電子密碼鎖的設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書題目：基于單片機(jī)的密碼鎖設(shè)計(jì)二級學(xué)院年級專業(yè)學(xué) 號學(xué)生姓名指導(dǎo)教師教師職稱講師目 錄目 錄1第1章 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)11.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)11.2 主控部分的選擇1第2章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)32.1 系統(tǒng)芯片介紹22.1.1單片機(jī)at89c51功能介紹22.1.2存儲芯片at24c02介紹22.2 硬件電路設(shè)計(jì)22.2.1 晶振電路2第3章 軟件程序設(shè)計(jì)43.1 主程序流程圖63.2 按鍵軟件設(shè)計(jì)63.2.1 按鍵功能程序流程圖63.3 密碼設(shè)置軟件設(shè)計(jì)73.3.1 密碼設(shè)置程序流程圖73.4 開鎖軟件設(shè)計(jì)83.4.1 開鎖程序流程圖8第 4 章 系統(tǒng)仿真、調(diào)試及結(jié)論114.1

2、 proteus軟件簡介94.2 進(jìn)入 proteus isis104.3 工作界面104.4 各模塊的電路圖及說明124.4.1 電子密碼鎖系統(tǒng)主模塊at89c51單片機(jī)124.4.2 電子密碼鎖系統(tǒng)的鍵盤模塊124.4.3 電子密碼鎖系統(tǒng)的顯示模塊134.4.4 電子密碼鎖系統(tǒng)的晶振復(fù)位電路134.4.5電子密碼鎖系統(tǒng)的掉電存儲及報(bào)警電路144.4.6程序仿真144.4.7 程序14致 謝21參考文獻(xiàn)22第1章 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)本設(shè)計(jì)采用at89c51單片機(jī)為主控芯片，結(jié)合外圍電路矩陣鍵盤、液晶顯示器lcd1602和密碼存儲at24c02等部分組成。其中矩陣鍵盤用于輸入數(shù)字

3、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，組成的電子密碼鎖系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)：（1）、總共可以設(shè)置8位密碼，每位密碼值范圍為1-8；（2）、用戶可以自行設(shè)定和修改密碼；（3）、每個密碼按鍵時都有聲音提示；（4）、若鍵入的8位開鎖密碼不完全正確時，則報(bào)警5s；（5）、密碼連續(xù)錯3次要報(bào)警1min，期間輸入密碼無效；（6）、密碼輸入正確才能開鎖，開鎖時有1s的提示音；（7）、密碼鍵盤上只允許有8個密碼按鍵。鎖內(nèi)有備用電池，只有內(nèi)部上 電復(fù)位

4、時才能設(shè)置或修改密碼，因此，僅在門外按鍵是不能修改或設(shè) 置密碼的；（8）、密碼設(shè)定完畢后要有2s的提示音。主控芯片輸入電路顯示電路存儲模塊輸出電路晶振電路系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖1.2 主控部分的選擇選用單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。單片機(jī)具有資源豐富、速度快、編程容易等優(yōu)點(diǎn)。利用單片機(jī)內(nèi)部的隨機(jī)存儲器（ram）和只讀存儲器（rom）及其引腳資源，外接液晶顯示（lcd），鍵盤輸入等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理傳輸和顯示功能，基本上能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)指標(biāo)。第2章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)芯片介紹2.1.1單片機(jī)at89c51功能介紹at89c51是51系列單片機(jī)的一個型號，它是atmel公司生產(chǎn)的。at89

5、c51是一個低電壓，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），器件采用stc公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲單元，功能強(qiáng)大的stc89c52單片機(jī)可提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。2.1.2存儲芯片at24c02介紹at24c02是美國atmel公司的低功耗cmos型eprom，內(nèi)含2568位存儲空間，具有工作電壓寬(2.55.5 v)、擦寫次數(shù)多(大于10000次)、寫入速度快(小于10 ms)、抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)不易丟失

6、、體積小等特點(diǎn)。而且他是采用了ic總線式進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫的串行器件，占用很少的資源和i/o線，并且支持在線編程，進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時的存取十分方便。at24c02中帶有的片內(nèi)地址寄存器。每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加1，以實(shí)現(xiàn)對下一個存儲單元的讀寫。2.2 硬件電路設(shè)計(jì)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。2.2.1 晶振電路at89c51

7、引腳xtal1和xtal2與晶體振蕩器及電容c2、c1按圖所示方式連接。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。晶振電路原理圖2.2.2存儲電路存儲電路at24c02是一個2k位串行cmos e2prom， 內(nèi)部含有256個8位字節(jié)，catalyst公司的先進(jìn)cmos技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗。at24c02有一個16字節(jié)頁寫緩沖器。該器件通過ic總線

8、接口進(jìn)行操作，有一個專門的寫保護(hù)功能。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。 2.2.3 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4*3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。鍵盤的每個按鍵功能在程序設(shè)計(jì)中設(shè)置 。其大體功能（

9、看鍵盤按鍵上的標(biāo)記）及與單片機(jī)引腳接法如圖所示：鍵盤輸入原理圖2.2.4 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，按下鍵盤上的開鎖按鍵后利用鍵盤上的數(shù)字鍵1-8輸入密碼，每按下一個數(shù)字鍵后在顯示器上顯示一個f，輸入多少位就顯示多少個f。當(dāng)密碼輸入完成時，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引角會輸出低電平，使三極管t2導(dǎo)通，電磁鐵吸

10、合，電子密碼鎖被打開，如果密碼不正確，lcd顯示屏?xí)@示“error”，p2.0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) 。1602lcd主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:162個字符芯片工作電壓:4.55.5v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)mm其顯示部分引腳接口如圖所示：顯示電路原理圖2.2.5 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，“叮”聲，每按一下，發(fā)聲一次，密碼正確時，不發(fā)聲直接開鎖，當(dāng)密碼輸入錯誤時，單片機(jī)的p2.1引腳為低電平，三極管t3導(dǎo)喇叭

11、發(fā)出噪鳴聲報(bào)警。如圖所示：報(bào)警電路原理圖2.2.6 開鎖電路通過單片機(jī)開鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電路驅(qū)動電磁鎖吸合，從而達(dá)到開鎖的目的。其原理如圖所示。電磁鎖單片機(jī)微控制器開鎖驅(qū)動電路返回ny密碼正確？密碼鎖開鎖機(jī)構(gòu)示意圖當(dāng)用戶輸入的密碼正確時，單片機(jī)便輸出開門信號，送到開鎖驅(qū)動電路，然后驅(qū)動電磁鎖，達(dá)到開門的目的。其實(shí)際電路如圖所示。電路由驅(qū)動和開鎖兩級組成。由d1、r12、q1組成驅(qū)動電路，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

12、吸合力要足夠且有一定的余量。第3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讀寫程序和延時程序等組成。3.1 主程序流程圖如圖所示為主程序流程圖，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，密碼錯誤3次出錯報(bào)警，選擇是否修改密碼，若要修改密碼，先輸入舊密碼密碼，密碼正確后設(shè)置新密碼，錯誤時報(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

13、。開開始 開始始初始化次數(shù)加1輸入密碼密碼正確？返返回回nyy開鎖程序開鎖？n修改密碼？次數(shù)3？報(bào)警程序修改程序ynny開始返回主程序流程圖3.2 按鍵軟件設(shè)計(jì)3.2.1 按鍵功能程序流程圖如圖為按鍵功能流程圖，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，進(jìn)入密碼程序，錯誤時進(jìn)行清除，輸入兩次新密碼正確時，可進(jìn)行重新設(shè)置密碼，最后確認(rèn)程序。開開始始鍵值輸入？鍵值開鎖？鍵值清除？鍵值設(shè)置？鍵值確認(rèn)？密碼輸入程序設(shè)置程序清除程序開鎖程序確認(rèn)程序yyyyynnnn返回n開始返回按鍵功能流程圖3.3 密碼設(shè)置軟件設(shè)計(jì)3.3.1 密碼設(shè)置程序流

14、程圖如圖為密碼設(shè)置流程圖，開始按下設(shè)置鍵，輸入舊密碼，如果錯誤累計(jì)三次，進(jìn)行報(bào)警程序。如輸入正確，可以修改密碼，確認(rèn)后再次輸入新密碼，如兩次輸入一樣，則更改成功。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。輸入舊密碼n按下設(shè)置鍵開始開始所輸入舊密碼正確？輸入次數(shù)加1報(bào)警程序n返返回回次數(shù)3?輸新密碼y再次輸新密碼y設(shè)設(shè)置置成功ny兩次新密碼輸入相同？開始返回設(shè)置成功密碼設(shè)置流程圖3.4 開鎖軟件設(shè)計(jì)3.4.1 開鎖程序流程圖如圖為開鎖流程圖，開始時按開鎖鍵，輸入密碼，如果輸入正確，則開鎖成功。如果輸入錯誤累計(jì)達(dá)到三次，則執(zhí)行報(bào)警程序。初始化按開鎖鍵輸入密碼按確認(rèn)鍵所輸入密碼

15、正確？y開鎖開鎖開始輸入次數(shù)加1次數(shù)3?報(bào)警程序返回返nyn開始開鎖返回開鎖流程圖第 4 章 系統(tǒng)仿真、調(diào)試及結(jié)論4.1 proteus軟件簡介proteus isis是英國labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和數(shù)字電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、rs232動態(tài)仿真、i2c調(diào)試器、spi調(diào)試器、鍵盤和lcd系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：6

16、8000系列、8051系列、avr系列、pic12系列、pic16系列、pic18系列、z80系列、hc11系列以及各種外圍芯片。提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如keil c51 uvision2等軟件。具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C(jī)和電路分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。本章介紹proteus isis軟件的工作環(huán)境和一些基本操作。4.2 進(jìn)入 proteus isis雙擊桌面上的isis 6 profess

17、ional圖標(biāo)或者單擊屏幕左下方的“開始”“程序”“proteus 7.2 professional” “isis 7.2 professional”，出現(xiàn)如圖所示proteus啟動時的屏幕4.3 工作界面proteus isis的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的windows界面，如圖所示。包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預(yù)覽對象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。proteus isis的工作界面運(yùn)行proteus程序后，進(jìn)入軟件的主界面。通過左側(cè)工具欄中的p(從庫中選擇元件命令)命令，在pick devices 左側(cè)窗口中選擇所

18、需元件的關(guān)鍵字，然后放置元件并調(diào)整方向和位置以及參數(shù)設(shè)置，進(jìn)行連線。最后載入hex文件后可以進(jìn)行模擬仿真，可以全速運(yùn)行也可以單步調(diào)試運(yùn)行。keil51界面在利用proteus進(jìn)行仿真的條件下，通過不停的調(diào)試與改正，顯示屏lcd1602不能顯示任何內(nèi)容，最后還是不能實(shí)現(xiàn)密碼鎖的功能，其proteus仿真如圖所示。proteus仿真圖4.4 各模塊的電路圖及說明4.4.1 電子密碼鎖系統(tǒng)主模塊at89c51單片機(jī) 電子密碼鎖系統(tǒng)主模塊at89c51單片機(jī)在軟件中的圖如圖所示：at89c51單片機(jī)引腳圖4.4.2 電子密碼鎖系統(tǒng)的鍵盤模塊 電子密碼鎖系統(tǒng)的鍵盤模塊在軟件中的圖如圖所示:鍵盤輸入模塊4

19、.4.3 電子密碼鎖系統(tǒng)的顯示模塊電子密碼鎖系統(tǒng)的顯示模塊在軟件中如圖所示：密碼顯示模塊4.4.4 電子密碼鎖系統(tǒng)的晶振復(fù)位電路電子密碼鎖系統(tǒng)的晶振復(fù)位電路在軟件中的圖如圖所示：晶振及復(fù)位電路4.4.5電子密碼鎖系統(tǒng)的掉電存儲及報(bào)警電路電子密碼鎖系統(tǒng)的掉電存儲及報(bào)警電路在軟件中的圖如圖所示：報(bào)警電路 4.4.6程序仿真4.4.7 程序#includesbit p1_0=p10;sbit p1_7=p17;unsigned char led_tab8=0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0x86,0x8c;unsigned char code led_pos8=0xfe,

20、0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;unsigned char key6=1,2,3,4,5,6;unsigned char in_key6=0,0,0,0,0,0;unsigned char key_num;void delay_nms(unsigned int n) unsigned int i,j; for(i=0;in;i+); for(j0;j123;j+);void beep(void) unsigned char i; for(i=0;i200;i+) p1_7=p1_7; delay_nms(50); void open(void) unsig

21、ned char i; p1_0=0; for(i=0;i200;i+) delay_nms(1000); p1_0=1;void display(void) unsigned char i; for(i=0;i8;i+) p0=0xff; p2=led_posi; p0=led_tabi; delay_nms(2); unsigned char key_scan(void) unsigned char temp; p3=0xf0; delay_nms(1); temp=p30xf0; switch(temp) case 0x10:key_num=0; break; case 0x20:key

22、_num=1; break; case 0x40:key_num=2; break; default:break; p3=0x0f;delay_nms(1);temp=p30x0f;switch(temp) case 0x01:key_num+=0;break; case 0x02:key_num+=3;break; case 0x04:key_num+=6;break; case 0x08:key_num+=9;return(key_num);void shiftl(void) led_tab5=led_tab4; led_tab4=led_tab3; led_tab3=led_tab2;

23、led_tab2=led_tab1; led_tab1=led_tab0; led_tab0=0xbf;void shiftr(void) led_tab0=led_tab1; led_tab1=led_tab2; led_tab2=led_tab3; led_tab3=led_tab4; led_tab4=led_tab5; led_tab5=0xff;int main(void) unsigned char key_cnt=0; p1_0=1; while(1) display( );p3=0xf0;if(p3!=0xf0) key_num=key_scan( ); if(key_num=

24、0x0a) if(key_cnt=0) p0=0xff; beep( );else shiftr(); key_cnt-; while(p3!=0x0f) display(); else if(key_num=0x0b) while(p3!=0x0f) display( ); if(in_key0=key0)&(in_key1)&(in_key2=key2)&(in_key3=key3)&(in_key4=key4)&(in_key5=key5) p0=0xff;open( );led_tab0=0xff; led_tab1=0xff;led_tab2=0xff;led_tab3=0xff;l

25、ed_tab4=0xff;led_tab5=0xff;led_tab6=0x86;led_tab7=0x8c;key_cnt=0; else p0=0xff;beep( );led_tab0=0xff; led_tab1=0xff;led_tab2=0xff;led_tab3=0xff;led_tab4=0xff;led_tab5=0xff;led_tab6=0x86;led_tab7=0x8c;key_cnt=0; else if(key_cnt=6)p0=0xff;beep( );led_tab0=0xff; led_tab1=0xff;led_tab2=0xff;led_tab3=0xf

26、f;led_tab4=0xff;led_tab5=0xff;led_tab6=0x86;led_tab7=0x8c;key_cnt=0;else shiftl( ); in_keykey_cnt=key_num; key_cnt+;while(p3!=0x0f) display( ); return 0;致 謝在這大學(xué)的最后一頁里，我要感謝的人很多，首先要感謝我的指導(dǎo)老師劉丹娟老師為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓研究思路，雖然劉丹娟老師平日里工作繁多，但在我做課程設(shè)計(jì)的每個階段，都給予我悉心的指導(dǎo)和幫助，關(guān)心我每個階段所做的工作。當(dāng)然，還要感謝寢室的兄弟們在我完成論文的過程中給予我的幫助和鼓勵，也是他們陪我度過這三年的生活?，F(xiàn)在即將揮別我的學(xué)校、老師、同學(xué)，還有我的大學(xué)生活，雖然依依不舍，但是對未來的路，我充滿了信心。最后，感謝在大學(xué)期間認(rèn)識我和我認(rèn)識的所有人，有你們伴隨，才有我大學(xué)生活的豐富多彩，