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1、单片机原理及应用课程设计渝州科技职业学院电子密码锁院 系： 电子信息工程学院 专业班级： 11 电管2班 学生姓名： 任龙龙 学 号： 1102120208 指导教师姓名： 何健 指导教师职称： 讲师 二O一三 年 十一 月目 录1 绪论 3 1.1电子密码锁简介3 1.2本设计所要实现的目标3 1.3设计方案简介32 系统总体方案设计 4 2.1设计框图4 2.2设计原理43 硬件系统构成 4 3.1主要源器件4 3.2电路总体构成5 3.3电源输入电路5 3.4键盘输入电路5 3.5密码存储电路6 3.6复位电路 6 3.7晶振电路 7 3.8显示电路 8 3.9报警电路 8 3.10开锁
2、电路94 软件系统设计10 4.1主程序流程图 10 4.2按键软件设计 11 4.3密码设置软件设计 12 4.4开锁软件设计 13结论15参考文献15附录15附录1硬件原理图15附录2 C语言程序15 1 绪论1.1 电子密码锁简介电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。其性能和安全性已大大超过了机械锁。其特点如下：1) 保密性好，编码量多，远远大于弹子锁。随机开锁成功率几乎为零。2) 密码可变，用户可以
3、随时更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降。3) 误码输入保护，当输入密码多次错误时，报警系统自动启动。4) 无活动零件，不会磨损，寿命长。5) 使用灵活性好，不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁。1.2 本设计所要实现的目标本设计采用单片机为主控芯片，结合外围电路，组成电子密码锁，用户想要打开锁，必先通过提供的键盘输入正确的密码才能将锁打开，密码输入错误有提示，为了提高安全性，当密码输入错误三次将报警。密码可以有用户自己修改设定，锁打开后才能修改密码。修改密码之前必须再次输入就的密码，在输入新密码的时候要二次确认，以防止误操作。1.3 设计方案简介采用以单片机为核心的控
4、制方案由于单片机种类繁多，各种型号都有其一定的应用环境，因此在选用时要多加比较，合理选择，以期获得最佳的性价比。一般来说在选取单片机时从下面几个方面考虑：性能、存储器、运行速度、I/O口、定时/计数器、串行接口、模拟电路功能、工作电压、功耗、封装形式、抗干扰性、保密性，除了以上的一些的还有一些最基本的比如：中断源的数量和优先级、工作温度范围、有没有低电压检测功能、单片机内有无时钟振荡器、有无上电复位功能等。在开发过程中单片机还受到：开发工具、编程器、开发成本、开发人员的适应性、技术支持和服务等等因素。基于以上因素本设计选用单片机80C51作为本设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I
5、/O端口，及其控制的准确性，实现基本的密码锁功能。在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制，外接AT24C02芯片用于密码的存储，外接LCD1602显示器用于显示作用。当用户需要开锁时，先按键盘开锁键之后按键盘的数字键09输入密码。密码输完后按下确认键，如果密码输入正确则开锁，不正确显示密码错误重新输入密码，当三次密码错误则发出报警；当用户需要修改密码时，先按下键盘设置键后输入原来的密码，只有当输入的原密码正确后才能设置新密码。新密码输入无误后按确认键使新密码将得到存储，密码修改成功。2 系统总体方案设计2.1设计框图设计框图见图2-1。 80C51键盘输入复位电路密码存储
6、电路晶振电路电源输入显示电路报警电路开锁电路图2-1 系统设计框图2.2 基本原理本设计主要由单片机、矩阵键盘、液晶显示器和密码存储等部分组成。其中矩阵键盘用于输入数字密码和进行各种功能的实现。由用户通过连接单片机的矩阵键盘输入密码，后经过单片机对用户输入的密码与自己保存的密码进行对比，从而判断密码是否正确，然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者报警电路控制开锁还是报警，实际使用时只要将单片机的负载由继电器换成电子密码锁的电磁铁吸合线圈即可，当然也可以用继电器的常开触点去控制电磁铁吸合线圈。本系统共有两部分构成，即硬件部分与软件部分。其中硬件部分由电源输入部分、键盘输入部分、密码存储部分、复位
7、部分、晶振部分、显示部分、报警部分、开锁部分组成，软件部分对应的由主程序、初始化程序、LCD显示程序、键盘扫描程序、启动程序、关闭程序、建功能程序、密码设置程序、EEPROM读写程序和延时程序等组成。3 硬件系统设计3.1 主要源器件1、主控芯片80C512、存储芯片AT24C023、LCD16022显示器4、晶体振荡器3.2 电路总体构成 电路总体构成图见图3-1。图3-1电路总体构成图3.3 电源输入电路密码锁主要控制部分电源需要用5V直流电源供电，其电路如图3-2所示，而5V电源输入时往往伴有杂波，所以加一个2.2uF的电容滤波。这样输出的电压一般能满足要求。图3-2 电源输入电路原理图
8、3.4 键盘输入电路由于本设计所用到的按键数量较多而不适合用独立按键式键盘。采用的是矩阵式按键键盘，它由行线和列线组成，也称行列式键盘，按键位于行列的交叉点上，密码锁的密码由键盘输入完成，与独立式按键键盘相比，要节省很多I/O口。本设计中使用的这个4*4键盘不但能完成密码的输入还能作特别功能键使用，比如清空显示功能等。键盘的每个按键功能在程序设计中设置 。其大体功能（看键盘按键上的标记）及与单片机引脚接法见图3-3。图3-3 键盘输入原理图3.5 密码存储电路AT24C02是ATMEL公司的2KB字节的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到2.5V，额定电流为1mA，
9、静态电流10Ua(5.5V)，芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上，而且采用8脚的DIP封装，使用方便。其电路见图3-4。图3-4 AT24C02引脚图图中1、2、3脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址，在80C51上它们都能接地，第5脚和第8脚分别为正、负电源。AT24C02中带有片内地址寄存器，每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加1，以实现对下一个储存单元的读写，所有字节均以单一操作方式读取。3.6 复位电路单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC0000H，使单片机从第个单元取指令。无论是在单片机刚开始接
10、上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。在复位期间（即RST为高电平期间），P0口为高组态，P1P3口输出高电平；外部程序存储器读选通信号PSEN无效。地址锁存信号ALE也为高电平。根据实际情况选择如图2-8所示的复位电路。该电路在最简单的复位电路下增加了手动复位按键，在接通电源瞬间，电容C1上的电压很小，复位下拉电阻上的电压接近电源电压，即RST为高电平，在电容充电的过程中RST端电压逐渐下降，当RST端的电压小于某一数值后，CPU脱离复位状态，由于电容C1足够大，可以保证RST高电平有效时间大于24个振荡周期，CPU能够可靠复位。增加手动复位按键是为了避免死机时无法可靠复位。当复位按键
11、按下后电容C1通过R5放电。当电容C1放电结束后，RST端的电位由R11与R15分压比决定。由于R113？报警程序修改程序YNNY图4-1主程序流程图4.2 按键软件设计如图4-2按键功能流程图，在按键当中，有与输入、开锁、清除、设置、确认的程序相对应的按键，并按顺序与输入的数相比较，当输入正确时，进入密码程序，错误时进行清除，输入两次新密码正确时，可进行重新设置密码，最后确认程序。开始键值输入？键值开锁？键值清除？键值设置？键值确认？密码输入程序设置程序清除程序开锁程序确认程序YYYYYNNNN返回N图4-2 按键功能流程图4.3 密码设置软件设计如图4-3为密码设置流程图，开始按下设置键，
12、输入旧密码，如果错误累计三次，进行报警程序。如果输入正确，可以修改密码，确认后再次输入新密码，如果两次输入一样，则输入成功。如果两次输入的新密码不一样，则修改密码失败，重新返回设置新密码。输入旧密码N按下设置键开始所输入旧密码正确？输入次数加1报警程序N返回次数3?输新密码Y再次输新密码Y设置成功NY两次新密码输入相同？图4-3 密码设置流程图4.4 开锁软件设计如图4-4开锁流程图，开始时按开锁键，输入密码，如果输入正确，则开锁成功。如果输入错误累计达到三次，则执行报警程序。 初始化按开锁键输入密码按确认键所输入密码正确？Y开锁开始输入次数加1次数3?报警程序返回NYN图4-4 开锁流程图结
13、论在此次课程设计中，首先是Proteus和Keil软件使用的不熟练造成了一定的阻碍，经过一段时间的使用和练习克服了该困难。其次，对于模块结构程序要一个个子程序分别调试。调试时,一定要符合入口条件和出口条件,调试可用单步运行和断点运行方式,通过检查用者系统的CPU现场情况、RAM的内容和IO口的状态,检测程序执行结果是否符合设计要求,有无循环错误、有无机器码错误以及转移地址的错误,该问题的解决消耗了相当长的时间。同时,还可以发现系统中存在的硬件设计错误和软件算法错误。各程序模块通过后,则可以把相关功能块连在一起进行总调。这个阶段若有故障,可以考虑各子程序运行时是否破坏了现场,缓冲单元、工作寄存器
14、是否发生冲突,标志位的建立和清除是否有误,堆栈区是否有溢出,输入设备的状态是否正常等等,若用者系统是在开发机的监控程序下运行时,还要考虑用者缓冲单元是否和监控程序的工作单元发生冲突。 单步和断点调试后,还应进行连续调试,用以确定定时精度、CPU的实时响应等问题。 当全部调试和修改完成后,将程序固化到80C51中。进行整机调试。各功能实现则调试完成。附录附录1硬件原理图附录2 C语言程序#include#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define LCDIO P0#define delay4
15、us() _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();uchar buffer6=0; sbit sda=P34;sbit scl=P33;sbit beep=P37;sbit relay=P23;sbit huifu=P26;bit flag=0,aa;/用户zi定时溢出标志位uchar DSY_BUFFER16= ;uchar DSY_BUFFER116= ;uchar Userpassword6=0;uchar Mem6=0;sbit rs=P20; sbit rd=P21;sbit lcden=P22;sbit led=P24;sbit led1=P27;uchar
16、 code table2=123456;uchar code table=Input your code:;void delayms(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void delay()/短延时，两个机器周期,做总线的延时用;void write_com(uchar com)rs=0;rd=0;lcden=0;P0=com;delayms(3);lcden=1;delayms(3);lcden=0;void write_date(uchar date)rs=1;rd=0;lcden=0;P0=date; delayms(3);l
17、cden=1;delayms(3);lcden=0;void Display_String(uchar *p,uchar com) uchar i; write_com(com); for(i=0;i16;i+) write_date(pi);void init_lcd()lcden=0;write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);write_com(0x80); Display_String(table,0x80);Display_String(=Lock OK! = ,0xc0);void start()s
18、da=1;scl=1;delay4us();sda=0;delay4us();scl=0;void stop()sda=0;scl=1;delay4us();sda=1;delay4us();scl=0;void init()/初始化sda=1;delay();scl=1;delay();void ack()sda=0;scl=1;delay4us();scl=0;sda=1;void noack()sda=1;scl=1;delay4us();scl=0;sda=0;uchar recbyte()uchar i,rd;rd=0x00;sda=1;for(i=0;i8;i+)scl=1;rd=
19、1;rd|=sda;delay4us();scl=0;delay4us();scl=0;delay4us();return rd;uchar sendbyte(uchar wd)uchar i;bit ack0;for(i=0;i8;i+)sda=(bit)(wd&0x80);_nop_();_nop_();scl=1;delay4us();scl=0;wd=1;delay4us();sda=1;scl=1;delay4us();ack0=!sda;scl=0;delay4us();return ack0;uchar Recstring(uchar slave,uchar subaddr,uc
20、har *buffer,uchar n) uchar i; start(); if(!sendbyte(slave) return 0; if(!sendbyte(subaddr) return 0; start(); if(!sendbyte(slave+1) return 0; for(i=0;in-1;i+) bufferi=recbyte();ack(); buffern-1=recbyte(); noack(); stop(); return 1;uchar Sendstring(uchar slave,uchar subaddr,uchar *buffer,uchar n)ucha
21、r i;start();if(!sendbyte(slave) return 0;if(!sendbyte(subaddr) return 0;for(i=0;in;i+)if(!sendbyte(bufferi) return 0;stop();return 1;void clear_password()uchar i;for(i=0;i6;i+) Userpasswordi= ;for(i=0;i40x0f;switch(temp)case 8:keynum+=0;break;case 4:keynum+=1;break;case 2:keynum+=2;break;case 1:keyn
22、um+=12;break;break;delayms(600); return keynum;void main() uchar temp,i=0,j=0,k=0,n,m=0,flay,error,ne=1;uchar IS_valid_user;relay=1;init(); init_lcd();delayms(5);P1=0x0f; while(1) if(!huifu=1)aa=Sendstring(0xa0,1,table2,6); delayms(10); aa=Recstring(0xa0,1,buffer,6); else aa=Recstring(0xa0,1,buffer,
23、6); if(P1!=0x0f)delayms(10); if(P1!=0x0f) temp=Keys_Scan(); switch(temp) case 11:temp=0; case 1: case 2: case 3: case 4: case 5: case 6: case 7: case 8: case 9: if (i=5) /密码限制在6位以内 Userpasswordi=temp; DSY_BUFFERi=*; Display_String(DSY_BUFFER,0xc0); i+; break; case 19: /按F键清除一位 if(i!=0)i-; for(n=0;ni
24、;n+) DSY_BUFFER1n=temp+*; Display_String(DSY_BUFFER1,0xc0); break; case 12: /按Enter键开锁for(k=0;k0) /在第二次输入密码 for(k=0;k6;k+) flay=flay&(Memk=(Userpasswordk+48);/将第二次的密码与第一次的密码进行比较 if(flay)/如果校验位为1则第二次密码放入存储器 for(k=0;k6;k+) Userpasswordk=Userpasswordk+48; for(k=0;k6;k+) Memk=Userpasswordk; /密码放入缓冲区便于比对 ne=ne&(Userpasswordk+1=Memk); if(ne) Display_String(Code is same num,0x80); / Display_String( ,0xc0); delayms(1000); Mem6=0; DSY_BUFFER6=0; m=0; goto newcode;