Uniwersalny zamek K T Y
P R O J E szyfrowy
Uniwersalny zamek
szyfrowy
kit AVT-311
Na łamach EP (EP4/93)
opis zamka szyfrowego był
juł prezentowany. Oto jego
kolejna wersja, kt�rej
konstrukcja została oparta na
mikrokontrolerze PIC16C84.
Mikrokontroler PIC16C84 po- -prostot� układową;
słułył do konstrukcji prostego -mołliwie dułą liczb� kombinacji
zamka cyfrowego. Cechą wyr�ł- kodowych, a wcale nie muszą to
niającą go w swej klasie jest re- byĘ ciągi liczbowe, wynoszącą
programowalnośĘ w układzie - pa- 1163;
mi�Ę programu i fragment pami�ci -odpornośĘ na wyłączenie zasila-
danych są typu EEPROM. Poza nia, polegającą na tym, łe kod
tym ma on wszystkie cechy cha- otwarcia jest pami�tany niezaleł-
rakterystyczne dla procesor�w nie od zasilania układu.
PIC16CXX: Na rys.1 pokazano schemat
-architektura harwardzka, czyli elektryczny zamka szyfrowego.
pami�Ę programu i pami�ci da- Sercem urządzenia, i zarazem je-
nych są rozdzielone; dynym układem scalonym, jest
-wszystkie rozkazy są wykonywa- mikroprocesor PIC16C84. Zapisa-
ne w czterotaktowym cyklu; ny w nim program steruje całym
-układ watchdoga ma niezalełny urządzeniem. Do linii port�w pro-
od systemowego zegar; cesora dołączono klawiatur� mat-
-cztery rodzaje oscylator�w zega- rycową 3x4, tranzystor włączający
ra systemowego; przeka�nik PK1, piszczyk oraz
-jednopoziomowy układ przerwa� dwie diody LED, słułące do syg-
o priorytetach �r�deł ustawia- nalizacji stanu zamka. Zasilanie
nych programowo; procesora, diod LED i klawiatury
-w pełni statyczna logika CMOS; zapewnia stabilizator typu
-szeroki zakres napi�Ę zasilania: LM7805. Zegar procesora jest ty-
2.0V do 6.0V; pu RC, nie ma bowiem potrzeby
-niewielki pob�r mocy. stosowania kwarcu, jeśli układ
Dodatkowo, opr�cz 36 8-bito- nie wykonuje precyzyjnych po-
wych rejestr�w, dla programisty miar�w czasu. Na tym w zasadzie
dost�pna jest r�wnieł nieulotna mołna zako�czyĘ opis budowy
64-bajtowa pami�Ę EEPROM. zamka. Bardziej interesujący jest
Wprawdzie producent dostarcza program zapisany w pami�ci mik-
wersj� co najwyłej 10MHz, ale rokontrolera.
trzeba pami�taĘ, łe taki zegar Zanim om�wimy program za-
odpowiada zegarowi 30MHz w ar- mka, skupmy si� na chwil� na
chitekturze procesora z rodziny klawiaturze. Jest to klawiatura
'51. Do naszych zastosowa� to ał membranowa, wykonana w wersji
nadto. bez opisu klawiszy. Opis klawiszy
jest sprawą ułytkownika, czyli
Opis układu zamiast standardowych napis�w
Nasz zamek posiada nast�pu- ułytkownik mołe, w formie pod-
jące walory: kładu, przyjąĘ własny układ kla-
Elektronika Praktyczna 1/97
33
Uniwersalny zamek szyfrowy
ADR jest modyfikowana oraz
sprawdzane jest, czy jest to kod
klawisza # (rys.2), gdył naciśni�-
cie klawisza # oznacza zako�cze-
nie wprowadzania kodu otwarcia.
Dwukrotne błyśni�cie i ciągłe
świecenie si� diody zielonej oraz
włączenie przeka�nika jest sygna-
łem, łe zamek został otwarty.
W stanie otwarcia zamka ist-
nieje mołliwośĘ zmiany kodu ot-
warcia. Ałeby utrudniĘ osobom
niepowołanym tego rodzaju mani-
pulacje, zakodowano r�wnieł do-
st�p do procedury szyfrującej.
Tym razem jest to kod stały : 1-
5-8-0-*. Podanie takiej sekwencji
znak�w spowoduje przeniesienie
sterowania na początek programu,
do procedury szyfrującej. Pomyłka
w jej wprowadzaniu oznacza, łe
trzeba b�dzie ją powt�rzyĘ od
początku. Sam znak gwiazdki za-
myka zamek.
Jełeli kod odczytanej kom�rki
i kod klawisza r�łnią si� od sie-
bie, program przechodzi do p�tli
Rys. 1. Schemat elektryczny zamka szyfrowego.
obok i w niej oczekuje na naciś-
wiatury. Na rys.2, dla potrzeb Zmienna EEADR widoczna na ni�cie klawisza #, juł bez por�w-
tego artykułu, przyj�to układ kla- rys.3 jest zmienną systemową nywania wspomnianych wartości.
wiatury telefonicznej. Dalej poka- oznaczającą biełący adres pami�ci Kiedy juł ten klawisz zostanie
łemy, jak stworzyĘ inny układ EEPROM mikrokontrolera. Do niej naciśni�ty, zielona dioda LED oś-
klawiatury. zapisuje si� wst�pnie wartośĘ od- miokrotnie zabłyśnie i zapali si�
powiadającą adresowi najstarszej dioda czerwona D1. Taka jest
Algorytm pracy procesora kom�rki pami�ci. sygnalizacja podania bł�dnego ko-
Algorytm programu pokazano Odczyt klawiatury w tym urzą- du otwarcia. W tym stanie mik-
na rys.3 i 4. Rys.3 dotyczy algo- dzeniu jest sekwencyjny. Klawia- rokontroler pozostanie ał do na-
rytmu programu gł�wnego, zaś tura jest matrycą włącznik�w 3x4. ciśni�cia dowolnego klawisza.
rys.4 przedstawia procedur� szyf- Co pewien czas, zalełny od we- Wtedy program powr�ci na począ-
rującą kod otwarcia. wn�trznego układu timera, spraw- tek procedury otwierania zamka,
Po restarcie procesora nast�pu- dzany jest stan klawiszy. Wykry- dając kolejną szans� na jego ot-
je sprawdzenie, czy pami�Ę EEP- cie naciśni�cia klawisza powoduje warcie.
ROM nie zawiera kodu. Brak zapis jego kodu do bufora klawia- Opiszemy teraz procedur� szyf-
kodu oznacza, łe we wszystkich tury. Przy zwolnionych przycis- rowania kodu otwarcia zamka. Jak
64 bajtach pami�ci jest zapisana kach klawiatury w buforze jest to widaĘ na rys.4, wejście do niej
liczba 0FFH. Naleły wi�c wywo- wpisywany kod 0FFH. Procedura jest sygnalizowane zapaleniem si�
łaĘ procedur� szyfrującą kod ot- odczytu klawiatury najpierw ocze- obu diod, czerwonej i zielonej.
warcia. O procedurze szyfrującej kuje na naciśni�cie klawisza, a po- Ustawiany jest adres początkowy
napiszemy dalej, teraz doko�czy- tem na jego zwolnienie, zapisując
my omawianie programu gł�wne- kod naciśni�tego klawisza do
go. Po wykryciu zapisu danych osobnej kom�rki pami�ci danych.
w pami�ci EEPROM procedura Po odczytaniu klawiatury,
szyfrowania jest omijana i zamek w celu potwierdzenia jej naciśni�-
jest zamykany. W ten spos�b cia, dioda koloru zielonego (na
układ broni si� przed pr�bą roz- schemacie z rys.1 jest to dioda
kodowania poprzez wyłączenie za- D2) błyśnie kr�tko, a piszczyk
silania. r�wnie kr�tko zapiszczy (przy-
Po zako�czeniu kodowania jmijmy dla uproszczenia opisu, łe
zamka nast�puje jego zamkni�cie. jeśli dioda D2 błyśnie, to r�wnieł
Zrobiono to w celu natychmiasto- odzywa si� piszczyk). Nast�puje
wego sprawdzenia poprawności odczyt kom�rki pami�ci EEPROM
kodu otwarcia. Przechodzimy za- o adresie zawartym w EEADR. Jeś-
tem do właściwej procedury ot- li kod odczytanej kom�rki i kod
Rys. 2. Wygląd klawiatury
wierania zamka. klawisza są zgodne, zmienna EE-
membranowej.
Elektronika Praktyczna 1/97
34
Uniwersalny zamek szyfrowy
WR, RD, kt�re są bitami rejestru
EECON1. Zmienna EEADR, jak
juł wyłej napisano, pami�ta adres
kom�rki pami�ci, w zmiennej EE-
DATA zawarto daną przeznaczoną
do zapisu albo b�dzie tam dana
odczytana z pami�ci EEPROM.
Wska�nik RD, poprzez jego
ustawienie, inicjuje odczyt z ko-
m�rki pami�ci o adresie zawar-
tym w EEADR. Ustawiony
wska�nik WR, po zezwoleniu
przez ustawienie wska�nika
WREN, inicjuje zapis do pami�ci
EEPROM. Zapis do niej jest ob-
warowany dodatkowymi warunka-
mi. Przed zapisem właściwego
bajtu naleły:
-do EEADR wpisaĘ właściwy ad-
res kom�rki pami�ci EEPROM;
-do EEDATA wpisaĘ daną do
zapisu;
-ustawiĘ bit WREN;
-wyłączyĘ system przerwa�
w mikrokontrolerze;
-do rejestru EECON2 wpisaĘ 55H;
-do rejestru EECON2 wpisaĘ 0A-
AH;
-włączyĘ system przerwa� w mik-
rokontrolerze;
-ustawiĘ bit WR inicjujący zapis.
Tak skomplikowany spos�b za-
pisu jest podyktowany ch�cią za-
pewnienia maksymalnej ochrony
danych przed ich utratą. W mo-
mencie zerowania mikrokontrolera
nie mołna przewidzieĘ, czy przy-
padkiem nie nastąpi inicjacja za-
pisu poprzez ustawienie bitu WR.
Ustawienie takiej bariery prak-
tycznie uniemołliwia taki przypa-
dek. Jeśli załołymy, łe taka sek-
wencja rozkaz�w, jak wyłej wy-
mieniona jest mołliwa, to przy 14
bitach słowa procesora i potrzeb-
nych do zapisu co najmniej 6 sł�w
programu, prawdopodobie�stwo
samorzutnego pojawienia si� właś-
ciwej sekwencji zapisującej jest
r�wne 1/(214*6) = 5.17x10-26.
Rys. 3. Algorytm procedury głównej zamka szyfrowego.
Naleły wiedzieĘ, łe czas trwa-
pami�ci EEPROM, nast�puje od- obraziĘ sobie pracowite nia zapisu wynosi ok. 10ms,
czyt klawiatury z jednoczesnym �wklepywanie� tak wielkiej liczby dlatego w przypadku pr�by zapi-
błyśni�ciem diody zielonej. znak�w. W razie pomyłki proces su sekwencji bajt�w warto sko-
Zmienna EEADR mołe byĘ tak wprowadzania kodu otwarcia na- rzystaĘ z systemu przerwa�, kt�ry
długo dekrementowana (jej war- leły zacząĘ od początku. ma mołliwośĘ obsługi przerwania
tośĘ jest zmniejszana o 1), ał Kilku sł�w wyjaśnienia wyma- od zako�czenia zapisu do pami�ci
osiągnie wartośĘ 0, wtedy proce- ga zapis i odczyt pami�ci EEP- EEPROM. W opisywanym urządze-
dura jest automatycznie zako�czo- ROM. Dost�p do pami�ci EEP- niu taka potrzeba nie wyst�powa-
na. Procedur� szyfrowania mołna ROM jest mołliwy poprzez jed- ła ze wzgl�du na długie czasy
zako�czyĘ wcześniej poprzez na- nobajtowe okno, obsługiwane odczytu klawiatury, dochodzące
ciśni�cie klawisza # i ten przypa- przez trzy rejestry - EECON2, do 1 sekundy. Bit WR jest auto-
dek b�dzie w praktyce cz�ściej EEADR i EEDATA - oraz przez matycznie zerowany po zako�cze-
spotykany, poniewał trudno wy- trzy zmienne jednobitowe: WREN, niu procesu zapisu.
Elektronika Praktyczna 1/97
35
Uniwersalny zamek szyfrowy
szy. Kałdy pin taś-
my połączeniowej
klawiatury został
opisany jako ciąg
znak�w podłączo-
nych do danego pi-
nu. Ałeby uzyskaĘ
zwarcie po naciś-
ni�ciu konkretnego
klawisza, naleły na
rys.6 znale�Ę go na
dw�ch r�łnych
n�łkach opisu złą-
cza JP1.
W czasie uru-
chomienia zasilamy
układ ze �r�dła na-
pi�cia 12V. Przed
Rys. 5. Płytka drukowana zamka szyfrowego.
włołeniem proce-
sora PIC naleły na n�łkach 14 Inne oznakowanie
i 5 podstawki sprawdziĘ obecnośĘ klawiatury
napi�cia zasilającego procesor, wy- Autor celowo przewidział sto-
noszącego 5V. sowanie klawiatury membranowej
Teraz naleły bardzo uwałnie bez opisu. Wprowadzanie kilku-
post�powaĘ, aby nie doprowadziĘ nastocyfrowych ciąg�w liczb nie
do sytuacji, w kt�rej nie b�dzie jest wygodne, a tylko takie ciągi
znany kod otwarcia zamka. Wkła- zapewnią znaczną trudnośĘ otwo-
damy procesor w podstawk�, włą- rzenia zamka. Autor proponuje
czamy zasilanie. Po pierwszym dwie zasady kodowania. Kiedyś,
włączeniu jest uruchamiana pro- w nie tak odległych czasach, gdy
cedura szyfrowania kodu otwar- komputery były marzeniem fan-
cia, czyli obie diody si� świecą. tast�w, do pami�tania np. cyfr
Za pierwszym razem naleły wpro- liczby pi uływano łatwych do
wadziĘ szyfr jednoznakowy, ko�- zapami�tania sentencji. Liczba li-
cząc go znakiem #. Potem trzeba ter poszczeg�lnych sł�w określała
Rys. 4. Algorytm procedury
go sprawdziĘ, pr�bując wpisaĘ kolejną cyfr�. Np. �Daj, o pani,
szyfrującej.
ten sam szyfr. Zamek powinien o boska Mnemozyno, pi liczb�...�
Proces odczytu nie wymaga tak si� otworzyĘ, co b�dzie sygnali- W naszym zamku, zamiast pa-
skomplikowanej obsługi. Wystar- zowane stałym świeceniem diody mi�taĘ długie ciągi cyfr, zapami�-
czy ustawiĘ bit RD bajtu kontrol- zielonej. tajmy znany nam zwrot, kt�rego
nego EECON1. Po zako�czeniu W stanie otwarcia zamka mo- liczba liter poszczeg�lnych sł�w
transmisji danej do EEDATA, bit łemy zmieniĘ kod na obrany
RD zostanie automatycznie wyze- przez nas. Musimy nacisnąĘ po
rowany. kolei klawisze 1-5-8-0-*. Naciśni�-
cie kałdego z tych klawiszy jest
Montał i uruchomienie sygnalizowane jednym piśni�ciem
Rys.5 przedstawia rozmieszcze- piszczyka i jednym błyśni�ciem
nie element�w na płytce. Projekt diody zielonej. Wybranie innego
płytki drukowanej przedstawiono klawisza lub zmiana kolejności
na wkładce wewnątrz numeru. spowoduje dwukrotne piśni�cie
Montał płytki zaczynamy od wlu- piszczyka i dwukrotne błyśni�cie
towania podzespoł�w na swoje diody zielonej. Wtedy, chcąc prze-
miejsce na płytce. Pod mikrokon- kodowaĘ zamek, musimy wprowa-
troler proponujemy zastosowaĘ dzaĘ od początku t� sekwencj�
podstawk�. Nie zapomnijmy znak�w. Zamkni�cie zamka pole-
o właściwym wlutowaniu diod ga na przyciśni�ciu klawisza *.
o odpowiednich kolorach na Wybranie bł�dnego kodu za-
swoich miejscach. Podłączamy ko�czy si� ośmiokrotnym błyśni�-
klawiatur� do złącza JP1. Układ ciem diody zielonej i ciągłym
połącze� wewn�trznych klawiatu- świeceniem diody czerwonej.
ry przedstawiono na rys.6. Taśma Diod� czerwoną mołna zgasiĘ
wychodząca z klawiatury ma sie- dowolnym klawiszem i zacząĘ
dem ściełek, taka jest bowiem wprowadzanie kodu od począt-
Rys. 6. Układ połączeń klawiatury
sumaryczna liczba kolumn i wier- ku.
membranowej 3x4.
Elektronika Praktyczna 1/97
36
Uniwersalny zamek szyfrowy
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1, R2, R3, R5: 10k&! (5,6k&!�20k&!)
R4, R8: 200&! (180&!�300&!)
R6, R7: 100k&!
Kondensatory
C1, C2, C6: 100nF (47nF�150nF)
C3, C4: 100�F/25V
C5: 240pF
Półprzewodniki
D1: Dioda LED Ć5 koloru
czerwonego
D2: Dioda LED Ć5 koloru
zielonego
Q1: BD643, BD645, BD647, BD649 Rys. 7. Wkładki kodowe dla zwrotów CHRZ
SKRZYBOCZEK i APELAJDA
S
KLIWA.
U1: PIC16C84-04/P, PIC16C84-10/P
- zaprogramowany
b�dzie oznaczaĘ cyfry kodu. nisława Lema, a jego ksiąłki są
U2: LM7805, LM78M05
Drugim sposobem łatwiejszego pełne neologizm�w oraz wyraz�w
Różne
kodowania jest zakodowanie zwro- zupełnie niezrozumiałych i nie
JP1: rząd siedmiu złoconych
tu, przez zastąpienie układu do- posiadających znaczenia. Poniłej
pinów
tychczas om�wionej klawiatury te- podano dwa przykłady takich
JP2, JP3: Złącze ARK2
lefonicznej układem liter. Budowa zwrot�w. Są to:
PK1: przekaz
nik RA2, RA2P, RA2Z, klawiatury zapewnia łatwą wymian� CHRZ SKRZYBOCZEK
na napięcie 12V
wkładki opisującej klawisze. APELAJDA S KLIWA
Klawiatura membranowa 3x4 bez
Zakodowany zwrot powinien Na rys.7 pokazano układy kla-
opisu albo z opisem klawiatury
byĘ na tyle egzotyczny, aby nie wiatury dla obu tych zwrot�w.
telefonicznej
został łatwo rozpoznany. Autor Przyjemnego kodowania!
podstawka DIL18
jest miłośnikiem tw�rczości Sta- Mirosław Lach, AVT
Elektronika Praktyczna 1/97
37