基于单片机的电子密码锁设计

本科毕业设计论文题 目 基于单片机的电子密码锁设计 专业名称学生姓名指导教师毕业时间毕业 任务书一、题目基于单片机的电子密码锁的设计二、指导思想和目的要求指导思想：出于安全、方便等方面的需要，许多智能锁（如指纹辨别、IC 卡识别）已相继问世，但这类产品的特点是针对特定指纹或有效卡，只能适用于保密要求高且仅供个别人使用的箱、柜、房间等。另外，卡片式的 IC 卡易丢失，加上其成本一般较高，在一定程度上限制了这类产品的普及和推广。根据单片机技术及相关原理,设计一个以单片机为控制核心，采用程序控制方法的电子密码锁。目的要求：采用 80c52 单片机为主控芯片，结合外围电路和软件程序组成电子密码锁系统，能够实现：（1）输入密码用矩形键盘，包括数字键和功能键。（2）LED 数码管显示输入密码，但是只是输出显示符号-，采用动态扫描输出。（3）用发光二极管模拟锁的情况，锁关时发光二极管灭，打开时发光二极管亮。软件的设计主要包括矩形键盘键值的读取、LED 动态扫描输出程序、密码判断程序。三主要技术指标(1)用 protel99 SE 画电路图(2)通过 protues 调试仿真(3)用 keil 软件编程四进度和要求(1)思路设计 2 周(2)了解各个元件 2 周设计论文(3)画总体原理图 2 周(4)程序设计 4 周(5)系统仿真与调试 4 周五主要参考书及参考资料1 苏长赞使用遥控技术手册M 北京：北京人民邮电出版社，19962 霍孟友单片机原理与应用M 北京：机械工业出版社，20043 张洪润单片机应用技术教程 M北京：清华大学出版社，1997：56-574 马鸣远程序设计与 C 语言 M西安：西安电子科技大学出版社， 20035 魏立峰，等单片机原理与应用技术 M 北京：北京大学出版社， 20086 周润景，等基于 PROTEUS 的电路及单片机系统设计与仿真M 北京：北京航空航天大学出版社，20067 周兴华，等单片机智能化产品 C 语言设计实例讲解M 北京：北京航空航天大学出版社，20068 张靖武， 周灵彬 单片机系统的 PROTEUS 设计与仿真M 北京：电子工业出版社，20079 卢健，彭军，颜自勇，陈文芗自学习型智能红外遥控器设计J 国外电子测量技术，2006（25）：63-6610 陈永甫红外探测与控制电路M 北京：北京人民邮电出版社，200411 周丽娜PROTEL 99 SE 电路设计技术,基础、案例篇M 北京：中国铁道出版社，200912 胡继胜，杜贵敏电子 CAD 技能与实训：PROTEL 99 SEM 北京：电子工业出版社，200313 何立民单片机应用文集M 北京：北京航空航天大学出版社，199214 窦振中PIC 系列单片机应用设计与实现M 北京：北京航空航天大学出版社，199915 周航慈单片机应用程序设计技术M 北京：北京航空航天大学出版社，199216 谢宋和单片机模糊控制系统设计与应用实例 M 北京：电子工业出版社，199917 孙育才 STC 系列单片机及其应用M 南京： 东南大学出版社，199718 蒋孝良，等继电器接点控制线路的逻辑设计M 上海：上海科学技术出版社，197919 周云仙，等液晶显示应用手册M 北京：电子工业出版社，200220 桑野雅彦存储器 IC 的应用技巧：UV-EPROM/EEPROM/SRAM/DRAM 的结构与使用方法M 北京：科学出版社，2006学生 指导教师 系主任 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文摘 要在日常的生活和工作中, 住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需携带多把钥匙, 使用极不方便, 且钥匙丢失后安全性即大打折扣。在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替了传统的机械式密码锁，电子密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。它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。本文从经济实用的角度出发，采用 80c52 单片机作为主控芯片，结合外围的矩阵键盘输入、LED 液晶显示、报警、开锁等，用 C 语言编写的主控芯片控制程序与 EEPROM AT24C02 读写程序相结合，并用 Keil 软件进行编译，设计了一款可以多次更改密码，具有报警功能的电子密码控制系统。这种密码锁的电路设计具有防试探按键输入、智能控制上锁、开锁、报警、修改密码等多种功能。保密性强、灵活性高、应用日益广泛。关键词：密码锁，单片机，报警，LED 显示西北工业大学明德学院本科毕业设计论文ABSTRACTIn the daily life and the work, the way to the houses and departments safe guard, units document file, the financial reporting as well as some individual material preservation almost need many locks. If we use tradition mechanical key to open, the people often must carry many keys, but it is not extremely convenient. If the key lost, the security will decline greatly. In the safety work guard domain, the lock with security warning function electronic combination have replaced the traditional mechanical combination lock gradually, the electronic combination lock have the highly security, the lowly cost , the lowly power wastage, easy to operate and so on merits. It is a password input through the control circuit or chip, thereby controlling the closed mechanical switch, completing unlocking, locking the task of electronic products. It has many types, has simple circuit products, but also the higher cost chip-based products. Now the widely used electronic code lock is a chip as the core, achieved through programming.This article is based on the economical and practical point of view, use 80c52 microcontroller as a master chip and the data memory unit, it combines with the external matrix keyboard input, LED digital display, alarm, unlock and so on circuits, dominates by the C programming language chip EEPROM of the control procedures and carries on the translation with Keil software， the password can be changed many times, the electronic the password control also has the alarming function. This password lock circuit design has anti-test button input, intelligent control lock, unlock, alarm and change the password multiple functions. Password length can be changed, great security and high flexible than others, it is widely used. Key Words：Password lock,MCU,Alarm,LED Display西北工业大学明德学院本科毕业设计论文目 录第一章 绪 论 .11.1 课题的介绍 .11.2 本设计课题的研究现状 .1第二章 密码锁设计方案及论证 .32.1 密码锁的设计思路 .32.2 设计方案的几种类型 .32.3 方案论证及设计框图 .4第三章 硬件设计 .63.1 单片机简介 .63.2 内部时钟电路 .103.3 手动复位电路 .103.4 键盘接口电路 .113.5 数码管数码显示电路 .123.6 译码器 74LS138 的运用 .143.7 开锁控制电路 .143.8 报警电路 .15第四章 电子密码锁软件系统设计 .164.1 软件工具介绍 .164.2 主程序框图 .174.3 程序功能及程序举例 .18第五章 系统仿真与调试 .225.1 PROTEUS 仿真过程 .225.2 仿真结果分析及问题解决方案 .28参考文献 .28致 谢 .29毕业设计小结 .32附 录 .33西北工业大学明德学院本科毕业设计论文1第一章 绪 论1.1 课题的介绍密码锁是锁的一种，开启时用的是一系列的数字或符号。密码锁的密码通常都只是排列而非真正的组合。部分密码锁只使用一个转盘，带动锁内的数个碟片或凸轮转动；亦有些密码锁是转动数个刻有数字的拨轮圈，直接带动锁内部的机械。此密码锁是一种能防止多次试探密码的基于单片机的密码锁，根据总体要求，给出了该单片机密码锁的硬件电路和软件程序，同时给出了单片机型号的选择，硬件设计，软件流程图，软件程序等内容。密码锁应用非常广泛，如生活中的密码箱，取款机取款时插入卡后要输入个人设定的密码，银行里的密码柜，核武器在发射时也有密码等等。很多行业的许多地方都需要密码锁，但普通密码锁的密码容易被多次试探而破译。我们的设计给出了一种能防止多次试探密码的密码锁设计方法，利用单片机控制。因为单片机不但具有体积小，成本低，控制灵活，便于产品化等特点，而且单片机具有新的发展，具体主要体现在单片机片内资源越丰富，用它构成的单片机控制系统的硬件开销就会越少，产品的体积和可靠性就会越高，无论是现代社会应用比较广泛的 8 位单片机还是 16 位、32 位的单片机，不仅可以把 CPU、 RAM、ROM、定时器/计数器、I/O 接口和中断系统等电路集成进去,而且片内新增了 A/D 和 D/A 转换器、监视定时器、DMA 通道和总线接口等都为单片机开辟了新的应用天地，所以，使用单片机系统控制密码锁，体积小，成本低，控制灵活，便于产品化，可以防止多次试探。1.2 本设计课题的研究现状随着电子技术的发展和单片机功能的增强，出现了带微处理器的智能密码锁，它除了具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化管理、专家分析系统等功能，从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性。目前发达国家已经大规模地应用智能门禁系统，可以通过多种更加安全，更加可靠的方法来实现大门的管理。但电子密码锁在我国的应用还不广泛，主要出现在保险柜、密码箱、高级宾馆等场所，家居用的较少，究其原因，我认为有以下几点：1、价格原因。现在买一把普通的机械锁，价格在几块到几十块左右，而电子密码锁的价格较贵，一般在百元以上，进口的甚至要上千元，买一把这样的锁对很多家庭来说，是很西北工业大学明德学院本科毕业设计论文2难接受的。2、厂商的推广力度不够。电子密码锁属于较新的高科技产品，许多用户对其并不了解，更不用说拿它与传统的机械锁作比较。而一般的商场也不会经营这种产品，用户即使想买也难以买到。目前我国开发的电子密码锁的技术还比较落后，开发的密码锁大多采用分离电子元件或普通数字电路设计生产的，尽管与机械钥匙锁相比有许多优点，但智能化程度低,编码组合仍较少。采用单片机制作的电子密码锁，就克服了以上的两大缺陷。其主要特点为:（1）保密性好。由于采用 6 位密码，随机破码率很低，并且在密码可能泄露的情况下及时更改密码，避免因人员的更替等特殊情况而使锁的安全性下降。（2）无活动零件，不会磨损，寿命系统自动启动。（3）界面简洁，操作简单人性化，故障率低，密码输入操作简便。（4）通用性强，可根据需要安装在不同的设备上。（5）硬件成本低廉，软件简洁可靠，易于批量生产。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文3第二章 密码锁设计方案及论证2.1 密码锁的设计思路根据本设计的要求，构思如下：（1）输入密码用矩形键盘，包括数字键和功能键。（2）LED 数码管显示输入密码，但是只是输出显示符号-。采用动态扫描输出。（3）通过输入密码进行模拟开锁。（4）输入密码错误或操作错误时报警。软件的设计主要包括矩形键盘键值的读取、LED 动态扫描输出程序、密码判断程序和报警程序。2.2 设计方案的几种类型1、 多 拨 式最 简 单 的 密 码 锁 ， 常 见 于 低 安 全 设 定 的 单 车 锁 ， 使 用 多 个 拨 圈 。 每 个 圈 的 中 间 有 凹 位 。锁 的 中 心 的 一 条 轴 ， 上 有 数 个 凸 出 的 齿 ， 用 来 卡 住 拨 圈 。 当 拨 圈 转 到 正 确 的 密 码 组 合 ， 锁便 可 以 打 开 。 这 种 锁 是 最 容 易 打 开 的 。 很 多 这 类 锁 根 本 无 需 知 道 密 码 都 能 开 启 。 除 非 它 的内 部 组 件 造 得 完 美 无 瑕 ， 否 则 只 要 把 轴 向 外 拉 ， 其 中 一 个 齿 便 会 比 其 他 更 为 拉 紧 拨 圈 。 这时 轮 动 被 拉 紧 的 拨 圈 ， 直 至 听 到 小 小 的 “卡 ”声 ， 表 示 这 个 齿 已 进 入 了 正 确 的 凹 位 。 重复 这 步 骤 ， 很 快 便 可 以 把 锁 打 开 。2、 单 一 转 盘 式用在挂锁上的密码锁可以是只有一个转盘。转盘推动背后数个平衡碟片或凸轮。习惯上，开启这种锁时先把转盘顺时针转到第一个数字，然后反时针转到第二个数字，如此直至最后一个数字。凸轮上通常有凹位，当转入正确的密码后，各位成一直线，锁便可以打开。这种密码锁较为安全，但亦非全无缺点。例如，部分密码挂锁可以拉紧锁头，然后转动转盘直至不能再动，这样便能把密码找出。亦有些转盘密码锁的数字之间有特定关系，使到密码的组合可能性大为降低。廉价的密码挂锁可以用特别的衬片打开，而无需使用密码。3、其他设计有些门锁上有一个数字键盘，开启时按序键入一个数字系列。这种锁是使用电子控制，常见于办公室内。优点是只要告诉员工密码便可，无须复制钥匙。它由单片机系统、矩阵键西北工业大学明德学院本科毕业设计论文4盘、LED 显示器等组成的电子密码锁。具有开锁、超次锁定、解密、修改、保存密码、用户密码基本的密码锁的功能。克服了普通锁需要随身携带钥匙且易丢失、保密性差的缺点，在宾馆、办公大楼、仓库、保险柜和家庭普遍适用。 本设计中采用的是电子密码锁，基本功能如下：1、电源开始后，显示器显示“CLOSE” ；2、按“*” ，清除显示器；3、输入 888888，显示-，按#键结束，此时灯亮，显示-PASS-；4、更改密码时，先按 A,此时数码管显示 CHPASS,按*键输入新密码再按#键结束，此时显示-EPASS ,再按*键输入一遍新号码按#键结束，此时显示-SESS-,即可建立新号码；5、若第二次输密码是密码输错，则会显示 Error，并报警提示；6、键盘设计要求(如图 2-1)图 2-1 键盘结构2.3 方案论证及设计框图考虑到数字电路方案原理简单，造价低廉，但是不能满足现在的安全需求，而单片机方案有较大的活动空间，不但能实现所要求的功能，而且能在很大的程度上扩展功能及方便地对系统进行升级，实现基本的密码锁功能，添加掉电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能。所以我们采用后一种方案。基于单片机的电子密码锁主要由单片机 80c52 最小应用系统电路、键盘输入电路、数码显示电路、复位电路、晶振电路、报警电路和开锁电路组成。各电路有其特有功能，以下将分别论述，系统功能框图如图 2-2 所示7 8 9 A4 5 6 B1 2 3 C* 0 # D西北工业大学明德学院本科毕业设计论文580c52键盘输入复位电路晶振电路显示电路报警电路开锁电路图 2-2 系统功能框图西北工业大学明德学院本科毕业设计论文6第三章 硬件设计3.1 单片机简介一、单片机的基础知识目前世界单片机的生产厂商很多，如 Intel，Motorola，Philips，NEC，ADM ，Zilog 等公司，其主流产品有十几个系列，几百个品种。尽管其个具特色，其称各异，但作为集CPU，RAM，ROM （或 EPROM） ，I/O 接口，定时器/计数器，中断系统为一体的单片机，其原理大同小异。现以 Intel 公司的系列产品为列，说明各系列之间的区别。Intel 公司从其生产单片机开始，发展到现在，大体上可以分为 3 大系列：MCS 48 系列，MCS51 系列，MCS96 系列。二、单片机的结构与发展单片机出现的历史并不长，它的产生与发展和微处理器的产生与发展大体相同。因此，单片机的发展阶段可以分为 4 个阶段。第 1 阶段， （1974-1976）：单片机初级阶段。此阶段的单片机采用双片的形式而且功能比较简单。此时推出的 8 位单片机 F8，只包含了 8 位 CPU，64B RAM，一个定时/计数器和两个并行口的 3851 芯片才能组成一台完整的计算机。第 2 阶段（1976-1978）：低性能单片机阶段。此阶段的单片机已经成为一台完整的计算机，但内部不够丰富。以 Intel 公司生产的 MCS-48 为代表，片内集成了 8 位 CPU，8 位定时/计数器，RAM 和 ROM 等，但无串行口，中断系统也比较简单，片内 RAM 和 ROM容量较小且寻址范围不大于 4KB。它把单片机推向市场，促进单片机的变革。第 3 阶段（1978-1982）：高性能单片机阶段。此阶段的单片机品种多，内部资源丰富，功能强。以 Intel 公司生产的 MCS-51 系列为代表，片内集成了 8 位 CPU,16 位定时/计数器，串行 I/O 口，多级中断系统，RAM 和 ROM 等，片内 RAM 和 ROM 容量加大，寻址范围可达 64KB。第 4 阶段（1982 年-现在）：8 位单片机的巩固发展及 16 位，32 位单片机推出阶段。其最大特点是增加了内部资料，实时处理能力更强。三、单片机的发展趋势1单片机的发展趋势是：向高性能化，大容量，微型化，外围电路内装化等方面发展。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文7(1)采用双 CPU 结构，以提高处理速度和处理能力。(2)增加数据总线宽度，以提高数据处理速度和处理能力。(3)采用流水结构。指令以队列形式出现在 CPU 中，从而具有很快的运算速度。(4)串行总线结构。2.存储器的发展(1)增加存储容量。片内 RAM 可达 256B。片内存储器存储容量的增大有利于外围扩展电路的简化，从而提高产品的稳定性，降低产品的成本。(2)片内 EPROM 开始到 EPROM 平方化。(3)程序保密化。3.片内 I/O 口改进一般单片机都有较多的并行口，以满足外围设备，芯片扩展的需要，并配有串行口，以满足多机通信功能的需要.并配有串行口,以满足多机通信功能的需要。（1）提高并行口的驱动能力。（2）增加 I/O 口的逻辑控制功能。（3）特殊的串行接口功能,为单片机构成网络系统提供更便于利用的条件。四、单片机的特点1、小巧灵活,成本低,研发周期短,易于产品,能利用它方便的组装成各种智能式测控设备及各种智能仪表,很容易满足仪器设备既智能化又微型化的需求。2、可靠性高,使用的温度范围宽。3、易扩展控制能力强。4、指令系统相对简单,较易掌握且指令中有较丰富的逻辑控制功能指令,能较方便地直接操作外部 I/O 设备。五、单片机的应用目前单片机的应用已深入到国民经济的各个领域,对各个行业的技术、改造和产品的更新换代起到了重要的推动作用,由于单片机的特点决定了单片机的应用领域,智能器仪表、机电一体化、实时控制、民用电子品等方面。单片机在智能仪器仪表的应用。单片机广泛地应用于实验室、交通运输工具、计量等各种仪器仪表中,可使仪器仪表智能化,提高它们的测量速度和测量精度,加强控制功能,简化仪器仪表的硬件结构,便于使用、维修和改进。单片机在该领域的应用,不使传统的仪器仪表发生根本性的变革,也给传统的仪器仪表行业的改造带来了曙光和美好的前景。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文81.单片机在实时控制领域的应用单片机也可广泛地应用于各种实时控制系统中，测量和控制工业上过程控制中的各种物理参数，如转速、位移、压力、流量等，将测量技术、自动控制技术和单片机技术相结合,能充分发挥数据处理和实时控制功能，使系统工作于最佳状态，提高系统的生产效率和产品的质量。2.在军工领域的应用利用可靠性高、适用的温度范围广、能适应各种恶劣的环境的特点,单片机可广泛应用于导弹控制,航天飞机巡航系统等领域。3.单片机在分布式多机统中应用分布式多机系统具有功能强、可靠性高的特点。4在民用电子产品中的应用单片机在民用电子产品中的作用,能明显提高产品的性能价格比,提高产品在市场上的竞争力。单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，可以软件控制来实现，并能够实现智能化，现在单片机控制范畴无所不在，例如通信产品、家用电器、智能仪器仪表、过程控制和专用控制装置等等，单片机的应用领域越来越广泛。诚然，单片机的应用意义远不限于它的应用范畴或由此带来的经济效益，更重要的是它已从根本上改变了传统的控制方法和设计思想。是控制技术的一次革命，是一座重要的里程碑，本次设计采用的是 80c52 单片机。六、单片机芯片的特性及说明1主要特性：它与 MCS-51 兼容，有 4KB 字节可编程闪烁存储器，寿命：1000 写/擦循环，数据保留时间为 10 年。全静态工作时在 0Hz-24Hz 之间，内部 RAM 是 128b*8 位，有 32 可编程的I/O 线，两个 16 位定时器/计数器，5 个中断源。2管脚说明如图 3-1 所示：西北工业大学明德学院本科毕业设计论文9图 3-1 80c52 管脚VCC：供电电压GND：接地P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入 “1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C52 的一些特殊功能口，如下表所示：管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）西北工业大学明德学院本科毕业设计论文10P3.2 /INT0（外部中断 0）P3.3 /INT1（外部中断 1）P3.4 T0（记时器 0 外部输入）P3.5 T1（记时器 1 外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。/EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH） ，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP） 。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.2 晶振电路晶振电路如图 3-2 所示。利用 MCS-51 内部的高增益反相放大器，在 XTAL1 和 XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡。定时元件一般采用石英晶体和电容组成的并联振荡回路。晶体可以在 1.212MHZ 之间任选，电容可以在 530pF 之间选择，电容 C1 和 C2 的大小可起频率微调的作用，电容大小要和晶体的容性负载阻抗相匹配，否则不易起振。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文11图 3-2 晶振电路3.3 复位电路主要实现的功能是使 CPU 和系统中的其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。按键电平复位是通过使复位端经电阻与 VCC 接通而实现的。按键脉动复位则是利用 RC 微分电路产生的正脉冲来实现的。复位RST在振荡器运行时，有两个机器周期（24 个振荡周期）以上的高电平出现在此引脚时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51 芯片便循环复位。复位后 P0P3 口均置 1 引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为 ROM 的 0000H 处开始运行程序。本系统采用的是手动复位电路。复位电路图如 3-3 所示：西北工业大学明德学院本科毕业设计论文12图 3-3 复位电路图 3.4 键盘接口电路键盘是单片机系统中最常用的人机联系的一种设备，它由若干个按键组成，用户通过键盘向 CPU 入数据或命令以实现简单的人机通信。 对键盘的识别可分为两类：一类是由专门的硬件电路来识别，它使用起来方便，但需要价格昂贵的芯片，单片机系统中一般不采用；另一类靠软件来识别 ，它结构简单，价格便宜，应用灵活。本设计中查询的方法识别键，优点是电路简洁，节省硬件，抗干扰能力强，应用灵活，缺点是占用较多的 CPU 时间资源。非编码键盘可以分为两种结构形式：独立式键盘和行列式键盘。本次设计中采用的是行列式键盘，可节省 I/O 口线。其工作原理是：行线 P1.0P1.3 是输入线，CPU 通过其电平的高低来判别键盘是否被按下。依次使列线 P1.4P1.7 中的一根输出为低电平，则只有与之对应的键按下时，才能使行线为低电平。键盘接口电路图如 3-4 所示：西北工业大学明德学院本科毕业设计论文13图 3-4 键盘接口电路图 3.5 数码管数码显示电路七段数码显示器如图 3-5 所示：图 3-5 七段数码显示器显示电路主要由 6 个共阳型七段数码管（SM4105） 、6 只型 PNP 型三极管、一片74LS138 3-8 线译码器组成。电路结构简单，性能稳定，使用方便。七段显示数码管（动态）工作原理：逐个地循环点亮各位显示器，也就是说在任一时刻只有 1 位显示器在显示 。LED 动态显示的优点是用较少的端口，可以扩展多位 LED 显示器。缺点是过多的占用CPU 的时间。除了 LED 动态显示，还有一种是 LED 静态显示。LED 静态显示的优点是不西北工业大学明德学院本科毕业设计论文14占用 CPU 的时间，缺点是占用过多的输出端口。采用动态显示的数码管，为了使人看到所有显示器都在显示，就得加快循环点亮各位显示器的速度(提高扫描频率)，利用人眼的视觉残留效应，给人感觉到与全部显示器持续点亮的效果一样。一般地，每秒循环扫描不低于 50 次。数码管显示电路的工作原理：数码管显示时，P0.0-P0.3 根据程序输出高电平或低电平，经过限流电阻（防止数码管因电流过高而损坏）送至数码管的阴极。同时，单片机的 P0.4-P0.6 根据要求输出高电平或低电平，送到 74LS138 的三个输入端，经译码后由输出端输出，此时，74LS138 的输出端只有一位为“0” ，使其中的一只三极管导通，引入电源，驱动与其对应的数码管，数码管工作。数码管的各发光二极管根据对应的高电平或低电平发光或不发光。每只数码管依次循环，就完成了发光电路的设计，本设计采用动态数码显示器。LED 数码显示器有两种连接方法：共阳极接法：把二极管的阳极连接在一起构成公共阳极，使用时公共阳极接+5V，每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。当阴极端输入低电平时，七段发光二极管就导通点亮，而输入高电平时则不点亮。 共阴极接法：把二极管的阴极连接在一起构成公共阴极，使用时公共阴极接地，每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端相连。当阳极端输入高电平时，七段发光二极管就导通点亮，而输入低电平时则不点亮。 本设计中采用的是共阳极 LED 数码显示器。数码管显示电路原理图如 3-7 所示：图 3-7 数码管显示电路原理西北工业大学明德学院本科毕业设计论文153.6 译码器 74LS138 的运用在中规模集成电路中译码器有几种型号，使用最广的通常是 74LS138，其是一个 3 到 8的译码器，下图是其逻辑符号及管脚排布，下表中列出了该器件的逻辑功能，从表中可以看出其输出为低电平有效，使能端 G1 为高电平有效， G2，G3 为低电平有效，当其中一个为低电平，输出端全部为 1。74LS138 图如 3-8 所示：图 3-8 74LS1383.7 开锁控制电路开锁控制电路主要由发光二极管和电阻组成。其优点是结构简单，成本低，操作简便。在设计中，暂时用发光二极管代替电磁锁，当 p2.6 输出为低电平时，发光二极管亮，表示开锁；输出时高电平时，发光二级管灭，表示没有开锁。如图 3-9 所示： KR6SVC204LEDP.5图 3-9 开锁控制电路及报警电路西北工业大学明德学院本科毕业设计论文163.8 报警电路报 警 电 路 由 一 个 蜂 鸣 器 驱 动 电 路 来 实 现 的 ， 包 括 以 下 几 个 部 分 ： 一 个 蜂 鸣 器 、 一 个三 极 管 和 一 个 电 阻 。 加电后不发声，当有键按下密码正确时，不发声直接开锁，当密码输入错误时，蜂鸣器发出噪声报警。蜂 鸣 器 的 作 用 ： 用 来 发 声 ， 在 其 两 端 加 直 流 电 压 （ 有 源 蜂 鸣 器 ） 或 者 方 波 （ 无 源 蜂鸣 器 ） 就 可 以 发 声 ， 其 主 要 参 数 是 外 形 尺 寸 、 发 声 方 向 、 工 作 电 压 、 工 作 频 率 、 驱 动 方式 （ 直 流 /方 波 ） 等 。 这 些 都 可 以 根 据 需 要 来 选 择 。三 极 管 作 用 ： 三 极 管 起 开 关 作 用 ， 其 基 极 的 高 电 平 使 三 极 管 饱 和 导 通 ， 使 蜂 鸣 器 发声 ， 而 基 极 低 电 平 则 使 三 极 管 关 闭 ， 蜂 鸣 器 停 止 发 声 。 报 警 电 路 如 上 图 3-9 所 示 。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文17第四章 电子密码锁软件系统设计4.1 软件工具介绍1. PROTEL DXP 2004 简介Protel DXP 是 Altium 公司 2002 年 7 月推出的第 7 代 Protel 系列软件，是基于 Windows操作平台的一款产品。它将原理图绘制、电路仿真、PCB 设计、设计规则检查、FPGA 及逻辑器件设计等完美地融合在一起，为用户提供了全面的设计解决方案，是电子线路设计人员首选的计算机辅助设计软件。2004 年年初，Altium 公司推出了最新版本的 Protel 软件Protel DXP 2004。与以前的版本相比较，Protel DXP 2004 的功能得到进一步增强，其改进型 Situs 自动布线规则大大提高了布线的成功率和准确率。此外，Protel DXP 2004 全面支持 FPGA 设计技术。SP4 升级包更增强了 Protel DXP 2004 的功能。Protel DXP 2004 SP4 具有强大的设计功能，完全能够满足电子电路设计的需要，是目前用户群最大、实际工程应用最广泛的版本。 2Proteus7.9 仿真平台在该设计中，利用 Proteus 软件进行仿真。Proteus 是英国 Labcenter 公司开发的电路分析与仿真软件。运行于 Windows 操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)数字电路、模拟电路、数模混合电路，是目前唯一能实现对 51、PIC、AVR 、HC11 、ARM 等处理器的仿真软件。该软件的特点是：（1）集原理图设计、仿真和 PCB 设计于一体，真正实现从概念到产品的完整开发工具。（2）具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真，是独一无二的支持处理器与外围电路的协同仿真电路设计软件。（3）具有全速、单步、设置断点等多种形式的调试功能。（4）具有各种信号源和电路分析所需的虚拟仪表、是电类教学实验与创新的最侍平台。（5）支持 Keil C51 uVision2、MATLAB 等第三方的软件编译和调试环境。（6）具有强大的原理图到 PCB 板设计功能，可输出多种格式的电路设计报表。3Keil 软件概述 程序在 KEIL C51 上调试，采用模块程序设计技术,逐个模块调好后进行系统程序总调。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 的内容和西北工业大学明德学院本科毕业设计论文18IO 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,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 80c52 中。进行整机调试。各功能实现则调试完成。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文194.2 主程序框图如下图所示：开 始 初 始 化 等待密码的输入 有键按下？ 操作有误？ 显示 Error 并报警提示 继续输入密码 密码正确？ 开锁并亮灯 NYY NYN图 4-2 主程序流程图西北工业大学明德学院本科毕业设计论文204.3 程序功能及程序举例1.主程序功能：主要完成初始化、设置中断向量、检查有无按键按下，以及调用显示等。此时的程序为：#includesbit passed=P27;data uchar temp6,passwd6,pass16,pass26;/temp 为显示的内容、passwd 为密码存放的地方、pass1 为密码修改时第一次存放、 pass2 为第二次存放。void statlock() /close.temp0=0x0c;temp1=17;temp2=0;temp3=18;temp4=0x0e;temp5=22;void main( )input=0;passwd0=8;passwd1=8;passwd2=8;passwd3=8;passwd4=8;passwd5=8;passlen=0;/ passed=0;statlock();/显示锁住状态while(1)display()