單片機(jī)課程設(shè)計(jì)基于89C51的電子密碼鎖設(shè)計(jì)

1、 課程設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)課 程 設(shè) 計(jì)成績評定表設(shè)計(jì)課題 基于89c51的電子密碼鎖設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱 ： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級 ： 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號 ： 指導(dǎo)教師 ： 設(shè)計(jì)地點(diǎn) ： 設(shè)計(jì)時(shí)間 ： 指導(dǎo)教師意見：成績: 簽名： 年 月 日單片機(jī)系統(tǒng)課 程 設(shè) 計(jì)課程設(shè)計(jì)名稱： 基于89c51的電子密碼鎖設(shè)計(jì) 專 業(yè) 班 級 ： 學(xué) 生 姓 名 ： 學(xué) 號 ： 指 導(dǎo) 教 師 ： 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 課程設(shè)計(jì)時(shí)間： 單片機(jī)系統(tǒng) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)班級學(xué)號題 目課題性質(zhì)工程設(shè)計(jì)課題來源自擬指導(dǎo)教師主要內(nèi)容（參數(shù)）利用89c51設(shè)計(jì)電子密碼鎖，實(shí)現(xiàn)以下功能：1 使用led顯示密碼輸入的相關(guān)信息；2

2、 通過鍵盤09設(shè)置4位數(shù)字的密碼；3 實(shí)現(xiàn)密碼的輸入、清除、更改、開鎖、報(bào)警等功能。任務(wù)要求（進(jìn)度）第1-2天：熟悉課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求，查閱技術(shù)資料，確定設(shè)計(jì)方案。第3-4天：按照確定的方案設(shè)計(jì)單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計(jì)要有詳細(xì)論述。第5-6天：軟件設(shè)計(jì)，編寫程序。第7-8天：實(shí)驗(yàn)室調(diào)試。第9-10天：撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、格式規(guī)范、方案合理、設(shè)計(jì)正確，篇幅不少于6000字。主要參考資料1 王迎旭.單片機(jī)原理及及應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，20012 周航慈.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)，北京航空航天大學(xué)出版社 3 張洪潤. 單

3、片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程.北京：清華大學(xué)出版社，19974 宋彩利.單片機(jī)原理與c51接口編程，西安交通大學(xué)出版社，2008.61 夏繼強(qiáng)，沈德金等.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程，北京航天大學(xué)出版社，2004年1月出版 審查意見系（教研室）主任簽字： 年 月 日 23目錄1 概 述42 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)62.1 任務(wù)分析62.2 方案設(shè)計(jì)63 硬件電路設(shè)計(jì)73.1 鍵盤電路設(shè)計(jì)73.2 led顯示電路83.3 開鎖電路103.4 報(bào)警電路104 軟件設(shè)計(jì)114.1 軟件設(shè)計(jì)思路114.1 鍵盤掃描子程序114.2 led顯示子程序134.3 密碼比較和報(bào)警程序145 系統(tǒng)調(diào)試166 總結(jié)17參考文獻(xiàn)17附 錄

4、18附錄a 硬件原理圖18附錄b 源程序清單191 概 述隨著科技的發(fā)展，單片機(jī)已不是一個(gè)陌生的名詞，它的出現(xiàn)是近代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的誕生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大分支。單片機(jī)單芯片的微小體積和低的成本，可廣泛地嵌入到如玩具、家用電器、機(jī)器人、儀器儀表、汽車電子系統(tǒng)、工業(yè)控制單元、辦公自動化設(shè)備、金融電子系統(tǒng)、艦船、個(gè)人信息終端及通訊產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。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

5、把鑰匙, 使用極不方便, 且鑰匙丟失后安全性即大打折扣。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對日常生活中的安全保險(xiǎn)器件的要求越來越高。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。密碼鎖具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等優(yōu)點(diǎn)。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?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式密碼鎖，克服了機(jī)械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點(diǎn)，使密碼鎖無論在技術(shù)上還是在性能上都大大提高一步。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，特別是單片機(jī)的問世，出現(xiàn)了帶微處理器的智能密碼鎖，它除具有電子密碼鎖的功能外，還引入了智能化管理、專家分析系統(tǒng)等功能，從而使密碼鎖具有很高的安全性、可靠

6、性，應(yīng)用日益廣泛。隨著人們對安全的重視和科技的發(fā)展，許多電子智能鎖（指紋識別、ic卡辨認(rèn)）已在國內(nèi)外相繼面世。但是這些產(chǎn)品的特點(diǎn)是針對特定的指紋和有效卡，只能適用于保密要求的箱、柜、門等。而且指紋識識別器若在公共場所使用存在容易機(jī)械損壞，ic卡還存在容易丟失、損壞等特點(diǎn)。加上其成本較高，一定程度上限制了這類產(chǎn)品的普及和推廣。鑒于目前的技術(shù)水平與市場的接收程度，電子密碼鎖是這類電子防盜產(chǎn)品的主流。 本文所涉及的是市場占有率最高的是mcs51系列，因?yàn)槭澜缟虾芏嘀膇c生產(chǎn)廠家都生產(chǎn)51兼容的芯片。到目前為止，mcs51單片機(jī)已有數(shù)百個(gè)品種，還在不斷推出功能更強(qiáng)的新產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的密碼

7、鎖設(shè)計(jì)方案，根據(jù)要求，給出了該單片機(jī)密碼鎖的硬件電路和軟件程序，同時(shí)給出了單片機(jī)型號的選擇、硬件設(shè)計(jì)、軟件流程圖、單片機(jī)存儲單元的分配、匯編語言源程序及詳細(xì)注釋等內(nèi)容?；谝陨纤悸罚敬卧O(shè)計(jì)使用 atmel公司的 at89c51 實(shí)現(xiàn)一基于單片機(jī)的電子密碼鎖的設(shè)計(jì)，其主要具有如下功能：（1）密碼通過鍵盤輸入，若密碼正確，則將鎖打開。 （2）報(bào)警、鎖定鍵盤功能。密碼輸入錯誤數(shù)碼顯示器會出現(xiàn)錯誤提示，若密碼輸入錯誤次數(shù)超過 3 次，蜂鳴器報(bào)警并且鎖定鍵盤。 電子密碼鎖的設(shè)計(jì)主要由三部分組成：44 矩陣鍵盤接口電路、密碼鎖的控制電路、輸出八段顯示電路。另外系統(tǒng)還有 led 提示燈，報(bào)警蜂鳴器等。 密

8、碼鎖設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題是實(shí)現(xiàn)密碼的輸入、清除、更改、開鎖等功能： （1）密碼輸入功能：按下一個(gè)數(shù)字鍵，一個(gè)“”就顯示在最右邊的數(shù)碼管上，同時(shí)將先前輸入的所有“”向左移動一位。 （2）密碼清除功能：當(dāng)按下清除鍵時(shí)，清除前面輸入的所有值，并清除所有顯示。 （3）開鎖功能：當(dāng)按下開鎖鍵，系統(tǒng)將輸入與密碼進(jìn)行檢查核對，如果正確鎖打開，否則不打開。 主要的設(shè)計(jì)實(shí)施過程：首先，選用 atmel公司的單片機(jī) at89c51，以及選購其他電子元器件。第二步，使用 dxp 2004設(shè)計(jì)硬件電路原理圖，并設(shè)計(jì) pcb圖完成人工布線（后因 pcb 板損壞決定采用萬能板焊接的方法）。第三步，使用 keil uvision

9、3 軟件編寫單片機(jī)的 c 語言程序、仿真、軟件調(diào)試。第四部，使用 proteus 軟件進(jìn)行模擬軟、硬件調(diào)試。最后，聯(lián)合軟、硬件調(diào)試電路板，完成本次課程設(shè)計(jì)。 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 任務(wù)分析根據(jù)設(shè)計(jì)要求，電子密碼鎖可以有數(shù)字電路控制完成，還可以由采用一種是用以at89s51為核心的單片機(jī)控制方案。相比之下，單片機(jī)方案有較大的活動空間，不但能實(shí)現(xiàn)所要求的功能而且能在很大的程度上擴(kuò)展功能，而且還可以方便的對系統(tǒng)進(jìn)行升級，所以我們采用后一種方案。2.2 方案設(shè)計(jì)采用一種是用以at89c51為核心的單片機(jī)控制方案。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，不但能實(shí)現(xiàn)基本的密碼鎖功

10、能，還能添加調(diào)電存儲、聲光提示甚至添加遙控控制功能。其原理如圖21所示。圖2.1 單片機(jī)控制方案本方案采用一種是用以89c51為核心的單片機(jī)控制方案。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。初步設(shè)計(jì)思路如下：輸入密碼用矩形鍵盤，包括數(shù)字鍵和功能鍵。led數(shù)碼管顯示輸入密碼，用74js247驅(qū)動數(shù)碼管發(fā)光顯示數(shù)碼，用74ls138控制各位顯示器分時(shí)進(jìn)行顯示。用發(fā)光二極管代替開鎖的電路，發(fā)光表示開鎖。輸入密碼錯誤次數(shù)超過3次，系統(tǒng)報(bào)警。打開電源后，顯示器顯示“000000”，設(shè)原始密碼為“123456”，只要輸入此密碼便了開門。這樣可預(yù)防停電后再來電時(shí)無

11、密碼可用。按“c”鍵，清除顯示器為“000000”。欲重新設(shè)定密碼，先輸入密碼在案“*”。輸入密碼，再按“d”鍵。若密碼與設(shè)定密碼相同，則開門。否則顯示器清為“000000”。軟件的設(shè)計(jì)主要包括鍵值的讀取，led顯示程序，密碼比較程序和報(bào)警程序。3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 鍵盤電路設(shè)計(jì)使用矩陣鍵盤，所以本設(shè)計(jì)就采用行列式鍵盤，同時(shí)也能減少鍵盤與單片機(jī)接口時(shí)所占用的i/o線的數(shù)目，在按鍵比較多的時(shí)候，通常采用這樣方法。其原理如圖3.1圖3.1 矩陣鍵盤每一條水平（行線）與垂直線（列線）的交叉處不相通，而是通過一個(gè)按鍵來連通，利用這種行列式矩陣結(jié)構(gòu)只需要n條行線和m條列線，即可組成具有nm個(gè)按鍵的鍵盤

12、。在這種行列式矩陣鍵盤非鍵盤編碼的單片機(jī)系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認(rèn)有無按鍵按下的程序段。當(dāng)確認(rèn)有按鍵按下后，下一步就要識別哪一個(gè)按鍵按下。對鍵的識別通常有兩種方法：一種是常用的逐行掃描查詢法；另一種是速度較快的線反轉(zhuǎn)法。對照圖3.1所示的44鍵盤，說明線反轉(zhuǎn)個(gè)工作原理。首先辨別鍵盤中有無鍵按下，有單片機(jī)i/o口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來判斷。方法是：向行線輸出全掃描字00h，把全部列線置為低電平，然后將列線的電平狀態(tài)讀入累加器a中。如果有按鍵按下，總會有一根行線電平被拉至低電平從而使行線不全為1。判斷鍵盤中哪一個(gè)鍵被按下使通過將列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)

13、的。方法是：依次給列線送低電平，然后查所有行線狀態(tài)，如果全為1，則所按下的鍵不在此列；如果不全為1，則所按下的鍵必在此列，而且是在與零電平行線相交的交點(diǎn)上的那個(gè)鍵。具體的功能設(shè)計(jì)如表3.1：表3.1 按鍵功能按 鍵鍵 名功 能 說 明19鍵數(shù) 字 鍵輸 入 密 碼* 鍵重 設(shè) 密 碼 鍵設(shè) 定 新 密 碼d鍵確 定 鍵比 較 密 碼# 鍵清 除 鍵使 顯 示 器 清 零3.2 led顯示電路本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的顯示電路是為了給使用者以提示而設(shè)置的。本系統(tǒng)的顯示采用串行顯示的方式，只使用單片機(jī)的一個(gè)串行口，利用74ls247驅(qū)動數(shù)碼管發(fā)光顯示數(shù)碼和74ls138控制位選信號，就可以完成單片機(jī)的顯示功能，

14、顯示電路的電路原理圖如圖3.2所示。用p0.0p0.3接74ls247的a，b，c，d四端口，74ls247的輸出口接led的七段顯示；而p0.4p0.6接74ls138的a，b，c三個(gè)輸入口，74ls138的輸出口接led的位顯示。通過軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字和位控制。圖3.2 led顯示電路用74ls247可以控制輸出什么字型。74ls247的邏輯功能表如表3.2：表3.2 74ls247的邏輯功能表十進(jìn)制數(shù)輸入輸出字型a3a2a1a0qaqbqcqdqeqfqg0000000000000100011001111120010001001023001100001103401001001100450101

15、010110056011001000006701110001111781000000000089100100001009用74ls138控制位循環(huán)顯示，其邏輯功能表如表3.3：表3.3 74ls138邏輯功能表cbay1y2y0y3y4y5y6y70000111111001101111110101101111101111101111100111101111011111101111011111101111111111103.3 開鎖電路在本次設(shè)計(jì)中，基于節(jié)省材料的原則，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。電路圖如3.3所示。當(dāng)p2.0口輸出低電平時(shí)，二極管發(fā)光，表示

16、開鎖。圖3.3 開鎖電路3.4 報(bào)警電路報(bào)警模塊由蜂鳴器和單片機(jī)組成。選擇一只壓電式蜂鳴器，壓電式蜂鳴器工作時(shí)約需要100ma驅(qū)動電流。蜂鳴器電路如圖3.4所示。當(dāng)89c51的p2.1口輸出為低電平時(shí)，蜂鳴器產(chǎn)生蜂鳴音，89c51輸出為高電平時(shí)，蜂鳴器不發(fā)聲。圖3.4 報(bào)警電路4 軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件設(shè)計(jì)思路電子密碼鎖工作的主要過程是led數(shù)碼管提示開始輸入密碼，通過鍵盤輸入密碼，同時(shí)led顯示密碼輸入情況，按下確認(rèn)鍵后判斷密碼的正確性，作出開鎖或報(bào)警處理。當(dāng)輸入密碼連續(xù)輸入錯誤3次時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。密碼的設(shè)定，在此程序中密碼是固定40h45h中，假設(shè)預(yù)設(shè)的密碼為123456共6位密碼。由于采用兩

17、個(gè)按鍵來完成密碼的輸入，那么其中一個(gè)按鍵為功能鍵，另一個(gè)按鍵為數(shù)字鍵。在輸入過程中，首先輸入密碼的長度，接著根據(jù)密碼的長度輸入密碼的位數(shù)，直到所有長度的密碼都已經(jīng)輸入完畢；或者輸入確認(rèn)功能鍵之后，才能完成密碼的輸入過程。進(jìn)入密碼的判斷比較處理狀態(tài)并給出相應(yīng)的處理過程。4.1 鍵盤掃描子程序鍵盤掃描流程圖如圖4.1圖4.1 鍵盤掃描流程圖鍵盤掃描子程序如下：l2: mov r3,#0f7h mov r1,#00hl3: mov a,r3 mov p1,a mov a,p1 mov r4,a setb c mov r5,#04hl4: rlc a jnc keyin inc r1 djnz r5,

18、l4 call disp mov a,r3 setb c rrc a mov r3,a jc l3 jmp l24.2 led顯示子程序 led顯示流程圖如圖4.2圖4.2 led顯示流程圖led顯示子程序如下：disp:mov r0,#45hdisp1: mov a,r0 add a,#50h mov p0,a call delay dec r0 mov a,r0 add a,#40h mov p0,a call delay dec r0 mov a,r0 add a,#30h mov p0,a call delay dec r0 mov a,r0 add a,#20h mov p0,a c

19、all delay dec r0 mov a,r0 add a,#10h mov p0,a call delay dec r0 mov a,r0 add a,#00h mov p0,a call delay ret4.3 密碼比較和報(bào)警程序密碼比較和報(bào)警流程圖如4.3圖4.3 密碼比較和報(bào)警流程密碼比較和報(bào)警程序：comp: mov r1,#45h mov r0,#35h mov r2,#06hc1: mov a,r1 xrl a,r0 jnz c3 dec r1 dec r0 djnz r2,c1 clr p2.0 mov r2,#200c2: mov r6,#248 djnz r6,$ d

20、jnz r2,c2c3: inc r5 mov a,r5 mov r5,a cjne r5 ,#03h,c4 clr p2.1 mov r5,#00h c4: jmp start5 系統(tǒng)調(diào)試本次調(diào)試采用protues軟件仿真。首先設(shè)計(jì)電子密碼鎖的源程序，源程序經(jīng)過匯編后，生成的目標(biāo)文件經(jīng)過仿真調(diào)試。依次按下1，2，3，4，5，6后，led顯示如圖5.1圖5.1 led顯示按下確定鍵后，二極管亮，表示密碼正確開門。如圖5.2圖5.2 密碼正確開門6 總結(jié)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)技

21、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，在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來說掌握單片機(jī)的開發(fā)技術(shù)是十分重要的。回顧起此次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，

22、可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，對單片機(jī)匯編語言掌握得不好，通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識重新溫故。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多編程問題，在同學(xué)的幫助下，終于游逆而解。非常感謝！參考文獻(xiàn)5 王迎旭.單片機(jī)原理及及應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，20016 周航慈.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)，北京航空航天大學(xué)出版社 7 張洪潤. 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程.北京：清華大學(xué)出版社，19978 宋彩利.單片機(jī)原理與c51接口編程，西安交通大學(xué)出版社，2008.69 夏

23、繼強(qiáng)，沈德金等.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程，北京航天大學(xué)出版社，2004年1月出版 10 王新穎.單片機(jī)原理及應(yīng)用，北京大學(xué)出版社，2008年1月出版11 喻萍，郭文川.單片機(jī)原理與接口技術(shù)，化學(xué)工業(yè)出版社，2005年12月附 錄附錄a 硬件原理圖附錄b 源程序清單 org 00h mov r5,#00h mov r7,#00h djnz r7,$ mov r7,#10h mov r6,#06h mov r1,#35hl1: mov a,r7 mov dptr,#table movc a,a+dptr mov r1,a dec r1 inc r7 djnz r6,l1start: orl p2,#0

24、ffh mov r4,#06h mov r0,#40hclear: mov r0,#00h inc r0 djnz r4,clearl2: mov r3,#0f7h mov r1,#00hl3: mov a,r3 mov p1,a mov a,p1 mov r4,a setb c mov r5,#04hl4: rlc a jnc keyin inc r1 djnz r5,l4 call disp mov a,r3 setb c rrc a mov r3,a jc l3 jmp l2keyin: mov a,r1 xrl a,#0bh jz x3 mov a,r1 xrl a,#0fh jz x

25、4 mov r7,#10d1: mov r6,#24 djnz r6,$ djnz r7,d1d2: mov a,p1 xrl a,r4 jz d2 mov a,r1 mov dptr,#table movc a,a+dptr mov r7,a xrl a,#0ah jz set0 mov a,r7 xrl a,#0bh jz start mov a,r7 xrl a,#0ch jz l2 mov a,r7 xrl a,#0dh jz l2 mov a,r7 xch a,40h xch a,41h xch a,42h xch a,43h xch a,44h xch a,45h call disp jmp l2x3: jmp disp2x4: jmp compdisp:mov r0,#45hdisp1: mov a,r0 add a,#50h mov