近年來隨著計算機科學技術的飛速發展，代表這場高技術新成果的智能大廈在各地相繼建起。智能大廈是在現代建筑物內集4C于一身，建立一個由計算機系統管理的一體化集成系統，這種智能大廈內部設施具備5A功能。智能密碼鎖監控系統正是為應用于其中的安全監控自動化（Safety Automation，SA）而研制的，智能密碼鎖采用單片機技術，相比傳統機械鎖，他具有不可復制性，有著更高的安全性和方便性。該系統是集信號檢測、傳輸、處理與控制、管理為一體的控制系統；是應用先進計算機技術與現代微電子技術開發組成的分布式網絡型監控系統；能夠有效地提高安全性能和管理效率。 本文以AT89C2051單片機為核心設計此系統及其密碼鎖的各部分功能電路，能夠正常地實現所要求的功能，抗干擾性能好、安全性強。

1 芯片ATMEL AT89C2051的介紹

AT89C2051單片機是美國ATMEL公司的，如圖l所示，他與Intel公司MCS-51系列單片機兼容，采用CMOS工藝制造，節電性能好。AT89C2051提供了以下的標準功能：片內含2kB字節的可重編程閃速存儲器E2PROM和128B的內部RAM、15根I／O引線、2個16b定時器／計數器、1個五向量兩級中斷結構、1個全雙工串行口、1個精密模擬比較器以及片內振蕩器和時鐘電路。另外還具有低功耗空載的特點和掉電保存方式供選用。20腳雙列直插封裝也能達到體積的要求，是對嵌入式控制應用提供的一個高度靈活和成本低的解決方案。控制系統的設計充分利用了AT89C2051的上述優點和功能，加以必要的輔助硬件電路。

P1口是一個8 b雙向I／O口。當P1口引腳寫入“1”時，可用作輸入端；P1口輸出緩沖區可吸收20mA電流并能直接驅動LED顯示。在智能密碼鎖控制器中，P1口P1．0～P1．6用來作為鍵盤輸入接口接收鍵盤輸入數據，P1．7用來輸出單片機正常工作狀態；當智能密碼鎖控制器需要閃速編程和程序校驗的時候，P1口將用來接收代碼數據。P3口除P3．6用于固定片內比較器的輸出信號并作為一個通用I／O引腳不可訪問外，其余7位都是帶有內部上拉電阻的雙向I／O引腳。P3口還用來實現AT89C2051的各項功能，如表1所示。

智能密碼鎖控制器中，P3口除用來實現表1所示的功能外，還要輸出聲／光告警控制信號；輸出智能密碼鎖開鎖控制信號；在智能密碼鎖控制器需要閃速存儲器編程和程序校驗的時候，P3口將用來接收相應的控制信號。

RST復位輸入，電路圖上也作RES。RST一旦變成高電平，所有的I／O引腳就復位到“1”。當振蕩器（時鐘）正在運行時，持續給出RST引腳2個機器周期的高電平便可完成復位。每個機器周期需12個振蕩器或時鐘周期。XTALl作為振蕩器反相放大器的輸入和內部時鐘發生器的輸人；XTAL2作為振蕩器反相放大器的輸出。

RAM在AT89C2051內部由工作寄存器、位尋址和數據緩沖區組成。AT89C2051Flash單片機的一個特點就是將程序存儲器和數據存儲器分為不同的存儲空間，這一特性使得可以用8b地址來訪問數據存儲器，這樣可提高8bCPU的存儲和處理速度。

程序存儲器只可讀不可寫，用于存放編好的程序和表格常數。AT89C2051沒有采用程序存儲器分區的方法，可尋址的內部和外部程序存儲器的地址空間是統一的。本系統硬件應用電路中只用到了AT89C2051片內的2kB的E2PROM作為程序存儲器。

數據存儲器在物理和邏輯上都分為2個地址空間，一個為內部數據存儲器空間，一個為外部數據存儲器空間。本系統硬件應用電路中只用到了AT89C2051片內的128B的RAM作為內部數據存儲器，采用直接尋址方式或間接尋址方式對此低128B的RAM進行訪問。在低128B的RAM中的最低32個單元（00H一1FH）是4個通用工作寄存器組。

（1）功能寄存器 AT89C2051片內的I／O鎖存器、定時器、串行口通信緩沖器以及各種控制寄存器和狀態寄存器都以特殊功能寄存器的形式出現，他們離散的分布于80H-FFH的地址空間范圍內，屬于內部數據存儲器，只能采用直接尋址方式進行訪問。 （2）串行接口 引腳與P3．0（RXD串行接收）、P3．1（TXD串行發送）I／O端口引腳復用，數據緩沖區采用雙緩沖結構；可以工作于同步方式或異步通信方式，在工作于異步通信方式時，具有全雙工的操作功能，即可以同時進行數據的發送和接收。AT89C2051的串行口有4種不同的工作方式，由串行口控制寄存器SCON中的方式選擇位定義；另外串口發送及接收的狀態控制位也由SCON的對應控制位進行選擇。

（3）中斷結構 AT89C2051可以提供5個中斷源：2個外部中斷，由INT0，INTl（P3．2，P3．3）輸入，2個定時器溢出中斷（由片內的2個16位定時器／計數器在溢出時觸發）和1個串行口中斷。AT89C2051中的中斷分為2個優先級，在專用寄存器（SFR）區中有一個中斷優先級寄存器（IP），IP的每一位對應于一個中斷源，可決定中斷源的優先級；AT89C2051中的IE（中斷允許寄存器）管理每個中斷源的中斷和禁止。處理中斷的結構是低優先級中斷能夠被高優先級中斷所中斷，但不能被另一個低優先級中斷所中斷；高優先級中斷不能被任何其他中斷源所中斷。當同時收到2個不同優先級的中斷請求時，高優先級中斷請求先得到服務。如果同時收到幾個同一優先級的中斷請求，則由內部的查詢順序來決定哪一個請求得到服務，相當于在每個優先級內還同時存在另一個輔助優先結構。

（4）定時器／計數器 AT89C2051內含2個16 b的定時器／計數器T0和T1，可以分別作定時器或計數器使用。當使用于定時器方式時，定時器的輸入來自內部時鐘發生電路，每過一個機器周期，定時器加1，而一個機器周期包含有12個振蕩周期，即定時器的頻率為晶振頻率的1／12，若采用11．059 2MHz的晶振，定時器的頻率即為0．921 6MHz。

若在計數器工作方式，計數器對外部事件計數，計數脈沖來自外部輸入引腳，當外部輸入引腳發生“1”和“o”的負跳變時，計數器加1。由于對外部事件的檢測需要2個機器周期（24個振蕩周期），所以計數頻率最高為晶振頻率的1／24。

2 硬件設計

采用AT89C2051單片機的智能監控系統電路結構框圖如圖2所示。

下面逐一介紹電子門鎖控制器的部分單元電路。

2．1 鍵盤接口

智能密碼鎖控制器共12個按鍵，包括0～9共10個數字鍵、1個“#”清零鍵以及1“*”確認鍵。采用3×4行列式鍵盤形式，由I／O口線組成行、列結構，按鍵設置在行列的交點上，以節省I／O口線。智能密碼鎖控制器工作時，并不經常需要鍵輸入，因此，為了進一步提高CPU效率，采用中斷掃描工作方式。即只有在鍵盤有鍵按下時，才執行鍵盤掃描，執行該鍵功能程序。中斷掃描工作方式的鍵盤接口如圖3所示。

該鍵盤直接由AT89C2051的P1口的高、低字節構成3X4行列式鍵盤。鍵盤的列線與r工口的1氏4位相接，鍵盤的行線通過二極管接到P1口的高3位。因此，P1．4～P1．6作鍵輸入線，P1．0～P1．3作掃描輸出線。初始化時，使P1．0～P1．3置零。當有鍵按下時，INTO端為低電平有效，向CPU發出中斷申請，CPU響應中斷請求，進入鍵盤中斷服務程序。在鍵盤中斷服務程序中除完成鍵識別、鍵功能處理外，還要進行消除鍵抖動影響、多次重復執行鍵功能操作等措施。

按鍵中斷服務程序流程圖如圖4所示。

2．2 其他輔助電路

其他輔助電路包括穩壓電源電路、微處理器監控電路、時鐘電路等。

（1）穩壓電源電路

采用三端穩壓集成電路塊CW7805給密碼鎖控制器電路供電。CW78M05三端正穩壓器具有內部過流、熱過載和輸出晶體管安全區保護功能，電路使用安全可靠，供電輸出電壓+5V，最大輸出電流0．5A，電路圖如圖5所示。

（2）微處理器監控復位電路

單片機應用系統工作時，會經常要求進入復位工作狀態，所以系統的復位電路必須保證能正確、可靠地工作。單片機的復位是靠外部電路實現的，在時鐘電路工作后，只要在單片機的RST引腳上出現24個時鐘振蕩脈沖（2個機器周期）以上的高電平，單片機便可實現初始化狀態復位。為了保證密碼鎖控制器電路可靠地復位，通常使RST引腳保持18ms以上的高電平。采用專用的微處理器監控集成電路芯片Maxim708可以方便地得到梢竊電源電壓監控功能、200 ms的復位脈沖寬度和人工復位輸入功能，大大提高了復位電路的抗干擾性和工作可靠性，電路圖如圖6所示。

（3）時鐘電路

AT89C2051單片機有一個片內的振蕩器電路，由一個單級反相器組成，可用來作為CPU的時鐘源。如果采用內部的振蕩電路，則要在單片機的引腳XTAL1和XTAL2之間連一個石英晶體諧振器，并接2個電容到地，即可組成完整的并聯諧振電路輸出時鐘信號。

當采用外部振蕩器時，XTALl端直接與外部振蕩器的信號相連，XTAL2端懸空不用，電路圖如圖7所示。

3 編程時所要注意的問題

系統要求的各項功能要由軟件編程來實現。實際的智能密碼鎖監控系統含有較多單個的密碼鎖，因此，系統的軟件設計功能較多而復雜，而且層次比較多。因此在設計上首先采用了計算機多任務處理的先進技術，前臺完成命令響應、各模塊調用以及實時密碼鎖狀態的動態圖形化顯示等，后臺負責實時監視門鎖控制器發送的密碼鎖狀態變化事件、定時巡檢現場的密碼鎖控制器、報警處理等；在編程技術上采用先進的VCL組件開發技術，應用多線程技術進行多任務處理；其次，采用模塊化程序設計，把一個大的程序劃分為若干個小的功能模塊，每個模塊之間既相互獨立又相互聯系，這樣可以提高軟件的可維護性、可讀性、可靠性和高效性。

4 結 語

本文簡單地對密碼鎖監控系統的系統總體結構和硬件電路進行了描述，并以AT89C2051單片機為核心，完成主要的硬件電路設計。同時，就實現電路功能的軟件編程要注意的問題做了說明。

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