電子密碼鎖(本科畢業(yè)設(shè)計(jì)完整版).doc

知識(shí)不僅是指課本的內(nèi)容,還包括社會(huì)經(jīng)驗(yàn)、文明文化、時(shí)代精神等整體要素,才有競爭力,知識(shí)是新時(shí)代的資本,五六十年代人靠勤勞可以成事；今天的香港要搶知識(shí),要以知識(shí)取勝 基于單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)摘 要在日常的生活和工作中 住宅與部門的安全防范、單位的文件檔案、財(cái)務(wù)報(bào)表以及一些個(gè)人資料的保存多以加鎖的辦法來解決若使用傳統(tǒng)的機(jī)械式鑰匙開鎖人們常需攜帶多把鑰匙 使用極不方便 且鑰匙丟失后安全性即大打折扣在安全技術(shù)防范領(lǐng)域具有防盜報(bào)警功能的電子密碼鎖逐漸代替了傳統(tǒng)的機(jī)械式密碼鎖電子密碼鎖具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等優(yōu)點(diǎn)本文從經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度出發(fā)采用美國Atmel公司的單片機(jī)AT89S51作為主控芯片與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元結(jié)合外圍的矩陣鍵盤輸入、LCD液晶顯示、報(bào)警、開鎖等用C語言編寫的主控芯片控制程序與EEPROM AT24C02讀寫程序相結(jié)合并用Keil軟件進(jìn)行編譯設(shè)計(jì)了一款可以多次更改密碼具有報(bào)警功能的電子密碼控制系統(tǒng)這種密碼鎖的電路設(shè)計(jì)具有防試探按鍵輸入、智能控制上鎖、開鎖、報(bào)警、修改密碼等多種功能密碼長度可變、保密性強(qiáng)、靈活性高、應(yīng)用日益廣泛 關(guān)鍵詞 密碼鎖 單片機(jī) 報(bào)警 LCD顯示Design of Electric Password Lock Based on MCUABSTRACTIn the daily life and the work the way to the houses and departments safe guard units document file the financial reporting as well as some individual material preservation almost need many locks. If we use tradition mechanical key to open the people often must carry many keys but it is not extremely convenient. If the key lost the security will decline greatly. In the safety work guard domain the lock with security warning function electronic combination have replaced the traditional mechanical combination lock gradually the electronic combination lock have the highly security the lowly cost the lowly power wastage easy to operate and so on merits. This article is based on the economical and practical point of view uses the United States Atmel Corporation AT89S51 microcontroller as a master chip and the data memory unit it combines with the external matrix keyboard input LCD digital display alarm unlock and so on circuits dominates by the C programming language chip EEPROM of the control procedures and carries on the translation with Keil software the password can be changed many times the electronic the password control also has the alarming function. This password lock circuit design has anti-test button input intelligent control lock unlock alarm and change the password multiple functions. Password length can be changed great security and high flexible than others it is widely used. Key Words： Password lock； MCU； Alarm； LCD Display 目 錄摘要第一章 緒論 1.1電子密碼鎖簡介.11.2電子密碼鎖的發(fā)展趨勢.11.3本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo).21.4設(shè)計(jì)方案簡介.2第二章 主要元器件介紹2.1主控芯片AT89S51.32.1存儲(chǔ)芯片AT24C02.62.3 LCD1602顯示器.72.4 晶體振蕩器.8第三章 硬件系統(tǒng)構(gòu)成3.1設(shè)計(jì)原理.103.2電路總體構(gòu)成.103.3電源輸入電路.113.4鍵盤輸入電路.123.5密碼存儲(chǔ)電路.123.6復(fù)位電路.133.7晶振電路.143.8顯示電路.143.9報(bào)警電路.153.10開鎖電路 .15第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1主程序流程圖.174.2按鍵軟件設(shè)計(jì).184.3密碼設(shè)置軟件設(shè)計(jì).194.4開鎖軟件設(shè)計(jì).20第五章 調(diào)試與實(shí)現(xiàn)5.1硬件調(diào)試 .215.2軟件調(diào)試 .215.3 Pruteus仿真.22結(jié)論與展望致謝參考文獻(xiàn)附錄 第一章 緒 論1.1 電子密碼鎖簡介 電子密碼鎖是一種通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作從而控制機(jī)械開關(guān)的閉合完成開鎖、閉鎖任務(wù)的電子產(chǎn)品它的種類很多有簡易的電路產(chǎn)品也有基于芯片的性價(jià)比較高的產(chǎn)品現(xiàn)在應(yīng)用較廣的電子密碼鎖是以芯片為核心通過編程來實(shí)現(xiàn)的其性能和安全性已大大超過了機(jī)械鎖其特點(diǎn)如下：1) 保密性好編碼量多遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈子鎖隨機(jī)開鎖成功率幾乎為零2) 密碼可變用戶可以隨時(shí)更改密碼防止密碼被盜同時(shí)也可以避免因 人員的更替而使鎖的密級下降3) 誤碼輸入保護(hù)當(dāng)輸入密碼多次錯(cuò)誤時(shí)報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)4) 無活動(dòng)零件不會(huì)磨損壽命長5) 使用靈活性好不像機(jī)械鎖必須佩帶鑰匙才能開鎖6) 電子密碼鎖操作簡單易行一學(xué)即會(huì)1.2 電子密碼鎖的發(fā)展趨勢 日常生活和工作中住宅與部門的安全防范、單位的文件檔案、財(cái)務(wù)報(bào)表以及一些個(gè)人資料的保存多以加鎖的辦法來解決目前門鎖主要用彈子鎖其鑰匙容易丟失；保險(xiǎn)箱主要用機(jī)械密碼鎖其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜制造精度要求高成本高且易出現(xiàn)故障人們常需攜帶多把鑰匙使用極不方便且鑰匙丟失后安全性即大打折扣針對這些鎖具給人們帶來的不便若使用機(jī)械式鑰匙開鎖為滿足人們對鎖的使用要求增加其安全性用密碼代替鑰匙的密碼鎖應(yīng)運(yùn)而生由于電子器件所限以前開發(fā)的電子密碼鎖其種類不多保密性差最基本的就是只依靠最簡單的模擬電子開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的制作簡單但很不安全在后為多是基于EDA來實(shí)現(xiàn)的其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜電子元件繁多也有使用早先的20引角的2051系列單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的但密碼簡單易破解隨著電子元件的進(jìn)一步發(fā)展電子密碼鎖也出現(xiàn)了很多的種類功能日益強(qiáng)大使用更加方便安全保密性更強(qiáng)由以前的單密碼輸入發(fā)展到現(xiàn)在的密碼加感應(yīng)元件實(shí)現(xiàn)了真真的電子加密用戶只有密碼或電子鑰匙中的一樣是打不開鎖的隨著電子元件的發(fā)展及人們對保密性需求的提高出現(xiàn)了越來越多的電子密碼鎖出于安全、方便等方面的需要許多電子密碼鎖已相繼問世但這類產(chǎn)品的特點(diǎn)是針對特定有效卡、指紋或聲音有效且不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制只能適用于保密要求高且供個(gè)人使用的箱、柜、房間等由于數(shù)字、字符、圖形圖像、人體生物特征和時(shí)間等要素均可成為鑰匙的電子信息組合使用這些信息能夠使電子防盜鎖獲得高度的保密性如防范森嚴(yán)的金庫需要使用復(fù)合信息密碼的電子防盜鎖組合使用信息也能夠使電子防盜鎖獲得無窮擴(kuò)展的可能使產(chǎn)品多樣化對用戶而言是千挑百選、自得其所可以看出組合使用電子信息是電子密碼鎖以后發(fā)展的趨勢1.3 本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo) 本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)為主控芯片結(jié)合外圍電路組成電子密碼鎖用戶想要打開鎖必先通過提供的鍵盤輸入正確的密碼才能將鎖打開密碼輸入錯(cuò)誤有提示為了提高安全性當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤三次將報(bào)警密碼可以有用戶自己修改設(shè)定鎖打開后才能修改密碼修改密碼之前必須再次輸入就的密碼在輸入新密碼的時(shí)候要二次確認(rèn)以防止誤操作1.4 設(shè)計(jì)方案簡介 采用以單片機(jī)為核心的控制方案 由于單片機(jī)種類繁多各種型號都有其一定的應(yīng)用環(huán)境因此在選用時(shí)要多加比較合理選擇以期獲得最佳的性價(jià)比一般來說在選取單片機(jī)時(shí)從下面幾個(gè)方面考慮：性能、存儲(chǔ)器、運(yùn)行速度、I/O口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行接口、模擬電路功能、工作電壓、功耗、封裝形式、抗干擾性、保密性除了以上的一些的還有一些最基本的比如：中斷源的數(shù)量和優(yōu)先級、工作溫度范圍、有沒有低電壓檢測功能、單片機(jī)內(nèi)有無時(shí)鐘振蕩器、有無上電復(fù)位功能等在開發(fā)過程中單片機(jī)還受到：開發(fā)工具、編程器、開發(fā)成本、開發(fā)人員的適應(yīng)性、技術(shù)支持和服務(wù)等等因素基于以上因素本設(shè)計(jì)選用單片機(jī)AT89S51作為本設(shè)計(jì)的核心元件利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的I/O端口及其控制的準(zhǔn)確性實(shí)現(xiàn)基本的密碼鎖功能在單片機(jī)的外圍電路外接輸入鍵盤用于密碼的輸入和一些功能的控制外接AT24C02芯片用于密碼的存儲(chǔ)外接LCD1602顯示器用于顯示作用當(dāng)用戶需要開鎖時(shí)先按鍵盤開鎖鍵之后按鍵盤的數(shù)字鍵09輸入密碼密碼輸完后按下確認(rèn)鍵如果密碼輸入正確則開鎖不正確顯示密碼錯(cuò)誤重新輸入密碼當(dāng)三次密碼錯(cuò)誤則發(fā)出報(bào)警；當(dāng)用戶需要修改密碼時(shí)先按下鍵盤設(shè)置鍵后輸入原來的密碼只有當(dāng)輸入的原密碼正確后才能設(shè)置新密碼新密碼輸入無誤后按確認(rèn)鍵使新密碼將得到存儲(chǔ)密碼修改成功第二章 主要元器件2.1主控芯片AT89S51單片機(jī)AT89S51功能介紹AT89S51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM-Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓高性能CMOS8位微處理器俗稱單片機(jī)該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中ATMEL的AT89S51是一種高效微控制器為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案AT89S51芯片引腳圖如圖2-1所示主要特性：與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級程序存儲(chǔ)器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 管腳說明：下面按其引腳功能分為四部分?jǐn)⑹鲞@40條引腳的功能 1、主電源引腳VSS和VSS AT89S51芯片引腳圖VSS-（40腳）接+5V電壓；VSS-（20腳）接地 2、外接晶體引腳XTAL1和XTAL2 XTAL1（19腳）接外部晶體的一個(gè)引腳在單片機(jī)內(nèi)部它是一個(gè)反相放大器的輸入端這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)對HMOS單片機(jī)此引腳應(yīng)接地；對SHMOS單片機(jī)此引腳作為驅(qū)動(dòng)端 XTAL2（18腳）接外晶體的另一端在單片機(jī)內(nèi)部接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端采用外部振蕩器時(shí)對HMOS單片機(jī)該引腳接外部振蕩器的信號即把外部振蕩器的信號直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端；對XHMOS此引腳應(yīng)懸浮 3、控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP RST/VPD（9腳）當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)在此腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位推薦在此引腳與VSS引腳之間連接一個(gè)約8.2k的下拉電阻與VSS引腳之間連接一個(gè)約10F的電容以保證可靠地復(fù)位 VSS掉電期間此引腳可接上備用電源以保證內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失當(dāng)VSS主電源下掉到低于規(guī)定的電平而VPD在其規(guī)定的電壓范圍（50.5V）內(nèi)VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源 ALE/PROG（30腳）：當(dāng)訪問外部存貯器時(shí)ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)即使不訪問外部存儲(chǔ)器ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號此頻率為振蕩器頻率的1/6因此它可用作對外輸出的時(shí)鐘或用于定時(shí)目的然而要注意的是每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖ALE端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）8個(gè)LS型的TTL輸入電路 對于EPROM單片機(jī)（如8751）在EPROM編程期間此引腳用于輸入編程脈沖（PROG） PSEN（29腳）：此腳的輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）期間每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效但在此期間每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)PSEN同樣可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出）8個(gè)LS型的TTL輸入 EA/VPP（引腳）：當(dāng)EA端保持高電平時(shí)訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器但在PS（程序計(jì)數(shù)器）值超過0FFFH（對851/8751/80S51）或1FFFH（對8052）時(shí)將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序當(dāng)EA保持低電平時(shí)則只訪問外部程序存儲(chǔ)器不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器對于常用的8031來說無內(nèi)部程序存儲(chǔ)器所以EA腳須常接地這樣才能只選擇外部程序存儲(chǔ)器 對于EPROM型的單片機(jī)（如8751）在EPROM編程期間此引腳也用于施加21V的編程電源（VPP）4控制或與其它電源復(fù)用引腳 RST/VpdALE/PROGPSEN 和EA/VppRST/Vpd 當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器同期的高電平（由低到高跳變）將使單片機(jī)復(fù)位在 VSS掉電期間此引腳可接上備用電源由 Vpd向內(nèi)部 RAM提供備用電源以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)ALE/PROG 正常操作時(shí)為ALE功能（允許地址錢存）提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器ALE引腳以不變的頻率（振蕩周期的1/6）周期性地發(fā)出正脈沖信號因此它可用作對外輸出的時(shí)鐘或用于定時(shí)目的但要注意每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE脈沖 ALE端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）八個(gè) LSTTL電路對于 EPROM型單片機(jī)在 EPROM編程期間此引腳接收編程脈沖（PROG功能）PSEN 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號輸出端在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）期間；PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效 PSEN 同樣可以驅(qū)動(dòng)八個(gè)LSTTL輸入EAVpp EA為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和外部程序存儲(chǔ)器選擇端當(dāng)EA為高電平時(shí)訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（PS值小于4K）當(dāng)EA為低電平時(shí)則訪問外部程序存儲(chǔ)器對于EPROM型單片機(jī)在EPROM編程期間此引腳上加21VEPROM編程電源（Vpp）5、輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2、P3（共32根） P0口（39腳至32腳）：是雙向8位三態(tài)I/O口在外接存儲(chǔ)器時(shí)與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型的TTL負(fù)載 P1口（1腳至8腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)輸入也不能鎖存故不是真正的雙向I/O口P1口能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載對8052、8032P1.0引腳的第二功能為T2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的外部輸入P1.1引腳的第二功能為T2EX捕捉、重裝觸發(fā)即T2外部控制端對EPROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)它接收低8位地址 P2口（21腳至28腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)它可以作為擴(kuò)展電路高8位地址總線送出高8位地址在對EPROM編程和程序驗(yàn)證期間它接收高8位地址P2可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載 P3口（10腳至17腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口在MSS-51中這8個(gè)引腳還用于專門功能是復(fù)用雙功能口P3能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載 作為第一功能使用時(shí)就作為普通I/O口用功能和操作方法與P1口相同作為第二功能使用時(shí)各引腳的定義如表所示 值得強(qiáng)調(diào)的是P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能表2-1 P3口管腳備選功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）2.2 存儲(chǔ)芯片AT24C02如圖2-2為AT24C02的芯片引腳圖圖2-2 AT24C02的芯片引腳圖特點(diǎn)：低壓和標(biāo)準(zhǔn)電壓運(yùn)行模式- 2.7 (VCC = 2.7V to 5.5V)- 1.8 (VCC = 1.8V to 5.5V)內(nèi)建128x8存儲(chǔ)序列2線制串行接口雙向數(shù)據(jù)傳送協(xié)議100kHz(1.8V2.5V2.7V) 和400kHz(5V)兼容寫同步時(shí)鐘(最大10ms)高可靠性極限：1M寫時(shí)鐘周期數(shù)據(jù)保存:100年不斷推進(jìn)的芯片等級擴(kuò)大了設(shè)備的可用溫度范圍AT24C02提供電可擦除的串行1024位存儲(chǔ)或可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)128字(8位/字)芯片在低壓的工業(yè)與商業(yè)應(yīng)用中進(jìn)行了最優(yōu)化設(shè)備操作：CLOCK 和DATA變化：SDA管腳通常外部要拉高SDA管腳上的數(shù)據(jù)只能在SCL低期間改變數(shù)據(jù)在SCL高期間改變定義為一個(gè)開始或停止信號開始狀態(tài)：在任何操作之前必須有一個(gè)開始信號-在SCL為高時(shí)SDA上產(chǎn)生一個(gè)下降沿停止?fàn)顟B(tài)： SCL為高時(shí)SDA產(chǎn)生一個(gè)上升沿是停止信號停止信號后將停止所有通信在一個(gè)讀的序列之后停止信號將讓EEPROM進(jìn)入備用電源模式2.3 LCD16022顯示器液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件如在計(jì)算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形1602型LCD顯示模塊具有體積小功耗低顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)1602型LCD可以顯示2行16個(gè)字符有8位數(shù)據(jù)總線D0-D7和RSR/WEN三個(gè)控制端口工作電壓為5V并且具有字符對比度調(diào)節(jié)和背光功能接口信號說明：1602型LCD的接口信號說明如表2-2所示表2-2 LCD1602接口信號說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極1602型LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:162個(gè)字符芯片工作電壓:4.5-5.5V工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm1602型LCD基本操作程序如下表所示：表2-3 LCD1602基本操作程序讀狀態(tài)輸入RS=LR/W=HE=H輸出D0-D7=狀態(tài)字寫指令輸入RS=LR/W=LD0-D7=指令碼E=高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸入RS=HR/W=HE=H輸出D0-D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=HR/W=LD0-D7=數(shù)據(jù)E=高脈沖輸出無2.4晶體振蕩器晶體振蕩器簡稱晶振其作用在于產(chǎn)生原始的時(shí)鐘頻率這個(gè)頻率經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率以聲卡為例要實(shí)現(xiàn)對模擬信號44.1kHz或48kHz的采樣頻率發(fā)生器就必須提供一個(gè)44.1kHz或48kHz的時(shí)鐘頻率如果需要對這兩種音頻同時(shí)支持的話聲卡就需要有兩顆晶振但是現(xiàn)在的娛樂級聲卡為了降低成本通常都采用SCR將輸出的采樣頻率固定在48kHz但是SRC會(huì)對音質(zhì)帶來損害而且現(xiàn)在的娛樂級聲卡都沒有很好地解決這個(gè)問題現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的是石英晶體振蕩器 石英晶體振蕩器是一種高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器石英晶體振蕩器也稱石英晶體諧振器它用來穩(wěn)定頻率和選擇頻率是一種可以取代LC諧振回路的晶體諧振元件石英晶體振蕩器廣泛地應(yīng)用在電視機(jī)、影碟機(jī)、錄像機(jī)、無線通訊設(shè)備、電子鐘表、單片機(jī)、數(shù)字儀器儀表等電子設(shè)備中為數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生時(shí)鐘信號和為特定系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號在單片機(jī)中為其提供時(shí)鐘頻率石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結(jié)晶體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片它可以是正方形、矩形或圓形等）在它的兩個(gè)對應(yīng)面上涂敷銀層作為電極在每個(gè)電極上各焊一根引線接到管腳上再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器簡稱為石英晶體或晶體、晶振其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的只要在晶體振子板極上施加交變電壓就會(huì)使晶片產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng)此現(xiàn)象即所謂逆壓電效應(yīng)當(dāng)外加電壓頻率等于晶體諧振器的固有頻率時(shí)就會(huì)發(fā)生壓電諧振從而導(dǎo)致機(jī)械變形的振幅突然增大 第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)原理 本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)、矩陣鍵盤、液晶顯示器和密碼存儲(chǔ)等部分組成其中矩陣鍵盤用于輸入數(shù)字密碼和進(jìn)行各種功能的實(shí)現(xiàn)由用戶通過連接單片機(jī)的矩陣鍵盤輸入密碼后經(jīng)過單片機(jī)對用戶輸入的密碼與自己保存的密碼進(jìn)行對比從而判斷密碼是否正確然后控制引腳的高低電平傳到開鎖電路或者報(bào)警電路控制開鎖還是報(bào)警實(shí)際使用時(shí)只要將單片機(jī)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本系統(tǒng)共有兩部分構(gòu)成即硬件部分與軟件部分其中硬件部分由電源輸入部分、鍵盤輸入部分、密碼存儲(chǔ)部分、復(fù)位部分、晶振部分、顯示部分、報(bào)警部分、開鎖部分組成軟件部分對應(yīng)的由主程序、初始化程序、LCD顯示程序、鍵盤掃描程序、啟動(dòng)程序、關(guān)閉程序、建功能程序、密碼設(shè)置程序、EEPROM讀寫程序和延時(shí)程序等組成 圖3-1 電子密碼鎖原理框圖3.2 電路總體構(gòu)成在確定了選用什么型號的單片機(jī)后就要確定在外圍電路其外圍電路包括電源輸入部分、鍵盤輸入部分、密碼存儲(chǔ)部分、復(fù)位部分、晶振部分、顯示部分、報(bào)警部分、開鎖部分組成根據(jù)實(shí)際情況鍵盤輸入部分選擇4*4矩陣鍵盤顯示部分選擇字符型液晶顯示LCD1602密碼存儲(chǔ)部分選用AT24C02芯片來完成其原理圖如圖3-2所示： 圖3-2 電路總體結(jié)構(gòu)圖3.3 電源輸入電路密碼鎖主要控制部分電源需要用5V直流電源供電其電路如圖3-3所示而5V電源輸入時(shí)往往伴有雜波所以加一個(gè)2.2uF的電容濾波這樣輸出的電壓一般能滿足要求圖3-3 電源輸入電路原理圖3.4 鍵盤輸入電路 由于本設(shè)計(jì)所用到的按鍵數(shù)量較多而不適合用獨(dú)立按鍵式鍵盤采用的是矩陣式按鍵鍵盤它由行線和列線組成也稱行列式鍵盤按鍵位于行列的交叉點(diǎn)上密碼鎖的密碼由鍵盤輸入完成與獨(dú)立式按鍵鍵盤相比要節(jié)省很多I/O口本設(shè)計(jì)中使用的這個(gè)4*4鍵盤不但能完成密碼的輸入還能作特別功能鍵使用比如清空顯示功能等鍵盤的每個(gè)按鍵功能在程序設(shè)計(jì)中設(shè)置 其大體功能（看鍵盤按鍵上的標(biāo)記）及與單片機(jī)引腳接法如圖3-4所示：圖3-4 鍵盤輸入原理圖3.5 密碼存儲(chǔ)電路 AT24C02是ATMEL公司的2KB字節(jié)的電可擦除存儲(chǔ)芯片采用兩線串行的總線和單片機(jī)通訊電壓最低可以到2.5V額定電流為1mA靜態(tài)電流10Ua(5.5V)芯片內(nèi)的資料可以在斷電的情況下保存40年以上而且采用8腳的DIP封裝使用方便其電路如圖3-5所示圖中1、2、3腳是三條地址線用于確定芯片的硬件地址在AT89S51上它們都能接地第5腳和第8腳分別為正、負(fù)電源AT24C02中帶有片內(nèi)地址寄存器每寫入或讀出一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后該地址寄存器自動(dòng)加1以實(shí)現(xiàn)對下一個(gè)儲(chǔ)存單元的讀寫所有字節(jié)均以單一操作方式讀取3.6 復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)并從這個(gè)狀態(tài)開始工作例如復(fù)位后PC0000H使單片機(jī)從第-個(gè)單元取指令無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時(shí)還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位在復(fù)位期間（即RST為高電平期間）P0口為高組態(tài)P1P3口輸出高電平；外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號PSEN無效地址鎖存信號ALE也為高電平根據(jù)實(shí)際情況選擇如圖2-8所示的復(fù)位電路該電路在最簡單的復(fù)位電路下增加了手動(dòng)復(fù)位按鍵在接通電源瞬間電容C1上的電壓很小復(fù)位下拉電阻上的電壓接近電源電壓即RST為高電平在電容充電的過程中RST端電壓逐漸下降當(dāng)RST端的電壓小于某一數(shù)值后CPU脫離復(fù)位狀態(tài)由于電容C1足夠大可以保證RST高電平有效時(shí)間大于24個(gè)振蕩周期CPU能夠可靠復(fù)位增加手動(dòng)復(fù)位按鍵是為了避免死機(jī)時(shí)無法可靠復(fù)位當(dāng)復(fù)位按鍵按下后電容C1通過R5放電當(dāng)電容C1放電結(jié)束后RST端的電位由R11與R15分壓比決定由于R11R15 因此RST為高電平CPU處于復(fù)位狀態(tài)松手后電容C1充電RST端電位下降CPU脫離復(fù)位狀態(tài)R11的作用在于限制按鍵按下瞬間電容C1的放電電流避免產(chǎn)生火花以保護(hù)按鍵觸電 圖3-6 復(fù)位電路原理圖3.7 晶振電路 AT89C51引腳XTAL1和XTAL2與晶體振蕩器及電容C2、C1按圖3-7所示方式連接晶振、電容C2C3及片內(nèi)與非門（作為反饋、放大元件）構(gòu)成了電容三點(diǎn)式振蕩器振蕩信號頻率與晶振頻率及電容C1、C2的容量有關(guān)但主要由晶振頻率決定范圍在033MHz之間電容C2、C3取值范圍在530pF之間根據(jù)實(shí)際情況本設(shè)計(jì)中采用12MHZ做系統(tǒng)的外部晶振電容取值為20pF 圖3-7 晶振電路原理圖3.8 顯示電路 為了提高密碼鎖的密碼顯示效果能力本設(shè)計(jì)的顯示部分由液晶顯示器LCD1602取代普通的數(shù)碼管來完成只有按下鍵盤上的開啟按鍵后顯示器才處于開啟狀態(tài)同理只有按下關(guān)閉按鍵后顯示器才處于關(guān)閉狀態(tài)否則顯示器將一直處于初始狀態(tài)當(dāng)需要對密碼鎖進(jìn)行開鎖時(shí)按下鍵盤上的開鎖按鍵后利用鍵盤上的數(shù)字鍵09輸入密碼每按下一個(gè)數(shù)字鍵后在顯示器上顯示一個(gè)*輸入多少位就顯示多少個(gè)*當(dāng)密碼輸入完成時(shí)按下確認(rèn)鍵如果輸入的密碼正確的話 LCD子顯示RIGHT單片機(jī)其中P2.0引角會(huì)輸出低電平使三極管T2導(dǎo)通電磁鐵吸合電子密碼鎖被打開如果密碼不正確LCD顯示屏?xí)@示ERRORP2.0輸出的是高電平電子密碼鎖不能被打開通過LCD顯示屏可以清楚的判斷出密碼鎖所處的狀態(tài) 其顯示部分引腳接口如圖3-8所示：圖3-8 顯示電路原理圖3.9 報(bào)警電路 報(bào)警部分由陶瓷壓電發(fā)聲裝置及外圍電路組成加電后不發(fā)聲當(dāng)有鍵按下時(shí)叮聲每按一下發(fā)聲一次密碼正確時(shí)不發(fā)聲直接開鎖當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)單片機(jī)的P2.1引腳為低電平三極管T3導(dǎo)喇叭發(fā)出噪鳴聲報(bào)警如圖3-9所示： 圖3-9 報(bào)警電路原理圖3.10 開鎖電路通過單片機(jī)開鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)電路驅(qū)動(dòng)電磁鎖吸合從而達(dá)到開鎖的目的其原理如圖3-10所示圖3-10密碼鎖開鎖機(jī)構(gòu)示意圖當(dāng)用戶輸入的密碼正確時(shí)單片機(jī)便輸出開門信號送到開鎖驅(qū)動(dòng)電路然后驅(qū)動(dòng)電磁鎖達(dá)到開門的目的其實(shí)際電路如圖3-11所示電路由驅(qū)動(dòng)和開鎖兩級組成由D1、R12、Q1組成驅(qū)動(dòng)電路其中Q1可以選擇普通的小功率三極管如8050、9018都可以滿足要求D1是開鎖指示燈；由D2、C5組成開鎖其中D2、C5是為了消除電磁鎖可能產(chǎn)生的反向高電壓以及可能產(chǎn)生的電磁干擾電磁鎖的選用要視情況而定但是吸合力要足夠且有一定的余量在設(shè)計(jì)中暫時(shí)用發(fā)光二極管代替電磁鎖發(fā)光管亮表示開鎖；滅表示沒有開鎖 圖3-11 開鎖電路原理圖第四章 軟件程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)由主程序、初始化程序、LCD顯示程序、鍵盤掃描程序、鍵功能程序、密碼設(shè)置程序、EEPROM讀寫程序和延時(shí)程序等組成4.1主程序流程圖如圖4-1 為主程序流程圖開始接上電源程序進(jìn)行初始化設(shè)置然后在鍵盤上輸入密碼此系統(tǒng)進(jìn)行鍵盤掃描密碼正確開鎖成功密碼錯(cuò)誤3次出錯(cuò)報(bào)警選擇是否修改密碼若要修改密碼先輸入舊密碼密碼正確后設(shè)置新密碼錯(cuò)誤時(shí)報(bào)警需要兩次確認(rèn)新密碼確認(rèn)后密碼修改成功否則結(jié)束最終返回然后啟動(dòng)程序進(jìn)行保護(hù)再次在鍵盤上輸入密碼系統(tǒng)進(jìn)行掃描如果和之前一樣則執(zhí)行相同程序如不是則執(zhí)行另一種程序圖4-1主程序流程圖4.2 按鍵軟件設(shè)計(jì) 如圖4-2按鍵功能流程圖在按鍵當(dāng)中有與輸入、開鎖、清除、設(shè)置、確認(rèn)的程序相對應(yīng)的按鍵并按順序與輸入的數(shù)相比較當(dāng)輸入正確時(shí)進(jìn)入密碼程序錯(cuò)誤時(shí)進(jìn)行清除輸入兩次新密碼正確時(shí)可進(jìn)行重新設(shè)置密碼最后確認(rèn)程序 圖4-2 按鍵功能流程圖4.3 密碼設(shè)置軟件設(shè)計(jì) 如圖4-3為密碼設(shè)置流程圖開始按下設(shè)置鍵輸入舊密碼如果錯(cuò)誤累計(jì)三次進(jìn)行報(bào)警程序如果輸入正確可以修改密碼確認(rèn)后再次輸入新密碼如果兩次輸入一樣則輸入成功如果兩次輸入的新密碼不一樣則修改密碼失敗重新返回設(shè)置新密碼 圖4-3 密碼設(shè)置流程圖4.4 開鎖軟件設(shè)計(jì) 如圖4-4開鎖流程圖開始時(shí)按開鎖鍵輸入密碼如果輸入正確則開鎖成功如果輸入錯(cuò)誤累計(jì)達(dá)到三次則執(zhí)行報(bào)警程序 圖4-4 開鎖流程圖 第五章 調(diào)試與實(shí)現(xiàn)5.1 硬件調(diào)試 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是分不開的許多硬件故障只有通過軟、硬件聯(lián)調(diào)才能發(fā)現(xiàn)但一般是先排除系統(tǒng)中比較明顯的硬件故障后才和軟件一起聯(lián)調(diào)常見的硬件故障： (1)邏輯錯(cuò)誤 硬件的邏輯錯(cuò)誤是由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和焊接過程中的工藝錯(cuò)誤而造成的包括錯(cuò)線、開路、短路等其中最常見的是短路故障 (2)元器件錯(cuò)誤 元器件錯(cuò)誤的原因有器件損壞或性能不符合要求電解電容、二極管的極性接反或集成塊裝反等 (3)可靠性差 應(yīng)用系統(tǒng)可靠性差的原因很多如內(nèi)部和外部的干擾、電壓紋波系數(shù)過大、器件負(fù)載過重等均會(huì)造成系統(tǒng)的可靠性差另外走線和布置的不合理也會(huì)造成系統(tǒng)可靠性差 (4)電源故障 電源故障包括：電壓值不符合設(shè)計(jì)要求、電源功率不足、負(fù)載能力差、紋波太重等 硬件調(diào)試辦法 脫機(jī)調(diào)試是在加電前先用萬用表等工具按圖紙仔細(xì)核對線路是否正確并對元器件的安裝、型號、規(guī)格等進(jìn)行仔細(xì)檢查特別焊接時(shí)有無走線之間相互短路等 5.2 軟件調(diào)試 程序在KEIL C51上調(diào)試采用模塊程序設(shè)計(jì)技術(shù)則逐個(gè)模塊調(diào)好后再進(jìn)行系統(tǒng)程序總調(diào) 對于模塊結(jié)構(gòu)程序要一個(gè)個(gè)子程序分別調(diào)試調(diào)試時(shí)一定要符合入口條件和出口條件調(diào)試可用單步運(yùn)行和斷點(diǎn)運(yùn)行方式通過檢查用者系統(tǒng)的CPU現(xiàn)場情況、RAM的內(nèi)容和IO口的狀態(tài)檢測程序執(zhí)行結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求有無循環(huán)錯(cuò)誤、有無機(jī)器碼錯(cuò)誤以及轉(zhuǎn)移地址的錯(cuò)誤同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的硬件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和軟件算法錯(cuò)誤 各程序模塊通過后則可以把相關(guān)功能塊連在一起進(jìn)行總調(diào)這個(gè)階段若有故障可以考慮各子程序運(yùn)行時(shí)是否破壞了現(xiàn)場緩沖單元、工作寄存器是否發(fā)生沖突標(biāo)志位的建立和清除是否有誤堆棧區(qū)是否有溢出輸入設(shè)備的狀態(tài)是否正常等等若用者系統(tǒng)是在開發(fā)機(jī)的監(jiān)控程序下運(yùn)行時(shí)還要考慮用者緩沖單元是否和監(jiān)控程序的工作單元發(fā)生沖突 單步和斷點(diǎn)調(diào)試后還應(yīng)進(jìn)行連續(xù)調(diào)試用以確定定時(shí)精度、CPU的實(shí)時(shí)響應(yīng)等問題 當(dāng)全部調(diào)試和修改完成后將程序固化到AT89S51中進(jìn)行整機(jī)調(diào)試各功能實(shí)現(xiàn)則調(diào)試完成5.3 Proteus仿真 在硬件和軟件都能實(shí)現(xiàn)的條件下利用Proteus進(jìn)行仿真通過不停的調(diào)試與改正最后終于實(shí)現(xiàn)了密碼鎖的功能Proteus仿真結(jié)果如圖4-1所示當(dāng)連好各個(gè)模塊電路的導(dǎo)線后導(dǎo)入芯片程序運(yùn)行該密碼鎖仿真電路通過按鍵可以進(jìn)行密碼鎖的開鎖修改密碼錯(cuò)誤密碼3次以上報(bào)警的操作LCD顯示屏顯示相應(yīng)的操作現(xiàn)象密碼正確可以開鎖進(jìn)而可以修改密碼密碼錯(cuò)誤三次以上由喇叭發(fā)出報(bào)警聲如果系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤還可以通過復(fù)位電路進(jìn)行復(fù)位總之在原有的理論基礎(chǔ)上通過Proteus能夠成功的進(jìn)行密碼鎖基本操作的仿真實(shí)現(xiàn)了相關(guān)的功能 結(jié)論與展望以上為畢業(yè)期間所作的畢業(yè)論文-基于單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)它經(jīng)過多次修改和整理可以滿足設(shè)計(jì)的基本要求輸入密碼時(shí)如三次輸入錯(cuò)誤則進(jìn)行報(bào)警在輸入時(shí)LCD顯示為*在修改密碼時(shí)則顯示數(shù)字次設(shè)計(jì)還具有防盜功能如對密碼控制系統(tǒng)進(jìn)行破壞有報(bào)警功能通過對該課題的研究加深對所學(xué)知識(shí)的理解提高對課外知識(shí)的學(xué)習(xí)能力 增強(qiáng)知識(shí)的應(yīng)用能力提高解決實(shí)際問題的能力培養(yǎng)自我創(chuàng)新意識(shí)積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為以后的發(fā)展打下基礎(chǔ)也為以后我們自己在這方面的發(fā)展打下基礎(chǔ)并能夠在這方面培養(yǎng)自己的興趣在設(shè)計(jì)中我們必須首先熟悉和掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理單片機(jī)的接口技術(shù)及相關(guān)外圍芯片的外特性控制方法以單片機(jī)核心的電路設(shè)計(jì)的基本方法和技術(shù)了解表關(guān)電路參數(shù)的計(jì)算方法單片機(jī)不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件同時(shí)學(xué)習(xí)使用單片機(jī)了解計(jì)算機(jī)