基于單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)

1、密碼鎖的設(shè)計(jì) 課 程 設(shè) 計(jì) 課程名稱: 專業(yè)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)課題: 密碼鎖的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師: 王忠 專業(yè)： 電子信息工程 班級(jí)： 1282051 姓名： 江娟娟 學(xué)號(hào)： 128205101 二O一 五 年 七 月 二 日 電子信息工程 專業(yè)課程設(shè)計(jì)題單 班級(jí) 1282051 學(xué)生 江娟娟 課程名稱 專業(yè)課程設(shè)計(jì) 課 題 密碼鎖的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字式密碼鎖 密碼由46位數(shù)字組成 密碼相符開(kāi)鎖，三次不符報(bào)警 時(shí)間可以任意修改 密碼可以更新 課 題 發(fā) 給 日 期 2015.06.08 課程設(shè)計(jì)完成日期 2015.07.03 指 導(dǎo) 教 師 王忠 評(píng)語(yǔ)： 評(píng)分： 摘要在日常的生活和工作中,

2、 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(lái)解決。若使用傳統(tǒng)的機(jī)械式鑰匙開(kāi)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(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)日常生活中的安全保險(xiǎn)器件的要求越來(lái)越高。為滿足人們對(duì)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、記住密碼即可開(kāi)鎖等優(yōu)點(diǎn)。 本系統(tǒng)以STC89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng)為核心，結(jié)合矩陣鍵盤、數(shù)碼管顯示和報(bào)警系統(tǒng)組成。系統(tǒng)能完成鎖閉狀 態(tài)顯示、密碼輸入錯(cuò)誤超次（大于三次）異常,系統(tǒng)鎖定聲光告警、初始化設(shè)置用戶密碼等基本的

3、密碼鎖的功能。除 上述基本的密碼鎖功能外，依據(jù)實(shí)際的情況還可以重置密碼。 【關(guān)鍵字】：電子密碼鎖 STC89C51 LCD12864 4×4 矩陣鍵盤 目錄第一章 緒論.1 1.1 課題背景和意義.1 1.2 電子密碼鎖發(fā)展趨勢(shì).2第二章 總體設(shè)計(jì)方案的確定.3 2.1 電子密碼鎖設(shè)計(jì)的具體要求.3 2.2 總體設(shè)計(jì)方案選定.3第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).5 3.1 單片機(jī)AT89C51簡(jiǎn)介.5 3.1.1 主要特性.5 3.1.2 引腳功能說(shuō)明.6 3.3 液晶顯示FYD12864的介紹.8 3.3.1 基本特性.8 3.3.2方框圖.8 3.3.3模塊接口說(shuō)明.9 3.4 硬件電路的設(shè)

4、計(jì).11 3.4.1 最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì).10 3.4.2 芯片擦除.13 3.4.3 開(kāi)鎖機(jī)構(gòu).14 3.4.4 鍵盤設(shè)計(jì).14 3.4.5顯示電路設(shè)計(jì).16 3.5 電路設(shè)計(jì)總圖.16第四章 程序設(shè)計(jì).18 4.1 主程序模塊.19 4.2 鍵盤掃描及識(shí)別子程序.19 4.3 系統(tǒng)模塊密碼設(shè)置子程序.20 4.4 系統(tǒng)調(diào)試.21設(shè)計(jì)總結(jié).24參考文獻(xiàn).26附錄 電子密碼鎖整體設(shè)計(jì)圖.27附錄II 電子密碼鎖整體PCB設(shè)計(jì)圖.28附錄III 電子密碼鎖程序源代碼.29 第一章 緒論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

5、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)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。

6、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(kāi)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(kāi)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

7、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(méi)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，37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(kāi)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?？捎^。希望通過(guò)不斷的努力，使電子密

8、碼鎖在我國(guó)也能得到廣泛應(yīng)用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(kāi)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，

9、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

10、、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)盜賊而言是比較困難的。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)用戶而言是非常實(shí)用的一款產(chǎn)品。 第二章 總體設(shè)計(jì)方案的確定2.1 電子密碼鎖設(shè)計(jì)的具體要求（1）本設(shè)計(jì)為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(kāi)鎖密碼位六位密碼的電子密碼鎖。（3）能夠在LCD顯示密碼正確時(shí)顯示密碼正確，密碼錯(cuò)誤時(shí)顯示密碼錯(cuò)誤，輸入密碼時(shí)顯示進(jìn)入界面。（4）實(shí)現(xiàn)輸入密碼錯(cuò)誤超過(guò)限定的三次電子密

11、碼鎖定。（5）4×4的矩陣鍵盤其中包括0-9的數(shù)字鍵和A-F的功能鍵（6）本產(chǎn)品具備報(bào)警功能，當(dāng)輸入密碼錯(cuò)誤時(shí)蜂鳴器響并且LED燈亮。（7）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)方案選定方案一：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，

12、若用戶覺(jué)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。方案二：采用一種是用以AT89S51為核心的單片機(jī)控制方案。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。其原理如下圖2.1所示：返回單片機(jī)微控制器輸入密碼電磁鎖密碼正確？N開(kāi)鎖驅(qū)動(dòng)電路Y圖2.1 單片機(jī)控制密碼鎖原理圖可以看出方案二

13、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)采用此方案第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)AT89C51簡(jiǎn)介 AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k 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AT89S51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。 3.1.1 主要特性 與MCS

14、-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RAM 32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 3.1.2 引腳功能說(shuō)明 圖3.1 單片機(jī)引腳圖Vcc：電源電壓 GND：接地 P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I0口，也即地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在

15、訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在F1ash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1口：Pl 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向IO口，Pl的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“l(fā)”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL），F(xiàn)lash編程和程序校驗(yàn)期間，Pl接收低8位地址。 P2 口：P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向IO 口，P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的上

16、拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL），在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVXRi 指令）時(shí)，P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。 P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I0 口。P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL邏輯門電路。P3口除了作為一

17、般的I0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào) RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFR AUXR的DISRT0 位（地址8EH）可打開(kāi)或關(guān)閉該功能。DISRT0位缺省為RESET輸出高電平打開(kāi)狀態(tài)。 ALEPROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的16 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。 PSEN：程

18、序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S51 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒(méi)有兩次有效的PSEN信號(hào)。 EAVPP：外部訪問(wèn)允許。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。F1ash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程電壓Vpp。 XTALl：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放

19、大器的輸出端。 3.3 液晶顯示FYD12864的介紹3.3.1 基本特性低電源電壓（VDD:+3.0-+5.5V）；顯示分辨率:128×64點(diǎn)；內(nèi)置漢字字庫(kù)，提供8192個(gè)16×16點(diǎn)陣漢字(簡(jiǎn)繁體可選)；內(nèi)置 128個(gè)16×8點(diǎn)陣字符；2MHZ時(shí)鐘頻率；顯示方式：STN、半透、正顯；驅(qū)動(dòng)方式：1/32DUTY，1/5BIAS；驅(qū)動(dòng)方式：1/32DUTY，1/5BIAS；視角方向：6點(diǎn)；通訊方式：串行、并口可選；工作溫度: 0 - +55 ,存儲(chǔ)溫度: -20 - +60；3.2方框圖圖 3.2 方框圖3.3.3模塊接口說(shuō)明表3.1 串口接口說(shuō)明圖*注釋1：如在

20、實(shí)際應(yīng)用中僅使用串口通訊模式，可將PSB接固定低電平，也可以將模塊上的J8和“GND”用焊錫短接。*注釋2：模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路，因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的場(chǎng)合可將該端懸空。 *注釋3：如背光和模塊共用一個(gè)電源，可以將模塊上的JA、JK用焊錫短接。 表3.2并行接口說(shuō)明圖管腳號(hào)管腳名稱電平管腳功能描述1VSS0V電源地2VCC3.0+5V電源正3V0-對(duì)比度（亮度）調(diào)整4RS(CS）H/LRS=“H”,表示DB7DB0為顯示數(shù)據(jù)RS=“L”,表示DB7DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到DB7DB0R/W=“L”,E=“HL”, DB7D

21、B0的數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信號(hào)7DB0H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線8DB1H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線9DB2H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線10DB3H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線11DB4H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線12DB5H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線13DB6H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線14DB7H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式（見(jiàn)注釋1）16NC-空腳17/RESETH/L復(fù)位端，低電平有效（見(jiàn)注釋2）18VOUT-LCD驅(qū)動(dòng)電壓輸出端19AVDD背光源正端（+5V）（見(jiàn)注釋3）20KVSS背光源負(fù)端（見(jiàn)注釋3）*注釋1：如在實(shí)際應(yīng)用中僅使用并口通訊模式，可將PSB接固定高電平，也可以將模塊上的J8和“VCC”

22、用焊錫短接。*注釋2：模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路，因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的場(chǎng)合可將該端懸空。 *注釋3：如背光和模塊共用一個(gè)電源，可以將模塊上的JA、JK用焊錫短接。3.4 硬件電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)單片機(jī)硬件資源的分配：P0.0P0.7用于LCD液晶顯示作用。P3.0、P3.7用于蜂鳴器和報(bào)警燈的控制。P2.0用于開(kāi)鎖電路的控制。P1.0P1.7用于鍵盤電路的控制。P2.0P2.4用于LCD顯示模塊的控制端口的控制。圖3.3 硬件電路圖3.4.1 最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)MCS-5l系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)

23、就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位。圖3.3即為手動(dòng)（開(kāi)關(guān)）復(fù)位電路。 圖3.4 手動(dòng)復(fù)位電路復(fù)位后的狀態(tài)a、復(fù)位后PC值為0000H，表明復(fù)位后的程序從0000H開(kāi)始執(zhí)行。b、SP值為07H，表明堆棧底部在07H，一般需要重新設(shè)置SP值。c、P0P3口值為FFH。P0P3口用作輸入口時(shí)，必須先寫入“1”。單片機(jī)在復(fù)位后，已使P0P3口每一端線為“1”，為這些端線用作輸入口做好了準(zhǔn)備。WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，所以本設(shè)計(jì)采用圖3.4的手動(dòng)復(fù)位電路：圖3.5 本設(shè)計(jì)手動(dòng)復(fù)位電路AT89S51 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引

24、腳XTAL1 和XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見(jiàn)圖3.5。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容Cl、C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容Cl、C2 雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF±10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF±10F。用戶也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如圖1所示。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)

25、生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒(méi)有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。 圖3.6 單片機(jī)自激震蕩電路由于單片機(jī)有內(nèi)部振蕩器，所以本設(shè)計(jì)采用圖3.6的晶振電路：圖3.7 晶振電路3.4.2 芯片擦除 整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外，AT89S51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持

26、兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 3.4.3 開(kāi)鎖機(jī)構(gòu) 用戶通過(guò)LCD提示信息，用鍵盤輸入正確密碼，從而達(dá)到開(kāi)鎖的目的。當(dāng)用戶輸入的密碼正確并且是在按下確定鍵的話，單片機(jī)便輸出開(kāi)門信號(hào)，送到開(kāi)鎖驅(qū)動(dòng) 電路，然后驅(qū)動(dòng)電磁鎖，達(dá)到開(kāi)門的目的。電路驅(qū)動(dòng)和開(kāi)鎖兩級(jí)組成。由D5、R1、T10組成驅(qū)動(dòng)電路，其中T10可以選擇普通的小功率三極管如9014、9018都可以滿足要求。D5作為開(kāi)鎖的提示；由D6、C24、T11組成。其中D6、C24是為

27、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。T11可選用中功率的三極管如8050，電磁鎖的選用要視情況而定，但是吸合力要足夠且由一定的余量。 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(kāi)鎖；滅，表示沒(méi)有開(kāi)鎖。 圖3.8 密碼鎖開(kāi)鎖機(jī)構(gòu)電路圖3.4.4 鍵盤設(shè)計(jì) 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。 每一條水平（行線）與垂直線（列線）的交叉處不相通，而是通過(guò)一個(gè)按鍵來(lái)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N×M個(gè)按鍵的鍵盤。 在這種行

28、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(wú)按鍵按下的程序段。 4×4矩陣鍵盤的工作原理 在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖5所示。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見(jiàn)，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來(lái)做鍵盤是合理的。掃描原理 把每個(gè)鍵都分成水平和垂直的兩端接入，

29、比如說(shuō)掃描碼是從垂直的入，那就代表那一行所接收到的掃描碼是同一個(gè)bit，而讀入掃描碼的則是水平，掃描的動(dòng)作是先輸入掃描碼，再去讀取輸入的值，經(jīng)過(guò)比對(duì)之后就可知道是哪個(gè)鍵被按下。 比如說(shuō)掃描碼送入01111111，前面的0111是代表此時(shí)掃描第一行P1.0列，而后面的1111是讓讀取的4行接腳先設(shè)為VDD，若此時(shí)第一行的第三列按鍵被按下，那讀取的結(jié)果就會(huì)變成01111101（注意1111變成1101），其中LSB的第三個(gè)bit會(huì)由1變成0，這是因?yàn)檫@個(gè)按鍵被按下之后，會(huì)被垂直的掃描碼電位short，而把讀取的LSB的bit電位拉到0，此即為掃描原理。 由於這種按鍵是機(jī)械式的開(kāi)關(guān)，當(dāng)按鍵被按下時(shí)，

30、鍵會(huì)震動(dòng)一小段時(shí)間才穩(wěn)定，為了避免讓8051誤判為多次輸入同一按鍵， 我們必須在偵測(cè)到有按鍵被按下，就Delay一小段時(shí)間，使鍵盤以達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，再去判讀所按下的鍵，就可以讓鍵盤的輸入穩(wěn)定。圖3.8為鍵盤整體?？驁D： 圖3.9 鍵盤整體模框圖3.4.5顯示電路設(shè)計(jì) 顯示設(shè)計(jì)采用字符型液晶屏設(shè)計(jì)，由單片機(jī)的p0口控制顯示，由p2.0p2.4控制lcd的控制端口。本設(shè)計(jì)采用以下液晶顯示設(shè)計(jì)：圖3.10 LCD液晶顯示電路抓圖3.5 電路設(shè)計(jì)總圖Proteus軟件是Labcenter Electronics公司的一款電路設(shè)計(jì)與仿真軟件，它包括ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用來(lái)完成PCB

31、的設(shè)計(jì)，而ISIS模塊用來(lái)完成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術(shù)，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢(shì)就在于它能仿真大量的單片機(jī)芯片，比如MCS-51系列、PIC系列等等，以及單片機(jī)外圍電路，比如鍵盤、LED、LCD等等。通過(guò)Proteus軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個(gè)功能齊全、實(shí)用方便的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室。 本密碼鎖采用proteus進(jìn)行電路圖設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)元件選型，用萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)版進(jìn)行硬件焊接，以實(shí)現(xiàn)硬件部分。 下圖為proteus設(shè)計(jì)的密碼鎖電路圖整體抓圖 圖 3.11 總電路圖第四章 程序設(shè)計(jì)因設(shè)計(jì)主要是作用匯編語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)的51單片機(jī)項(xiàng)目程序，所以首先必須有一個(gè)可以在W

32、indows XP或Windows vista操作系統(tǒng)下執(zhí)行的匯編語(yǔ)言編譯器，本設(shè)計(jì)采用Keil編譯器進(jìn)行編程，因?yàn)樗梢灾С忠幌盗械?1單片機(jī)。 開(kāi)始初始化顯示初始密碼全部清零輸入第一位輸入下一位輸入第六位比較顯示錯(cuò)誤 N顯示開(kāi)鎖 Y圖4.1 主程序的流程圖4.1主程序模塊主程序主要是完成系統(tǒng)初始化、設(shè)置中斷向量、檢查有無(wú)鍵按下、以及調(diào)用顯示等等。主程序部分如下所示：void main(void) LCD_init(); /液晶參數(shù)初始化設(shè)置LCD_clear(); /清屏init_display(); /初始化顯示漢字 LCD_write_com(0x98+3);while(1) keyb

33、oardscan(); /鍵盤掃描，看是否有按鍵按下 display(); refresh(); 4.2 鍵盤掃描及識(shí)別子程序 鍵盤采用查詢的方式，放在主程序中，當(dāng)沒(méi)有按鍵按下的時(shí)候，單片機(jī)循環(huán)主程序，一旦有按鍵按下，便轉(zhuǎn)向相應(yīng)的子程序處理，處理結(jié)束再返回。其程序流程如圖4.2所示 圖4.2 鍵盤掃描程序流程圖4.3系統(tǒng)模塊密碼設(shè)置子程序 由于設(shè)計(jì)是分模塊化進(jìn)行，所以子程序是整體軟件系統(tǒng)的組成部分，子程序不但可以使程序化整為零，使其復(fù)雜簡(jiǎn)單化，同時(shí)也方便閱讀，修改等，每個(gè)功能模塊都有它自己的子程序，在本設(shè)計(jì)中是用LCD顯示數(shù)據(jù)，所以就要用到顯示子程序，設(shè)計(jì)中用的是矩陣鍵盤，所以就用到鍵盤掃描子

34、程序，例如還有顯示初始化子程序、LCD忙檢測(cè)子程序、關(guān)閉狀態(tài)顯示子程序、開(kāi)鎖狀態(tài)顯示子程序、密碼輸入及修改狀態(tài)顯示子程序、密碼輸入錯(cuò)誤后的提示子程序等。如下圖為密碼修改子程序流程圖 選擇模式式舊密碼輸入新密碼輸入存入緩存再次輸入密碼比較密碼重新輸入返回YN是否大于3次鎖定NY圖4.3 設(shè)置密碼子程序4.4系統(tǒng)調(diào)試 在硬件支持的環(huán)境下，用proteus設(shè)計(jì)好的電路，Keil編好的程序編譯成芯片可識(shí)別的S51文件，利用PC機(jī)寫進(jìn)proteus程序圖芯片內(nèi)進(jìn)行仿真測(cè)試，并對(duì)其出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行修改，由圖4.4圖4.8可看出最終調(diào)試成功。 圖4.4 keil編譯程序成功圖4.5 keil生成hex文件圖4

35、.6 proteus調(diào)用keil的hex文件進(jìn)行仿真圖4.7 仿真成功密碼正確圖4.8 密碼正確綠燈亮設(shè)計(jì)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(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(kāi)發(fā)技術(shù)是十分重要的。 回顧起此次課程設(shè)計(jì)，我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在接近兩星期 的日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò) 的知識(shí)，而且

36、學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。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(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。在設(shè)計(jì)的過(guò)程 中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的 知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說(shuō)不懂一些元器件的使用方法，對(duì)單片機(jī)匯編語(yǔ)言掌 握得不好，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)重新溫故。 通過(guò)這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我不僅加深了對(duì)單片機(jī)理論的理解，將理論好地應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中 去，而且我還學(xué)會(huì)了如何去

37、培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新可以是在原 有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)之功能不斷完善，成為自己的東西。 俗話說(shuō)“好的開(kāi)始是成功的一半”。說(shuō)起課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)為最重要的就是做好設(shè)計(jì)的預(yù)習(xí)，認(rèn)真的研究老師給的題目，選一個(gè)自己有興趣的題目。其次，老師對(duì)實(shí)驗(yàn)的講解要一絲不茍的去聽(tīng)去 想，因?yàn)橹挥卸济靼琢?，做起設(shè)計(jì)就會(huì)事半功倍，如果沒(méi)弄明白，就迷迷糊糊的去選題目做設(shè)計(jì)， 到頭來(lái)一點(diǎn)收獲也沒(méi)有。最后，要重視程序的模塊化，修改的方便，也要注重程序的調(diào)試，掌握其 方法。 軟件的編程也要我們不斷的調(diào)試，最終一個(gè)能完成課程設(shè)計(jì)的勞動(dòng)成果出來(lái)了，很高興它能 按著設(shè)計(jì)的思想與要求運(yùn)動(dòng)起來(lái)。 當(dāng)然，這其中也有

38、很多問(wèn)題，第一、不夠細(xì)心比如由于粗心大意接錯(cuò)了線，由于對(duì)課本理論 的不熟悉導(dǎo)致編程出現(xiàn)錯(cuò)誤。第二，是在學(xué)習(xí)態(tài)度上，這次課程設(shè)計(jì)是對(duì)我的學(xué)習(xí)態(tài)度的一次檢驗(yàn)。對(duì)于這次單片機(jī)綜合課程實(shí)習(xí)，我的第一大心得體會(huì)就是作為一名工程技術(shù)人員，要求具備的首要 素質(zhì)絕對(duì)應(yīng)該是嚴(yán)謹(jǐn)。我們這次實(shí)習(xí)所遇到的多半問(wèn)題多數(shù)都是由于我們不夠嚴(yán)謹(jǐn)。第三，在做人上，我認(rèn)識(shí)到，無(wú)論做什么事情，只要你足夠堅(jiān)強(qiáng)，有足夠的毅力與決心，有足夠的挑戰(zhàn)困難的勇氣，就沒(méi)有什么辦不到的。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(wèn)題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時(shí)，在老師那里我學(xué)得到很多實(shí)用的知識(shí)。在此對(duì)老師以及給過(guò)我?guī)椭乃?/p>

39、有同學(xué)再次表示忠心的感謝！參考文獻(xiàn)01 何宏主編. 單片機(jī)原理與接口技術(shù). 北京：國(guó)防工業(yè)出版社. 2006.0702 楊西明, 朱騏主編. 單片機(jī)編程與應(yīng)用入門. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2004.06 03 先鋒工作室編著. 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)實(shí)例. 北京: 清華大學(xué)出版社.2003.0104 謝宜仁主編. 單片機(jī)實(shí)用技術(shù)問(wèn)答. 北京: 人民郵電出版社. 2003.0205 梁麗.電子密碼鎖的計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì).計(jì)算機(jī)仿真.200506 房小翠,王金鳳編著. 單片機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù). 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社. 1999.0607 王寬仁. 可靠安全的智能密碼鎖. 電子技術(shù)應(yīng)用 . 2001

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41、機(jī)嵌入式應(yīng)用的在線開(kāi)發(fā)方法.清華大學(xué)出版社. 2006.3 16 王宜懷.單片機(jī)原理及其嵌入式應(yīng)用教程.北京希望電子出版社. 2002.8 附錄 電子密碼鎖整體設(shè)計(jì)圖附錄II 電子密碼鎖整體PCB設(shè)計(jì)圖附錄III 電子密碼鎖程序源代碼#include <reg51.h>#include "lcd12864.h"#include "keyscan.h"/*/主程序/*void main(void) LCD_init(); /液晶參數(shù)初始化設(shè)置LCD_clear(); /清屏init_display(); /初始化顯示漢字 LCD_write_com(0x98+3);while(1) keyboardscan(); /鍵盤掃描，看是否有按鍵按下 display(); refresh(); 2、矩陣鍵盤掃描程序#include "reg51.h"#include "keyscan.h"#include "lcd12864.h"uchar KeyValue,temp;uc