單片機課程設計報告基于單片機的電子密碼鎖

1、- 1 - 單單 片片 機機 課課 程程 設設 計計 報報 告告 課題名稱：基于單片機的電子密碼鎖 學 校： 系 別：機械電子工程系 專 業(yè)：應用電子技術(shù) 姓 名： 學 號： 指導教師： - 2 - 目錄目錄 一一 設計總說明設計總說明.- 3 - 二二 電子密碼鎖的系統(tǒng)設計電子密碼鎖的系統(tǒng)設計.- 4 - 2.12.1 設計方案論證與比較設計方案論證與比較.- 4 - 2.22.2 電子密碼鎖總體設計電子密碼鎖總體設計.- 4 - 三三 硬件電路設計硬件電路設計.- 5 - 3.13.1 單片機單片機 at89c51at89c51 簡介簡介.- 5 - 3.23.2 4444 矩陣鍵盤矩陣鍵

2、盤 .- 5 - 3.33.3 震蕩電路震蕩電路 .- 6 - 3.43.4 外部存儲器電路外部存儲器電路 .- 6 - 3.53.5 1602lcd1602lcd 液晶顯示液晶顯示 .- 7 - 3.63.6 ledled 及蜂鳴器及蜂鳴器 .- 7 - 3.73.7 完整電路圖及元器件清單完整電路圖及元器件清單.- 8 - 四四 軟件程序設計軟件程序設計.- 9 - 4.14.1 程序設計流程圖程序設計流程圖.- 9 - 4.24.2 電子密碼鎖源程序電子密碼鎖源程序 .- 10 - 五五 仿真調(diào)試仿真調(diào)試.- 15 - 5.15.1 使用使用 k keileil生成生成hexhex文件文

3、件.- 15 - 5.25.2 使用使用 p proteusroteus仿真過程仿真過程.- 16 - 六六 總結(jié)與體會總結(jié)與體會.- 19 - 七七 參考文獻及參考文獻及 pcbpcb 封裝圖封裝圖.- 19 - 7.17.1 參考文獻參考文獻 .- 19 - 7.27.2 pcbpcb 封裝圖封裝圖 .- 20 - - 3 - 一 設計總說明 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、財務報表以及一 些個人資料的保存多以加鎖的辦法來解決。若使用傳統(tǒng)的機械式鑰匙開鎖，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。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展， 人們對日

4、常生活中的安全保險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運而生。密碼鎖具有安全性高、成本低、功耗低、易 操作等優(yōu)點。 在安全技術(shù)防范領(lǐng)域，具有防盜報警功能的電子密碼鎖逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式密碼鎖， 克服了機械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點，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、可靠性，應用日益廣泛。 基于以上思路，本次設計使用 atmel 公司的 at8

5、9c51 實現(xiàn)一基于單片機的電子密碼鎖 的設計，其主要具有如下功能： （1）設置 6 位密碼，密碼通過鍵盤輸入，按鍵確實按下，發(fā)出提示音。若密碼正確， 則將鎖打開。 （2）密碼可以由用戶自己修改設定（只支持 6 位密碼） ，鎖打開后才能修改密碼。 （3）斷電后密碼可保存。 電子密碼鎖的設計主要由三部分組成：44 矩陣鍵盤接口電路、密碼鎖的控制電路、 密碼存儲電路、輸出顯示電路。另外系統(tǒng)還有 led 提示燈，蜂鳴器等。 密碼鎖設計的關(guān)鍵問題是實現(xiàn)密碼的輸入、清除、更改、開鎖等功能： （1）密碼輸入功能：按下一個數(shù)字鍵，依次輸入密碼。 （2）密碼清除功能：當按下清除鍵時，清除前面輸入的所有值，并清

6、除所有顯示。 （3）密碼更改功能：將輸入的值作為新的密碼并保存。 （4）開鎖功能：當按下開鎖鍵，系統(tǒng)將輸入與密碼進行檢查核對，如果正確鎖打 開，否則不打開。 主要的設計實施過程：首先，選用 atmel 公司的單片機 at89c51，以及選購其他電子 元器件。第二步，使用 proteus pro7.7 設計硬件電路原理圖，并設計 pcb 圖完成布線。第 三步，使用 keil uvision3 軟件編寫單片機的 c 語言程序、仿真、軟件調(diào)試。第四部，使 用 proteus 軟件進行模擬軟、硬件調(diào)試，完成本次課程設計。 - 4 - 摘要（關(guān)鍵詞）：電子密碼鎖 at89c51 44 矩陣鍵盤 密碼輸入

7、與修改 二 電子密碼鎖的系統(tǒng)設計 2.12.1 設計方案論證與比較設計方案論證與比較 方案一：卡片式電子密碼鎖?？ㄆ诫娮用艽a鎖,它利用光電耦合的方式，將密碼信息 從打孔的形式做在卡片上 ,只要將卡片插入鎖內(nèi)，就能將鎖打開。如果卡片上密碼信息不 對,密碼鎖發(fā)出報警聲。這種方法是需要卡片做為鑰匙，容易被盜和被仿制，安全性不高。 方案二：磁卡式電子密碼鎖，具有功能強、故障率低、可靠性高和工作壽命長等優(yōu)點， 但這種方法的缺點是磁卡容易消磁，對用戶造成不必要的麻煩。 方案三：用at89c51設計的多功能密碼鎖。以單片機作為微控制器，可以實現(xiàn)基于以上 優(yōu)點，本系統(tǒng)選用該方案作為設計方案。按鍵有效指示、輸

8、入錯誤、控制開鎖、錯誤報警、 密碼修改等功能，工作穩(wěn)定可靠，保密性高，實用性強。 2.22.2電子密碼鎖總體設計電子密碼鎖總體設計 51 單片機 44 鍵盤 lcd 外部存儲器 揚聲器 晶振電路 發(fā)光二極管 等 圖 2-1 系統(tǒng)原理框圖 - 5 - 三 硬件電路設計 3.13.1 單片機單片機 at89c51at89c51 簡介簡介 at89c51 是美國 atmel 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 cmos 8 位單片機，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（eprom）和 128bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)序存器（ram） ，器 件采用 atmel 公司的高密度/非易失性存儲技術(shù)

9、生產(chǎn)，兼容標準 mcs-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置 通用 8 位中央處理器（cpu）和 flash 存儲單元，at89c51 單片機為許多嵌入式控制系統(tǒng)提 供了一種靈活行高且價廉的方案。 主要特性: 與 mcs-51 兼容 4k 字節(jié)可編程 flash 存儲器(壽命：1000 寫/ 擦循環(huán)) 全靜態(tài)工作：0hz-24khz 三級程序存儲器保密鎖定 128*8 位內(nèi)部 ram 32 條可編程 i/o 線 兩個 16 位定時器/計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 圖 3-1 at89c51 引腳 圖 3.23.2 4444 矩陣鍵盤矩陣鍵盤 如圖 3-2

10、 所示，本系統(tǒng)采用 44 矩陣鍵盤，16 個按鍵分為輸入數(shù)字鍵： 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9；功能鍵確定、上鎖、修改密碼、保存密碼、clr。 - 6 - 圖 圖圖 3-2 44 矩陣鍵盤 3.33.3 震蕩電路震蕩電路 c1 30pf c2 30pf x1 圖 3-3 振蕩電路 本設計晶振選擇頻率為 12mhz，電容選擇 30pf 如圖 3-3。 經(jīng)計算得單片機工作機器周期為： 12（112m）=1us。 - 7 - 3.43.4 外部存儲器電路外部存儲器電路 為了保證用戶密碼在系統(tǒng)掉電時不會丟失，本系統(tǒng)采用 at24c04 的 eeprom 存儲器來存 儲用戶密碼。電擦除可編程只

11、讀存儲器 eeprom(electrically erasable prom)是近年來開 始被廣泛使用的一種只讀存儲器，它能在應用系統(tǒng)中進行在線改寫，并能在掉電的情況下 保存數(shù)據(jù)而不需保證電源，因而完全符合系統(tǒng)的設計要求。雖然 eeprom 的擦除時間較長， 但這不影響整個系統(tǒng)的功能。在本系統(tǒng)，用戶設定的密碼就存于 eeprom at24c04 中。 at24c04 與單片機之間采用 i2c 總線通訊方式。 圖 3-4 24c04a 外部存儲器 3.53.5 1602lcd1602lcd 液晶顯示液晶顯示 圖 3-5 lcd 液晶顯示 主要技術(shù)參數(shù) 顯示容量芯片工作電壓工作電流最佳工作電壓字符

12、尺寸 - 8 - 162 個字符4.55.5v2.0ma(5.0v)5.0v3.954.35mm 3.63.6 ledled 及蜂鳴器及蜂鳴器 圖 3-6 led 開鎖提示 如圖，led 模擬鎖的開關(guān)狀態(tài)。若 led 亮，表示密碼正確，開鎖。 圖 3-7 蜂鳴器 按鍵按下，密碼鎖打開等動作實現(xiàn)時發(fā)出提示音。 3.73.7 完整電路圖及元器件清單完整電路圖及元器件清單 - 9 - 開始 輸入密碼 正確否？ 開鎖 判斷按鍵 上鎖鍵 修改密碼鍵 上鎖 結(jié)束 輸入新密碼 修改密碼 yes no 圖 3-8 仿真電路圖 元器件規(guī)格/型號數(shù)量 單片機at89c511 存儲器24c04a1 lcdlm016

13、l1 晶振crystal1 瓷片電容cap2 電解電容cap-elec 電阻res2 電阻排respack-81 發(fā)光二級管led-yellow1 蜂鳴器sounder1 按鈕button16 表 3-9 元件清單 四 軟件程序設計 程序主要完成：開始時 lcd 顯示“your password”提示輸入密碼，輸入密碼后按下確 認鍵，系統(tǒng)會將所輸入與系統(tǒng)密碼進行比對。若輸入密碼正確則顯示“unlock ok”開鎖， 然后可以選擇上鎖或者修改密碼，如果密碼錯誤則顯示“error” 。開鎖后，按下上鎖鍵， 系統(tǒng)上鎖并返回，選擇修改密碼則可以對系統(tǒng)進行修改密碼操作。 4.14.1 程序設計流程圖程序

14、設計流程圖 - 10 - 圖 4-1 程序設計流程圖 4.24.2 電子密碼鎖源程序電子密碼鎖源程序 /-main.c- /名稱：電子密碼鎖 /- / / 當輸入 0-9 中的數(shù)字時可以輸入密碼，不超過 6 位，輸入完成后按下 a / 鍵開鎖，密碼正確時 led 點亮，液晶屏顯示開鎖成功。 / 其他鍵功能是：b 上鎖 c 重新輸入密碼 d 保存新密碼 e 清除。 / 重設密碼時要求先輸入正確的密碼成功開鎖。 /- #include #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define de

15、lay4us(); /上次按鍵和當前按鍵序號，該矩陣中序號范圍為 0-15,16 表示無按鍵 uchar pre_keyno = 16, keyno = 16; uchar code title_text = your password.;/標題字符串 uchar dsy_buffer10 = ;/顯示緩沖 uchar userpassword10 = ;/用戶輸入的密碼 void lcd_init();/液晶初始化 void display_string(uchar * str, uchar lineno);/在液晶指定行顯示字符串 void iic_24c04_init();/iic 初始

16、化 - 11 - void beep();/蜂鳴器 uchar recstring (uchar slave,uchar subaddr,uchar *buffer,uchar n);/從 iic 讀取 數(shù)據(jù) uchar sendstring (uchar slave,uchar subaddr,uchar *buffer,uchar n);/向 iic 寫入 數(shù)據(jù) uchar keys_scan();/鍵盤掃描，返回鍵盤號 0-15 sbit led_open =p27;/開鎖亮燈 sbit beep =p37;/蜂鳴器 /- / 延時 /- void delayms(uint x) uch

17、ar i; while (x-) for (i = 0;i 120; i+); /- / 蜂鳴器子程序 /- void beep() uchar i; for (i = 0;i 100; i+) delayms(1); beep = beep; beep=0; /- / 清除密碼 /- void clear_password() userpassword0 = 0; dsy_buffer0 = 0; /- / 主程序 /- void main() uchar i = 0; uchar iic_password10; uchar is_valid_user = 0; p0 = 0 xff; p1

18、 = 0 xff; p2 = 0 xff; tmod = 0 x02; /t0 設置為 8 位自動重裝模式 th0 = 175; tl0 = 175; tr0 = 1; /啟動 t0 delayms(10); lcd_init(); /初始化 lcd - 12 - iic_24c04_init(); /初始化 24c04 display_string(title_text,0 x00); /在第 1 行顯示標題 recstring(0 xa0, 0 , iic_password, 6); iic_password6 = 0; while(1) p1 = 0 xf0; if(p1 != 0 xf

19、0) keyno = keys_scan(); /掃描鍵盤獲取鍵序號 keyno switch ( keyno ) case 0: case 1: case 2: case 3: case 4: case 5: case 6: case 7: case 8: case 9: if ( i= 5 ) /密碼限制在 6 位以內(nèi) /如果 i 為 0 則執(zhí)行一次清屏 if (i =0) display_string( ,0 x40); userpasswordi = keyno + 0; userpasswordi+1 = 0; dsy_bufferi = *; dsy_bufferi+1 = 0;

20、display_string(dsy_buffer,0 x40); i+; break; case 10: /按 a 鍵開鎖 if (strcmp(userpassword,iic_password) = 0) led_open = 0; /點亮 led clear_password(); display_string(unlock ok! ,0 x40); is_valid_user = 1; else led_open =1; /關(guān)閉 led clear_password(); display_string(error ! ,0 x40); is_valid_user = 0; i = 0

21、; break; case 11: /按 b 鍵上鎖 led_open =1; clear_password(); display_string(title_text,0 x00); - 13 - display_string( ,0 x40); i = 0; is_valid_user = 0; break; case 12: /按 c 鍵設置新密碼 /如果是合法用戶則提示輸入新密碼 if ( !is_valid_user ) display_string(no rights !,0 x40); else i = 0; display_string(new password: ,0 x00)

22、; display_string( ,0 x40); break; case 13: /按 d 鍵保存新密碼 if ( !is_valid_user ) display_string(no rights !,0 x40); else sendstring(0 xa0, 0 , userpassword, 6); /重新讀入剛寫的密碼 recstring(0 xa0, 0 , iic_password, 6); iic_password6 = 0; i = 0; display_string(title_text,0 x00); display_string(password saved! ,0

23、 x40); break; case 14: /按 e 鍵消除所有輸入 i = 0; clear_password(); display_string( ,0 x40); beep(); delayms(100); p1= 0 xf0; while (p1 != 0 xf0); /如果有鍵未釋放則等待 while (p1 = 0 xf0); /如果沒有再次按下按鍵則等待 /- 24c04.c - / 24c04 iic 讀/寫程序 /- sbit scl = p32;/串行時鐘 sbit sda = p33;/串行數(shù)據(jù) /- / 起始位 /- void start() - 14 - sda =

24、 1; scl = 1; delay4us(); sda = 0; delay4us(); scl = 0; /- / 停止位 /- void stop() sda = 0; scl = 1; delay4us(); sda = 1; delay4us(); scl = 0; /- / iic 總線初始化 /- void ack() sda = 0; scl = 1; delay4us(); scl = 0; sda =1; /- / 發(fā)送非應答信號 /- void no_ack() sda = 1; scl =1; delay4us(); scl = 0; sda = 0; /- / 從芯片

25、讀取 1 字節(jié) /- uchar recbyte() uchar i,rd; rd = 0 x00; sda = 1;/置數(shù)據(jù)線為輸入方式 for(i = 0;i 8; i+) scl = 1; rd = 1; rd|=sda; delay4us();scl = 0; delay4us(); scl = 0; - 15 - delay4us(); return rd; /- / 向芯片發(fā)送 1 字節(jié) /- uchar sendbyte(uchar wd) uchar i; bit ack0; for(i = 0;i 8;i+)/循環(huán)移入 8 位 sda = (bit)(wd _nop_();

26、_nop_(); scl = 1; delay4us(); scl = 0 ;wd = 1; delay4us(); sda = 1;/釋放總線并準備讀取應答 scl = 1; delay4us(); ack0 = !sda;/0 表示無應答 scl = 0; delay4us(); return ack0;/返回應答 /- / 發(fā)送多字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù) /- uchar sendstring(uchar slave,uchar subaddr,uchar *buffer,uchar n) uchar i; start(); if (!sendbyte(slave)return 0;/器件地址 if

27、 (!sendbyte(subaddr) return 0;/器件子地址 start(); if (!sendbyte(slave + 1) return 0; /器件地址，讀操作 for (i = 0; i 4 0 x0f; /對 0-3 行分別附加起始值 0,4,8,12 switch (tmp) case 1: keyno += 0; break; case 2: keyno += 4; break; case 4: keyno += 8; break; case 8: keyno += 12; return keyno; 五 仿真調(diào)試 5.15.1 使用使用 keilkeil 生成生成

28、 hexhex 文件文件 將上述代碼經(jīng) keil 生成 hex 文件以便 proteus 仿真。keil 界面如下圖： 圖 5-1 keil 的使用 5.25.2 使用使用 proteusproteus 仿真過程仿真過程 - 17 - 使用 proteus 繪制原理圖，然后將上一步 keil 生成的 hex 程序文件載入到單片機中， 點擊運行，過程大致如下： 1.初始界面：lcd 顯示“your password.”,提示輸入密碼，如下圖： 圖 5-2 初始界面 2.密碼輸入： 輸入密碼，按確定鍵，如果正確，顯示“unlock ok!”并解鎖。 圖 5-3 密碼正確 圖 5-4 燈亮開鎖 輸入密碼，按確定鍵，如果錯誤，則顯示“error!”，不解鎖。 - 18 - 圖 5-5 密碼錯誤 圖 5-6 鎖未開 3.密碼修改及保存： 在密碼輸入正確，鎖打開的情況下，按“修改密碼”鍵，進入密碼修改界面： 圖 5-7 輸入新密碼 - 19 - 輸入新密碼后，按“保存密碼”鍵，保存新密碼： 圖 5-8 保存密碼 六 總結(jié)與體會 通過