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1、 摘 要近年来，美国的达拉斯半导体公司（DALLAS SEMICONDUCTOR）推出了一项特有的单总线（1-Wire Bus）技术，它采用单根信号线，既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种单总线技术具有线路简单，硬件开销少，成本低廉，便于总线扩展和维护等优点。本文设计了一种基于ATMega16单片机和iButton的电子锁的控制器，从硬件和软件两方面阐述了ATMega16单片机对iButton电子锁进行控制的设计方法。首先，本文介绍了基于单总线的iButton电子锁的发展背景，单总线的原理以及现在国内外的iButton电子锁的发展现状。其次，介绍了基于ATMega16和i
2、Button的电子锁控制器的硬件设计。再次，介绍了该系统的软件设计，包括对iButton仿真模拟器的软件设计。最后，进行了系统的仿真和测试。结果表明，该ATMega16单片机能够对iButton进行各种控制，因此该基于ATMega16和iButton的电子锁控制器的设计达到了设计的要求。关键词：单总线,IButton,ATMega16注：本设计题目来源于教师的企业科研项目，项目编号为：1920 AbstractIn recent days, an American company named Dallas Semiconductor had launched the unique 1-Wire
3、 Bus Technology, which could transfer the clock signal and data simultaneously. One signal wire is its tool, and the transmission of it comprises a bidirectional way. Owing to the special design, the 1-Wire Bus Technology operates with simple lines, low hardware expenses and costs, being available t
4、o expand the bus circuit and implement maintenance.This paper designs a controller based on the ATMega16 microcontroller and iButton electronic lock, expounding how to control the iButton electronic lock by ATMega16 microcontroller from both the softwares and hardwares sides.At first, the developmen
5、t of the iButton electronic lock based on 1-Wire bus is introduced, accompanying the principle of 1-Wire Bus and the current condition of iButton electronic lock.Second, the hardware design of the controller based on ATMega16 and iButton is introduced. Third, the software design of the system is pre
6、sented, including a simulative software of iButton. Finally, the simulation and the test of the system are carried out. The results show that the ATMega16 microcontroller is able to conduct various controls on iButton, which eventually implies the eligibility of the designed electronic controllerKey
7、 words: 1-Wire Bus, iButton, ATMega16目 录1绪 论11.1题目背景及目的11.2国内外发展现状21.2.1单总线技术31.2.2多密钥iButton-DS199141.3论文的主要内容62系统的硬件设计72.1开发环境介绍Proteus72.2AVR单片机简介82.3系统硬件电路构成92.3.1系统主控制器102.3.2系统显示器112.3.3系统单总线接线112.3.4系统iButton模拟器122.3.5系统控制键盘133软件设计153.1主控制器设计153.1.1LCD显示器模块设计163.1.2总线基本操作模块203.1.3总线主要功能模块233.
8、2iButton模拟器设计263.2.1模拟器总线基本操作模块273.2.2模拟器主要功能模块284系统的仿真314.1主控制器ROM操作仿真314.2主控制器存储器操作仿真32结 论34参 考 文 献35致 谢361 绪 论1.1 题目背景及目的门禁系统1发展到今天，旧式的机械门锁已逐步加上电子的成分，电子门锁已开始广泛地在一些机密单位、高级宾馆及宅区得到使用。在密码锁、磁卡、IC卡等名目纵多的电子门锁中,由于条形码、磁卡、IC卡等构成的数字识别系统存在着携带不便、易受损坏、不能应用于恶劣环境等不足2；指纹识别系统、人像识别系统有着很高的安全性，不存在以上所说的问题，但是，开发起来十分繁琐，
9、且由于数据量大，由于iButton电子琐保密性强、使用方便、耐用，作为更新一代产品脱颖而出，引起了广泛内的关注。iButton是Information Button的简称，它是一种能够授权给持有它的人的一种电子元件，每一颗iButton内的存储器是记录着一组独一无二的识别码（有64位二进制码组成）3，当iButton接触到门锁的蓝点接收器时，识别码便会被读出。iButton的外型为纽扣状（形同纽扣电池状），封装在耐用的不锈钢外壳内，可在恶劣的环境中使用。除用它可加一个把做成钥匙外，还可以做在戒指上、或装在皮夹上等，使用十分方便。iButton电子锁正是用iButton作为钥匙，当来到受管制的地
10、方，只要将iButton钥匙轻轻接触锁上的蓝点接收器，只要识别码与接收器中存的码相同，门即打开，便马上可以进出。除此之外，系统管理员还可以指定哪扇门，何时，由谁能够打开。储存锁内部的进出资料档可以记录最近的1240笔门锁操作记录。iButton利用单总线技术来与外界沟通，数字化单总线技术4 是Dallas独特的单线传输协定。每个iButton LP中的DS3708都有一个MicroLAN脚，它可连到Host PC作为资料传输。因MicroLAN具有multidrop的功能，数个锁可同时连到Host PC，由Host PC监控。iButton电子提供online和offline两种操作模式。在o
11、nline模式下，各个锁皆能够快速更新资料库，而相对应的分散式管理则意味着使用者能立即得到回应。iButton电子锁完全具备这两项条件。iButton电子锁以其灵活方便的操作方式和极强的保密性能被广泛地利用于门锁、车库锁、电梯控制、汽车防盗等领域4，必将成为新一代电子锁中的佼佼者。本课题即以上述问题为出发点，设计实现了基于ATMega16和iButton的电子锁控制器，该系统不仅实现了ATMega16单片机对iButton的读写操作，而且能够迅速处理数据，并将处理结果通过友好的界面显示给用户，并且使用另一个单片机模拟iButton的输入输出时序和各种功能操作，这样在进行系统开发时便可在Prot
12、eus这个软件里面仿真了，不用真的下载到开发板后再进行仿真，从而提高了系统开发的效率。1.2 国内外发展现状 iButton是基于1-Wire总线技术发展起来的，1-Wire总线与目前多数标准串行数据通信方式如SPI/I2C/MICROWIRE不同，采用单根信号线，既传输时钟又传输数据，同时还为从机（Slave）提供寄生电源，数据传输是双向半工的。由于它只有一个信号线,因此具有节省I/O口线资源、结构简单、成本低廉、便于扩展和维护等优点6。基于以上的优点，国内外对1-Wire总线的开发已经十分广泛。例如，基于1-Wire信号采集系统、基于1-Wire总线的分布式温湿度测控系统、1-Wire总线
13、协议的数字IC温度传感器等。美国达拉斯半导体公司（Dallas Semiconductor Corporation）在99年推出的1种智能化信息载体信息纽扣（iButton），较好地解决了数字识别系统存在的这些问题，为开发更加完善、新颖的数字识别系统提供了技术支持和实现手段7。由于iButton方便、可靠的特点，越来越得到广泛的开发应用，美国的DALLAS公司一直在进行1-Wire的研制和开发，国内像远志科技公司就专门提供1-Wire完整的解决方案。iButton的应用包括替代现金用于小额交易、搬运系统、停车计时器、自动贩卖机、巡检系统、考勤门禁系统等。iButton采用直径17mm、厚36m
14、m的钮扣状不锈钢外壳封装。内部由I/O处理器和存储器两个基本部分组成，某些应用于特殊场合的iButton还内置有感温、时钟。iButton以1-Wire规范作为通信协议，仅用1根数据线来实现与外界的信息交换。本文研究的内容就是对1-Wire总线和多密钥iButton的介绍,并设计基于ATMega16的iButton电子锁控制器。1.2.1 单总线技术单总线技术(1-Wire)是Maxim全资子公司Dallas的一项专有技术。Dallas半导体公司1-Wire器件采用一种特殊的接口协议，通过单条连接线解决了控制、通信和供电，降低了系统成本并简化了设计。1-wire芯片包含多种功能的器件，例如电子
15、标识、传感器、控制和存储等，既有各种传统的IC封装形式，还可提供超小型CSP、不锈钢恺装iButtons等新型封装。单总线(1-Wire)技术与目前多数标准的串行数据通信方式(如I2C串行总线)不同，它将地址线、数据线、控制线合为一根信号线，采用单根信号线双向传输，允许在这根信号线上挂上百个由Dallas公司提供的芯片控制的对象，具有节省I/O口线资源、结构简单、成本低廉、便于总线扩展等优点。 单总线的工作原理顾名思义，单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换、控制都由这根线完成。设备（主机或从机）通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其它设备使用总线。单总线通常要求外接一个约为4.7k的上拉电阻，这样，当总线闲置时，其状态为高电平。主机和从机之间的通信可通过3个步骤完成，分别为初始化1-wire器件、识别1-wire器件和交换数据。由于它们是主从结构，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，因此主机访问1-wire器件都必须严格遵循单总线命令序列，即初始化、ROM、命令功能命令。如果出现序列混乱，1-w
