密码锁设计方案

1 密码锁 设计方案 第 1 章 绪论 题背景 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，把锁内的数个碟片或凸轮转动；亦有些密码锁是转动一组数个刻有数字的拨轮圈，直接带动锁内部的机械。 此单片机设计（密码锁）是一种能防止多次探密码的基于单片机的密码锁设计方案，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，汇编语言源程序等内容。密码锁应用非常广泛，如生活中的密码箱等；到 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，再比如核武器在发射时也有密码的等等。 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，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， 从而有效地 克服了上述缺点。 设计课题的研究现状 随着电子技术的发展单片机功能的增强，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， 2 家居用的较少，究其原因，我认为有以下几点： （ 1）价格原因 （ 2）厂商的推广力度不够。 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）破解保护。连续三次输入错误密码将锁定键盘一段时间。 （ 3）界面简洁，操作简单人性化，故障率低，密码输入操作简便。 3 第 2 章 方案选择 案确定 密码锁有以下几种类型 （ 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。重覆这步骤，很快便可以把锁打开。 （ 2） 单一转盘式 用在挂锁或匣万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，然後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，常见于办工室内。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、矩阵键盘、 示器等组成的电子密 码锁。具有开锁、超次锁定、解密、 修改、保 4 1 2 3 A 4 5 6 B 7 8 9 C * 0 # D 存密码、用户密码基本的密码锁 的功能，还具有调电存储、声光提示等功能。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： 电源开始后，显示器显示 000000； 按 #，清除显示器为 000000； 更改密码时，先键入新号码再按 *，即可建立新号码； 键入号码，再按 D 开门键，若号码与密码相符，则门会打开，否则显示器会清 除为 000000； 键盘设计要求如图 2图 2盘分布图 计框图 基于单片机的电子密码锁主要由单片机最小应用系统电路、键盘接口电路、数码显示电路、密码存储电路、开锁控制电路组成。各电路有其特有功能，以下将分别论述，系统功能框图如下图 25 图 2统功能图 本章小结 本章主要阐述密码锁的种类和设计思路。对于密码锁主要讲述了 3 种密码锁的种类以及差别，并对确定的方案加以陈述，通过本章论述，使整个设计思路变的清晰，有章可循 单片机 键盘输入 复位 晶振 电源输入 是否有按键按下 开锁 密码存储 报警 开锁 显示 6 第 3 章 硬件设计 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 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 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 司的系列产品为列，说明个系列之间的区别。 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： 列， 列， 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 包含了 8 位 4B 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低性能单片机阶段。此阶段的单片机 7 已经成为一台完整的计算机，但内部不够丰富。以 司生产的 代表 ，片内集成了 8 位 8 位定时 /计数器， ，但无串行口，中断系统也比较简单，片内 进单片机的变革。 第 3 阶段（ 1978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 司生产的 列为代表，片内集成了 8 位 6 位定时 /计数器，串行 I/O 口，多级中断系统， ，片内 量加大，寻址范围可达 64 第 4 阶段（ 1982 年 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。 采用双 构，以提高处理速度和处理能力。 增加数据总线宽度，以提高数据处理速度和处理能力。 采用流水结构。指令以队列形式出现在 ，从而具有很快的运算速度。 串行总线结构。 （ 2）存储器的发展 增加存储容量。片内 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。 片内 始到 方化。 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 以满足多机通信功能的需要 提高并行口的驱动能力 . 增加 I/O 口的逻辑控制功能 8 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 仪器设备即 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 （ 1） 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 ,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 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 . （ 2） 机电一体化是机械工业发展的重要方面。机电一体化产品 是 集 机 械 技 术 ,微 电 子 技 术 ,自 动 化 技 术 和 计 算 机 技 术 于 一 体 ,具有 智 能 化 特 征 的 机 电 产 品 挥 它 的 体 积 小 ,可 靠 性 高 ,控制能力强 ,现 场 安 装 灵 活 方 便 特 点 ,大 大 提 升 了 机 器 的 功 能 ,提 高 了 机 器 的精度 ,自动化和智能化水平 . （ 3）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 （ 4）在军工领域的应用 9 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 （ 5）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 （ 6）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 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 8051 单片机。 六、单片机芯片的特性及说明 （ 1） 主要特性： 它与 容，有 4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 0部 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： 51 单片机引脚如图 3 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78R S T /V P D P 3. 010T X D P 3. 111I P 3. 212I P 3. 313T 0 P 3. 414T 1 P 3. 515W R P 3. 616R D P 3. 717X T 18X T 19V S . 021P 2 . 122P 2 . 223P 2 . 324P 2 . 425P 2 . 526P 2 . 627P 2 . 728P S E /P R ：供电电压。 地。 ： 为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8 的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 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 程时， 作为原码输入口，当 行校验时，出原码，此时 部必须被拉高。 ： 是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 缓冲器能接收输出 4电流。 管脚写入 1 后 ，被内部上拉为高，可用作输入， 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 程和校验时， 作为第八位地址接收。 ： 为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 缓冲器可接收，输出 4 个 电流，当 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， 的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 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， 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， 输出其特殊功能寄存器的内容。 在 程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 ： 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 电流。当 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， 将输出电流（ 是由于上拉的缘故。 也可作为 一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 行输入口） 行输出口） 部中断 0） 部中断 1） 0（记时器 0 外部输入） 11 1（记时器 1 外部输入） 部数据存储器写选通） 部数据存储器读选通） 同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 位输 入。当振荡器复位器件时，要保持 两个机器周期的高电平时间。 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 程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， 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，将跳过一个冲。如想禁止 输出可在 址上置 0。此时， 有在执行 令是 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 止，置位无效。 /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 /效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /号 将不出现。 /当 / 持 低 电 平 时 ， 则 在 此 期 间 外 部 程 序 存 储 器（ 0000 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1时， /内部锁定为 /保持高电平时，此间内部程序存储器。在 程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（ 向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 自反向振荡器的输出 。 部时钟电路 内部方式的时钟电路如下图 3示。利用 部的高增益反相放大器，在 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回路。晶体可以在 2间任选，电容可以在 530间选择，电容 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搞相匹配，否则不易起振。 12 图 3部时钟电路图 动复位电路 复位 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 均置 1 引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器 部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为 0000H 处开始运行程序。本系统采用的是手动复位电路，。手动复位电路图如 3示： 图 3动复位电路图 盘接口电路方案的确定 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 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（如 2376、 74 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 13 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 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 输入线， 过其电平的高低来判别键盘是否被按下。依次使列线 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。 键盘接口电路图如图 3示： 图 3盘接口电路图 码管数码显示电路方案的确定 七段数码显示器如图 3示 ： 图 3段数码显示器 14 显示电路主要由 6 个共阳型七段数码管（ 6 只型三极管、一片 74译码器以及一个 7447 七段译码器组成。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 。 态显示的优点是用较少的端口，可以扩展多位 示器。缺点是过多的占用 时间。除了 态显示，还 有一种是 态显示。 态显示的优点是不占用 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， 据程序输出高电平或低电平，送到 7447 译码器的四个输入端，经过7447 译码后由 7 个输出端输出，输出信号经过限流电阻（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 据要求输出高电平或低电平，送到 74三个输入端，经译码后由输出端输出，此时， 74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。 它的内部二极管的连接方式 (共阳极 )如下图 3示 ： 图 3部二极管的连接方式 (共阳极 ) 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 15 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 码显示器 ,用来显示当前正在播放的曲目号。 发光二极管的导通电压为 2电流为 510在发光 二极管与电阻之间的电压为 5V,由此可算出阻值。 电阻值 = (两段电压 限流电阻 ,避免烧坏发光二极管。 得出电阻范围： 3006600 设计中取 330 本设计采用的是共阳极 示器。 数码管显示电路原理图如下 3示： 图 3码管显示电路原理图 绍 适用于七段字形共阴极显示管的译码器集成电路有 型 号 ， 适 用 于 共 阳 极 七 段 管 的 译 码 器 有 型号。 7447 引脚图如下图 3示： 16 图 3447 引脚图 现以显示译码器 例作较详细的讨论。 逻辑符号示于 图中： D、 C、 B、 A：是 输入信号， a g：译码输出，低电平有效 I 。当 0（有效）时，输出 a g 均为高电平 1 信号（全灭） ； 当 0 时， = 0。 试灯信号输入。当 0）且 1（无效）时，不论 DA 状态如何， a g 七段全亮。 灭零输入信号（不显示 0，其 它数码正常显示）。 0（ ）时，不显示数码 0。 4L 138 译码器的运用 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74138，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 高电平有效， /低电平有效，当其中一个为低电平，输出端全部为 1。 74如下图 39 所示 ： 图 34 存储电路方案的确定 密码存储电路主要由 成。 （ 1） 93 一 种 存 储 器 可 以 定 义 为 16 位 脚接 者定义为 8 位 脚接 1K 位的串行 一个的存储器都可以通过 脚或 脚进行写入或读出， 17 器件可以经受 1,000,000 次的写入 /擦除操作片内数据保存寿命达到 100 年器件可提供的封 装有 （ 2） 93一个有 1024 位内含工业标准微处理器的非易 失的存储器。 93以选择为 16 位或 8 位结构。当选择 16 位结构时， 93 7 条 9 位的指令用来控制对器件进行读、写和擦除操作；当选择 8 位结构时， 93 7 条 10 位的指令来控制对器件进行读、写和擦除操作。 93所有操作都在单电源上进行，当执行任何的写操作时内部的升压电路将提供高压给芯片。 指令、地址和写入 的数据在时钟信号 上升沿时由 脚 输 入， 脚除 了 从器 件 读取 数据 或 进行 写 操作 后查 询 准备 /繁忙（ 器件工作状态外，平常是高阻态的。 准备 /繁忙 (开始了一个写操作后选择器件 高电平后从 脚读的用来测定期间工作状态的信号， 低电平则表示写操作还没有完成。当 高电平时则表示器件可以输入下一条指令，此时如果有需要，可以在 脚移入一个高电平， 进入高阻态， 脚会在时钟 下降沿时进入高阻态，将 脚恢复高阻态值得推荐在 用一个 I/O 口来读 /写的应用中。 所有送往器件的指令格式为一个高电平 1 的开始位，一个 2 位或 4 位的操作码，写入数据时的 6 位（当选择 8 位结构时为 7 位）以及 16 位数据（当选择 8 位结构时为 8 位）。 （ 3） 93操作指令如下表： 读操作指令（ 在接收到一个指令和地址（从 脚在时钟驱动下输入）之前， 93 脚是高阻态的。接收到读指令和地址后， 先 输 出 一 个 虚 拟 的 第 电 平 ， 然 后 数 据 根 据 时 钟 信 号 移 位 输 出（高位在前）。数据在时钟信号（ 上升沿时输出并经过一定的时间后稳定（ 写操作指令（ 在 接 收 到 写 指令 、地 址 和 数 据 后， 片选 引 脚 （ 不 片选 芯片的时间要必须大于 选引脚（ 下降沿的时候，器件开动自动时钟去擦除并把数据存放 到指定存储器。在器件进入自动时钟的模式后时钟信号引脚（ 信号不是必须的 938 的准备？繁忙状态可以选择器件并测试数据输出引脚 到。因为器件有在写入前自动清除的特性，所以没必要在写入之前将存储器该地址的内容擦除。 擦除操作指令（ 在 接 收 到 擦 除指 令和 地 址 以 后 ，片 选引 脚 （ 不 片 选芯 片的时间要必须大于 选引脚（ 下降沿的时候，器件开动自动时钟，擦除指定存储器。在器件进入自动时钟的模式后时钟信号引脚 (信号不是必须的。 93准备 /繁忙状态可以选择器件并 测试数据输出引脚（ 到。一旦清除了，该位就回到逻辑 1 的状态。 擦除 /写入允许（ 禁止 (作指令 93上电时是默认写禁止的。任何在上电和写禁止 (令后的写入操作都必须先发送写允许（ 令。一旦设置了写允许，它会持续有效直到断电或发送一条写禁止指令。写禁止指令用来禁止对 93写入和擦除操作，同时也可以防止意外的对器件进行写入和擦除。数据可以照常从器件中读取，论是写允许还是写禁止状态。 全部擦除 (在 接 收 到 全 部擦 除指 令 后 ， 片 选引 脚（ 不 片 选 信 号的 时间要必须大于 选引脚（ 下降沿的时候，器件开动自动时钟擦除存储器的所有内容。在器件进入自动时钟的模式后时钟信号引脚（ 信号不是必须的。 93准备 /繁忙状态可以选择器件并测试数据输出引脚 (到。一旦清除了，所有位都回到逻辑 1 的状态。 写全部操作指令 (在 接 收 到 写 全部 指令 后 ， 片 选 引脚 （ 不片 选 芯 片 的时 间要必须大于 选引脚（ 下降沿的时候，器件开动自动时钟把数据内容写满器件的所有存储器。在器件进入自动时钟的模式后时钟信号 引脚（ 信号不是必须的。 93准备 /繁忙状态可以选择器件并测试数据输出引脚（ 到。没有必要去在写全部之前把存储器内容擦除。 93脚定义如下图 3示 : 19 图 33脚定义图 源引脚， +5V。 线。 选信号。在两条相临指令执行中， 须最少产生 500低电平，以指明前条指令的结束。 据输入端 于在串行时钟 同步下输入起始位，操作码地址和写入数据 。 据输出端。数据输出端 于 在读方式中，在串行时钟 同步下输出读出的数据。 时钟信 号，所 有操作 码、址码、 数据位 均在 号的上升沿输入或输出， 号的最高频率为 1 储器结构选择接口，当 ，存储器为 16 位结构。当 ，存储器为 8 位结构。当 空时， 内部的上拉电阻把存储器选择为 16 位结构。 锁控制电路方案 开锁控制电路主要由整流二极管、继电器、三极管等组成。其优点是结构简单，成本低，操作简便。 开 锁 控 制 电 路 的 原 理 ： 当 输 出 “0”时，连接 10K 电阻 将 三极 管的 基 极 钳位 在高 电平 ， 三 极管 导通 ，继 电 器 流过电流，开始动作，继而开锁。 开锁控制电路图如下图 3示 ： 20 图 3锁控制电路图 本章小结 本章主要 介绍了硬件电路的设计，主要包括单片机控制单元、数码管显示单元、输入单元、存储单元。单片机控制单元主要包括片机的详细介绍，内部控制和各个接口电路以及译码器的介绍。通过本章的论述，可全面了解本设计的硬件设计 21 第 4 章 子密码锁软件系统设计 序功能 （ 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。 （ 2）键 盘扫描及识别子程序功能：键盘采用查询方式，放在主程序中，当没有按键按下时，单片机循环主程序，一旦有键按下，便转向相应的子程序处理，之后再返回。 （ 3）调用存储程序功能：比较密码时，需要读 93序，将存储在芯片内的数据读到 ，然后和输入密码相比较，当修改密码时，需要把输入的密码保存到 93。 按键分布图如下图 4示 图 4键分布图 （ 4） 显示子程序功能： 当识别到 C 键时，可显示密码，当需要清除显示器时，可调用 显示程序，使数码管显示 000000。 （ 5） 编码设计： （ 6） 各地址 分配： 20H 地址； 21H 判断 93 22 00 地址的内容是否为 01（已设定密码）， 00 表示 93中未存密码， 01 表示已存有密码； 22H ；寄存器； 30H 35H ；密码存储地址； 36H 38H ；显示器地址； 3 ； 93 /写存放高 8 位数据地址 ； 3 ； 93 /写存放低 8 位数据地址； 3 ；寄存器。 序框图 （）主程序框图如下图 4示 ： 23 图 4程序框图 （ 2）键识别子程序框图如下图 4示 ： 24 图 4识别子程序框图 （ 3）显示子程序框图如下图 4示 ： 是 否 是 是 否 否 是 否 是 否 是 是否按 C 消除抖动 至 按键值 是否按* 载入按键值 载入按键值 显示按键值 键盘扫描 令 开 锁 动作 清 除 设定新密码 清除 显示密码 是否按 D 按 键 放 开否 是否按# 按键值与密码 相同吗 25 图 4示子程序框图 （ 4）设定新密码程序框图如下图 4示 ： 图 4定新密码程序框图 （ 5）密码比较子程序框图如下图 4示 ： 是 否 标 志 位 是否为 1 将密码存入 93130 地址写入 01H 延 时 返回清除 显 示 值 存 入 密 码地址 是密码地址传送给 用显示子程序 是 否 延 时 返 回 否密码地址传送给 用显示子程序 是 否 延 时 返 回 密 码 地 址 传 送 给 键是否放开 延 时 返 回 调用显示子程序 26 图 4码比较子程序框图 （ 6）掉电存储子程序框图如下图 4示 ： 图 4电存储子程序框图 本章小结 本章主要介绍了整个设计的程序流程图。程序流程图是设计编程的总体思想，方便系统的了解程序的框架结构。通过本章的阐述，可对整个设计的软件部分一个具体的了解。 是 否 按 键 值 与 密 码 值 比较 密 码 是 否相同 开 锁 延 时 返回清除 93始化 依 跳至相关地址 读 写 写使能 写禁止 27 第 5 章 软件调试 件调试方法 软件调试与所选用的软 件结构有关，如果采用模块程序设计技术，则逐个任务进行调试。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，通过检查用户系统的 场情况、 内容和 I/O 口的状态，检测程序执行结果是否符合设计要求，有无死循环错误、有无机器码错误以及转移地址的错误，同时还可以发现用户系统中存在的硬件设计错误和软件算法错误，各程序模块调试通过后，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、工作寄存器是否正常等等，若系统是在开发机的监控程序下运行时，还要考虑缓冲单元是否和监控程序的工作单元发生冲突。 件调试环境 一 、 51 简介 51 是美国 司出品的 51 系列兼容单片机 汇编相比， C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。 （ 1） 51 开发系统基本知识 : 系 统概述： 51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成 的汇编代码，就能体会到 51 生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍 51 开发系统各部分功能和使用。 51 单片机软件开发系统的整体结构 ,具包的整体结构。其中 别是 集成开发环境 (可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用 身或其它编辑器编辑 C 或汇编源文 28 件。然后分别由 译器编译生成目标文件 (目标文件可由 建生成库文件，也可以与库文件一起经 接定位生成绝对目标文件 ( 件由 换成标准的 供调试器 用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如 。 （ 2） 使用独立的 真器时，注意事项： 仿真器标配 晶振，但用户可以在仿 真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振。 仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片， 不复位目标系统。 仿真芯片的 31 脚（ /接至高电平，所以仿真时只能使用片内 能使用片外 仿真器外引插针中的 31 脚并不与仿真芯片的 31 脚相连，故该仿真器仍可插入到扩展有外部 /脚接至低电平）的目标系统中使用。 二、 件简介 件是英国 司出版的 具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它 具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的 仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。 世界上著名的 具 (仿真软件 )，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到 计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、 计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计台，其处理器模型支持 8051 、 2/16/18/24/30/8086 和 ，2010 年增加 列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持 多种编译器。 （ 1） 件具有其它 具软件（例： 功能。这些功能是： 原理布图。 动或人工布线。 命性的特点 ） （ 2）电路功能仿真：在 制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件： *以在 原理图中看到模拟的实 29 物运行状态和过程。 单片机课堂教学的先进助 手。 可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于 供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪 器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台。 （ 3）随着科技的发展， “计算机仿真技术 ”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中 能茯得愈来愈广泛的应用。 使用 件进行单片机系统仿真设计 , 是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用，有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力 。 实践证明，在使用 行系统仿真开发成功之后再进 行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。因此， 较高的推广利用价值。 目前 最新版为 7.7 年将推出 本，增加 列及 理器。 本章小结 本章主要介绍了软调试过程中，应用到的工具及调试环境。详细的说明了各软件的功能和使用技巧。还讲述了在调试过程中主要遇到的问题及解决方法。对调试的整个过程，进行了一个系统的概述。通过本章，我回顾了自己在设计中犯下的错误，丰富了自己的实践经验。对解决问题的方法不断的总结，对自己的将来的工作一定会有很大的帮助 和提高。 结 论 30 一、 主要工作及结论 （ 1）熟悉 片机功能及工作特性，掌握其接口扩展方法。 （ 2）对键盘和显示器进行选型比较，得出各种型号优劣比。 （ 3）采用面向对象的思想，分层次、分模块构建设计的总体框架。 二、 存在的问题 （ 1）电子电路的设计中对各种影响因素的考虑不够完全，比如在对过电压情况的处理中未作防范措施。 （ 2）系统设计不够优化，有待改善。比如系统的超量程信号直接由单片机送入报警电路，没有设计保护电路再入单片机处理后送入报警电路。 （ 3）没有扩展更多电路，如日历时钟电路、通 讯接口电路等。 （ 4）对各种实用芯片价格了解不够，选择上任有欠缺。 这些都为我 今后的学习和工作留下了积极的影响 。 致 谢 过两个多月的忙碌和工作，本次毕业论文设计已经接近尾声，作 31 为一个本科生的毕业论文，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，但是在导师的谆谆教导下，以及周围同学的一起努力下，最终还是顺利完成了本次的设计任务。通过此次设计，我在软、硬件设计与测试方面有很大收获。 感谢学院和计算机系提供的良好的开发环境和设备。 感谢我的导师，徐秋景老师在我毕业设计的各个阶