電子密碼鎖按照輸入密碼方式的不同可分為好多種，其中最常用的一種是用數(shù)字鍵盤輸入密碼的電子密碼鎖。這一講主要介紹用ATmega8和LCD1602液晶顯示器等組成的電子密碼鎖，這個(gè)電子密碼鎖能夠由用戶自行修改密碼，掉電后密碼不丟失。通過實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)使大家掌握電子密碼鎖的工作原理和ATmega8中EEPROM存儲(chǔ)器的使用方法。

一，EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器簡介ATmega8的存儲(chǔ)器由可分別獨(dú)立尋址的程序存儲(chǔ)器Flash、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器SRAM和EEPROM三部分組成。

ATmega8包含512字節(jié)的EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可用于保存系統(tǒng)的設(shè)定參數(shù)、掉電后數(shù)據(jù)保存等。EEPROM可以按字節(jié)為單位進(jìn)行讀寫，至少可進(jìn)行100000次擦寫操作。EEPROM的訪問由地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和控制寄存器決定。

在程序中EEPROM的訪問是通過I／O空間的寄存器來實(shí)現(xiàn)的，EEPROM的編程時(shí)間典型值為8.5ms。

為了防止無意的EEPROM寫入，必須遵照規(guī)范的寫入順序。當(dāng)讀取EEPROM時(shí)，單片機(jī)將暫停4個(gè)時(shí)鐘周期再執(zhí)行下一條指令；當(dāng)寫EEPROM時(shí)，單片機(jī)將暫停2個(gè)時(shí)鐘周期再執(zhí)行下一條指令。

下面介紹與EEPROM相關(guān)的幾個(gè)寄存器。

1．EEPROM地址寄存器

EEARH、EEARL因?yàn)锳Tmega8有512（2的9次方）字節(jié)的EEPROM，所以要用兩個(gè)8位寄存器來作地址寄存器，編址為0x0000～0x01FF。地址寄存器EEAR可讀可寫，EEAR的初始值沒有定義，在訪問EEPROM之前必須寫入一個(gè)正確的地址值。

EEAR的定義見下表。

2．EEPROM數(shù)據(jù)寄存器

EEDR數(shù)據(jù)寄存器EEDR用來存放即將寫入EEPROM或者從EEPROM讀出的某個(gè)單元的數(shù)據(jù)，寫入或讀出的地址由地址寄存器EEAR給出。EEDR的初始值為0x00。

3．EEPROM控制寄存器EECREECR的定義見下表。

EERIE位為EEPROM中斷準(zhǔn)備好使能位，當(dāng)EERIE置位而且SREG寄存器中的全局中斷位I置位時(shí)，若EEWE為0，則單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)中斷。

EEMWE位為EEPROM主機(jī)寫入使能位，EEMWE決定了EEWE置位是否可以啟動(dòng)EEPROM寫操作。當(dāng)EEMWE為置位時(shí)，在4個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)EEWE置位將把數(shù)據(jù)寫入EEPROM的指定地址；若EEMWE為0，則操作EEWE不起作用。EEMWE置位后4個(gè)周期，硬件對(duì)其清零。

EEWE位為EEPROM寫使能位，當(dāng)EEPROM數(shù)據(jù)和地址設(shè)置好之后，需置位EEWE以便將數(shù)據(jù)寫入EEPROM。此時(shí)EEMWE必須置位，否則EEPROM寫操作將不會(huì)發(fā)生。寫時(shí)序如下：

（1）等待EEWE位變?yōu)榱恪?/p>

（2）將新的EEPROM地址寫入EEAR（可選）。

（3）將新的EEPROM數(shù)據(jù)寫入EEDR（可選）。

（4）置位EEMWE。

（5）在置位EEMWE的4個(gè)周期內(nèi)，置位EEWE。

EERE位為EEPROM讀使能位，當(dāng)EEPROM地址設(shè)置好之后，需置位EERE以便將數(shù)據(jù)讀入EEDR。

EEPROM數(shù)據(jù)的讀取只需要一條指令。讀取EEPROM后CPU要停止4個(gè)時(shí)鐘周期才可以執(zhí)行下一條指令。

二、電子密碼鎖實(shí)驗(yàn)

1．實(shí)驗(yàn)電路

電子密碼鎖主要由單片機(jī)ATmega8、液晶顯示器LCD1602和電磁鐵鎖芯等部分組成。實(shí)驗(yàn)板上與電子密碼鎖有關(guān)的電路部分見下圖。圖中SB1、SB2、SB3為輸入按鍵，用于輸入數(shù)字密碼。VD6、R7、VT4等組成電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路，由ATmega8的PD7腳進(jìn)行控制，實(shí)際使用時(shí)只要將VT4的負(fù)載由繼電器換成電子密碼鎖的電磁鐵吸合線圈即可，當(dāng)然也可以用繼電器的常開觸點(diǎn)去控制電磁鐵吸合線圈。

2．程序設(shè)計(jì)

程序有主函數(shù)、初始化函數(shù)、LCD顯示函數(shù)、鍵盤掃描函數(shù)、密碼設(shè)置函數(shù)、EEPROM讀寫函數(shù)和延時(shí)函數(shù)等部分組成。

程序中共使用了6個(gè)數(shù)組，其中數(shù)組Datal［］用來存儲(chǔ)按鍵值，它存儲(chǔ)在SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，用來記錄輸入的。

按鍵值。其中數(shù)組a［］用來存儲(chǔ)密碼值，為了防止密碼值掉電丟失，a［］存儲(chǔ)在EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，a［］的初始值為a［］={0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0}，即初始密碼為000000000000。

實(shí)驗(yàn)板上的SB1、SB2兩個(gè)按鈕作數(shù)字輸入鍵，SB1輸入數(shù)字0，SB2輸人數(shù)字1。SB3為確認(rèn)鍵。由于只有兩個(gè)數(shù)字輸入按鈕，因此密碼只能采用二進(jìn)制數(shù)，密碼長度為12位。輸入的12位密碼存儲(chǔ)在數(shù)組Datal口中，按一下確認(rèn)鍵SB3后，程序?qū)?shù)組Datal口的各元素和數(shù)組a［］的對(duì)應(yīng)元素進(jìn)行比較，如果兩個(gè)數(shù)組相等，說明密碼正確，LCD顯示屏顯示：RIGHT，PD7輸出高電平，由VT4推動(dòng)電磁鐵吸合打開電子密碼鎖；反之，如果密碼錯(cuò)誤，LCD顯示屏顯示：ERROR，打不開電子密碼鎖。輸入密碼時(shí)輸入幾個(gè)數(shù)字LCD顯示屏就顯示幾個(gè)·號(hào)。

為了程序設(shè)計(jì)方便，引入了一個(gè)特征值Key，沒有任何鍵按下時(shí)，令Key=0；當(dāng)SB1、SB2有鍵按下時(shí)，令Key=1；當(dāng)SB3按下時(shí)，令Key=2；當(dāng)密碼不正確時(shí)，令Key=3。特征值Key作為主函數(shù)和按鍵掃描函數(shù)之間聯(lián)系的一條紐帶。

輸入密碼由按鍵掃描函數(shù)完成，按鍵掃描函數(shù)的流程圖見下圖。

密碼設(shè)置函數(shù)用來重新設(shè)置密碼，新的密碼仍然保存在EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，這樣掉電后新設(shè)置的密碼就不會(huì)丟失了。密碼設(shè)置函數(shù)的流程圖見下圖。

在驗(yàn)證密碼和重新設(shè)置密碼時(shí)要對(duì)EEPROM進(jìn)行讀寫，這可以用EEPROM讀寫函數(shù)來完成，兩個(gè)函數(shù)的語句如下。

寫EEPROM數(shù)據(jù)函數(shù)：

Void Write-EEPROM（ucharData，uintAddress）

（if（EECR&0x20）／／判斷寫使能是否為0

Delay Ms（10）;／／延時(shí)10ms

EEARH=Address》》8;／／送高地址

EEARL=Address&0x0000ff；//送低地址

EEDR=Data；／／送數(shù)據(jù)

EECR=EECR|0x04；／／主寫使能置位

EECR=EECR|0x02；／／寫使能置位

Delay Ms（10）；／／延時(shí)10ms

}

讀EEPROM數(shù)據(jù)函數(shù)：

UcharRead_EEPROM（uint Address）

{uchar i；

if（EECR&0x01）／／判斷讀使能是否為0

Delay Ms（10）;／／延時(shí)10ms

EEARH=Address》》8；／／送高地址

EEARL=Address&0x00ff；／／送高地址

EECR=EECR|0x01;／／讀使能置位

Delay Ms（10）;／／延時(shí)10ms

i=EEDR;／／讀數(shù)據(jù)

return（i）;／／返回?cái)?shù)據(jù)

}

上面只對(duì)幾個(gè)主要的函數(shù)作了介紹，詳細(xì)的源程序見本期配刊光盤。

3．電子密碼鎖實(shí)驗(yàn)首先將程序目標(biāo)文件寫入單片機(jī)，為了防止密碼掉電后丟失，同時(shí)使密碼能夠重新修改，必須將密碼寫入EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。由于程序中使用了EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，因此程序在編譯時(shí)除了生成HEX目標(biāo)文件外，還會(huì)產(chǎn)生EEP目標(biāo)文件。HEX目標(biāo)文件寫入Flash程序存儲(chǔ)器，EEP目標(biāo)文件寫入EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。所以用PonyProg2000寫芯片時(shí)，在打開目標(biāo)文件時(shí)要分別打開目標(biāo)文件Lock．hex和lock．eep，具體操作過程是：

（1）對(duì)芯片進(jìn)行擦除；（2）用工具欄上的“Open Pro—gram Memory（FLASH）File按鈕打開lock．hex文件;（3）用工具欄上的“Open Data Memory（EEPROM）File”按鈕打開lock．eep文件；（4）單擊工具欄中的“寫器件”按鈕即可把兩個(gè)目標(biāo)文件分別寫入Flash程序存儲(chǔ)器和EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。操作過程如下圖（略）所示。

接下來接通實(shí)驗(yàn)板的電源，通過SB1、SB2輸入12位密碼，按一下確認(rèn)鍵SB3，如果密碼正確的話，LCD顯示屏?xí)@示“RIGHT”，同時(shí)PD7輸出5秒鐘的高電平，使發(fā)光二極管VD6點(diǎn)亮，電磁鐵吸合，電子密碼鎖被打開，如下圖（略）所示。如果密碼不正確，LCD顯示屏?xí)@示“ERROR”，PD7輸出仍為低電平，電子密碼鎖不能被打開。

如果要修改密碼，必須先輸入正確的密碼，在VD7沒有熄滅前按下SB3，并在VD7熄滅后再保持3秒鐘，到時(shí)LCD顯示屏?xí)@示“SET_PASSWORD”，這時(shí)即可用SB1、SB2輸入新的12位密碼。下次使用時(shí)必須輸入新的密碼才能打開鎖，這樣經(jīng)常變更密碼可提高鎖的安全性。

由于受按鍵數(shù)量的限制，密碼采用了二進(jìn)制，12位密碼的組合也只有4096種，為了提高破解的難度，有兩種方法：一種方法是修改程序使得連續(xù)輸入幾次密碼錯(cuò)誤后將電路鎖定一段時(shí)間，延長破解的時(shí)間；另一種方法是密碼采用十進(jìn)制數(shù)，但這就要使用更多的按鍵，從而使用較多的I／0接口，電路必須進(jìn)行調(diào)整。上述兩種方法如何實(shí)施留給讀者自己思考。