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文檔簡(jiǎn)介
1、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文基于單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)目 錄1. 引言11.1 課題背景和意義11.2 電子密碼鎖發(fā)展趨勢(shì)22. 總體設(shè)計(jì)方案22.1 電子密碼鎖設(shè)計(jì)的具體要求22.2 總體設(shè)計(jì)方案32.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原理43電子密碼鎖的硬件設(shè)計(jì)53.1 主控芯片stc89c5253.2 存儲(chǔ)電路63.3 lcd顯示模塊73.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)83.5 報(bào)警電路93.6 開鎖電路93.7 鍵盤輸入模塊104. 電子密碼鎖的軟件設(shè)計(jì)104.1 主程序114.2 按鍵軟件設(shè)計(jì)114.3 密碼設(shè)置軟件設(shè)計(jì)124.4 開鎖軟件設(shè)計(jì)135. 調(diào)試與實(shí)現(xiàn)145.1 軟件調(diào)試145.2 proteus仿真155.3 pr
2、otel99 se 電路設(shè)計(jì)165.4 硬件調(diào)試176. 結(jié)論20參考文獻(xiàn)221. 引言1.1 課題背景和意義隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,單片機(jī)性能不斷完善,性能價(jià)格比顯著提高,技術(shù)日趨完善。由于單片機(jī)具有體積小、重量輕、價(jià)格便宜、功耗低、控制功能強(qiáng)及運(yùn)算速度快等特點(diǎn),因而在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、軍事及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)及附加電子元器件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制算法,來(lái)完成某一實(shí)際功能,檢驗(yàn)并提高同學(xué)對(duì)整體電路設(shè)計(jì)和把握能力,了解單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程,以及電路板的實(shí)際制作和調(diào)試能力。同時(shí)也加強(qiáng)對(duì)數(shù)字電路、單片機(jī)和微機(jī)原理等課程知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力,也為同類產(chǎn)品的進(jìn)一步發(fā)
3、展奠定理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。隨著人們生活水平的提高和安全意識(shí)的加強(qiáng),對(duì)安全的要求也就越來(lái)越高。鎖自古以來(lái)就是把守護(hù)門的鐵將軍,人們對(duì)它要求甚高,既要安全可靠的防盜,又要使用方便,這也是制鎖者長(zhǎng)期以來(lái)研制的主題。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,各類電子產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生,電子密碼鎖就是其中之一。據(jù)有關(guān)資料介紹,電子密碼鎖的研究從20世紀(jì)30年代就開始了,在一些特殊場(chǎng)所早就有所應(yīng)用。這種鎖是通過(guò)鍵盤輸入一組密碼完成開鎖過(guò)程。研究這種鎖的初衷,就是為提高鎖的安全性。由于電子鎖的密鑰量(密碼量)極大,可以與機(jī)械鎖配合使用,并且可以避免因鑰匙被仿制而留下安全隱患。電子鎖只需記住一組密碼,無(wú)需攜帶金屬鑰匙,免除了人們攜帶金屬鑰匙
4、的煩惱,而被越來(lái)越多的人所欣賞。電子鎖的種類繁多,例如數(shù)碼鎖,指紋鎖,磁卡鎖,ic卡鎖,生物鎖等。但較實(shí)用的還是按鍵式電子密碼鎖。20世紀(jì)80年代后,隨著電子鎖專用集成電路的出現(xiàn),電子鎖的體積縮小,可靠性提高,成本較高,是適合使用在安全性要求較高的場(chǎng)合,且需要有電源提供能量,使用還局限在一定范圍,難以普及,所以對(duì)它的研究一直沒有明顯進(jìn)展。目前,在西方發(fā)達(dá)國(guó)家,電子密碼鎖技術(shù)相對(duì)先進(jìn),種類齊全,電子密碼鎖已被廣泛應(yīng)用于智能門禁系統(tǒng)中,通過(guò)多種更加安全,更加可靠的技術(shù)實(shí)現(xiàn)大門的管理。在我國(guó)電子鎖整體水平尚處于國(guó)際上70年代左右,電子密碼鎖的成本還很高,市場(chǎng)上仍以按鍵電子鎖為主,按鍵式和卡片鑰匙式電
5、子鎖已引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)水平,現(xiàn)國(guó)內(nèi)有幾個(gè)廠生產(chǎn)供應(yīng)市場(chǎng)。但國(guó)內(nèi)自行研制開發(fā)的電子鎖,其市場(chǎng)結(jié)構(gòu)尚未形成,應(yīng)用還不廣泛。國(guó)內(nèi)的不少企業(yè)也引進(jìn)了世界上先進(jìn)的技術(shù),發(fā)展前景非常可觀。希望通過(guò)不斷的努力,使電子密碼鎖在我國(guó)也能得到廣泛應(yīng)用1。1.2 電子密碼鎖發(fā)展趨勢(shì) 電子密碼鎖應(yīng)用于金融業(yè),其根本的作用是“授權(quán)”,即被“授權(quán)”的人才可以存取錢、物。廣義上講,金融業(yè)的“授權(quán)”主要包括以下三種層次的內(nèi)容:(1) 授予保管權(quán),如使用保管箱、保險(xiǎn)箱和保險(xiǎn)柜; (2) 授予出入權(quán),如出入金庫(kù)、運(yùn)鈔車和保管室;(3) 授予流通權(quán),如自動(dòng)存取款。目前,金融行業(yè)電子密碼鎖的應(yīng)用主要集中在前兩個(gè)層面上。下面將介紹幾種在金
6、融行業(yè)中使用較多的電子密碼鎖以及它們的技術(shù)發(fā)展方向。當(dāng)然,以上所說(shuō)的授權(quán)技術(shù)再高超,都必須由精良的“鎖具”擔(dān)當(dāng)承載結(jié)構(gòu)部件,實(shí)現(xiàn)開啟、閉鎖的功能,而且承擔(dān)實(shí)體防護(hù)作用,抵抗住或盡量延遲破壞行為,讓電子密碼鎖“軟、硬不吃”。一般情況下,鎖具防盜的關(guān)鍵是鎖身外殼、閉鎖的部件的強(qiáng)度、鎖止型式、配合間隙和布局。提高電子密碼鎖之防護(hù)能力的必然途徑是報(bào)警,在金融業(yè)的許多場(chǎng)所有人值守、有電視監(jiān)控,具有報(bào)警功能,可以綜合物理防范和人力防范兩種作用。報(bào)警的前提是具備探測(cè)功能,根據(jù)電子密碼鎖的使用場(chǎng)所和防護(hù)要求,可選擇多種多樣的探測(cè)手段。在中國(guó)的城市金融業(yè)中,實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)報(bào)警已經(jīng)成為對(duì)各金融網(wǎng)點(diǎn)的基本要求。根據(jù)國(guó)內(nèi)外
7、的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),金融業(yè)實(shí)行安全防范風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)很有必要,即依據(jù)使用的防盜報(bào)警器材的性能、安裝布局和人員值守狀況等,可以評(píng)估被防護(hù)物或區(qū)域的防護(hù)能力,得出風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),其中,電子密碼鎖的性能至關(guān)重要。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密碼鎖獲得高度的保密性,如防范森嚴(yán)的金庫(kù),需要使用復(fù)合信息密碼的電子密碼鎖,這樣對(duì)盜賊而言是“道高一尺、魔高一丈”。組合使用信息也能夠使電子密碼鎖獲得無(wú)窮擴(kuò)展的可能,使產(chǎn)品多樣化,對(duì)用戶而言是“千挑百選、自得其所”。 2. 總體設(shè)計(jì)方案2.1 電子密碼鎖設(shè)計(jì)的具體要求電子密碼鎖設(shè)計(jì)的具體要求如下:(1) 本設(shè)計(jì)為
8、了防止密碼被竊取要求在輸入密碼時(shí)在lcd屏幕上顯示*號(hào)。(2) 設(shè)計(jì)開鎖密碼位小于六位密碼的電子密碼鎖。(3) 能夠lcd顯示在密碼正確時(shí)顯示opne ok!,密碼錯(cuò)誤時(shí)顯示password error,輸入密碼時(shí)顯示your password。(4) 44矩陣鍵盤其中包括0-9的數(shù)字鍵和a-f的功能鍵。(5) 本產(chǎn)品具有報(bào)警功能,當(dāng)輸入密碼三次錯(cuò)誤時(shí)蜂鳴器報(bào)警。(6) 密碼可以由用戶自己修改設(shè)定(只支持6位密碼),修改密碼之前必須再次輸入密碼,在輸入新密碼時(shí)候需要二次確認(rèn),以防止誤操作。2.2 總體設(shè)計(jì)方案方案一:采用數(shù)字電路控制。用以74ls112雙jk觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的
9、核心控制,共設(shè)了9個(gè)用戶輸入鍵,其中只有4個(gè)是有效的密碼按鍵,其它的都是干擾按鍵,若按下干擾鍵,鍵盤輸入電路自動(dòng)清零,原先輸入的密碼無(wú)效,需要重新輸入;如果用戶輸入密碼的時(shí)間超過(guò)10秒(一般情況下,用戶不會(huì)超過(guò)10秒,若用戶覺得不便,還可以修改)電路將報(bào)警20秒,若電路連續(xù)報(bào)警三次,電路將鎖定鍵盤2分鐘,防止他人的非法操作。采用數(shù)字電路設(shè)計(jì)的方案好處就是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單但控制的準(zhǔn)確性和靈活性差。故不采用2。方案二:采用一種是用以stc89c52為核心的單片機(jī)控制方案。選用單片機(jī)stc89c52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io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
10、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lcd1602顯示器用于顯示作用2。其原理如圖1所示。圖1 單片機(jī)控制密碼鎖原理圖由圖1可知方案二控制靈活準(zhǔn)確性好且保密性強(qiáng)還具有擴(kuò)展功能,根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活的需要,此次設(shè)計(jì)采用此方案。2.3 系統(tǒng)總體設(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(guò)連接單片機(jī)的矩陣鍵盤輸入密碼,后經(jīng)過(guò)單片機(jī)對(duì)用戶輸入的密碼與自己保存的密碼進(jìn)行對(duì)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)載發(fā)光二極管換成電
11、子密碼鎖的電磁鐵吸合線圈即可3。系統(tǒng)整體框圖如圖2所示。 圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 各模塊功能如下:(1) 鍵盤輸入模塊:分為密碼輸入按鍵與幾個(gè)功能按鍵,用于完成密碼鎖輸入功能。(2) 顯示模塊:用于完成對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)顯示及操作提示功能。(3) 復(fù)位電路:完成系統(tǒng)的復(fù)位。(4) 報(bào)警電路:用于完成輸錯(cuò)密碼時(shí)候的警報(bào)功能。(5) 密碼存儲(chǔ)模塊:用于完成掉電存儲(chǔ)功能,使修改的密碼斷電后仍能保存。(6) 開鎖電路:應(yīng)用發(fā)光二極管模擬開鎖,完成開鎖及開鎖提示。3電子密碼鎖的硬件設(shè)計(jì)3.1 主控芯片stc89c523.1.1 單片機(jī)stc89c52簡(jiǎn)介stc89c52是美國(guó)atmel公司生產(chǎn)的低功耗,高性能cmo
12、s8位單片機(jī),片內(nèi)含8k bytes的可系統(tǒng)編程的flash只讀程序存儲(chǔ)器,器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn),兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集flash程序存儲(chǔ)器,既可在線編程(isp)也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中,atmel公司的功能強(qiáng)大,低價(jià)位stc89c52單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合,可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域4。 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(jí)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
13、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 3.1.2 stc89c52功能stc89c52是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(fperomfalsh 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stc89c52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,stc89c52芯片引腳圖如圖3
14、所示。圖3 單片機(jī)引腳圖3.2 存儲(chǔ)電路at24c04是美國(guó)atmel公司的低功耗cmos型eprom,內(nèi)含2568位存儲(chǔ)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、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(shí)的存取十分方便。at24c04中帶有的片內(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(duì)下一個(gè)存儲(chǔ)單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時(shí)間,一次操作可寫入多達(dá)8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。ic總線是
15、一種用于ic器件之間連接的二線制總線。他通過(guò)sda(串行數(shù)據(jù)線)及scl(串行時(shí)鐘線)兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息,并根據(jù)地址識(shí)別每個(gè)器件。at24c04正是運(yùn)用了ic規(guī)程,使用主/從機(jī)雙向通信,主機(jī)(通常為單片機(jī))和從機(jī)(at24c04)均可工作于接收器和發(fā)送器狀態(tài)。主機(jī)產(chǎn)生串行時(shí)鐘信號(hào)(通過(guò)scl引腳)并發(fā)出控制字,控制總線的傳送方向,并產(chǎn)生開始和停止的條件。無(wú)論是主機(jī)還是從機(jī),接收到一個(gè)字節(jié)后必須發(fā)出一個(gè)確認(rèn)信號(hào)ack。at24c04的控制字由8位二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成,在開始信號(hào)發(fā)出以后,主機(jī)便會(huì)發(fā)出控制字,以選擇從機(jī)并控制總線傳送的方向5。管腳功能:scl為串行時(shí)鐘:串行時(shí)鐘輸入管腳用
16、于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時(shí)鐘這是一個(gè)輸入管腳。sdl為串行數(shù)據(jù)/地址:雙向串行數(shù)據(jù)/地址管腳用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收sdl,是一個(gè)漏極開路輸出管腳可與其它漏極開路輸出或集電極開路輸出進(jìn)行線或。a0、a1、a2為器件地址輸入端:當(dāng)使用24c04時(shí)最大可級(jí)聯(lián)8個(gè)器件,如果只有一個(gè)24c04總線尋址,這三個(gè)地址輸入腳a0、a1、a2可懸空或連接到vss。wp為寫保護(hù):如果wp 管腳連接到vcc 所有的內(nèi)容都被寫保護(hù)只能讀當(dāng)wp, 管腳連接到vss 或懸空,允許器件進(jìn)行正常的讀/寫操作。管腳圖如圖4所示。圖4 at24c04引腳圖3.3 lcd顯示模塊液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過(guò)器件
17、,如在計(jì)算器、萬(wàn)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(hào)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rs,r/w,en三個(gè)控制端口,工作電壓為5v,并且具有字符對(duì)比度調(diào)節(jié)和背光功能6。1602型lcd基本操作程序如表1所示。表1 lcd1602基本操作程序讀狀態(tài)輸入rs=l,r/w=h,e=h輸出d0d7=狀態(tài)字寫指令輸入rs=l,r/w=l,d0d7=指令碼,e=高脈沖輸出無(wú)讀數(shù)據(jù)輸入rs=h,r/w=h,e=h輸出d0d7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入rs=h,r/w=l,d0d7
18、=數(shù)據(jù),e=高脈沖輸出無(wú)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:4.55.5v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)mm1602型lcd的接口信號(hào)如表2所示。表2 lcd1602接口信號(hào)編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)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(hào)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3.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.4.1 晶振電路stc89c52引腳xtal1和
19、xtal2與晶體振蕩器及電容c1、c2按圖3所示方式連接。晶振、電容c1c2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(hào)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c1、c2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30pf。晶振電路圖如圖3所示。圖3 晶振電路3.4.2 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。該電路在最簡(jiǎn)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c3上的電壓很小,復(fù)位下拉電阻上的電壓接近電
20、源電壓,即rst為高電平,在電容充電的過(guò)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c3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(wú)法可靠復(fù)位。當(dāng)復(fù)位按鍵按下后電容c3通過(guò)r1放電。當(dāng)電容c1放電結(jié)束后,cpu處于復(fù)位狀態(tài),松手后,電容c3充電,rst端電位下降,cpu脫離復(fù)位狀態(tài)。r1的作用在于限制按鍵按下瞬間電容c3的放電電流,避免產(chǎn)生火花,以保護(hù)按鍵觸電。其電路如圖4所示。圖4 復(fù)位電路3.5 報(bào)警電路報(bào)警部分由蜂鳴器發(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),“?!甭?,每
21、按一下,發(fā)聲一次,密碼正確時(shí),不發(fā)聲直接開鎖,當(dāng)密碼輸入三次錯(cuò)誤時(shí),單片機(jī)的p3.7引腳為低電平,三極管t3導(dǎo)通蜂鳴器發(fā)出噪聲報(bào)警7。圖6 報(bào)警電路3.6 開鎖電路開鎖控制電路的功能是當(dāng)輸入正確的密碼后發(fā)光二極點(diǎn)亮將鎖打開。開鎖步驟如下:首先利用鍵盤上的數(shù)字鍵09輸入密碼,然后按下鍵盤上的開鎖按鍵。當(dāng)用戶輸入密碼后,單片機(jī)自動(dòng)識(shí)別密碼,如果密碼輸入三次不符,則報(bào)警。只有當(dāng)密碼正確,單片機(jī)才能使發(fā)光二極管亮系統(tǒng)處于開鎖狀態(tài)8。具體電路如圖7所示。圖7 開鎖電路3.7 鍵盤輸入模塊由于本設(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
22、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9。其大體能(看鍵盤按鍵上的標(biāo)記)及與單片機(jī)引腳接法如圖5所示。圖5 4*4矩陣按鍵4. 電子密碼鎖的軟件設(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 主程序主程序流程圖如圖8所示,當(dāng)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
23、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10。圖8 主程序流程圖4.2 按鍵軟件設(shè)計(jì)按鍵功能流程圖如圖9所示,在按鍵當(dāng)中,有與輸入、開鎖、清除、設(shè)置、確認(rèn)、清除一位的程序相對(duì)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9 按鍵功能流程圖4.3 密碼設(shè)置軟件設(shè)計(jì)密碼設(shè)置流程圖如圖
24、10所示,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11。圖10 密碼設(shè)置流程圖4.4 開鎖軟件設(shè)計(jì)開鎖流程如圖11所示,當(dāng)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,按下開鎖鍵,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11 開鎖流程圖5. 調(diào)試與實(shí)現(xiàn)5.1 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(duì)于模塊結(jié)構(gòu)程序要一個(gè)個(gè)子程序分別調(diào)試。
25、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(guò)檢查用者系統(tǒng)的cpu現(xiàn)場(chǎng)情況、ram的內(nèi)容和i/o口的狀態(tài),檢測(cè)程序執(zhí)行結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求,有無(wú)循環(huán)錯(cuò)誤、有無(wú)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(guò)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(chǎng),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)
26、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(wèn)題。當(dāng)全部調(diào)試和修改完成后,將程序固化到stc89c52中。進(jìn)行整機(jī)調(diào)試。各功能實(shí)現(xiàn)則調(diào)試完成12。5.2 proteus仿真在軟件能實(shí)現(xiàn)的條件下,利用proteus進(jìn)行仿真,通過(guò)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12與圖13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(guò)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)誤三次由蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲,如果系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤還可以通過(guò)復(fù)位電路進(jìn)
27、行復(fù)位13??傊?,在原有的理論基礎(chǔ)上,通過(guò)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。圖12 密碼輸入正確仿真電路圖圖13 密碼輸入錯(cuò)誤仿真電路圖5.3 protel99 se 電路設(shè)計(jì)protel99 se 是 altium 公司推出的一款著名的電子電路pcb輔助設(shè)計(jì)軟件,廣泛應(yīng)用于原理圖設(shè)計(jì)、pcb設(shè)計(jì)等。protel99 se的功能完善,包括service pack 6,并且提供了各種元件庫(kù),為用戶提供了大量的電子器件參考手冊(cè)及全套教程。protel99 se 基于 windows環(huán)境,功能強(qiáng)大,人機(jī)界面友好,能讓使用者在具有最完整的功能環(huán)境下,提升設(shè)計(jì)上的品質(zhì)和
28、效率14。在proteus運(yùn)行仿真實(shí)現(xiàn)的條件下,利用protel99 se 畫出原理圖,生成pcb圖如圖14所示。圖14 電子密碼鎖pcb圖5.4 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(guò)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(guò)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
29、,如內(nèi)部和外部的干擾、電壓紋波系數(shù)過(guò)大、器件負(fù)載過(guò)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(wàn)用表等工具,按圖紙仔細(xì)核對(duì)線路是否正確,并對(duì)元器件的安裝、型號(hào)、規(guī)格等進(jìn)行仔細(xì)檢查,特別焊接時(shí)有無(wú)走線之間相互短路等15。 經(jīng)過(guò)軟件和硬件調(diào)試成功后,所做實(shí)物演示如圖15、16以及圖17所示。圖15 輸入密碼時(shí)實(shí)物演示圖圖16 密碼輸入正確時(shí)實(shí)物演示圖圖17 密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)實(shí)物演示圖6. 結(jié)論以上為畢業(yè)期間所作的畢業(yè)論文-基于單片機(jī)的電子
30、密碼鎖設(shè)計(jì),它經(jīng)過(guò)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(duì)密碼控制系統(tǒng)進(jìn)行破壞,有報(bào)警功能。通過(guò)對(duì)該課題的研究,加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解,提高對(duì)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(wèn)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
31、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)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域,幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)航裝置,飛機(jī)上各種儀表的控制,計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸,工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理,廣泛使用的各種智能ic卡,民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng),錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制,以及程控玩具、電子寵物等等,這些都離不開單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療
32、器械了。因此,單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。隨著單片機(jī)的廣泛應(yīng)用,將大大促進(jìn)各領(lǐng)域的技術(shù)更新,向自動(dòng)化、小型化、智能化方向邁進(jìn)。而對(duì)于我們來(lái)說(shuō),我們這代人的目標(biāo)和任務(wù)是把這些高科技產(chǎn)品更升一個(gè)層次。畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程,隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異,單片機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域, 在生活中可以說(shuō)得是無(wú)處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來(lái)說(shuō)掌握單片機(jī)的開發(fā)技術(shù)是十分重要的。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì),無(wú)論從選題到定稿,從理論到實(shí)踐都使我學(xué)到
33、了很多東西,它不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí),而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。同時(shí)也明白了理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性,只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái),從理論中得出結(jié)論,才能真正為社會(huì)服務(wù),從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。參考文獻(xiàn)1 韓團(tuán)軍.基于單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)j.國(guó)外電子測(cè)量技術(shù),2010,(07) :58-61.2 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(數(shù)字部分)第4版m.北京:高等教育出版社,2008.3 郭海英.基于單片機(jī)的電子安全密碼鎖的設(shè)計(jì)j.現(xiàn)代電子技術(shù),2005,(13):95- 97.4 李建忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用m.西安:西安電子科技大
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36、 physics and electronic information science and electronic information science and technology professionalabstract: as people living standard rise and security awareness strengthening, peoples safety requirements will higher and higher too. the safe standard of the traditional mechanical locks and t
37、he night lock is high cost and low use very inconvenient that cannot meet the need of peoples need. one that based on single-chip processor electronic locks arises at the historic moment .this article is based on the safety and economical practical point of view, uses the united states atmel corpora
38、tion stc89c52 microcontroller and low power consumption cmos type e prom at24c04 as a master chip and the data memory unit, it combined peripheral keyboard input with lcd display and alarm and the lock circuit module. realize the function of electronic locks. it is under the premise of correct passw
39、ord can open the lock; enter the wrong password can alarm; password can change according to the needs of user. function. this password locks design method is rational, simple, low cost, safe and practical characteristics, and it has strong practical application value.keywords: password lock;stc89c52
40、 mcu;alarm;lcd display;at24c04致 謝四年的大學(xué)生活不知不覺中就要結(jié)束了,在這段難忘的生活中,有許多美好的回憶,在畢業(yè)論文設(shè)計(jì)之中,我的老師和我的同學(xué)都不吝的指導(dǎo)我,我需要感謝的人太多太多,首先要感謝我的學(xué)校,感謝在這四年中讓我領(lǐng)悟到誠(chéng)實(shí)做人,踏實(shí)做事,扎實(shí)做學(xué)問(wèn)的深刻道理,讓我從一個(gè)懵懂得高中生變成一個(gè)成熟的大學(xué)生,其次我要感謝的是我的導(dǎo)師楊利容老師。雖然楊利容老師平日里工作繁多,但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段,都給予我悉心的指導(dǎo)和幫助,關(guān)心我們每個(gè)階段所做的工作,當(dāng)然,還要感謝寢室的兄弟們?cè)谖彝瓿烧撐牡倪^(guò)程中給予我的幫助和鼓勵(lì),也是他們陪我度過(guò)了這四年的生活,感謝能
41、有這段美好的記憶?,F(xiàn)在即將揮別我的學(xué)校、老師、同學(xué),還有我四年的大學(xué)生活,雖然依依不舍,但是對(duì)未來(lái)的路,我充滿了信心。最后,感謝在大學(xué)期間認(rèn)識(shí)我和我認(rèn)識(shí)的所有人,有你們的陪伴,才有我大學(xué)生活的絢麗多彩。附錄電子密碼鎖源程序:#include#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define lcdio p2#define delay4us() _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();uchar buffer6=0; sbit sda=p33;/串行數(shù)據(jù)sbit scl=p
42、32; /串行時(shí)鐘bit flag=0,aa; /用戶蹲淵義定時(shí)溢出標(biāo)志位uchar dsy_buffer16= ; /顯示緩沖uchar userpassword6=; /用戶輸入密碼sbit rs=p20; sbit rd=p21;sbit lcden=p22;sbit led=p27;sbit leep=p37; /定義蜂鳴器端口uchar code table2=123456; /初始密碼設(shè)置uchar code table=your password.; /標(biāo)題字符串void delayms(uint z) / 延時(shí)子程序uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=11
43、0;y0;y-); void delay() /短延時(shí),兩個(gè)機(jī)器周期,做總線的延時(shí)用;void write_com(uchar com) / 向lcd寫指令rs=0;rd=0;lcden=0;p1=com;delayms(3);lcden=1;delayms(3);lcden=0;void write_date(uchar date) /向lcd寫數(shù)據(jù)rs=1;rd=0;lcden=0;p1=date;delayms(3);lcden=1;delayms(3);lcden=0;void display_string(uchar *p,uchar com) /在lcd指定行顯示字符串子程序 uc
44、har i; write_com(com); for(i=0;i16;i+) write_date(pi);void init_lcd() / lcd 初始化lcden=0;write_com(0x38); /設(shè)置功能兩行顯示write_com(0x0c); /光標(biāo)移動(dòng)顯示數(shù)字write_com(0x06); / 設(shè)置光標(biāo)向右移write_com(0x01); /清屏write_com(0x80); /顯示數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器地址 display_string(table,0x80);display_string( ,0xc0);void start() /起始位(scl保持“高”時(shí),sda由“高”變?yōu)?/p>
45、“低”為開始條件)sda=1;scl=1;delay4us();sda=0;delay4us();scl=0;void stop() /停止位(scl保持“高”sda由“低”變?yōu)椤案摺睍r(shí)為停止條件)sda=0;scl=1;delay4us();sda=1;delay4us();scl=0;void init() /24c04初始化sda=1;delay();scl=1;delay();void ack() /發(fā)送應(yīng)答信號(hào)sda=0;scl=1;delay4us();scl=0;sda=1;void noack() /發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)sda=1;scl=1;delay4us();scl=0;sda
46、=0;uchar recbyte() /從芯片讀取1字節(jié)uchar i,rd;rd=0x00;sda=1; /置數(shù)據(jù)線為輸入方式for(i=0;i8;i+)scl=1;rd=1; / rd等于rd左移1位rd|=sda; /rd等于sda與rd位或delay4us();scl=0;delay4us();scl=0;delay4us();return rd;uchar sendbyte(uchar wd) /向芯片發(fā)送1字節(jié)uchar i;bit ack0;for(i=0;i8;i+)sda=(bit)(wd&0x80); /循環(huán)移入8位_nop_();_nop_();scl=1;delay4us();scl=0;wd=1;delay4us();sda=1; /釋放總線并準(zhǔn)備讀取應(yīng)答scl=1;delay4us();ack0=!sda; /0表示無(wú)應(yīng)答scl=0;delay4us ();return ack0; /返回應(yīng)答uchar recstring(uchar slave,uchar subaddr,uchar *buffer,uchar n) /接收多字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù) uchar i; start(); if(!sendbyt
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