基于單片機的智能電子密碼鎖設計-畢業(yè)設計學位論文范文模板參考資料

PAGEPAGE30課程設計課程名稱單片機原理與應用課題名稱智能電子密碼鎖設計設計內容與設計要求設計內容：密碼的設定，此密碼是固定在程序存儲器ROM中，假設預設的密碼為“12345”共5位密碼。密碼的輸入：采用兩個按鍵來完成密碼的輸入，其中一個按鍵為功能鍵，另一個按鍵為數(shù)字鍵。在密碼都已經(jīng)輸入完畢并且確認功能鍵之后，才能完成密碼的輸入過程。然后進入密碼的判斷比較處理狀態(tài)并給出相應的處理過程。按鍵禁止功能：初始化時，允許按鍵輸入密碼，當有按鍵按下并開始進入按鍵識別狀態(tài)時，按鍵禁止功能被激活，但啟動的狀態(tài)是在3次密碼輸入不正確的情況下發(fā)生的。設計要求：設計方案要合理、正確；系統(tǒng)硬件設計及焊接制作；系統(tǒng)軟件設計及調試；系統(tǒng)聯(lián)調；寫出設計報告。主要設計條件MCS-51單片機實驗操作臺1臺；PC機及單片機調試軟件；單片機應用系統(tǒng)板1套；制作工具1套；系統(tǒng)設計所需的元器件。說明書格式封面課程設計任務書目錄系統(tǒng)總體方案設計系統(tǒng)硬件設計軟件設計（包括流程圖）系統(tǒng)的安裝調試說明8、總結9、參考文獻10、附錄（源程序清單及硬件原理圖等）；11、課程設計成績評分表。參考文獻[1]、《微型計算機原理及應用》許立梓編機械工業(yè)出版社2002[2]、《微型計算機接口技術及應用》劉樂善編華中理工大學出版社2000[3]、《計算機硬件技術基礎試驗教程》鄒逢興編高等教育出版社2000[4]、《16位微型計算機原理接口及其應用》周佩玲編中國科學技術大學出版社2000[5]、《微型計算機原理與接口技術》吳秀清編中國科學技術出版社2001[6]、《微型計算機接口技術》鄧亞平編清華大學出版社2001[7]、《單片機原理及及應用》王迎旭編機械工業(yè)出版社2001[8]、《單片機應用程序設計技術》周航慈著北京航空航天大學出版社2002[9]、《單片機實用技術問答》謝宜仁主編人民郵電出版社2002目錄第1章緒論 11.1概述 11.2電子密碼控制簡介 11.3電子密碼控制的發(fā)展趨勢 21.4設計內容 21.5設計要求 31.6系統(tǒng)需求分析： 31.7單片機芯片介紹 3第2章系統(tǒng)方案設計 62.1設計思路 62.2矩陣鍵盤接口電路 62.3LED顯示 62.4報警系統(tǒng) 62.5硬件電路設計總框圖 7第3章硬件電路設計 83.2LED顯示電路設計 93.2.1LED顯示電路圖 93.3報警電路設計 103.3.1報警電路圖 103.3.2報警電路原理 11第4章軟件設計 124.1軟件總體設計 124.2各子程序的設計 124.2.1密碼的固定： 124.2.2鍵盤的掃描識別判斷： 134.2.4密碼設置流程圖 154.2.5開鎖流程圖 164.2.6密碼比較及對錯處理 17第5章系統(tǒng)調試 18心得體會 19附錄 20附錄A.源程序清單 20附錄B.硬件調試圖 28參考文獻 29第1章緒論1.1概述在安全技術防范領域，具有防盜報警功能的電子密碼控制系統(tǒng)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式密碼控制系統(tǒng)，克服了機械式密碼控制的密碼量少、安全性能差的缺點，使電子密碼控制系統(tǒng)無論在技術上還是在性能上都大大提高了一步。隨著大規(guī)模集成電路技術的發(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控制系統(tǒng)，它除具有傳統(tǒng)電子密碼控制系統(tǒng)的功能外，還引入了智能化管理、專家分析系統(tǒng)等功能，從而使密碼控制系統(tǒng)具有很高的安全性、可靠性，應用日益廣泛。1.2電子密碼控制簡介電子密碼控制是一種通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作，從而控制機械開關的閉合，完成開鎖、閉鎖任務的電子產品。電子密碼控制不論性能還是安全性都已大大超過了機械類。其特點如下：1)保密性好，編碼量多，遠遠大于機械控制。隨機開鎖成功率幾乎為零。2)密碼可變，用戶可以隨時更改密碼，防止密碼被盜，同時也可以避免因人員的更替而使控制的保密性下降。3)誤碼輸入保護，當輸入密碼多次錯誤時，報警系統(tǒng)自動啟動。4)無活動零件，不會磨損，壽命長。5)使用靈活性好，不像機械鎖必須佩帶鑰匙才能開鎖。6)電子密碼控制系統(tǒng)具有操作簡單易行，一學即會的特點。1.3電子密碼控制的發(fā)展趨勢由于電子器件所限，以前開發(fā)的電子密碼控制系統(tǒng)，其種類不多，保密性差，最基本的就是只依靠最簡單的模擬電子開關來實現(xiàn)的，制作簡單但很不安全，后來便是基于EDA來實現(xiàn)的，其電路結構復雜，電子元件繁多，也有使用早先的20引腳的2051系列單片機來實現(xiàn)的，但密碼簡單，易破解。隨著電子元件的進一步發(fā)展，電子密碼控制系統(tǒng)也出現(xiàn)了很多的種類，功能日益強大，使用更加方便，安全保密性更強，由以前的單密碼輸入發(fā)展到現(xiàn)在的，密碼加感應元件，實現(xiàn)了更為真正的電子加密，用戶只有密碼或電子鑰匙中的一樣，是打不開鎖的，隨著電子元件的發(fā)展及人們對保密性需求的提高出現(xiàn)了越來越多的電子密碼控制系統(tǒng)。由于數(shù)字、字符、圖形圖像、人體生物特征和時間等要素均可成為電子信息，組合使用這些信息能夠使電子防盜密碼控制獲得更高的保密性，如防范森嚴的金庫，需要使用復合信息密碼的電子防盜密碼控制系統(tǒng)。組合使用信息也能夠使電子防盜密碼控制系統(tǒng)獲得無窮擴展的可能?？梢钥闯鼋M合使用電子信息是電子密碼控制系統(tǒng)今后發(fā)展的趨勢。1.4設計內容：（1）密碼的設定，此密碼是固定在程序存儲器ROM中，假設預設的密碼為“123456”共6位密碼。（2）密碼的輸入：采用兩個按鍵來完成密碼的輸入，其中一個按鍵為功能鍵，另一個按鍵為數(shù)字鍵,在密碼都已經(jīng)輸入完畢并且確認功能鍵之后，才能完成密碼的輸入過程。然后進入密碼的判斷比較處理狀態(tài)并給出相應的處理過程。（3）按鍵禁止功能：初始化時，允許按鍵輸入密碼，當有按鍵按下并開始進入按鍵識別狀態(tài)時，按鍵禁止功能被激活，但啟動的狀態(tài)是在3次密碼輸入不正確的情況下發(fā)生的。（4）密碼的修改:采用串行EEPROM快速存儲器實現(xiàn)密碼的保存.改完之后的密碼寫入EEPROM中,每次開機或者復位之后,自動讀取密碼。1.5設計要求：（1）設計方案要合理、正確；（2）系統(tǒng)硬件設計及焊接制作；（3）系統(tǒng)軟件設計及調試；（4）系統(tǒng)聯(lián)調。1.6系統(tǒng)需求分析：根據(jù)上節(jié)的設計內容，則對系統(tǒng)的需求如下：系統(tǒng)需要使用LED數(shù)碼管，用來顯示各種狀態(tài)，可以告訴用戶系統(tǒng)運行的實時狀態(tài)。系統(tǒng)需要使用鍵盤電路，實現(xiàn)密碼的輸入和控制密令的下達，完成用戶的設計要求。密碼的存儲，而且要掉電保寸，需要使用串行EEPROM快速存儲器。系統(tǒng)還需要使用LED指示燈、蜂鳴器、繼電器來模擬各種狀態(tài)。系統(tǒng)軟硬件要支持在線系統(tǒng)編程。1.7單片機芯片介紹單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲器、I/O接口電路，從而構成了單芯片微型計算機，即單片機。Intel公司推出了MCS-51系列單片機：集成8位CPU、4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、4個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時/計數(shù)器。尋址范圍64K，并有控制功能較強的布爾處理器。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。

可以說，二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成（如圖1所示）。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統(tǒng)、家用電器等。各種產品一旦用上了單片機，就能起到使產品升級換代的功效，常在產品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機等?，F(xiàn)在有些工廠的技術人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產品，不是電路太復雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。

單片機的應用領域：

1.單片機在智能儀器儀表中的應用；

2.單片機在工業(yè)測控中的應用；

3.單片機在計算機網(wǎng)絡和通訊技術中的應用；

4.單片機在日常生活及家電中的應用；

5.單片機在辦公自動化方面。

目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄象機、攝象機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師?；谝陨希业拇舜握n程設計以單片機為核心，完成電子密碼鎖的設計。第2章系統(tǒng)方案設計2.1設計思路：此次課題采用一種是用以80C51為核心的單片機控制方案。利用單片機靈活的編程設計和豐富的IO端口，及其控制的準確性，進行電子密碼鎖的設計。此次課題用單片機P1口與鍵盤相連，做輸入口，P0口與顯示器相連，做顯示，P2口做顯示器掃描。2.2矩陣鍵盤接口電路：此次課程設計采用4*3矩陣鍵盤，與P1口相連，采用掃描法。設有0——9十個數(shù)字密碼，和一個確認鍵。開機顯示000000，等待密碼輸入，輸入6個密碼，按確認鍵后，密碼比較。2.3LED顯示：此次課程設計6密碼6顯示器，按鍵后即顯示，動態(tài)顯示。P0口送示數(shù)據(jù)，P2口顯示掃描，根據(jù)按鍵次數(shù)，第一位顯示器顯示第一次按的密碼，第二位顯示器顯示第二次按的密碼，第三位顯示器顯示第三次按的密碼，依此第六位顯示器顯示第六次按的密碼，按鍵完成后按確認鍵后，密碼對則執(zhí)行相關動作，不同則顯示器清零，等待重新輸入。2.4報警系統(tǒng)：此次課程設計，當按鍵三次錯誤后，系統(tǒng)報警，報警裝置由一揚聲器實現(xiàn)，從P3.0口輸出脈沖，使揚聲器鳴報警。2.5硬件電路設計總框圖：80C80C51單片機矩陣鍵盤控制LED數(shù)碼管顯示電路矩陣鍵盤控制LED數(shù)碼管顯示電路時鐘電路密碼修改電路時鐘電路密碼修改電路電源電路及UPS電路報警電路電源電路及UPS電路報警電路第3章硬件電路設計3.1鍵盤電路設計

當沒有按鍵按下的時候，單片機循環(huán)主程序，一旦有按鍵按下，便轉向相應的子程序處理，處理結束再返回。本系統(tǒng)使用4×3矩陣鍵盤當沒有鍵按下時，行線和列線之間是不相連的，若第N行與第M列的鍵被按下，那么第N行與第M列的線就被接通。根據(jù)上述原理，本系統(tǒng)的鍵盤掃描方法是利用P1口的低四位作為行掃描線，P1口的高三位作為列回掃線。具體實施方法為：先使P1口低四位輸出高電平，P1口高四位輸出低電平，然后對P1.0、P1.1、P1.2、P1.3四個口分別作判斷。若此四口都為高電平，則沒有鍵按下；若有鍵按下，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3四個口必定有一個口輸入為低電平，再判斷P1.0、P1.1、P1.2、P1.3哪個口為低電平則可判斷按鍵在哪行上。然后再使P1口低四位輸出低電平，P1口高四位輸出低電平，然后對P1.4、P1.5、P1.6、分別做判斷。依次掃描下去，找到按鍵所在的行，再判斷P1口的高四位哪一位為低，便可知道鍵在哪一列上。按鍵的操作面板如圖圖4-3a所示。共計數(shù)字鍵10個，功能鍵2個。10個數(shù)字鍵用來輸入密碼，“#”用來修改密碼及確認密碼已經(jīng)輸完，“*”用來在未輸完密碼前的清除密碼重新輸入。其流程圖如3-1所示。圖3-1按鍵操作面板示意圖3.2LED顯示電路設計3.2.1LED顯示電路圖：圖3-2LED動態(tài)顯示電路3.2.2LED顯示原理：LED就是lightemittingdiode，發(fā)光二極管的英文縮寫，簡稱LED。它是一種通過控制半導體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。顯示器顯示接口按驅動方式可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，靜態(tài)顯示時，除變更顯示數(shù)據(jù)期間外，各顯示器均處于通電狀態(tài)，每個顯示器的通電占空比為100%，靜態(tài)顯示的優(yōu)點是顯示穩(wěn)定，亮度高，缺點是占用硬件電路多；動態(tài)顯示的優(yōu)點是節(jié)省硬件電路，缺點是占用軟件掃描時占用CPU時間多。對于多位LED顯示器，通常都是采用動態(tài)掃描的方法進行顯示，即逐個地循環(huán)點亮各位顯示器，這樣雖然在任一時刻只有一顯示器被點亮，但是由于人眼具有視覺殘留效應，看起來與全部顯示器持續(xù)點亮效果完全一樣。為了實現(xiàn)LED顯示器的動態(tài)掃描，除了要給顯示器的輸入之外，還有對顯示器選擇位的控制，這就是通常所說的段控和位控。因此，多位LED顯示器接口電路需要有兩個輸出口，其中一個用于8條段控線，另一個用于輸出位控線，位控線的數(shù)目等于顯示器的位數(shù)。為了方便編寫程序，通常在內部RAM中設置顯示緩沖區(qū)，存放顯示的數(shù)字或字符，顯示緩沖區(qū)單元個數(shù)與LED顯示器位數(shù)相同。此次基于單片機的電子密碼鎖，我選用動態(tài)顯示，通過與軟件配合，每輸入一個密碼，進行顯示一次，掃描，6個密碼輸入完后，進行比較，密碼正確則開鎖，密碼錯誤，可重新輸入三次，三次后仍然錯誤，報警！3.3報警電路設計3.3.1報警電路圖：圖3-3報警電路3.3.2報警電路原理：輸入密碼與設定密碼做比較，當輸入密碼與設定密碼不同，返回再輸入，當輸入密碼次數(shù)超過3次時，通過軟件從80C51的P3.0輸出脈沖，使揚聲器鳴笛報警。相關軟件見（附件）第4章軟件設計4.1軟件總體設計軟件的設計主要包括：密碼的固定、鍵盤識別判斷、密碼顯示、密碼比較、密碼對處理、錯報警。軟件設計總流程圖如下：開始開始固定密碼固定密碼鍵盤掃描判斷識別（循環(huán)）鍵盤掃描判斷識別（循環(huán)）動態(tài)密碼顯示動態(tài)密碼顯示密碼比較密碼比較比較后相關處理比較后相關處理結束結束圖4-1軟件設計總流程圖4.2各子程序的設計4.2.1密碼的固定：將密碼固定在程序存儲器ROM中，設定6位密碼，密碼固定在ROM的20H到25H六個單元中。4.2.2鍵盤的掃描識別判斷：用矩陣式鍵盤，掃描法對鍵盤進行識別判斷，具體流程圖如下：開始掃描開始掃描LOOP1MOVP1,#01111111MOVP1,#01111111B111111111111111111111111BP1.3=0?K0鍵按下P1.3=0?K0鍵按下顯示MOVA,#0顯示MOVA,#0P1.2=0?MOVA,#1K1鍵按下P1.2=0?MOVA,#1K1鍵按下P1.1=0?？K2鍵按下P1.1=0?？K2鍵按下MOVA,#2MOVA,#2P1.0=0?MOVA,#3K3鍵按下P1.0=0?MOVA,#3K3鍵按下MOVP1,#10111111BMOVP1,#10111111B圖4-2鍵盤掃描流程圖以上是第一行的掃描，接著MOVP1,#10111111,掃描第二行，判斷K4、K5、K6、K7；再MOVP1,#11011111,掃描第三行，判斷k8、K9、KA、KB；接著MOVP1,#11101111,掃描第四行，判斷kC、KD、KE、KF；并進行相關顯示。如果無鍵按下，則循環(huán)掃描。密碼顯示：采用LED動態(tài)顯示，由單片機P0口進行輸出顯示，P2口掃描，具體顯示程序設計流程圖如下：否是開始按鍵數(shù)值存R4(偏移量)顯示單元從26H開始，入R1否是開始按鍵數(shù)值存R4(偏移量)顯示單元從26H開始，入R1取表（顯示表）頭地址按鍵值入AMOVCA,@A+DPTRMOVP0,A顯示有鍵按下？INCR1,位控右移按鍵是否為6？比較密碼對錯處理圖4－3顯示流程圖4.2.4密碼設置流程圖如圖5-3為密碼設置流程圖，開始按下設置鍵，輸入舊密碼，如果錯誤，累計三次錯誤，進行報警程序。如輸入正確，可以改密碼，確認后再次輸入更改后密碼，如兩次輸入一樣，則更改成功。開始開始輸入密碼顯示good判斷按鍵結束輸入新密碼顯示goodNoYes超過3次？NoYes顯示bad鍵盤鎖定蜂鳴器報警密碼正確？是“#”鍵？圖4-4密碼設置流程圖4.2.5開鎖流程圖如圖4-5為開鎖流程圖，開始時按開鎖鍵，輸入密碼，如果輸入正確，則開鎖成功。如果輸入錯誤累計達到三次，則執(zhí)行報警程序。初始化初始化按開鎖鍵輸入密碼確認程序所輸入密碼正確？Y開鎖成功開鎖程序輸入次數(shù)加1次數(shù)>3?報警程序返回NYN圖4-5開鎖流程圖4.2.6密碼比較及對錯處理：密碼輸入完成之后，進行密碼比較，即將設定密碼單元20H—25H的密碼與輸入密碼26H—31H的密碼進行一一比較，如果相同，則密碼正確，P3.2置高電平，如果密碼錯誤，則顯示器清零，重新等待輸入密碼，如果三次錯，則P3.0輸出脈沖，使接在P3.0的使揚聲器鳴笛報警。第5章系統(tǒng)調試單片機系統(tǒng)進行軟件盒硬件調試成功后最后一步是進行硬件的連接和物制作，我們的硬件是在試驗臺上進行的，雖然與設計的電路不太相同，不過可以適當修改源程序，以適應實驗臺的要求。（1）根據(jù)實驗臺情況和設計要求連接電路圖。（2）在連接的電路上，進行模塊測試，就是用簡單的程序進行調試以確定電路連接正確。（3）將修改后的程序下載到單片機里，可以用偉福仿真系統(tǒng)，進行單步和斷點調試。（4）將運行結果和實驗現(xiàn)象與預定值進行比較，再適當修改程序以達到要求。附錄附錄A.源程序清單：ORG0000HSTART:MOVR7,#03HMOV50H,#7DH；默認的密碼為123456MOV51H,#6DHMOV52H,#66HMOV53H,#4FHMOV54H,#5BHMOV55H,#06HMAIN:MOVP3,#0FFHMOVP2,#00H；顯示的初值MOVP0,#08HLCALLKEYLCALLDISPLAYLCALLCHECKJMPMAIN；鍵盤識別子程序KEY:MOVP1,#0FHJNBP1.0,Y1JNBP1.1,Y2JNBP1.2,Y3JNBP1.3,Y4JMPKEYY1:MOVP1,#0FFHMOVP1,#0F0HJNBP1.4,Y11JNBP1.5,Y12MOVA,#4FHRETY11:MOVA,#06HRETY12:MOVA,#5BHRETY2:MOVP1,#0FFHMOVP1,#0F0HJNBP1.4,Y21JNBP1.5,Y22MOVA,#7DHRETY21:MOVA,#66HRETY22:MOVA,#6DHRETY3:MOVP1,#0FFHMOVP1,#0F0HJNBP1.4,Y31JNBP1.5,Y32MOVA,#6FHRETY31:MOVA,#07HRETY32:MOVA,#7FHRETY4:MOVP1,#0FFHMOVP1,#0F0HJNBP1.4,Y41JNBP1.5,Y42MOVA,#44HRETY41:MOVA,#33HRETY42:MOVA,#3FHRET；按鍵掃描顯示子程序DISPLAY:MOVR0,#10HMOVR1,#20HMOVR2,#00HMOV10H,#7EHMOV11H,#7CHMOV12H,#78HMOV13H,#70HMOV14H,#60HMOV15H,#40HLOOP:CJNEA,#33H,X1JMPMAINX1:CJNER2,#06H,X2CJNEA,#44H,X3RETX2:CJNEA,#44H,X4X3:LCALLKEYJMPLOOPX4:MOVP2,@R0MOV@R1,AMOVP0,#40HINCR0INCR1INCR2LCALLKEYJMPLOOP；密碼檢查子程序CHECK:DECR1MOVA,@R1CJNEA,50H,DOWNDECR1MOVA,@R1CJNEA,51H,DOWNDECR1MOVA,@R1CJNEA,52H,DOWNDECR1MOVA,@R1CJNEA,53H,DOWNDECR1MOVA,@R1CJNEA,54H,DOWNDECR1MOVA,@R1CJNEA,55H,DOWNMOVP3,#0C0HLCALLGOODMOVP0,#08HMOVP2,#00HLCALLKEYCJNEA,#44H,C1MOVP0,#08HMOVP3,#60H;?LCALLGAIMIC1:RETDOWN:DJNZR7,DOWN1MOVP3,#00HLCALLBADDOWN2:CPLP2.7JMPDOWN2DOWN1:MOVP3,#0A0HLCALLBADMOVP2,#00HRET；修改密碼子程序GAIMI:LCALLKEYLCALLDISPLAYDECR1MOV50H,@R1DECR1MOV51H,@R1DECR1MOV52H,@R1DECR1MOV53H,@R1DECR1MOV54H,@R1DECR1MOV55H,@R1LCALLGOODRET；good顯示子程序GOOD