單片機(jī)課程設(shè)計(jì)電子密碼鎖

1、電子密碼鎖的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)院 系： 機(jī)電汽車(chē)工程學(xué)院專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 同組人員： 中文摘要摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)日常生活質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，從工作、學(xué)習(xí)、出行、購(gòu)物等的各個(gè)方面，人們也對(duì)現(xiàn)代安全設(shè)施提出來(lái)更高的要求。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)，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(wú)論在技術(shù)上還是在性能上都大大提高一步。密碼鎖具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還引入了智能化管理、專(zhuān)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(yīng)用日益廣泛。本次電子密碼鎖的設(shè)計(jì)主

2、要就針對(duì)于這種社會(huì)需求，從程序設(shè)計(jì)到硬件設(shè)計(jì)以及硬件安裝連接都做了詳細(xì)的說(shuō)明。設(shè)計(jì)說(shuō)明本次設(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： 密碼通過(guò)鍵盤(pán)輸入，若密碼正確，則將鎖打開(kāi)。 報(bào)警、鎖定鍵盤(pán)功能。密碼輸入錯(cuò)誤數(shù)碼顯示器會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤提示，若密碼輸入錯(cuò)誤次數(shù)超過(guò) 3 次，蜂鳴器報(bào)警并且鎖定鍵盤(pán)。 電子密碼鎖的設(shè)計(jì)主要由三部分組成：4×4 矩陣鍵盤(pán)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。 密碼鎖設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)密碼的輸入、清除、更改、開(kāi)鎖等功能： 密碼輸入功能：按下一個(gè)數(shù)字鍵，一

3、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(dòng)一位。 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。 開(kāi)鎖功能：當(dāng)按下開(kāi)鎖鍵，系統(tǒng)將輸入與密碼進(jìn)行檢查核對(duì)，如果正確鎖打開(kāi)，否則不打開(kāi)。 主要的設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程：首先，選用 ATMEL公司的單片機(jī) AT89C51，以及選購(gòu)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(wàn)能板焊接的方法）。第三步，使用 Keil uVision3 軟件編寫(xiě)單片機(jī)的 C 語(yǔ)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

4、后，聯(lián)合軟、硬件調(diào)試電路板，完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：4×4矩陣鍵盤(pán)；AT89C51；密碼鎖；密碼二次確認(rèn)；電子密碼鎖目錄中文摘要 2設(shè)計(jì)說(shuō)明3目錄5第1章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 11.1 系統(tǒng)法案的選擇 11.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路2第2章 硬件電路設(shè)計(jì) .32.1 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì) 32.2 LED顯示電路42.3 開(kāi)鎖電路 62.4 報(bào)警電路7第3章 軟件設(shè)計(jì) 93.1 軟件設(shè)計(jì)思路93.2 各子程序設(shè)計(jì) 10第4章 系統(tǒng)調(diào)試 .154.1系統(tǒng)硬件連接示意圖154.2系統(tǒng)測(cè)試的局部示意圖16第5章 心得體會(huì)17第6章 參考文獻(xiàn)18附 錄 19源程序清單 19第一章：系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)1.1

5、 系統(tǒng)方案的選擇：綜合其他多種方案設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，采用以AT89S51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)基本的密碼鎖功能，還能添加調(diào)電存儲(chǔ)、聲光提示甚至添加遙控控制功能。其原理如圖12所示。89S51單片機(jī)矩陣鍵盤(pán)控制輸入錯(cuò)誤鎖定鍵盤(pán)延時(shí)報(bào)警控制電路AT24C02掉電存儲(chǔ)開(kāi)鎖控制電路指示電路串口顯示電路圖22單片機(jī)控制方案該方案有較大的活動(dòng)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。本方案采用一種是用以89S51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)

6、確性，實(shí)現(xiàn)基本的密碼鎖功能。1.2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路：1.輸入密碼用矩形鍵盤(pán)，包括數(shù)字鍵和功能鍵。2.LED數(shù)碼管顯示輸入密碼，用74JS247驅(qū)動(dòng)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。3.用發(fā)光二極管代替開(kāi)鎖的電路，發(fā)光表示開(kāi)鎖。4.輸入密碼錯(cuò)誤次數(shù)超過(guò)3次，系統(tǒng)報(bào)警。5.打開(kāi)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(kāi)門(mén)。這樣可預(yù)防停電后再來(lái)電時(shí)無(wú)密碼可用。6.按“C”鍵，清除顯示器為“000000”。7.欲重新設(shè)定密碼，先輸入密碼在案“*”。8.輸入密碼，再按“D”鍵。若密碼與設(shè)定密碼相同，則開(kāi)門(mén)。否則顯示器清為“00000

7、0”。9.軟件的設(shè)計(jì)主要包括鍵盤(pán)鍵值的讀取，LED顯示程序，密碼比較程序和報(bào)警程序。第2章 硬件電路設(shè)計(jì)2.1 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)使用矩陣鍵盤(pán)，所以本設(shè)計(jì)就采用行列式鍵盤(pán)，同時(shí)也能減少鍵盤(pán)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2.1。圖2.1 矩陣鍵盤(pán)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N條行線和M條列線，即可組成具有N×M個(gè)按鍵的鍵盤(pán)。在這種行列式矩陣鍵盤(pán)非鍵盤(pán)編碼的單片機(jī)系統(tǒng)中，鍵盤(pán)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。當(dāng)確認(rèn)有按鍵按下后，下一步就要識(shí)別哪一個(gè)按

8、鍵按下。對(duì)鍵的識(shí)別通常有兩種方法：一種是常用的逐行掃描查詢(xún)法；另一種是速度較快的線反轉(zhuǎn)法。對(duì)照?qǐng)D2.1所示的4×4鍵盤(pán)，說(shuō)明線反轉(zhuǎn)個(gè)工作原理。首先辨別鍵盤(pán)中有無(wú)鍵按下，有單片機(jī)I/O口向鍵盤(pán)送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來(lái)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(huì)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(pán)中哪一個(gè)鍵被按下使通過(guò)將列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)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

9、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2.1：表2.1 按鍵功能按 鍵鍵 名功 能 說(shuō) 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 零2.2LED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(dòng)數(shù)碼管發(fā)光顯示數(shù)碼和74LS138控制位選信號(hào)，就可以完成單片機(jī)的顯示功能，顯示電路的電路原理圖如圖2.2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；

10、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(guò)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字和位控制。圖2.2 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2.2：表2.2 74LS247的邏輯功能表用74LS138控制位循環(huán)顯示，其邏輯功能表如表2.3：表2.3 74LS138邏輯功能表CBAY1Y2Y0Y3Y4Y5Y6Y70000111111 001101111110 1011011111011111011111 00111101111011111101 111011111101111111111102.3 開(kāi)鎖電路在本次設(shè)計(jì)中，

11、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。電路圖如2.3所示。當(dāng)P2.0口輸出低電平時(shí)，二極管發(fā)光，表示開(kāi)鎖。圖3.3 開(kāi)鎖電路2.4報(bào)警電路圖2.4 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(dòng)電流。蜂鳴器電路如圖2.4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。第三章 軟件設(shè)計(jì)3.1軟件設(shè)計(jì)思路電子密碼鎖工作的主要過(guò)程是LED數(shù)碼管提示開(kāi)始輸入密碼，通過(guò)鍵盤(pán)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(kāi)鎖或

12、報(bào)警處理。當(dāng)輸入密碼連續(xù)輸入錯(cuò)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。由于采用兩個(gè)按鍵來(lái)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(guò)程中，首先輸入密碼的長(zhǎng)度，接著根據(jù)密碼的長(zhǎng)度輸入密碼的位數(shù)，直到所有長(zhǎng)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(guò)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(guò)程。3.2 各子程序設(shè)計(jì)1. 鍵盤(pán)掃描子程序鍵盤(pán)掃描流程圖如圖3.2.1圖3.2.1 鍵盤(pán)掃描流程圖鍵盤(pán)掃描子程序如下（請(qǐng)結(jié)合總程序進(jìn)行閱讀）：L2: MOV R3

13、,#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 L22. LED顯示子程序 LED顯示流程圖如圖3.2.2圖3.2.2 LED顯示流程圖LED顯示子程序如下（請(qǐng)結(jié)合總程序進(jìn)行閱讀）：DISP:MOV R0,#45HDISP1: MOV A,R0 ADD A,#50H MOV P0,A CALL DELAY DEC R

14、0 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 CALL 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 RET3 密碼比較和報(bào)警程序密碼比較和報(bào)警流程圖如3.2.3圖3.2.3 密碼比較和報(bào)警流程密碼比較和報(bào)警程序（請(qǐng)結(jié)合總程序進(jìn)行閱讀）：CO

15、MP: 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,$ DJNZ R2,C2C3: INC R5 MOV A,R5 MOV R5,A CJNE R5 ,#03H,C4 CLR P2.1 MOV R5,#00H C4: JMP START第四章 系統(tǒng)調(diào)試4.1系統(tǒng)硬件連接示意圖：4.2 系統(tǒng)測(cè)試的局部本次調(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(guò)匯編

16、后，生成的目標(biāo)文件經(jīng)過(guò)仿真調(diào)試。依次按下1，2，3，4，5，6后，LED顯示如圖4.1圖4.1 LED顯示按下確定鍵后，二極管亮，表示密碼正確開(kāi)門(mén)。如圖4.2圖4.2 密碼正確開(kāi)門(mén)第6章 心得體會(huì)課程設(shè)計(jì)旨在讓學(xué)生養(yǎng)成獨(dú)立思考研究進(jìn)而對(duì)現(xiàn)實(shí)中的問(wèn)題進(jìn)行開(kāi)發(fā)解決的過(guò)程，是使學(xué)生提高發(fā)現(xiàn)、提出、解決問(wèn)題的能力，鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力的關(guān)鍵，也是對(duì)學(xué)生綜合能力和工作能力的具體訓(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。回顧起此次兩個(gè)星期的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)過(guò)程，至

17、今我仍感慨頗多。從最初的選定課題，到后來(lái)辛勤努力的查找資料研究設(shè)計(jì)，當(dāng)中有苦也有甜?？嗟氖敲刻於济γβ德档难芯繂?wèn)題解決問(wèn)題，甜的自然是從解決問(wèn)題的過(guò)程中得到了快樂(lè)得到了前所未有的滿(mǎn)足感。從中我們不但學(xué)習(xí)到了新的知識(shí)，也對(duì)再課堂上學(xué)習(xí)的理論知識(shí)進(jìn)行了有效的實(shí)踐，既是鞏固有事發(fā)展。通過(guò)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。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，在同學(xué)的幫助下，終于游逆而解。非常感謝！第7章 參考文獻(xiàn)1單片機(jī)原

18、理及及應(yīng)用王迎旭編 機(jī)械工業(yè)出版社 20012單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù) 周航慈 著 北京航空航天大學(xué)出版社 3 黃志君，高峰，王建.輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)J.廣西工學(xué)院學(xué)報(bào).2006(4):912.4 其他網(wǎng)路知識(shí)論壇以及百度文庫(kù)等。附 錄源程序清單 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,#0FFH MOV R

19、4,#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 X4 MOV R7,

20、#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 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 CALL