单片机课程设计-电子万年历.doc

郑州轻工业学院软件学院单片机与接口技术课程设计总结报告设计题目: 电子万年历学生姓名: 系 别： 专 业：班 级： 学 号：指导教师： 2011年12月16日洞洞板/万能板成品图片左下角有地址-有录像设计题目：电子万年历设计任务与要求：1、显示年月日时分秒及星期信息2、具有可调整日期和时间功能3、增加闰年计算功能方案比较：方案一：系统分为主控制器模块、显示模块、按键开关模块，主控制模块采用AT89C52单片机为控制中心，显示模块采用普通的共阴LED数码管，键输入采用中断实现功能调整，计时使用AT89C52单片机自带的定时器功能，实现对时间、日期的操作，通过按键盘开关实现对时间、日期的调整。方案二：系统分为主控模块、时钟电路模块、按键扫描模块，LCD显示模块，电源电路、复位电路、晶振电路等模块。主控模块采用AT89C52单片机，按键模块用四个按键，用于调整时间，显示模块采用LCD1602，时钟电路模块采用DS1302时钟芯片实现对时间、日期的操作。两个方案工作原理大致相同，只有显示模块和时钟电路不同。LED数码管价格适中，对于数字显示效果较好，而且使用单片机的端口也较少； LCD1602液晶显示屏，显示功能强大，可以显示大量文字、图形，显示多样性，清晰可见，价格相对LED数码管来说要昂贵些，但是基于本设计显示的东西较多，若采用LED数码管的话，所需数码管较多，而且不利于控制，因此选择LCD1602作为显示模块。DS1302是一款高性能的实时时钟芯片，以计时准确、接口简单、使用方便、工作电压范围宽和低功耗等优点，得到广泛的应用，实时时钟有秒、分、时、星期、日、月和年，月小于31天时可以自动调整，并具有闰年补偿功能，而且在掉电时能够在外部纽扣电池的供电下继续工作。单片机有定时器的功能，但时间误差较大，且需要编写时钟程序，因此采用DS1302作为时钟电路。对比以上方案，结合设计技术指标与要求我们选择了方案二进行设计。逻辑总框图:该电子万年历的总体设计框图如图(1)所示。设计所需的元件：元件名称 型号 数量/个单片机 AT89C52 1 时钟芯片 DS1302 1晶振 12MHz 1晶振 32.768kHz 1电容 30pF 2电容 22uF 1按键开关 4电阻 10K 9滑动变阻器 1K 1电池 1.5V 4LCD LCD1602 1电源Vcc +5V 1导线 若干单元电路设计：1、主控制系统单片机中央处理系统的方案设计，选用AT89C52单片机作为中央处理器，如图（2）所示。该单片机除了拥有MCS-51系列单片机的所有优点外，内部还具有8K的在系统可编程FLASH存储器，低功耗的空闲和掉电模式，极大的降低了电路的功耗，还包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件，其硬件能符合整个控制系统的要求，不需要外接其他存储器芯片和定时器件，方便地构成一个最小系统。整个系统结构紧凑，抗干扰能力强，性价比高。2、时钟振荡电路时钟振荡电路图（3）所示，时钟振荡电路用于产生单片机正常工作时所需要的时钟信号，电路由两个30pF的瓷片电容和一个12MHz的晶振组成，并接入到单片机的XTAL1和XTAL2引脚处，使单片机工作于内部振荡模式。此电路在加电后延迟大约10ms振荡器起振，在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率决定。电路中两个电容C1、C2的作用使电路快速起振，提高电路的运行速度。 图（3） 时钟振荡电路图 图（4） 复位电路3、复位电路复位电路由电阻和极性电容组成，如图(4)所示，通过高电平使单片机复位，在时钟电路开始工作后，当高电平的时间超过大约2us时，即可实现复位。此复位电路为上电复位，较为简单。若改进可以添加手动复位的功能，上电复位发生在开机加电时，由系统自动完成，手动复位通过一个按键来实现，在程序运行时，若遇到死机，死循环或程序“跑飞”等情况，通过手动复位就可以实现重新启动的操作。手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮和一个电阻。 4、DS1302时钟电路时钟电路主要由时钟芯片DS1302、备用电池、晶振等几部分组成，如图(6)所示。DS1302采用3线串行接口，占用引脚少，内部集成了可编程日历时钟，用户可以根据需要通过单片机的控制来自行设置，支持双电源供电，可以使用外部主电源和备用电源，备份电源能够使时钟芯片继续工作。 图（5） DS1302管脚图 图（6） DS1302时钟电路DS1302各引脚的功能为：8: Vcc1：备用电池端；1: Vcc2：5V电源。当Vcc2Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2 Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电；7: SCLK：串行时钟，输入； 6: I/O：数据输入输出口；5: CE/RST：复位脚；2、3: X1、X2 是外接晶振脚 （32.768KHZ的晶振）；4: 地（GND）。DS1302有关日历、时间的寄存器：图（7）DS1302有关日历、时间的寄存器1、秒寄存器（81h、80h）的位7定义为时钟暂停标志（CH）。当初始上电时该位置为1，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；只有将秒寄器的该位置改写为0时，时钟才能开始运行。2、小时寄存器（85h、84h）的位7用于定义DS1302是运行于12小时模式还是24小时模式。当为高时，选择12小时模式。在12小时模式时，位5是 ，当为1时，表示PM。在24小时模式时，位5是第二个10小时位3、控制寄存器（8Fh、8Eh）的位7是写保护位（WP），其它7位均置为0。在对任何的时钟和RAM的写操作之前，WP位必须为0。当WP位为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。也就是说在电路上电的初始态WP是1，这时是不能改写上面任何一个时间寄存器的，只有首先将WP改写为0，才能进行其它寄存器的写操作。DS1302读写时序 DS1302是SPI总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。DS1302的控制字如图（8）：图（8）DS1302的控制字图控制字的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。位6：如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1（A4A0）：指示操作单元的地址；位0（最低有效位）：如为0，表示要进行写操作，为1表示进行读操作。读数据：读数据时在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据，读出的数据是从最低位到最高位。写数据：控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入也是从最低位（0位）开始。5、按键电路按键电路由四个轻触开关组成，如图(9)所示。按键用来调整时间，其一端直接接到单片机的端口，另一端接地，当按下按键时，相应的端口变为低电平，通过一个与门只要这四个按键有一个按下就会在P3.2检测到一低电平就触发外部中断0进入按键调节程序中，通过与个各键相连的端口P3.4_P3.7可以判断是哪个键按下，从而作相应的操作。图(9) 按键电路6、显示电路1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块 它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。显示电路采用LCD1602液晶显示，如图(10)所示，图中只画出了其相应的接口，3脚用于调节LCD1602的背光,4、5、6为LCD1602的控制口，用于控制其写入或是读出指令，7至14脚为LCD1602的数据口，将数传送到LCD1602中。图(10) LCD1602显示电路LCD1602的特性+5V电压，对比度可调；内含复位电路；提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能；有80字节显示数据存储器DDRAM；内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM,8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM；基本操作时序： 读状态：输入：RS=L，RW=H，E=H；输出：DB0DB7=状态字 ；写指令：输入：RS=L，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0DB7=指令码 ；输出：无。读数据：输入：RS=H，RW=H，E=H；输出：DB0DB7=数据 ；写数据：输入：RS=H，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0DB7=数据 ；输出：无。LCD1602的各种指令不再一一说明。流程图与软件设计：1、程序流程图主程序首先初始化定时器、LCD1602及DS1302，然后就开始查询按键，有键按下则开始调整时间和日期，若没有按下，则执行下面的时间、日期的显示，最后依次循环这些相同的操作，相应流程图如图（11）所示：图（12）程序流程图按键的检测是通过中断的办法来实现，利用按键进行间调整。 K1按下则开始设置时间及日期，同时在第一行最右端显示被选择的对象，第一次按下K1时，设置年份，若按下K3，则是减1操作，按下K2是加1操作，设置好年后，第二次按下K1时，则是设置月份，按K3减，按K2则加1，依次循环下去，则可以将时间和日期设置完毕，K4是确定键，设置好按下即可保存设置了。2、软件设计软件总设计：主程序首先对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式为16位定时/计数器模式，置位总中断允许位EA，并对键盘端口置位，再对LCD1602初始化，DS1302初始化。接着扫描键盘，在键盘程序里面是对时间、日期及闹钟的调整，最下面是时间的显示。软件程序编写：软件程序编写的好坏直接影响着系统运行情况的良好。因本程序涉及的模块较多，所以程序编写也采用模块化设计，C语言具有编写灵活、移植方便、便于模块化设计的特点，所以本系统的软件采用C51编写。具体程序见附件一：程序3、软件调试在软件调试过程中，当调节时间和日期后，单片机上电后更新的是PC的时间，后来查找资料发现，是设置ds1302的问题， 对于开发板上的液晶一般RW都接的地，故不需要读液晶状态，也不需要读忙，但在仿真中还是加上了这一部分。还有一个问题，在按键操作时有时会出现功能不稳定，这是由于按键存在抖动，所以后来加个去抖动的延时后在判断，基本就可以解决问题，整体电路与仿真结果分析:电子万年历硬件电路图及仿真如图（13）所示，系统由AT89C52单片机，按键扫描电路、显示电路、时钟电路、晶振电路、复位电路及电源指示电路。仿真正确显示了时间，在LCD1602中正确显示了当前日期、时间，通过按按键K1,就可以开始设置时间,依次按K1依次在年、月、日、时、分之间切换，按K2键用于加1操作,K3键用于减1操作，K4是确定按钮。仿真正确显示了时间和日期，符合设计的要求。图（13） 电子万年历硬件电路图结论与心得：在这学期的课程序设计中，收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、 动手制作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在课程序设计里，我们学会了很多学习的方法，知道了理论和实践的巨大差别。而这是以后最实用的，真的是受益匪浅。要面 对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。同时在与老师和同学的交流过程中，互动学习，将知识融会贯通。通过自己的努力，做出了一个万年历，对以后的学习是一个莫大的鼓舞，激起了我的学习兴趣和开发创新思维。参考文献图书类：1 张毅坤 陈善久， 单片微型计算机原理及应用 西安电子科技大学出版社2 张毅刚，彭喜元，单片机原理与应用设计 电子工业出版社3 赵建领 薛园园 ，零基础学单片机C语言程序设计 机械工业出版社4 周向红 51单片机课程设计 华中科技大学出版社, 5 郭天祥 51单片机C语言教程-入门,提高,开发,拓展全攻略, 电子工业出版社6 赵亮 侯国锐. 单片机C语言编程与实例 人民邮电出版社附实验源程序：#include #include #include #define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit IO= P10; /DS1302数据线sbit SCLK = P11; /DS130时钟线sbit RST = P12; /DS1302复位线sbit RS = P20; /LCD数据/命令选择端sbit RW = P21; /LCD读/写控制sbit EN = P22; /LCD使能端sbit K1=P34;/选择sbit K2=P35;/加sbit K3=P36;/减sbit K4=P37; /确定uchar tCount=0;uchar MonthsDays=0,31,0,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31;uchar *WEEK=SUN,MON,TUS,WEN,THU,FRI,SAT;uchar LCD_DSY_BUFFER1=DATE 00-00-00 ; /显示格式uchar LCD_DSY_BUFFER2=TIME 00:00:00 ;uchar DateTime7; /所读取的日期时间char Adjust_Index=-1; /当前调节的时间对象：，分，是，日，月，年（1,2,3,4,6）uchar Change_Flag= -MHDM-Y; /（分，时，日，月，年）（不调节秒与周）/*-延时程序-*/void DelayMS(uint ms) uchar i;while(ms-)for(i=0;i120;i+);/-向DS1302写入一字节-/void Write_A_Byte_TO_DS1302(uchar x)uchar i;for(i=0;i=1; / 右移/-从DS1302读取一字节-/uchar Get_A_Byte_FROM_DS1302()uchar i,b=0x00;for(i=0;i8;i+) b |= _crol_(uchar)IO,i);SCLK=1;SCLK=0; /每一个高脉冲读取一位数据return b/16*10+b%16; /返回BCD码/-从DS1302指定位置读数据-/uchar Read_Data(uchar addr) uchar dat;RST = 0;SCLK=0;RST=1; /RST高电平时读/写 Write_A_Byte_TO_DS1302(addr); /先写入地址dat = Get_A_Byte_FROM_DS1302(); SCLK=1;RST=0;return dat;/-向DS1302某地址写入数据-/void Write_DS1302(uchar addr,uchar dat)SCLK=0;RST=1;Write_A_Byte_TO_DS1302(addr);Write_A_Byte_TO_DS1302(dat);SCLK=0;RST=0; /高脉冲写入数据/-设置时间-/void SET_DS1302()uchar i;/写控制字，取消写保护Write_DS1302(0x8E,0x00);/分时日月年依次写入for(i=1;i7;i+) /分的起始地址10000010（0x82),后面依次是时，日，月，周，年，写入地址每次递增2Write_DS1302(0x80+2*i,(DateTimei/104)|(DateTimei%10); Write_DS1302(0x8E,0x80); /加保护/-读取当前日期时间-/void GetTime()uchar i;for(i=0;i7;i+)DateTimei=Read_Data(0X81+2*i);/-读LCD状态-/uchar Read_LCD_State()uchar state;RS=0;RW=1;EN=1; /输出：D0D7=状态字DelayMS(1);state=P0; /从P0口读LCD状态EN = 0;DelayMS(1);return state; /-忙等待-/void LCD_Busy_Wait() while(Read_LCD_State()&0x80)=0x80);DelayMS(5);/-向LCD写数据-/void Write_LCD_Data(uchar dat) LCD_Busy_Wait();RS=1;EN=0;RW=0; /写数据，EN为高脉冲，P0=dat;EN=1;DelayMS(1);EN=0;/-写LCD指令-/void Write_LCD_Command(uchar cmd) LCD_Busy_Wait();RS=0;EN=0;RW=0; /写指令，EN高脉冲，输出：D0D7=数据P0=cmd;EN=1;DelayMS(1);EN=0;/-LCD初始化-/void Init_LCD() Write_LCD_Command(0x38); /设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口DelayMS(1);Write_LCD_Command(0x01); /显示清零，数据指针清零DelayMS(1);Write_LCD_Command(0x06); /写一个字符后地址指针自动加1DelayMS(1);Write_LCD_Command(0x0c); /设置开显示，不显示光标DelayMS(1);/-/设置液晶显示位置/-void Set_LCD_POS(uchar p)Write_LCD_Command(p|0x80);/相当于在0x80基础上加入位置量/-在LCD上显示字符串-/void Display_LCD_String(uchar p,uchar *s)uchar i;Set_LCD_POS(p);for(i=0;i16;i+)Write_LCD_Data(si); /在固定位置显示时间日期DelayMS(1);/-日期与时间值转换为数字字符-/void Format_DateTime(uchar d,uchar *a)a0=d/10+0;a1=d%10+0;/判断是否为闰年uchar isLeapYear(uint y)return (y%4=0&y%100!=0)|(y%400=0);/求自2000.1.1开始的任何一天是星期几/函数没有通过，求出总天数后再求星期几/因为求总天数可能会超出uint的范围void RefreshWeekDay()uint i,d,w=5; /已知1999.12.31是周五for(i=2000;i2000+DateTime6;i+)d=isLeapYear(i)?366:365;w=(w+d)%7;d=0;for(i=1;iDateTime4;i+)d+=MonthsDaysi;d+=DateTime3;/保存星期，06表示星期日，星期一，二，.，六，为了与DS1302的星期格式匹配，返回值需要加1DateTime5=(w+d)%7+1;/*年月日时分+/-*/void DateTime_Adjust(char x)switch(Adjust_Index)case 6: /年00-99if(x=1&DateTime60) DateTime6-;/获取2月天数MonthsDays2=isLeapYear(2000+DateTime6)?29:28;/如果年份变化后当前月份的天数大于上限则设为上限if(DateTime3MonthsDaysDateTime4)DateTime3=MonthsDaysDateTime4;RefreshWeekDay(); /刷新星期break;case 4: /月01-12if(x=1&DateTime41) DateTime4-;MonthsDays2=isLeapYear(2000+DateTime6)?29:28;if(DateTime3MonthsDaysDateTime4)DateTime3=MonthsDaysDateTime4;RefreshWeekDay();break;case 3: /日00-28、29、30、31，调节之前首先根据年份得出该年中断二月 天数MonthsDays2=isLeapYear(2000+DateTime6)?29:28;/根据当前月份决定调节日期的上限if(x=1&DateTime30) DateTime3-;RefreshWeekDay();break;case 2: /时if(x=1&DateTime20) DateTime2-;break;case 1:/分if(x=1&DateTime10) DateTime1-;break;/-定时器0每秒刷新LCD显示-/void T0_INT() interrupt 1TH0=-50000/256;TL0=-50000%256;if(+tCount !=2)return;tCount=0;/按指定格式生成待显示的日期时间串Format_DateTime(DateTime6,LCD_DSY_BUFFER1+5);Format_DateTime(DateTime4,LCD_DSY_BUFFER1+8);Format_DateTime(DateTime3,LCD_DSY_BUFFER1+11);/星期strcpy(LCD_DSY_BUFFER1+13,WEEKDateTime5-1);/时分秒Format_DateTime(DateTime2,LCD_DSY_BUFFER2+5);Format_DateTime(DateTime1,LCD_DSY_BUFFER2+8);Format_DateTime(DateTime0,LCD_DSY_BUFFER2+11);/显示年月日，星期，时分秒Display_LCD_String(0x00,LCD_DSY_BUFFER1);Display_LCD_String(0x40,LCD_DSY_BUFFER2);/-键盘中断（INT0)-/void EX_INT0() interrupt 0if(K1=0) /选择调整对象（Y M D H M）DelayMS(10);if(K1=0) /while(K1=0);if(Adjust_Index=-1|Adjust_Index=1)Adjust_Index=7;Adjust_Index-;if(Adjust_Index=5) Adjust_Index=4;LCD_DSY_BUFFER213=;LCD_DSY_BUFFER214=Change_FlagAdjust_Index; /显示调节对象LCD_DSY_BUFFER215=;else if(K2=0) /加/while(K2=0);DelayMS(10);if(K2=0) DateTime_Adjust(1);else if(K3=0) /减DelayMS(10);/while(K3=0);if(K3=0)DateTime_Adjust(-1);else if(K4=0) /确定/while(K4=0);DelayMS(10);if(K4=0)SET_DS1302(); /将调整后的时间写入DS1302LCD_DSY_BUFFER213= ;LCD_DSY_BUFFER214= ;LCD_DSY_BUFFER215= ;Adjust_Index=-1;void main()Init_LCD();/液晶初始化IE=0x83; /允许INT0，T0中断，EA=1，ET0=1，EX0=1IP=0x01; /设置外部中断0为高级中断IT0=0x01; /外部中断0为电平触发，低电平有效TMOD=0x01; /设置定时器T0工作方式为方式1，TH0=-50000/256;/装入初始值，定时1秒TL0=-50000%256;TR0=1; /启动定时器while(1)/如果未执行调整操作则正常读取当前时间if(Adjust_Index=-1)GetTime();中文摘要摘要：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。随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。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传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世，出现了带微处理器的智能密码锁，它除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，应用日益广泛。随着人们对安全的重视和科技的发展，许多电子智能锁（指纹识别、IC卡辨认）已在国内外相继面世。但是这些产品的特点是针对特定的指纹和有效卡，只能适用于保密要求的箱、柜、门等。而且指纹识识别器若在公共场所使用存在容易机械损坏，IC卡还存在容易丢失、损坏等特点。加上其成本较高，一定程度上限制了这类产品的普及和推广。鉴于目前的技术水平与市场的接收程度，电子密码锁是这类电子防盗产品的主流。 基于以上思路，本次设计使用 ATMEL公司的 AT89C51 实现一基于单片机的电子密码锁的设计，其主要具有如下功能： （1）密码通过键盘输入，若密码正确，则将锁打开。 （2）报警、锁定键盘功能。密码输入错误数码显示器会出现错误提示，若密码输入错误次数超过 3 次，蜂鸣器报警并且锁定键盘。 电子密码锁的设计主要由三部分组成：44 矩阵键盘接口电路、密码锁的控制电路、输出八段显示电路。另外系统还有 LED 提示灯，报警蜂鸣器等。 密码锁设计的关键问题是实现密码的输入、清除、更改、开锁等功能： （1）密码输入功能：按下一个数字键，一个“”就显示在最右边的数码管上，同时将先前输入的所有“”向左移动一位。 （2）密码清除功能：当按下清除键时，清除前面输入的所有值，并清除所有显示。 （3）开锁功能：当按下开锁键，系统将输入与密码进行检查核对，如果正确锁打开，否则不打开。 主要的设计实施过程：首先，选用 ATMEL公司的单片机 AT89C51，以及选购其他电子元器件。第二步，使用 DXP 2004设计硬件电路原理图，并设计 PCB图完成人工布线（后因 PCB 板损坏决定采用万能板焊接的方法）。第三步，使用 Keil uVision3 软件编写单片机的 C 语言程序、仿真、软件调试。第四部，使用 PROTEUS 软件进行模拟软、硬件调试。最后，联合软、硬件调试电路板，完成本次毕业设计。 关键词：44矩阵键盘；AT89C51；密码锁；密码二次确认目录中文摘要 .1目录.4第1章 概 述 .1第2章 系统总体方案设计 2第3章 硬件电路设计 .53.1 键盘电路设计 .53.2LED显示电路. 63.3 开锁电路 .83.4报警电路. 9第四章 软件设计 .114.1软件设计思路. 114.2 各子程序设计. 11第5章 系统调试 .17第6章 心得体会 18第7章 参考文献. 19附 录 .20源程序清单 .20硬件原理图 .2733第1章 概 述随着科技的发展，单片机已不是一个陌生的名词，它的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑，因为单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。单片机单芯片的微小体积和低的成本，可广泛地嵌入到如玩具、家用电器、机器人、仪器仪表、汽车电子系统、工业控制单元、办公自动化设备、金融电子系统、舰船、个人信息终端及通讯产品中，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。本文所涉及的是市场占有率最高的是MCS51系列，因为世界上很多知名的IC生产厂家都生产51兼容的芯片。到目前为止，MCS51单片机已有数百个品种，还在不断推出功能更强的新产品。本设计是基于单片机的密码锁设计方案，根据要求，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、单片机存储单元的分配、汇编语言源程序及详细注释等内容。第2章 系统总体方案设计方案一：采用数字电路控制。其原理方框图如图11所示。图21 数字密码锁电路方案采用数字密码锁电路的好处就是设计简单。用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路作为密码锁的核心控制，共设了9个用户输入键，其中只有4个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无效，需要重新输入；如果用户输入密码的时间超过40秒（一般情况下，用户不会超过40秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警80秒，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘5分钟，防止他人的非法操作。电路由两大部分组成：密码锁电路和备用电源(UPS)，其中设置UPS电源是为了防止因为停电造成的密码锁电路失效，使用户免遭麻烦。密码锁电路包含：键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输入次数锁定电路。方案二：采用一种是用以AT89S51为核心的单片机控制方案。利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加调电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能。其原理如图12所示。89S51单片机矩阵键盘控制输入错误锁定键盘延时报警控制电路AT24C02掉电存储开锁控制电路指示电路串口显示电路图22单片机控制方案通过比较以上两种方案，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，而且还可以方便的对系统进行升级，所以我们采用后一种方案。本方案采用一种是用以89S51为核心的单片机控制方案。利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，实现基本的密码锁功能。初步设计思路如下：输入密码用矩形键盘，包括数字键和功能键。LED数码管显示输入密码，用74JS247驱动数码管发光显示数码，用74LS138控制各位显示器分时进行显示。用发光二极管代替开锁的电路，发光表示开锁。输入密码错误次数超过3次，系统报警。打开电源后，显示器显示“000000”，设原始密码为“123456”，只要输入此密码便了开门。这样可预防停电后再来电时无密码可用。按“C”键，清除显示器为“000000”。欲重新设定密码，先输入密码在案“*”。输入密码，再按“D”键。若密码与设定密码相同，则开门。否则显示器清为“000000”。软件的设计主要包括键盘键值的读取，LED显示程序，密码比较程序和报警程序。第3章 硬件电路设计3.1 键盘电路设计使用矩阵键盘，所以本设计就采用行列式键盘，同时也能减少键盘与单片机接口时所占用的I/O线的数目，在按键比较多的时候，通常采用这样方法。其原理如图3.1。图3.1 矩阵键盘每一条水平（行线）与垂直线（列线）的交叉处不相通，而是通过一个按键来连通，利用这种行列式矩阵结构只需要N条行线和M条列线，即可组成具有NM个按键的键盘。在这种行列式矩阵键盘非键盘编码的单片机系统中，键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。当确认有按键按下后，下一步就要识别哪一个按键按下。对键的识别通常有两种方法：一种是常用的逐行扫描查询法；另一种是速度较快的线反转法。对照图3.1所示的44键盘，说明线反转个工作原理。首先辨别键盘中有无键按下，有单片机I/O口向键盘送全扫描字，然后读入行线状态来判断。方法是：向行线输出全扫描字00H，把全部列线置为低电平，然后将列线的电平状态读入累加器A中。如果有按键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为1。判断键盘中哪一个键被按下使通过将列线逐列置低电平后，检查行输入状态来实现的。方法是：依次给列线送低电平，然后查所有行线状态，如果全为1，则所按下的键不在此列；如果不全为1，则所按下的键必在此列，而且是在与零电平行线相交的交点上的那个键。具体的功能设计如表3.1：表3.1 按键功能按 键键 名功 能 说 明19键数 字 键输 入 密 码* 键重 设 密 码 键设 定 新 密 码D键确 定 键比 较 密 码# 键清 除 键使 显 示 器 清 零3.2LED显示电路本系统设计的显示电路是为了给使用者以提示而设置的。本系统的显示采用串行显示的方式，只使用单片机的一个串行口，利用74LS247驱动数码管发光显示数码和74LS138控制位选信号，就可以完成单片机的显示功能，显示电路的电路原理图如图3.2所示。用P0.0P0.3接74LS247的A，B，C，D四端口，74LS247的输出口接LED的七段显示；而P0.4P0.6接74LS138的A，B，C三个输入口，74LS138的输出口接LED的位显示。通过软件实现数字和位控制。图3.2 LED显示电路用74LS247可以控制输出什么字型。74LS247的逻辑功能表如表3.2：表3.2 74LS247的逻辑功能表用74LS138控制位循环显示，其逻辑功能表如表3.3：表3.3 74LS138逻辑功能表CBAY1Y2Y0Y3Y4Y5Y6Y70000111111 001101111110 1011011111011111011111 00111101111011111101 111011111101111111111103.3 开锁电路在本次设计中，基于节省材料的原则，暂时用发光二极管代替电磁锁，发光管亮，表示开锁；灭，表示没有开锁。电路图如3.3所示。当P2.0口输出低电平时，二极管发光，表示开锁。图3.3 开锁电路3.4报警电路图3.4