基于8086微機(jī)的多功能密碼鎖項(xiàng)目分析

熊佩軒，萬(wàn)在紅，賈宇琪，胡偉倩

（南昌航空大學(xué) 信息工程學(xué)院，江西 南昌 330000）

基于8086微機(jī)的多功能密碼鎖項(xiàng)目分析

熊佩軒，萬(wàn)在紅＊，賈宇琪，胡偉倩

（南昌航空大學(xué) 信息工程學(xué)院，江西 南昌 330000）

本課題以8086微處理器為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的低成本的多功能密碼鎖，旨在解決人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鳟?dāng)中遇到安全問(wèn)題。在Proteus仿真軟件中利用8086微處理器可編程的特點(diǎn)[1]，以匯編語(yǔ)言為媒介[2]，最后通過(guò)矩陣鍵盤輸入和LCD1602液晶顯示實(shí)現(xiàn)了多功能密碼鎖的開啟、關(guān)閉和報(bào)警以及密碼修改、液晶顯示密碼等一系列功能，成功地?fù)?dān)任了防盜衛(wèi)士的角色。

多功能密碼鎖；Proteus仿真；8086微處理器；矩陣鍵盤；LCD1602液晶屏

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展和高新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電子技術(shù)在人們的日常生活中所起的作用越來(lái)越大，并深深地滲透到了人們的生活，工作和學(xué)習(xí)的各個(gè)方面[3]。人們生活水平的不斷提高以及工業(yè)領(lǐng)域?qū)I(yè)性的提高，如何實(shí)現(xiàn)家庭防盜和加密的機(jī)械控制這一問(wèn)題也變得尤為突出。傳統(tǒng)的機(jī)械鎖構(gòu)造簡(jiǎn)單，被撬的事件屢有報(bào)道，電子密碼鎖由于其安全性較高，成本低廉，簡(jiǎn)單實(shí)用，開發(fā)性好等優(yōu)點(diǎn)受到了廣大用戶的青睞，得到了廣泛的應(yīng)用，本課題便是基于8086微處理器的多功能密碼鎖。

微電子技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了磁控鎖，聲控鎖，超聲波鎖，紅外線鎖，指紋鎖，遙控鎖等，這些鎖具有機(jī)械鎖無(wú)可比擬的高保密性能，特別是可以在特定的環(huán)境系統(tǒng)中，按照指定的邏輯關(guān)系實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的程序控制。但是由于成本較高，而且保密性超高，一般供給個(gè)人的箱，柜等等，這在一定程度上也影響了這一類型產(chǎn)品的大范圍推廣應(yīng)用。

此多功能密碼鎖是一款成本低廉，性價(jià)比高的密碼鎖，可以通過(guò)以此為基礎(chǔ)拓展更為豐富多樣的解鎖方式，例如當(dāng)下流行的指紋和虹膜解鎖，為了達(dá)到密碼鎖所需實(shí)現(xiàn)的基本要求，采用了8086微處理器作為核心，矩陣鍵盤作為輸入設(shè)備，LCD液晶顯示作為輸出設(shè)備，同時(shí)也是該產(chǎn)品和用戶的一個(gè)交互窗口，該鎖還提供了密碼修改功能和報(bào)警功能，當(dāng)使用該產(chǎn)品時(shí)，液晶顯示屏?xí)@示PLEASE INPUT PASSWORD的提示信息，當(dāng)密碼輸入正確指示燈亮起，同時(shí)顯示OPEN字樣，當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)發(fā)出錯(cuò)誤警告聲音，同時(shí)顯示ERROR字樣，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)密碼的修改，修改成功之后，LCD會(huì)提示修改成功并提示新密碼?；诖硕喙δ苊艽a鎖也可以與各類防盜報(bào)警電路配合達(dá)成更為強(qiáng)大的防盜報(bào)警功能。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)總體框架

系統(tǒng)硬件模塊包含：微處理器控制模塊，采用8086芯片；LCD液晶顯示模塊，采用LCD1602液晶屏；鍵盤輸入模塊，采用4×4矩陣鍵盤；開鎖報(bào)警模塊，采用蜂鳴器，LED以及電機(jī)構(gòu)成。系統(tǒng)總框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總框架

1.2 8086系統(tǒng)模塊

微處理器控制模塊使用8086作為CPU，74LS373作為地址鎖存器，可編程并行I/O接口芯片8255A作為并行I/O接口電路，如圖2所示。8086CPU由于引腳數(shù)目的限制，數(shù)據(jù)地址信號(hào)等引腳是分時(shí)復(fù)用的，構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須外接總線配置芯片將復(fù)用的信號(hào)加以分離。利用74LS373將總線上的地址碼暫存起來(lái)。在CPU與外部通信時(shí)，必須先發(fā)送存儲(chǔ)器或I/O端口的地址才能正確地發(fā)送數(shù)據(jù)[4]。通過(guò)74LS245實(shí)現(xiàn)8086與8255A芯片的雙向數(shù)據(jù)傳輸，并行接口具有傳送數(shù)據(jù)速度快、要求傳輸線較多的特點(diǎn)[5]。本系統(tǒng)中8255A選擇的是A組，以工作方式0輸出；B組以工作方式0輸出；C組端口高半字節(jié)輸入，低半字節(jié)輸出。A組連接LCD液晶顯示器8位數(shù)據(jù)線，B組連接低3位連接LCD液晶顯示器的控制引腳，同時(shí)控制報(bào)警器和開鎖指示燈以及電機(jī)。C口連接矩陣鍵盤[6]。

圖2 微處理器控制模塊

1.3 LCD液晶顯示模塊

LCD液晶顯示模塊使用LCD1602液晶屏，實(shí)物如圖3所示，受8255A的PA及PB口的低三位控制，電路如圖4所示，它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)的點(diǎn)陣型液晶模塊，顯示能容為16×2即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶顯示方陣[7]。LCD1602為16腳，1，2腳分別為電源地（VSS）和電源正極（VDD），3，4，5腳是控制引腳分別為數(shù)據(jù)/命令選擇端（RS）、讀/寫選擇端（R/W）、使能信號(hào)（E），7—14腳為8位的數(shù)據(jù)傳輸引腳，15，16腳為背光LED的電源的正極（LED+）和負(fù)極（LED-），若要向LCD中寫入命令則使RS=0，RW=0，E=1，D0-D7=指令碼。寫入數(shù)據(jù)則使RS=1，RW=0，E=1，D0-D7=數(shù)據(jù)。常用指令碼有初始化指令碼0011 1000。

圖3 LCD1602實(shí)物

圖4 LCD液晶顯示模塊

LCD1602的第一行字符起始顯示方陣地址為80 H，該行其余的顯示方陣可以通過(guò)80 H加上偏移地址來(lái)得到地址碼，先使RS=0，RW=0，E=1通過(guò)D0-D7寫入地址碼，再使RS=1，RW=0，E=1通過(guò)D0-D7寫入字符對(duì)應(yīng)的表格數(shù)據(jù)碼，即可在LCD指定位置上顯示一個(gè)指定的字符。

1.4 矩陣鍵盤模塊

矩陣鍵盤模塊采用四腳開關(guān)組成4×4鍵盤，實(shí)物如圖5所示，它與8255A芯片的PC端口相連，電路如圖6所示，本系統(tǒng)中使用了其中的12個(gè)鍵，包括數(shù)字鍵0-9和輸入鍵input和修改密碼鍵write。矩陣鍵盤是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)4×4的按鍵進(jìn)行動(dòng)態(tài)逐行掃描，并實(shí)現(xiàn)按鍵的單次點(diǎn)擊識(shí)別。通過(guò)使用8255A芯片PC端口低半字節(jié)輸出、高半字節(jié)輸入，再將鍵盤狀態(tài)讀取至8086中，接著對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并識(shí)別被點(diǎn)擊的按鍵，最終將輸入保存的六位數(shù)據(jù)進(jìn)行密碼核對(duì)或密碼修改。

圖5 矩陣鍵盤實(shí)物

1.5 開鎖報(bào)警模塊

開鎖報(bào)警模塊分為3個(gè)部分，如圖7所示，由8255A芯片的PB口的高四位和低四位分別進(jìn)行控制，當(dāng)輸入密碼核對(duì)正確時(shí)，控制PB4口輸出低電平，使開鎖指示燈亮起，同時(shí)帶鐵芯的電感線圈由于電流產(chǎn)生磁性，將密碼鎖的鎖芯吸起使密碼鎖得以打開。當(dāng)程序識(shí)別輸入密碼錯(cuò)誤時(shí)，通過(guò)8086控制8255A芯片的低四位輸出低電平，通過(guò)與非門使蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，通過(guò)增加外圍電路可以實(shí)現(xiàn)多種報(bào)警方式，例如添加藍(lán)牙通信模塊可進(jìn)行近距離無(wú)線報(bào)警。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為3個(gè)部分，主要包括驅(qū)動(dòng)LCD1602液晶顯示程序設(shè)計(jì)、矩陣鍵盤程序設(shè)計(jì)以及密碼存儲(chǔ)核對(duì)及修改程序設(shè)計(jì)，系統(tǒng)主程序流程如圖8所示。

3 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)以8086作為多功能密碼鎖監(jiān)控裝置的檢測(cè)與控制核心，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)密碼鎖開關(guān)的控制。其特點(diǎn)是使用靈活性好，用戶可以隨時(shí)修改密碼，防止由于鑰匙丟失而引起的安全性下降。而不像機(jī)械鎖必須佩戴鑰匙才能開鎖。隨著科技發(fā)展和人們生活需求的提高，磁卡型、遙控型、指紋型電子鎖已成為現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)，并且此密碼鎖基于8086編程靈活，能夠以此為基礎(chǔ)增加外圍模塊，拓展出更為強(qiáng)大的功能，擁有較為廣泛的市場(chǎng)前景。

圖7 開鎖報(bào)警模塊

圖8 主程序流程

[1]謝龍漢，莫衍.Proteus電子電路設(shè)計(jì)與仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[2]王慶生.匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教程[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[3]閻石.數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4]尹建華.微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)[M].2版.北京：高等教育出版社，2008.

[5]顧暉，梁惺彥.微機(jī)原理與接口技術(shù)—基于8086和Proteus仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[6]何宏.微機(jī)原理與接口技術(shù)—基于Proteus仿真的8086微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2015.

[7]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程—入門、提高、開發(fā)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

Analysis on multi-function combination lock project based on 8086 microcomputer

Xiong Peixuan,Wan Zaihong*, Jia Yuqi, Hu Weiqian
（Information Engineering College of Nanchang Hangkong University , Nanchang 330000, China）

This topic is based on 8086 microprocessor, and designs a simple low cost of multi-function combination lock, aiming at solving safety problems of people’s daily life and work. Take advantage of the characteristics of 8086 microprocessor programmable[1]in the Proteus simulation software, with assembly language as the medium[2], at last, through matrix keyboard input and LCD1602 display to realize the multi-functional combination lock’s a series of functions of open, close and alarm, and password revision, and liquid crystal display password, successful serving as the role of security guards.

multi-function combination lock; Proteus simulation; 8086 microprocessor; matrix keyboard; LCD 1602

熊佩軒（1995— ），男，江西樟樹，本科。

＊通訊作者：萬(wàn)在紅（1970— ），女，江西南昌，碩士，副教授；研究方向：工藝過(guò)程控制。