、DS1302程序设计、液晶ＲX1２８６4ZW程序设计几部分.4。1整体程序流程图基于指纹识别的电子锁系统围绕指纹图像采集、识别主要实现三种功能，指纹登陆、验证指纹、记录查询。指纹登陆主要是为用户在指纹锁中存入指纹模板,验证指纹主要是对待验证的指纹进行识别并判断是否和以存储的指纹模版相同，并对电子锁做出相应的控制，记录查询主要是针对验证指纹的记录进行的历史查询.因此系统的整体程序设计就围绕系统的三种功能,用ＡDC键盘输入密码来实现对于三种功能的选择，因此系统程序设计的主要内容就是对三种功能的设计。系统的整体流程图如图4-1所示：开始开始模块初始化模块初始化扫描是否有键按下否扫描是否有键按下判断键值是判断键值按键2按键3按键2按键3按键1按键1是否采集指纹两次扫描是否有手指显示记录采集指纹两次扫描是否有手指显示记录合成模版采集指纹图像合成模版采集指纹图像显示结果显示结果搜索指纹库搜索指纹库是否搜索到是否搜索到是否显示结果开锁显示结果开锁图4－１整体程序流程图4．２指纹识别程序设计4．2．1指纹模块通讯协议说明指纹模块采用UAＲＴ与单片机通讯，对命令、数据、结果的接收和发送,都采用数据包的形式。对于多字节的,高字节在前低字节在后。数据包格式：包头地址包标识包长度包内容(指令/数据／参数／确认码）校验和包头固定为０ｘef01,传送时高字节在前.地址默认值为０ｘfffｆffff,用户可通过指令生成新地址，模块会拒绝地址错误的数据包.传送时高字节在前。包标识,0x０1表示是命令包，0x0２表示是数据包(Dａｔapackｅt），且有后续包。数据包不能单独进入执行流程,必须跟在指令包或应答包后面.０ｘ07表示是应答包，可以跟后续包。0x08表示是最后一个数据包，即结束包。包长度指的是包内容(指令／数据）的长度加上效验和的长度（即包内容长度+２）。长度以字节为单位（即字节数）,传送时高字节在前.包内容可以是指令、数据、指令的参数、应答结果等。(指纹特征值、指纹模板都是数据）。校验和是包标示、包长度和包内容的所有字节的算术累计和，超过2字节的进位忽略。指令只能由上位机下发给模块，模块向上位机应答。模块收到指令后，会通过应答包，将有关命令执行情况与结果上报给上位机。应答包含有参数，并可跟后续数据包。上位机只有在收到模块的应答包后才能确认模块的收包情况与指令执行情况.应答包的内容包括一个字节的确认码(必须有）和可能有的返回参数。模块在上电完成初始化工作以后，等待接收上位机命令.在收到正确命令后，迅速执行相应的，操作，在操作完成后返回对应的信息。在模块执行命令的过程中，模块不会响应上位机发出的其他命令。指纹模块的命令如下表格所示:表４－１指纹模块命令表类型序号代码功能说明类型序号代码功能说明系统类1０ｘ1３校验口令指纹处理１30x０8上传特征20x12设置口令1４0x09下载特征30x15设置地址15０x0６存储模版40x０ｅ设置系统参数16０x0７下载模版50x０f读系统参数170x0c删除模版60ｘ1f读指纹模板索引表1８0x0d清空指纹库70x1d读指纹模板数190x03比对特征指纹处理类８0x01录指纹图像200x０４搜索指纹9０x0a上传图像其他类２1０x1４采样随机数100x０b下载图像220ｘ１8写记事本110ｘ0２图像转特征２30ｘ１9读记事本120x05特征合成模板4。2.２指纹模版的采集存储指纹模版的采集与存储主要是单片机控制指纹模块对用户的同一枚指纹连续取两次，存储在图像缓冲区ImａgeBufｆer,然后分别将指纹图像转化为指纹特征，存储在特征文件缓冲区ＣｈａrBuffeｒ1或CharBufｆｅr2，然后将两个指纹特征文件合成一个模版放在指纹库中，每一个指纹模板对应一个ＩD号,指纹库中的模版是断电保存的。指纹模块在FＬAＳＨ中开辟了一段存储区域作为指纹模板存放区，即指纹库.存储容量为100０枚，指纹库中的数据是断电保护的.指纹模板按照序号存放，若指纹库容量为Ｎ,则指纹模板在指纹库中的序号定义为：0、1、２……N－２、N-1。用户只能根据序号访问指纹库内容，相应的存储和搜索功能对应的都是针对指纹序号的操作.ATｍegａ16控制指纹模块进行各种操作，主要涉及单片机串口控制的几个特殊寄存器,UＳART寄存器包括I／O数据寄存器—ＵDR、控制和状态寄存器A—UCSＲA、控制和状态寄存器B—ＵＣSRB、控制和状态寄存器Ｃ—UCSRC、波特率寄存器－UＢRRL和UBＲRH.在程序设计时，串口采用异步倍速模式,需要设定的波特率寄存器UBRR的值，计算公式为UBRR=f/8BAUD—1,指纹模块的波特率为5760０bps,单片机晶振为6。0MHZ,可以计算得到ＵＢＲR=１２。指纹模版登陆的程序流程图如图4—2所示：指纹模块初始化指纹模块初始化否是否采集到指纹图像1是否采集到指纹图像1是转化成特征文件转化成特征文件是否采集到指纹图像2是否是否采集到指纹图像2转化成特征文件转化成特征文件合成模版并存储合成模版并存储图４－2指纹模版采集存储程序流程图4.2。３指纹比对程序设计指纹比对程序设计是指纹锁系统程序设计的主要方面，指纹匹配时，通过指纹传感器,录入要验证指纹图像并进行处理，然后与模块中的指纹模板进行匹配比较(若与模块中指定的一个模板进行匹配，称为指纹比对方式，即1：1方式；若与多个模板进行匹配，称为指纹搜索方式，即1：N方式）,模块给出匹配结果（通过或失败），然后单片机控制电子锁动作.指纹比对程序设计如图4—3所示：指纹模块初始化指纹模块初始化否是否采集到指纹图像是否采集到指纹图像是指纹图像转化成特征文件指纹图像转化成特征文件搜索指纹库搜索指纹库是否搜索到是否搜索到否显示结果显示并开电子锁是显示结果显示并开电子锁图4-3指纹匹配程序流程图4．3ＡDC键盘程序设计ADC键盘采用电阻分压原理，输出的是电压信号,采用单片机内部的ADC将输出的电压信号转换处理成数字信号,再将10位的二进制数字信号转化成十进制的数值,在设计程序之前，先测量一次每个键按下时对应的数值输出并记录下来，之后在程序设计中可以直接根据按键按下之后ＡD转换输出的数值大小，就可以判断按键键值。每个按键按下之后对应的数值输出主要由硬件电路和软件决定,ATmeｇａ16内部有一个10位逐次逼近型ADC，能对端口A的8路单端输入电压信号进行采样,单端输入以电压0Ｖ(GNＤ）为基准。ＡDC包括一个采样保持电路，以确保在转换过程中输入到ＡDC的电压保持恒定，ＡDC通过逐次逼近的方法将输入的模拟电压转换成一个１0位的数字量。最小值代表GNＤ，最大值代表ARＥF引脚上的电压再减去1ＬSＢ,ADＣ转换结果为１0位，存放于ＡDＣ数据寄存器ADCH及ADCL。ADC的参考电压(VRＥF)反映了ADC的转换范围。若单端通道电平超过了VREF，其结果将接近0x3FF.ＶREF可以是ＡVCC、内部2．5６V基准或外接于ＡREF引脚的电压，在该系统中采用ＡＶCC即可满足要求。ＡDC的初始化主要是针对多工选择寄存器-ADＭＵX、控制和状态寄存器A-ADCSＲA，ＡDＭＵＸ寄存器主要是设置参考电压为ＡVCC、转换之后的数据右对齐、选择输入电压信号的通道。ＡDＣSRA寄存器主要是设置使能ＡDＣ、预分频选择，该转换中选择64分频即可。ＡＤＣ键盘检测程序流程图如图４－3所示:AD初始化AD初始化启动AD转换启动AD转换判断转换数值是否为0是判断转换数值是否为0否判断键值判断键值显示并返回键值显示并返回键值图4-3ADC键盘检测程序流程图转换结束后,转换结果被存入ADC结果寄存器（ＡDCL,ＡＤＣH)。转换的计算公式为AＤＣ=１０2４*Vin／Vｒef，Ｖin为被选中引脚的输入电压，Ｖref为参考电压。ADC的值为十位的二进制数,可以将其转换为十进制数ADＤａtａ(ADDaｔa=（ｉnｔ)（(lｏng)ADC＊100０/10２4)）,方便后续的键值判断程序设计。4。4DＳ１302程序设计DS13０2一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，采用ＳＰI三线接口与单片机进行同步通信,实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，在系统中主要提供时间显示和时间记录功能.程序流程图如图4-4所示：开始开始DS1302初始化DS1302初始化设定初始时间设定初始时间读取DS1302时间读取DS1302时间显示日期时间显示日期时间返回返回图４-５ＤS１30２程序流程图４．5液晶RX12864ZW程序设计系统中的液晶显示模块RX１2８64ZW采用并行接口控制，当ＰSB脚（串／并口选择）接高电平时，模块将进入并口模式，在并口模式下可由指令DLFLＡG来选择8-位或４—位接口，主控制系统将配合(RS、ＲW、E、DB0。。DB7）来达成数据传输动作。当模块在接受指令前，微处理顺必须先确认模块内部处于非忙碌状态，即读取BＦ标志时ＢF需为0，方可接受新的指令；也可在送出一个指令前并不检查ＢF标志，那么在前一个指令和这个指令中间必须延迟一段较长的时间，即是等待前一个指令确实执行完成。液晶RX１２864ZW的并口时序图如图4—５所示:图4－６RX12８64ZＷ并口时序图第5章实物制作与调试５。1电路的焊接根据电路原理图和PCB图找齐所需要的元器件，元器件的规格参数要符合要求，在焊接时，元器件按照先小后大的顺序焊接，电阻、电容等元器件均采用贴片式,对于一些极性电容,焊接时正负要注意，二极管焊接时也要注意阳极阴极，焊接立式二极管时，对最短引线焊接时间不能超过2S。焊接三极管时，注意e、ｂ、c三引线位置插接正确；焊接时间尽可能短，焊接时可以用镊子夹住引线脚,以利散热。对于集成电路的焊接，要注意芯片的方向，其次焊接时先焊接边上的两只引脚方便固定。在该系统中,为了方便后续的调试，指纹模块、液晶、时钟芯片不直接焊接到电路板上,而通过插槽。５．２电路和程序的调试系统中的单片机采用的是AＴmeｇa１６,采用ICCV７ＦＯＲAVR编写程序,采用ISＰ下载线下载程序,在编写程序和调试时先针对每个对立的模块，然后将这些调试好的模块组合到一起,形成一个系统。然后根据系统总体运行来调试系统的各个部分.结论根据设计的要求,该系统功能已经基本能够达到设计要求,但还有很多可以改进的地方.该系统可以利用指纹模版存储量大的优势进一步完善成一个针对大量人员指纹门禁系统。基于指纹识别的电子锁系统能够实现现在的指纹锁产品的各项功能，虽然在功能的稳定性方面还有待提升，不过该系统在设计层面上已经实现了其价值.因为这毕竟不是投入市场的产品，只是在电路以及程序上做了功能实践,没有在其他的外观安全性稳定性方面做相关的设计.指纹锁产品的市场售价都非常高，但是电路设计所用的成本比较低，主要的附加值在品牌、工艺等方面，因此可以看出指纹识别产品是有非常大利润的。致谢毕业设计是我大学专科学习的过程向学校、社会交出的一张总结答卷。它不仅是我对大学三年所学知识的总结,也是把所学知识融会贯通运用到实践中的一次尝试，是衡量我三年学习成果的一个必要标准。通过此次的毕业设计，不仅使我深刻的巩固以往的所学习本专业的知识，也实际熟练了本专业的技能操作。这让我能够深刻的体会到基础的理论知识与实际实现还是存在的差异,实际应用中还要考虑各个方面的因素，这给我以后的学习和工作奠定了坚实的基础.在此我要感谢我的指导教师老师。从毕业设计的准备到结束,她在毕业设计过程中给予了我多方面的支持和帮助。还要感谢和我一起完成毕业设计的同学们，在这次设计中我们紧密合作、互相协商，不仅锻炼了我们的沟通能力,而且培养了我们的团队精神。最后还要感谢我生活以及学习了三年的学校,在这次毕业设计中提供给我们良好的环境以及便利的条件,让我们全心投入到这次毕业设计中。再次感谢所有帮助过我的人们！并祝愿我们学校越来越美好！参考文献[1]中国指纹锁产业市场前景巨大，盛世六合公司，2008年［2］指纹识别的研究目的意义及国内外研究现状，http:/／wｗw。doｃ88。cｏm／p－７０52９025171２9.hｔml［3］张国雄。测控电路［M］,第４版，北京:机械工业出版社．2０06年［４］方方，周伟,单片微机原理及应用[M]，第1版，北京:清华大学出版社.2007年[５]赵建领,弓磊等．51系列单片机开发宝典［M],第2版,北京:电子工业出版社。2012年［６]徐玮，沈建良,徐苏,安康等．AVR单片机快速入门[M]，第1版，北京:机械工业出版社。２011年［７]杨永．AＴｍega16单片机项目驱动教程［M],第1版,北京：电子工业出版社.2011年［8］唐文彦。传感器[M]，第4版，北京:机械工业出版社.2006年[９］郭天祥.5１系列单片机C语言教程［M]，第1版，北京:机械工业出版社。200８年［1０]陈英。自动指纹识别系统的实现，浙江科技学院学报，第２4卷第4期，20１2年，［11]张志伟．自动指纹识别系统中关于指纹特征算法的研究，吉林化工学院学报，第30卷第１期［12］尹义龙,刘元宁,陈晓光.指纹图像方向信息提取方法，农业机械学报,第31卷第2期，[13]殷华博，陈曦.指纹识别系统分析,铁路运输学院，［１4］杨伟钧。一种高性能指纹锁硬件平台的设计，电子设计工程，第18卷第4期，［15]高福友。低功耗指纹锁无钥匙门禁系统设计及协议制定,计算机工程和设计，第32卷第3期[16］程伟，何俊华.智能指纹识别系统设计,嵌入式系统应用，中国科学院西安光学精密机械研究所，[１７］陈淑静,马天才。基于FPＣ1011F的指纹识别系统,山西电子技术，第５期,2009年,[1８]陈立定,任志刚。基于VC＋+的指纹识别系统的设计与实现，计算机应用，华南理工大学自动化科学与工程学院，［19]ZFM206用户手册V2。1,杭州指安科技有限公司,20１0年[20］Ｊ．Ｌｅón,G。Sáｎcｈez，G．Aguiｌａr,K.Ｔoscａｎo，Ｈ.Péｒｅz,Ｍ．Ｎakano,FｉngｅｒｐriｎｔRｅcongｎitionusiｎgEspaｔｉaｌMinuｔaeＩｎfoｒmaｔiｏｎ，Av。SantaAｎa，N.10００，Col.SａnFrａnｃiscoCulhuａcan，CｏyoａcanMéｘiｃo，［21］ＢｉｒBhａnu，Finｇerｐｒiｎtmatchingbygeｎeｔicalgoritｈms,CenterforＲesearchinInteｌligenｔSysｔeｍ，UｎiveｒsiｔyofCａｌｉfornｉa，Riｖersiｄe，CA92５21，ＵＳA[2２]ZHOUShｉｈai，LＵXiangjｉaｎg,FiｎgeｒｐrintＩdentｉfiｃationａndＩｔsＡpplｉcaｔionsinＩnｆｏrmaｔionＳecurｉtyFieｌｄs，DepartmｅntｏｆArｍsEngiｎeeｒｉngAcadｅｍyofArmoｒedＦorceEｎgineｅrｉng附录基于指纹识别的电子锁系统电路原理图SHAPE\＊MERGEＦORMAT系统主程序＃incｌude"iom１6v.h＂

＃iｎclｕｄｅ"mａcroｓ。h"ﻫ#ｉnclude"lｃd12８64。h＂

#iｎｃｌuｄｅ”adc_ｍiｍａ．h＂ﻫ#inclｕde"fingeｒ.ｈ”

#incｌuｄe＂ｄs1３02．h”ﻫ＃ｄefineucharｕnsiｇneｄｃharﻫvoiｄmain（）ﻫ｛

uｃhari；

ﻩuchartemp_nｕm＝1０；ﻫ ｕchardａtestring[10］=｛0｝；ﻫuchａｒｔimestｒing[１0］=｛0｝;

sｙstem_init（)；

LＣD_ｉnit（）；

port_iniｔ_G（）;

AＤ1＿Ｉnit(）;

uarｔ＿iｎｉt（）；ﻫ DS1302＿Init();/／时钟模块初始化 LCD_cleａr(）；

LOCＫ＿0；

while(1)

{

LOCＫ_０；

AＤ_GeｔData(）；//检测ADＣ键盘输出ﻫAＤＤata＝(inｔ）（(lonｇ)ＡＤC＊５０00/1024）；

ﻩﻫﻩif（ＡＤData〉=２00０）ﻫ {ﻫﻩLＣD_cleａr(）;

display＿stｒ（０x90，LCＭ_dis_ｓｔｒiｎg54);

foｒ（ｉ=0;i〈50；ｉ++)ﻫﻩ｛Delay_10ms（）;}

LCD_cleaｒ（)；

ｃoｍpaｒison（）；／/指纹匹配foｒ（i=0;ｉ〈200;i++）

ﻩ{Ｄelay_10ｍs（）；｝

ﻩLＣD_ｃlear（);ﻫ }

ｅlsｅiｆ（ADＤａta〉＝１0０0）

ﻩ{ﻫﻩLＣD_cleａr()；

ｄisplａy＿ｓｔr(0ｘ90,LCM_dis_stｒing71);

ﻩ ｆoｒ(ｉ=0；i<50；ｉ++)ﻫ {Ｄelａy＿1０ｍs（);｝

ﻩＬCD_clｅａr（）;

ﻩdispｌay＿str（０x90，LCM＿dis_string54)；

ｆoｒ(i＝0；ｉ＜５０；i+＋)

{Deｌay_１0ms(）；｝ﻫﻩﻩLCD_cｌｅaｒ(）;ﻫﻩ tｅmplａｔe_land(）;//指纹登陆Ｄｅlay_1０ms（);

LCＤ_cｌear（）；

ﻩ SＴOR＿iｍgprｏcesｓ(temp_num)；//存储指纹模板 temp_ｎｕm++;ﻫﻩﻩLCD＿cleａr(）;

｝

ﻩelseiｆ（ＡDData>=２00)ﻫﻩ｛ﻫﻩLCD_ｃleａｒ（）；ﻫ displaｙ_stｒ（0x８０，ＬＣM_ｄis_strｉng72);

shoｗ_tiｍｅ（ｄaｔeｓtring,timestrinｇ）；/／ÏÔʾʱ¼äｆｏr（i=0;i〈１50；i++)ﻫ {Delaｙ_10ms(）;｝

ＬCＤ_clear();ﻫﻩ｝ﻫﻩelseﻫ ｛ﻫﻩdisplay_stｒ(0x80，LＣM_dｉs_string53）；ﻩﻫ ﻩdispｌａy_str(0x98,LＣM_dis_stｒinｇ５2）；ﻩﻫ ﻩDelａｙ_10ｍｓ（）；

ﻩ}ﻫ｝ﻫ｝系统调用的子程序:voｉｄｃomｐariｓon(vｏid）

｛ﻫｕｃhaｒi；ﻫﻩuｃｈａrrｅcｅivｅ［１6]={0｝;ﻫVfyPｗd(）；ﻫget_ｉｍｇ（)；ﻫconｖert(1）;ﻫ send＿dａtａ(ＳEＡＴ，11）；ﻫfor（i＝0；i<１6;i++)ﻫﻩreceiｖe［i]=get_cｈａr(）；

ﻩﻩif（reｃeive[9]==0x00）

ﻩ｛ﻫﻩ ｄisｐlａy_str（0x98，LＣM_dis_ｓtriｎg11）;ﻩ

ﻩ Delay_１0ms（)；

ﻩ ＬCＤ_clｅar();

ﻩ display_ｓｔr(0x８0，LＣＭ＿ｄis_string70）; ﻫﻩﻩ ｓwitｃh(ｒeｃeive[１1］)

｛

ﻩﻩｃaｓｅ2:ﻫﻩ diｓpｌay_str（0x90，LＣM＿dｉs＿stｒing2１）;brｅaｋ；

ﻩﻩcase3：ﻫﻩﻩdiｓplaｙ_ｓｔr（0ｘ90,LCM＿diｓ_sｔriｎｇ２２）;break；ﻫﻩﻩcａse4:ﻫ ﻩdisplａｙ_str(０x9０，LCM_dis＿ｓtｒｉng２３）；ｂｒeaｋ； ﻫﻩﻩcase5：

ﻩdispｌay_str(０x９0，LCM＿dis_strinｇ24)；break;ﻫﻩ cａsｅ6:

ﻩdiｓｐlａy_str（0x90,LCＭ_ｄis_strinｇ2５）;break；

ﻩﻩdefaｕｌt：

ﻩﻩｄispｌａｙ_ｓtr(0x９0，LCM＿diｓ_string26）;ﻫ } ﻩﻫ LＯCＫ＿1；ﻫﻩﻩfor(j=０；j〈１０；j++）ﻫ ｆor（i=0;ｉ<200；ｉ++)

ﻩ{Deｌaｙ_１０ｍs()；｝ﻫﻩﻩLＯCK_０；

｝

ﻩﻩeｌsｅﻫ ﻩ｛

ﻩﻩＬCＤ_cｌear（);

ﻩ display＿str（０x9０，LＣM_dis_string12);

ﻩ ｆor（i=０；i<３0；i＋+)

ﻩDeｌay_１0ms（）；

ﻩ｝ﻫ｝

voｉdtｅmｐlate＿land(ｖoiｄ)ﻫ{ﻫＶfyPwd（)；

get_img()；ﻫﻩcoｎｖeｒt（1）;ﻫﻩLCＤ_clｅar（)；

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ﻩＭERG_imgprｏcesｓ（)；ﻫ}ﻫ评语学号１40８２200163成绩评语《现代数字系统设计》课程论文题目基于FPGA的密码锁设计作者嘿嘿班级０8０3BF院别信息与通信工程专业电子信息工程完成时间2０11年5月8日基于FＰGA的密码锁设计【摘要】基于FＰＧＡ设计的电子密码锁是一个小型的数字系统，与普通机械锁相比，具有许多独特的优点:保密性好，防盗性强,可以不用钥匙，记住密码即可开锁等。目前使用的电子密码锁大部分是基于单片机技术，以单片机为主要器件,其编码器与解码器的生成为软件方式。在实际应用中，由于程序容易跑飞,系统的可靠性能较差。本文介绍一种基于现场可编程门阵列ＦPGA器件的电子密码锁的设计方法采用VerilogHDL语言对系统进行描述，并在EP1K1０TC100-3上实现。系统所实现的功能：用户给电子密码锁设定一个密码，当使用本机键盘开锁时，该密码与用户设定的密码比较,如果密码正确，则开锁;如果密码不正确,则允许用户重新输入密码,最多可输入三次,若三次都不正确，则扬声器报警,直到按复位键才允许再次输入代码。通过仿真调试，利用可编程器件FPGA的电子密码锁的设计基本达到了预期目的。当然,该系统在一些细节的设计上还需要不断的完善和改进，特别是对系统的扩展有很好的实用和设计的价值。【关键词】：现场可编程门阵列，硬件描述语言，电子密码锁，扬声器【Absｔraｃt】FPＧA-baｓeddｅsigｎoｆtheｅlectronｉcｃodｅloｃkisasmalldｉgｉtalsystem，elｅctｒonicpasｓworｄlockｃｏmpareｄwithoｒdiｎaｒyｍeｃhａnicalｌocks，witｈmanｙuｎｉｑueadvantａgeｓ:goｏｄpｒivaｃy，secuｒityandsｔrｏng,cannotkeytｏreｍeｍberpａssｗoｒdstoｕnlock，ａｎdｓｏon.ＡtｐresenttheuseofｔheelectroniccodｅlockonｍoｓｔoｆSCMtechnｏlogyｔoＳCMasthemａindevｉces,eｎcodersanddｅｃｏｄersｏfＨealthaｎｄｔｈｅsoftｗａrｅａｐpｒｏach．Ｉnprａｃtice,siｎcethｅｐrｏceｓsｅaｓyｒuntoｆly，thereｌiａｂｉlityｏfthｅsｙｓtｅｍｃanbepｏor。Baseｄｏnｔhispapｅr，afiｅldｐｒogrammabｌeｇatｅａrraysＦPGAdeviｃesｅlｅｃｔronicpassｗoｒdloｃｋｄesｉgn，VｅrilogHＤLlanguageusｅdtoｄesｃriｂethｅsｙstemanｄachiｅｖeEP1Ｋ10TC10０—３．Impｌemeｎｔaｔiｏnoftｈｅsｙｓtemfeaｔuｒｅｓ:uｓersoｆｅlectｒonicpasswoｒdlocｋtoseｔapasｓwｏrd，whｅｎusｉnｇｔｈekeyｂoardｕｎlockthemachinｅ，ｔhｅｕsｅrｐasｓworｄａｎdsetｔｈepａsswｏrd，ifthecｏｒrｅcｔpasｓwoｒd，tｈｅnｕnｌocｋiｆthｅｐaｓswordisnotcorｒｅct,aｌlowｓUｓerstoenteｒａpａssｗord，cａｎｅnteruptｏthｒeeｔｉmes，tｈreｅtimeｓifnotcorrecｔ，theｓpeaｋｅralａrm,ｕntiltherｅsｅtbｕttonｏnｌｙallowedtore-enｔertｈｅcode。ThesimulationtestsusinｇｐｒogrａｍmablｅｄevicｅsFPGAelｅcｔronicpasｓwordlockthｅbasiｃdesigntoachiｅｖetheｅxｐecｔedgoal．Oｆｃourse,someｏfｔhedetailｓoftｈeｓｙｓtemｉnthedeｓiｇnoftｈeneeｄtｏconstaｎtlｙｒefineｄandimｐrovｅｄ，inparticulａｒtheｅxpanｓionｏfthｅsｙsｔemｈａveagooddｅsｉｇｎandpraｃticalvａlue.【Keyworｄｓ】：FPGA,ＶeｒｉlogＨDL，electronｉcpasｓwｏrdlock，sｐeaｋerTOＣ\ｏ”１-3”\ｈ\ｕHYPＥRLIＮK\l_Ｔoc１２4４６基于FPGＡ的密码锁设计PAＧERＥＦ_Tｏc1244６2HYPERLINＫ\l＿Toc2935８一、概述PＡGEＲEF_Tｏc2935８51。１电子密码锁的现状PAＧＥRＥＦ_Toc７5151.2论文主要完成的工作PAGERＥF_Toｃ21１976二、系统硬件设计PAGEＲＥF＿Ｔoｃ550762.1系统设计方案PAＧERＥＦ＿Tｏc2３０04６2.１．1系统功能需求分析PＡＧＥRＥF＿Toc1563６62．1。2系统实现方案的论证比较PＡGEREF_Toc167８6６2．1．3系统方案的总体设计ＰAGEＲEF_Toc1147572.2主控模块PAGEREF_Toｃ1415９８HYPERLＩNＫ\l_Toｃ204302.2。1主控芯片EP１Ｋ１0TC10０-3的介绍ＰAGERＥF＿Toｃ2043082。3键盘模块PＡＧＥREF＿Ｔoc18５３9８ＨYPEＲLＩNK\l_Ｔｏｃ677２2。4显示模块PＡGＥＲEF＿Tｏc677２９ＨYPERLＩNK\l_Toc1079４２．5报警模块ＰＡGＥRＥF＿Toc10７９4１0HYPＥＲLＩNK\l_Tｏｃ32069三、系统软件设计PAＧEＲＥＦ_Toc３206910HYPERLIＮＫ\l_Toｃ5603.１系统主控制流程框图PAGＥREF＿Toc56010HYPERLINK\l_Tｏc1０7343.2键盘扫描程序框图PＡＧＥＲEF＿Toc１073411HYPERLＩNＫ\l＿Toｃ1５2６83.3获取键值程序框图PAGEREＦ_Toｃ15２68123。4解码、报警模块PAGEＲEF_Toc9829133。5系统软件设计总RTL级图ＰAGEＲEF_Toc5７3414四、系统测试与总结ＰAGＥREF_Toc1７857144.1仿真波形图PAGEREF＿Tｏｃ186961４ＨYPＥＲLINK\l_Ｔoc７3864．2本次课题设计体会PAGERＥF＿Tｏc７38615ＨYＰEＲLＩNＫ\l_Toc4963参考文献PAＧEREＦ_Tｏc496315HYPERLIＮK\l＿Ｔoc３097２附录PAGERＥＦ＿Toc30９721５概述１．1电子密码锁的现状随着我国对外开放的不断深入，高档建筑发展很快，高档密码锁具市场的前景乐观.我国密码锁具行业对密码锁具高新技术的投入正逐年增大,高档密码锁的市场需求也逐年增加.在安防工程中，锁具产品是关系到整个系统安全性的重要设备，所以锁具产品的优劣也关系了整个安防工程的质量和验收。目前，市场上比较先进的智能电子密码锁分别有:ＩC卡电子密码锁、射频卡式电子密码锁、红外遥控电子密码锁、指纹识别电子密码锁和瞳孔识别电子密码锁等。IC卡电子密码锁成本低，体积小,卡片本身无须电源等优点占领了一定的市场份额，但是由于有机械接触，会产生接触磨损，而且使用不太方便,在一定程度上限制了它的应用；射频卡式电子密码锁是非接触式电子密码锁,成本也不太高,体积跟IC卡密码锁相当，卡片使用感应电源，重量很轻,技术成熟，受到了广泛的欢迎，但是与IC卡电子密码锁相比,成本偏高;指纹识别电子密码锁和瞳孔识别电子密码锁可靠性很高，安全性是目前应用系统中最高的，但是成本高昂，还没进入大众化使用阶段.在国外，美国、日本、德国的电子密码锁保密性较好，并结合感应卡技术，生物识别技术，使电子密码锁系统得到了飞跃式的发展。这几个国家的密码锁识别的密码更复杂，并且综合性比较好，已经进入了成熟期，出现了感应卡式密码锁，指纹式密码锁,虹膜密码锁，面部识别密码锁，序列混乱的键盘密码锁等各种技术的系统，它们在安全性，方便性，易管理性等方面都各有特长，新型的电子密码锁系统的应用也越来越广。基于ＦＰGＡ的电子密码锁是新型现代化安全管理系统，它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，它涉及电子,机械，计算机技术，通讯技术，生物技术等诸多新技术。它是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施，适用各种场合,如银行、宾馆、机房、军械库、机要室、办公间、智能化小区、工厂、家庭等。在数字技术网络技术飞速发展的今天,电子密码锁技术得到了迅猛的发展。它早已超越了单纯的门道及钥匙管理,逐渐发展成为一套完整的出入管理系统。它在工作环境安全、人事考勤管理等行政管理工作中发挥着巨大的作用。在该系统的基础上增加相应的辅助设备可以进行电梯控制、车辆进出控制，物业消防监控、餐饮收费、私家车库管理等,真正实现区域内一卡智能管理。目前使用的电子密码锁大部分是基于单片机技术,以单片机为主要器件,其编码器与解码器的生成为软件方式.在实际应用中，由于程序容易跑飞,系统的可靠性能较差.基于FPGＡ的电子密码锁已经是