密碼鎖控制器的設(shè)計

1、遼東學(xué)院課程設(shè)計報告書 單片機(jī)原理與接口技術(shù)成績：課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書所屬課程名稱 單片機(jī)原理與接口技術(shù) 題 目 密碼鎖控制器的設(shè)計 分 院 機(jī)電學(xué)院 專 業(yè)、班 級 學(xué) 號 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 2013年 07月15日 目錄1.課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書22.摘 要33.緒 論34.設(shè) 計 方 案 分 析44.1 課程設(shè)計目的44.2 方案的確立54.3 硬件電路方框圖55.模 塊 介 紹65.1 復(fù)位電路65.2 時鐘電路65.3 LCD顯示電路75.4 矩陣鍵盤75.5 報警電路86.Proteus 硬 件 仿 真86.1 硬件模擬軟件介紹86.2 程序流程圖106.3

2、 軟件編譯與調(diào)試116.4 Proteus圖116.5 芯片引腳功能介紹127.源 程 序 及 注 釋138.程 序 調(diào) 試 及 結(jié) 果 分 析248.1 開始狀態(tài)248.2 等待輸入狀態(tài)248.3 正確輸入狀態(tài)258.4 錯誤輸入狀態(tài)259.總 結(jié)2610.參 考 文 獻(xiàn)27遼東學(xué)院1.課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書課程設(shè)計題目：基于Proteus的單片機(jī)密碼鎖控制器的設(shè)計 課程設(shè)計時間：自 2013年 7 月 8 日起至 2013年 7 月15日。課程設(shè)計要求：要求設(shè)計的電子密碼鎖的密碼用鍵盤上的數(shù)字按鍵產(chǎn)生的6位數(shù)字碼構(gòu)成的密碼，如果輸入密碼正確開鎖（發(fā)光二極管亮），如果密碼不正確，發(fā)出報警

3、信號。（1）顯示位數(shù)：6位密碼顯示（2）鍵盤設(shè)計密碼學(xué)生簽名： 2013年07月15日課程設(shè)計評閱意見項目課程設(shè)計態(tài)度評價10%出勤情況評價10%任務(wù)難度、量評價10%創(chuàng)新性評價10%綜合設(shè)計能力評價20%報告書寫規(guī)范評價20%答辯20%成績綜合評定等級評閱教師： 2013年 07月 15 日2.摘 要隨著社會的發(fā)展，單片機(jī)市場已經(jīng)形成一個規(guī)格齊全、品種繁多的大家族，用戶有非常大的選擇余地。單片機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，在工業(yè)控制領(lǐng)域、家電產(chǎn)品、智能化儀器儀表、計算機(jī)外部設(shè)備，特別是機(jī)電一體化產(chǎn)品中，都有非常重要的用途。電子密碼鎖是一種通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作，從而控制機(jī)械開關(guān)的閉合，完成開

4、鎖、閉鎖任務(wù)的電子產(chǎn)品。它的種類很多，有簡易的電路產(chǎn)品，也有基于芯片的性價比較高的產(chǎn)品?，F(xiàn)在應(yīng)用較廣的電子密碼鎖是以芯片為核心，通過編程來實(shí)現(xiàn)的。設(shè)計包括系統(tǒng)硬件的設(shè)計和軟件的設(shè)計，硬件設(shè)計主要是對CPU的選用，本設(shè)計選用的是型號為AT89C51的單片機(jī)，其次是各種擴(kuò)展模塊的選用，如74LS273、74LS244等擴(kuò)展模塊，還有各種電子元件的選用?！娟P(guān)鍵字】單片機(jī) 密碼鎖 報警功能3.緒 論計算機(jī)系統(tǒng)已明顯地朝巨型化、單片化、網(wǎng)絡(luò)化三個方向發(fā)展。巨型化發(fā)展的目的在于不斷提高計算機(jī)的運(yùn)算速度和處理能力，以解決復(fù)雜系統(tǒng)計算和高速數(shù)據(jù)處理，比如系統(tǒng)仿真和模擬、實(shí)時運(yùn)算和處理。單片化是把計算機(jī)系統(tǒng)盡可

5、能集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，其目的在于計算機(jī)微型化和提高系統(tǒng)的可靠性，這種單片計算簡稱單片機(jī)。單片機(jī)的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)主要是針對自動控制應(yīng)用而設(shè)計的所以單片機(jī)又稱微控制器MCU（Micro Controller Unit）。用它可以很容易地將計算機(jī)嵌入到各種儀器和現(xiàn)場控制設(shè)備中，因此單片機(jī)又叫做嵌入式微控制器（Embedded MCU）。單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來，以其鮮明的特點(diǎn)得到迅猛發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于家用電器、智能玩具、智能儀器儀表、工業(yè)控制、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過30多年的發(fā)展，性能不斷提高，品種不斷豐富，已經(jīng)形成自動控制的一支中堅力量。據(jù)統(tǒng)計，我國

6、的單片機(jī)年容量已達(dá)13億片，且每年以大約16的速度增長，但相對于國際市場我國的占有率還不到1。這說明單片機(jī)應(yīng)用在我國有著廣闊的前景。對于從事自動控制的技術(shù)人員來講，掌握單片機(jī)原理及其應(yīng)用已經(jīng)成為必不可少的學(xué)習(xí)任務(wù)。隨著人們生活水平的提高，日常生活和工作中的住宅與部門的安全防范、單位的文件檔案、財務(wù)報表以及一些個人資料的保存等一系列安全防盜問題變的尤其突出。傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由于其構(gòu)造的簡單，被撬的事件屢見不鮮，且人們常需攜帶多把鑰匙, 使用極不方便, 一旦鑰匙丟失安全性即大打折扣。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。密碼鎖因具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等優(yōu)

7、點(diǎn)，受到了廣大用戶的青睞。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，在一些特殊場所早就有所應(yīng)用。但當(dāng)時多半是配合機(jī)械鎖一起作用且存在著諸如體積較大，成本較高，可靠性較低等缺點(diǎn)一時難以普及。20世紀(jì)80年代后，隨著信息技術(shù)、集成電路、半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，電子密碼鎖的設(shè)計也取得了快速的進(jìn)步?，F(xiàn)今常見的密碼鎖設(shè)計主要有兩種方案，一種是中規(guī)模集成電路控制的方案，另一種是單片機(jī)控制的方案。對于采用集成電路控制的方案，其中的編碼電子鎖電路分為編碼電路、控制電路、復(fù)位電路、解碼電路、防盜報警電路、門鈴電路，而電子鎖主要由輸入元件、電路(包括電源)以及鎖體三部分組成。顯然此種方案的物理實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)

8、較為復(fù)雜且重新設(shè)置密碼、輸入密碼的操作過程也會給用戶帶來一定的不方便；而利用單片機(jī)控制的方案，由于單片機(jī)靈活的編程設(shè)計和豐富的I/O端口，及其控制的準(zhǔn)確性，不但能實(shí)現(xiàn)基本的密碼鎖功能，還能添加掉電存儲、聲光提示甚至添加遙控控制功能，但其也有一定的局限性，就在于其控制原理的復(fù)雜以及要求設(shè)計人員具有更加良好的程序設(shè)計能力，調(diào)試較為繁瑣，否則程序一旦跑飛將造成意想不到的損失。4.設(shè) 計 方 案 分 析4.1 課程設(shè)計目的采用MCS-51系列單片機(jī)AT89S52作為主控芯片，結(jié)合外圍電路，設(shè)計密碼鎖控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)：如果輸入密碼正確開鎖（綠色發(fā)光二極管亮），如果密碼不正確，發(fā)出報警信號（紅色發(fā)光二極

9、管亮）。4.2 方案的確立1.為了實(shí)現(xiàn)密碼的保密性，采用一個4×4的矩陣式鍵盤可以任意設(shè)置用戶密碼，從而提高了密碼的保密性。2.采用LCD顯示單元，提高了可讀性 ,提供良好的人機(jī)界面。4.3 硬件電路方框圖電路由兩大部分組成：AT89S51單片機(jī)及其外圍電路和密碼鎖電路。圖4-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖5.模 塊 介 紹5.1 復(fù)位電路圖5-1 復(fù)位電路5.2 時鐘電路圖5-2 時鐘電路5.3 LCD顯示電路圖5-3 LCD顯示電路5.4 矩陣鍵盤圖5-4 矩陣鍵盤5.5 報警電路圖5-5 報警電路6.Proteus 硬 件 仿 真6.1 硬件模擬軟件介紹Proteus軟件是英國Labcent

10、er electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC1

11、0/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。運(yùn)行界面如下圖：圖6-1 Proteus運(yùn)行界面在Proteus繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過程。Proteus不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過程形象化。前者可在相當(dāng)程度上得到實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的效果，后者則是實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。它的元器件、連接線路等卻

12、和傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)硬件高度對應(yīng)。這在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調(diào)試、運(yùn)行結(jié)果等。實(shí)踐證明，在使用 Proteus進(jìn)行系統(tǒng)仿真開發(fā)成功之后再進(jìn)行實(shí)際制作，能極大提高單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計效率。因此，Proteus有較高的推廣利用價值。6.2 程序流程圖圖6-2 程序流程圖6.3 軟件編譯與調(diào)試圖6-3 編譯與調(diào)試6.4 Proteus圖圖6-4 Proteus圖6.5 芯片引腳功能介紹AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持R

13、ST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電

14、流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時，P1口作為低八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個

15、帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如：P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 7.源 程 序 及 注 釋#include <reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define KEY P1 /鍵盤輸入端口#define N

16、o_key 20 /無按鍵時的返回值#define lcddata P0 /1602的數(shù)據(jù)輸入端口sbit lcden= P22;sbit lcdrs= P20;sbit lcdrw= P21;sbit light= P30;sbit light1= P31;uchar j ; /用來統(tǒng)計輸入 個數(shù)的全局變量uchar aa; /用來在定時器中計數(shù)的 全局變量 uchar code table= " Hello!"uchar code table1=" OK! " ;uchar code table2="Enter please:"

17、;uchar code key_table16 = 1,2,3,10, 4,5,6,11, 7,8,9,12, 0,13,14,15 ;uchar password=9,2,0,6,0,1 ; /設(shè)定初始密碼uchar save6; /保存輸入的數(shù)據(jù)uchar conflag ; /確認(rèn)標(biāo)志uchar lockflag; /鎖鍵盤標(biāo)志uchar startflag; /開始標(biāo)志 void delay(uint z); /延時子函數(shù)void wright_com(uchar com); /寫指令函數(shù)void wright_data(uchar date) ; /寫數(shù)據(jù)函數(shù)void init();

18、 /初始化void display_OK(); / 顯示OKvoid delete(); /刪除輸入的最后一個數(shù)uchar keyscan() ; /帶返回值的鍵盤掃描程序void enter_code(uchar t); /輸入密碼函數(shù)，把輸入的數(shù)據(jù)存入數(shù)組中并在屏幕上顯示相應(yīng)的東西,void confirm(); /確認(rèn)密碼對不對，把輸入的數(shù)據(jù)與密碼逐一對比，完全一樣剛正確，void succeed_an(); /輸入密碼成功時的 響應(yīng),void fail_an(); /輸入密碼 失敗時 響應(yīng) void lockkey(); /鎖鍵盤三秒void reset(); /復(fù)位函數(shù)void di

19、splay_enter(); /顯示輸入void main(void) uchar temp; init(); while(1) if(lockflag) temp=keyscan(); / 鎖鍵期間也要進(jìn)行鍵盤掃描 if(temp!=No_key) /重新記時三秒 aa=0; /重新在定時器中計數(shù) else temp=keyscan(); /反復(fù)掃描輸入，等待隨時輸入 if(temp!=No_key) /有按鍵按下才進(jìn)行下面的操作 if(temp=10) reset(); startflag=1; /開始標(biāo)志置位 if(startflag) enter_code(temp); /每掃描一次鍵

20、盤就要進(jìn)行一次處理，保存輸入的數(shù)值 if(temp=13) /按下確認(rèn)鍵盤就要進(jìn)行密碼確認(rèn) confirm(); /進(jìn)行確認(rèn)判斷 if(conflag) /密碼確認(rèn)為正確 succeed_an(); /密碼正確，作出相應(yīng)的反應(yīng) else fail_an(); /密碼錯誤，作相應(yīng)反應(yīng) if(temp=14) delete(); /作刪除操作 /* 顯示enter*/void display_enter() uchar num; wright_com(0x80);for(num=0;num<13;num+) wright_data(table2num); /* 顯示OK*/void disp

21、lay_OK() uchar num;wright_com(0x80);for(num=0;num<13;num+) wright_data(table1num); /* 刪除最后一個*/void delete() wright_com(0x80+0x40+j); /確定刪除對象wright_data(' '); /顯示空格即為刪除save-j=0; /刪除后數(shù)據(jù)清零wright_com(0x80+0x40+j); /為下次輸入數(shù)據(jù)時寫好位置，必須是在最后一個后面/* 對各種變量進(jìn)行復(fù)位*/void reset()uchar num;display_enter();wri

22、ght_com(0x80+0x40); /擦除屏幕上的顯示for(num=0;num<6;num+) savenum=0; /對輸入的數(shù)值進(jìn)行清零 wright_data(' '); /顯示的是空格 wright_com(0x80+0x40); /下次再輸入時可以又從起始位置輸入lockflag=0; /各種變量要清零回起始狀態(tài)conflag=0;j=0;/* 輸入密碼正確進(jìn)行響應(yīng)*/void succeed_an() light=0; /燈亮 display_OK(); /顯示成功delay(5000);light=1; /燈滅 /* 輸入密碼錯誤進(jìn)行響應(yīng)*/void

23、fail_an() lockkey();/*鎖鍵盤三秒*/void lockkey() lockflag=1;/*輸入密碼并在屏幕上顯示星號*/void enter_code(uchar t)if(t>=0&&t<10) if(j=0) wright_com(0x80+0x40) ; /第一輸入時要先寫入地址指令，否則無法顯示 wright_data('*') ; else wright_data('*') ;/不是第一個輸入則不用再寫地址 savej+=t; /保存輸入的數(shù)據(jù) /*校對密碼以確定是不是正確的*/void confir

24、m()uchar k;for(k=0;k<6;k+) if(passwordk!=savek) /對數(shù)組中的內(nèi)容進(jìn)行逐一比較，一旦有數(shù)據(jù)不對馬上退出循環(huán) break; if(k=6) /要是條件退出的話說明六個數(shù)全對密碼 conflag=1; / 進(jìn)行標(biāo)志密碼正確 /*中斷服務(wù)程序*/void timer0() interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256; /重裝初值if(lockflag) aa+; light1=0; if(aa>=60) /三秒到了 aa=0; /清零可以方便下次再使用 light1=1; /

25、關(guān)閉警報 lockflag=0; /標(biāo)志清零解除鍵鎖，方便下次使用 /*初始化*/void init() uchar num; /*定時器初始化*/ TMOD=1;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;ET0=1;EA=1; /開啟總中斷TR0=1;/把定時器關(guān)閉/*1602初始化*/lcdrw=0; /這個必須要置 零，否則無法正常顯示 lcden=0;wright_com(0x38) ; /初始化 wright_com(0x0c) ; /打開光標(biāo) 0x0c不顯示光標(biāo) 0x0e光標(biāo)不閃，0x0f光標(biāo)閃wright_com(0x01) ; /清

26、顯示wright_com(0x80) ;for(num=0;num<9;num+) wright_data(tablenum); delay(1); /*1602寫入指令*/void wright_com(uchar com) lcdrs=0;lcddata=com;delay(1);lcden=1;delay(1);lcden=0;/*1602寫入數(shù)據(jù)*/void wright_data(uchar date) lcdrs=1;lcddata=date;delay(1);lcden=1;delay(1);lcden=0;/*延時函數(shù)*/void delay(uint z) uint x

27、,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=110;y>0;y-) ;/*4x4矩陣鍵盤掃描函數(shù)*/uchar keyscan() uchar temp,num=No_key; /num的初值要為無鍵盤按下時的返回值/*掃描第一行*/ KEY=0xfe; temp=KEY; temp=temp&0xf0; /讀出高四位 while(temp!=0xf0) delay(5); /延時消抖 temp=KEY; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) /確認(rèn)確實(shí)有按鍵按下 temp=KEY; switch(temp) /根據(jù)這八個電平可

28、以確定是哪個按鍵按下 case 0xee:num=1; break; case 0xde:num=2; break; case 0xbe:num=3; break; case 0x7e:num=10; break; while(temp!=0xf0) /等待松手 temp=KEY; temp=temp&0xf0; /*掃描第二行*/ KEY=0xfd; temp=KEY; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) delay(5); temp=KEY; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) temp=KEY; sw

29、itch(temp) case 0xed:num=4; break; case 0xdd:num=5; break; case 0xbd:num=6; break; case 0x7d:num=11; break; while(temp!=0xf0) temp=KEY; temp=temp&0xf0; /*掃描第三行*/ KEY=0xfb; temp=KEY; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) delay(5); temp=KEY; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) temp=KEY; switch(t

30、emp) case 0xeb:num=7; break; case 0xdb:num=8 ; break; case 0xbb:num=9; break; case 0x7b:num=12; break; while(temp!=0xf0) temp=KEY; temp=temp&0xf0; /*掃描第四行*/ KEY=0xf7; temp=KEY; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) delay(5); temp=KEY; temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) temp=KEY; switch(temp) case 0xe7:num=0; break; case 0xd7:num=13; break; case 0xb7:num=14; break; case 0x77:num=15; break; while(temp!=0xf0) temp=KEY; temp=temp&0xf0; return num;8.程 序 調(diào) 試 及 結(jié) 果 分 析8.1 開始狀態(tài)圖8-1 開始狀態(tài)8.2 等待輸入狀態(tài)圖8-2