《單片機原理和接口技術(shù)》課程設(shè)計任務(wù)書

...wd......wd......wd...《單片機原理和接口技術(shù)》課程設(shè)計任務(wù)書一、根本情況學(xué)時：2周學(xué)分：1.5學(xué)分適應(yīng)班級：自動化1201-1202二、進(jìn)度安排本設(shè)計共安排2周，合計60學(xué)時，具體分配如下：發(fā)動及準(zhǔn)備工作：1學(xué)時選題分組：1學(xué)時PROTEUS仿真軟件使用講解：8學(xué)時總體方案設(shè)計：8學(xué)時硬件設(shè)計：12學(xué)時PROTEUS仿真圖繪制：4學(xué)時軟件設(shè)計：12學(xué)時撰寫設(shè)計報告：4學(xué)時制作辯論PPT：4學(xué)時辯論：4學(xué)時總結(jié)：2學(xué)時教師輔導(dǎo)：隨時三、根本要求1、課程設(shè)計的根本要求《單片機原理與接口技術(shù)》課程設(shè)計的主要內(nèi)容包括：理論設(shè)計與撰寫設(shè)計報告等。其中理論設(shè)計又包括總體方案選擇，硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計；硬件設(shè)計包括單元電路，選擇元器件及計算參數(shù)等；軟件設(shè)計包括程序流程圖和應(yīng)用程序。程序設(shè)計是課程設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過進(jìn)一步完善程序設(shè)計，使之到達(dá)課題所要求的指標(biāo)。課程設(shè)計的最后要求是寫出設(shè)計總結(jié)報告，把設(shè)計內(nèi)容進(jìn)展全面的總結(jié)。2、課程設(shè)計的教學(xué)要求《單片機原理與接口技術(shù)》課程設(shè)計的教學(xué)采用相對集中的方式進(jìn)展，以班為單位全班學(xué)生集中到設(shè)計室進(jìn)展。嚴(yán)格考勤制度，在實訓(xùn)期間累計曠課到達(dá)6節(jié)以上，或者遲到、早退累計到達(dá)8次以上，該課程考核按不及格處理。課程設(shè)計的分組：每3-4名學(xué)生組成一個小組，完成一個課題的設(shè)計。小組成員既有分工、又要協(xié)作，同一小組的成員之間可以相互探討、協(xié)商，可以互相借鑒或參考別人的設(shè)計方法和經(jīng)歷。但每個學(xué)生必須單獨完成設(shè)計任務(wù)，要有完整的設(shè)計資料，獨立撰寫設(shè)計報告。教學(xué)要求具體如下：〔一〕、掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)、設(shè)計流程；硬件、軟件的資源分配與規(guī)劃?！捕?、熟練硬件電路原理圖的設(shè)計與繪制。〔三〕、、掌握運用PROTUS進(jìn)展軟、硬件仿真調(diào)試能力?！菜摹?、熟練運用C語言編寫開發(fā)程序?！参濉?、熟練掌握制板及實物焊接技能?！擦?、掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)綜合調(diào)試的方法、具備綜合調(diào)試能力。四、設(shè)計題目及要求密碼鎖1、可用LCD1602顯示密碼2、密碼鎖的密碼由矩陣鍵盤輸入，輸入完密碼后進(jìn)展比照3、輸入錯誤三次后鎖死鍵盤五、設(shè)計報告設(shè)計完成后，必須撰寫課程設(shè)計報告。設(shè)計報告必須獨立完成，格式符合要求，文字〔不含圖形、程序〕不少于2000字，圖形繪制標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計報告的格式如下：1、封面2、摘要3、目錄4、正文(1)所作題目的意義、本人所做的工作及系統(tǒng)的主要功能；(2)方案選擇及論證；(3)硬件電路設(shè)計及描述〔包括硬件的選型及電路圖、輸入輸出接線圖等的設(shè)計〕；(4)軟件設(shè)計流程及描述〔流程圖及文字說明〕；(5)源程序代碼及調(diào)試；5、心得體會6、參考文獻(xiàn)六、考核方法本課程設(shè)計的考核方式為考察，考核結(jié)果為優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五等，分?jǐn)?shù)在90-100之間為優(yōu)秀，80-89分之間為良好，70-79分之間為中等，60-69分之間為及格，60分以下為不及格?？己朔秩齻€方面進(jìn)展：平時表現(xiàn)20%；設(shè)計過程25%；設(shè)計報告40%；設(shè)計辯論15%。有以下情形之一者，課程設(shè)計考核按不及格處理：1、設(shè)計期間累計遲到、早退達(dá)8次；2、設(shè)計期間累計曠課達(dá)6節(jié)；3、設(shè)計報告雷同率超過50%或無設(shè)計報告；4、不能完成設(shè)計任務(wù)，達(dá)不到設(shè)計要求。摘要近年來，隨著改革開放的深入開展，電子電器的飛速開展。人民的生活水平有了很大提高。各種高檔家電產(chǎn)品和貴重物品為許多家庭所擁有。然而不法分子也是越來越多，原因在于大局部人防盜意識還不夠強，造成偷盜現(xiàn)象屢見不鮮。越來越多的居民家庭對財產(chǎn)安全問題十分擔(dān)憂。因此，出于安全方便等方面的需求，電子密碼鎖相繼問世。本設(shè)計是以單片機AT89S51為主控芯片，并結(jié)合外圍液晶顯示LCD1602、鍵盤輸入、復(fù)位、電源等電路組合而成。系統(tǒng)能夠完成開鎖的根本功能。整個設(shè)計在Keil開發(fā)環(huán)境下，用C語言編寫主控芯片的控制程序來實現(xiàn)的密碼鎖。關(guān)鍵詞：密碼鎖AT89C51晶振時鐘電路Keil目錄TOC\o"1-3"\h\u第1章概述11.1課題背景和意義11.2密碼鎖的開展趨勢1第2章設(shè)計要求及內(nèi)容22.1系統(tǒng)設(shè)計要求22.2系統(tǒng)設(shè)計方案2第3章硬件設(shè)計33.1電路設(shè)計總圖33.2最小系統(tǒng)的設(shè)計33.2.1AT89C51單片機33.2.2晶振時鐘電路43.2.3復(fù)位電路53.2.4LCD1602顯示電路53.2.5鍵盤設(shè)計電路53.2.6報警電路6第4章軟件設(shè)計74.1密碼鎖程序流程74.2密碼判斷7第5章系統(tǒng)調(diào)試85.1Keil的介紹85.2調(diào)試過程8心得體會11參考文獻(xiàn)12附錄13第1章概述1.1課題背景和意義人們從前使用的鎖不但不方便，而且安全系數(shù)也比擬低。隨著社會的進(jìn)步和人們生活水平的提高，老式的鎖已經(jīng)跟不上人們的要求，況且人們對防盜的要求越來越高，特別是對使用的便捷性也有了更高的需求。因此近幾年一種新型的電子密碼鎖應(yīng)運而生，受到了人們的青睞。有報警功能的密碼鎖這時正為人們解決了不少問題。但是市場上的密碼鎖大局部都是用于一些大公司財政機構(gòu)、價格高昂，一般人們難以承受。如果再設(shè)計和生產(chǎn)一種價格低廉、性能靈敏可靠的密碼鎖，必將在防盜和保證財政安全方面發(fā)揮更加有效的作用。密碼鎖是現(xiàn)代生活中經(jīng)常用到的工具之一，廣泛應(yīng)用于保險柜、房門、賓館、車庫等。電子密碼鎖抑制了機械式密碼鎖量少、安全性能差的缺點，特別是使用單片機控制的智能電子密碼鎖，不但功能全，而且具有更高的安全性和可靠性。并且電子密碼鎖只需記住一組密碼，無需攜帶鑰匙，免除了人們攜帶鑰匙的煩惱，被越來越多的人所喜歡。隨著我國第三產(chǎn)業(yè)的飛速開展，電子密碼鎖會在不久的將來得到廣泛的應(yīng)用，方便社會和個人。1.2密碼鎖的開展趨勢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，同時可靠性提高，本錢也相對提高，所以只適合使用在安全性要求較高的場合，且需要有電源提供能量，使用還局限在一定范圍，難以普及，所以對密碼鎖的研究一直沒有明顯進(jìn)展。到了90年代，美國、意大利、德國、日本、加拿大、韓國以及我國的臺灣、香港等地的微電子技術(shù)的進(jìn)步和通信技術(shù)的開展為密碼鎖提供了技術(shù)上的支持，從而推動密碼鎖走向?qū)嶋H應(yīng)用的階段。目前，在西方國家，電子密碼鎖技術(shù)相對先進(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，使之更加安全更加可靠實現(xiàn)大門的管理。我國于90年代初期開場對密碼鎖進(jìn)展初步的探索。到目前為止，隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的開展，電子密碼鎖的技術(shù)領(lǐng)域已開展的十分成熟。從目前的技術(shù)水平和市場認(rèn)可程度看，使用最為廣泛的是鍵盤式電子密碼鎖，該產(chǎn)品主要應(yīng)用于保險箱、保險柜和金庫，還有一局部應(yīng)用于保管箱和運鈔車。第2章設(shè)計要求及內(nèi)容2.1系統(tǒng)設(shè)計要求〔1〕、可用LCD1602顯示密碼；〔2〕、密碼鎖的密碼由矩陣鍵盤輸入，輸入完密碼后進(jìn)展比照；〔3〕、輸入錯誤三次后鎖死鍵盤。2.2系統(tǒng)設(shè)計方案本系統(tǒng)采用以單片機為核心元件的控制方案。由于單片機種類繁多，各種型號都有其一定的應(yīng)用環(huán)境，因此在選用時要多加比擬，合理選擇，以獲得最正確的性價比。一般來說在選取單片機時從下面幾個方面考慮：性能、存儲器、運行速度、I/O口、定時/計數(shù)器、串行接口、模擬電路功能、工作電壓、功耗、封裝形式、抗干擾性、保密性，除了以上的一些方面外，還有一些最根本的條件，比方：單片機內(nèi)有無時鐘振蕩器、有無上電復(fù)位功能等。在開發(fā)過程中還要考慮開發(fā)工具、編程器、開發(fā)本錢、開發(fā)人員的適應(yīng)性、技術(shù)支持和服務(wù)等因素。基于以上因素本設(shè)計選用單片機AT89C51作為本設(shè)計的核心元件，利用單片機靈活的編程設(shè)計和豐富的I/O端口，及其控制的準(zhǔn)確性，實現(xiàn)根本的密碼鎖功能。在單片機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。第3章硬件設(shè)計3.1電路設(shè)計總圖本系統(tǒng)電路主芯片AT89C51，晶振和兩個電容組成的時鐘脈沖，一個電解電容和一個按鍵組成的復(fù)位電路，一個8段數(shù)碼管構(gòu)成的密碼顯示器，2個LED，構(gòu)成了系統(tǒng)電路。主電路圖如圖3-1所示：圖3-1系統(tǒng)主電路圖3.2最小系統(tǒng)的設(shè)計3.2.1AT89C51單片機AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器〔FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory〕的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C51單片機如圖3-2所示：主要特性為：〔1〕與MCS-51兼容；〔2〕4K字節(jié)可編程閃爍存儲器；〔3〕壽命：1000寫/擦循環(huán)；〔4〕數(shù)據(jù)保存時間：10年；〔5〕全靜態(tài)工作：0Hz-24MH；〔6〕三級程序存儲器鎖定；〔7〕128×8位內(nèi)部RAM；〔8〕32可編程I/O線；〔9〕兩個16位定時器/計數(shù)器；〔10〕5個中斷源；〔11〕可編程串行通道；〔12〕低功耗的閑置和掉電模式；〔13〕片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。AT89C51單片機各接口的分配：〔1〕P2.0～P2.7用于LCD液晶顯示作用；〔2〕P3.5、P3.6用于LED燈的控制；〔3〕P1.0～P1.7用于鍵盤電路的控制；〔4〕XTAL1、XTAL2用于晶振時鐘電路；〔5〕RST、EA用于復(fù)位電路。圖3-2AT89C51管腳圖3.2.2晶振時鐘電路AT89S51中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反響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，單片機XIAL1和XIAL2分別接30PF的電容，中間再并個12MHZ的晶振，形成單片機的晶振電路。如圖3-3：圖3-3晶振時鐘電路3.2.3復(fù)位電路當(dāng)MCS-5l系列單片機的復(fù)位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種根本形式：上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。圖3-4即為手動〔開關(guān)〕復(fù)位電路：圖3-4復(fù)位電路3.2.4LCD1602顯示電路它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由假設(shè)干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。本設(shè)計采用LM016L數(shù)碼管如圖3-5所示：圖3-5LM016L數(shù)碼管3.2.5鍵盤設(shè)計電路本設(shè)計就采用行列式鍵盤，同時也能減少鍵盤與單片機接口時所占用的I/O線的數(shù)目，在按鍵比擬多的時候，通常采用這樣方法。每一條水平〔行線〕與垂直線〔列線〕的穿插處不相通，而是通過一個按鍵來連通，利用這種行列式矩陣構(gòu)造只需要3條行線和4條列線，即可組成具有3×4個按鍵的鍵盤。如圖3-6所示。在這種行列式矩陣鍵盤非鍵盤編碼的單片機系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認(rèn)有無按鍵按下的程序段。圖3-6按鍵電路圖本設(shè)計采用3×4行列式矩形鍵盤，用數(shù)字鍵輸入密碼，用OK鍵確定密碼，用TURN鍵重輸密碼〔如表3-1所示〕。表3-1矩形鍵盤分布表0123456789TURNOK3.2.6報警電路該電路采用LED燈顯示，如果密碼正確時綠燈亮，如果密碼錯誤時紅燈亮，如果3次密碼錯誤則密碼鎖鎖死。圖3-7LED燈電路圖第4章軟件設(shè)計4.1密碼鎖程序流程密碼鎖程序流程圖如圖4-1所示，程序輸入密碼，判斷是否正確，如果正確則綠燈亮，密碼鎖開啟；如果錯誤則判斷錯誤次數(shù)是否到達(dá)3次，達(dá)不到3次則紅燈亮，重新輸入密碼，反之到達(dá)3次則鍵盤鎖死，按下復(fù)位重新輸入密碼。圖4-1密碼鎖流程圖4.2密碼判斷本設(shè)計中密碼鎖的密碼設(shè)置為2、0、1、5，當(dāng)用戶輸入密碼正確時，綠燈點亮，同時LCD1602液晶屏顯示“MissionSuccess!〞，當(dāng)用戶輸入密碼錯誤時，紅燈點亮，同時LCD1602液晶屏顯示“ForgotPassword?〞，以提示用戶輸入密碼錯誤。第5章系統(tǒng)調(diào)試5.1Keil的介紹KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、構(gòu)造性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。KeilC51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到KeilC51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能表達(dá)高級語言的優(yōu)勢。C51工具包的整體構(gòu)造：uVision與Ishell分別是C51forWindows和forDos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)立生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)展源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進(jìn)展調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。本次設(shè)計的仿真軟件采用Keiluvision3軟件，翻開軟件，新建工程，新建文本框?qū)懭氤绦颍４?，檢查是否有語法錯誤，經(jīng)反復(fù)檢查無誤后匯編，生成51單片機可執(zhí)行的HEX文件。然后用Ishell把可執(zhí)行的HEX文件寫入AT89C51單片機。5.2調(diào)試過程〔1〕電路通電：LCD液晶屏上一直顯示“INPUTPASSWORD：〞。如圖5-1所示：圖5-1通電調(diào)試顯示圖〔2〕密碼正確：用戶輸入密碼正確，綠燈亮，LCD液晶屏顯示“MissionSuccess!〞。如圖5-2所示：圖5-2密碼正確調(diào)試顯示圖〔3〕密碼錯誤：用戶輸入密碼錯誤，紅燈亮，LCD液晶屏顯示“ForgotPassword?〞。如圖5-3所示：圖5-3密碼錯誤調(diào)試顯示圖〔4〕電路復(fù)位：按下復(fù)位電路中的按鈕，LCD液晶屏顯示“INPUTPASSWORD：〞。如圖5-4所示：圖5-4復(fù)位調(diào)試顯示圖心得體會實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)然也是檢驗學(xué)習(xí)成果的標(biāo)準(zhǔn)。在經(jīng)過一段時間的課程設(shè)計之后，我們需要了解自己的所學(xué)應(yīng)該如何應(yīng)用在實踐中，因為任何知識都源于實踐，歸于實踐，所以要將所學(xué)的知識在實踐中來檢驗。在做課程設(shè)計期間，在教師的指導(dǎo)下，通過自身的不斷努力，無論是思想上，學(xué)習(xí)上，都取得了長足的開展和巨大的收獲，現(xiàn)將工作總結(jié)如下：思想上，學(xué)會了用科學(xué)的精神去解決問題。很多事情看起來是很簡單的問題，但實際做起來去會發(fā)現(xiàn)有許多微妙！這是因為其中蘊含著許多科學(xué)的問題。運用科學(xué)的方法去解決問題，這是我這次課程設(shè)計給我?guī)淼乃枷肷系母淖?。學(xué)習(xí)上，使自已在大學(xué)所以的知識在這次得到實踐，學(xué)到一些書本上無法學(xué)到的經(jīng)歷，對電子元件有了進(jìn)一步的認(rèn)識。電子鎖是信息化時代開展的產(chǎn)物，應(yīng)時而生，我相信隨著科技的不斷開展，將來的電子鎖一定更加完美，更加人性化，更加廉價，更加安全。參考文獻(xiàn)[1]侯殿有.單片機C語言程序設(shè)計.人民郵電出版社.2010.[2]郭強.液晶顯示應(yīng)用技術(shù).電子工業(yè)出版社.2000.[3]胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù).清華大學(xué)出版社.2004.[4]周立功.單片機應(yīng)用技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社.2004.[5]李全利.單片機原理及接口技術(shù).高等教育出版社.2003.[6]王為清，程國剛.單片機KeilCx51應(yīng)用開發(fā)技術(shù).人民郵電出版社.2007.[7]劉鯤，孫春亮.單片機C語言入門.人民郵電出版社.2010.[8]魏立峰，王寶興.單片機原理與應(yīng)用技術(shù).北京大學(xué)出版社.2006.[9]張毅剛.單片機原理與應(yīng)用設(shè)計.電子工業(yè)出版社.2008.[10]李朝青.單片機原理及接口技術(shù)(簡修版).北京航空航天大學(xué)出版社.1998附錄C語言程序：#include<reg51.h>#include<string.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuchartable[]="INPUTPASSWORD:";uchartable1[]="*";uchartable2[]="MissionSuccess!";uchartable3[]="ForgotPassword?";ucharnew[4];ucharpassword[]={2,0,1,5};sbitP30=P3^0;sbitP31=P3^1;sbitP35=P3^5;sbitP36=P3^6;uchark=0;ucharj=0;/*鍵盤簡介(4*3)0123456789 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