单片机原理及接口技术课程设计（论文）-基于单片机的密码锁设计.doc

辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术课程设计 论文 课程设计 论文 题目 题目 基于单片机的密码锁设计基于单片机的密码锁设计 院 系 院 系 电气工程学院电气工程学院 专业班级 专业班级 自动化自动化093093 学学 号 号 090302069090302069 学生姓名 学生姓名 崔崔 凯凯 指导教师 指导教师 起止时间 起止时间 2012 7 4 2012 7 132012 7 4 2012 7 13 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 课程设计 论文 任务及评语课程设计 论文 任务及评语 学 号090302069学生姓名崔 凯专业班级自动化093 课程设计 题目 基于单片机的密码锁设计 课程设计 论文 任务 课题完成的功能 设计任务及要求 技术参数课题完成的功能 设计任务及要求 技术参数 实现功能实现功能 选用单片机作为控制器的密码锁 只有内部上电复位时 用户才可以自行设定和修 改 6 位密码 每个密码按键都有声音提示 密码设定完毕有 2 秒提示音 只有键入 6 位 开锁密码完成正确才能开锁 开锁时有提示音 若密码键入错误 报警 5 秒 连续 3 次 输入错误 报警 1 分钟 报警期间输入密码无效 设计任务及要求设计任务及要求 1 单片机最小系统设计 2 完成按键电路 报警电路 开锁电路的设计 3 编写相应的软件 完成控制系统的控制要求 4 要求认真独立完成所规定的全部内容 所设计的内容要求正确 合理 5 按学校规定的书写格式 撰写 打印设计说明书一份 设计说明书应在 4000 字 以上 技术参数技术参数 1 电磁锁电磁线圈工作电压 5V 电磁线圈每次通电 5 秒后恢复初态 进度计划 1 布置任务 查阅资料 确定系统电路的组成 2 天 2 对系统各功能电路进行设计 2 天 3 整个系统的硬件电路图设计 1 天 4 进行系统软件流程图的设计 1 天 5 程序设计并进行仿真程序调试 2 天 6 撰写 打印设计说明书 1 天 7 答辩 1 天 指导教师评语及成绩 平时 论文质量 答辩 总成绩 指导教师签字 年 月 日 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 注 成绩 平时20 论文质量60 答辩20 以百分制计算 本科生课程设计 论文 V 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 具有防盗报警等功能的电子 密码锁代替密码量少 安全性差的机械式密码锁已是必然趋势 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 记住密码即可开锁等优点 本系统由 AT89C52 单片机 主要是 AT89C52 单片机 4 3 位数键盘 蜂鸣 器 复位电路和晶振电路等组成 4 3 键盘主要用于密码的输入和修改 蜂鸣器 用于按键和报警的提示音 复位电路和晶振电路与 AT89C52 单片机组成单片机 最小系统 它具有设置 修改 6 位用户密码 超过 3 次次报警 密码错误报警等 功能 除上述基本的密码锁功能外 依据实际的情况还可以添加遥控功能 本系 统成本低廉 功能实用 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 密码长度可变 保密性强 灵活性高 应用日益广泛 关键词 密码锁 报警 蜂鸣器 AT89C52 本科生课程设计 论文 VI 目 录 第 1 章 绪论 1 第 2 章 课程设计的方案 2 2 1 概述 2 2 2 系统组成总体结构 2 第 3 章 硬件设计 4 3 1 单片机最小系统设计 4 3 1 1 AT89C52 单片机 4 3 1 2 晶振电路 7 3 1 3 复位电路 7 3 1 4 单片机最小系统 9 3 2 电源输入电路 9 3 3 键盘接口电路 10 3 4 报警电路 11 3 5 开锁电路 11 第 4 章 软件设计 13 4 1 主程序流图 13 4 2 开锁软件设计 14 第 5 章 课程设计总结 15 参考文献 16 附录 1 17 附录 2 20 本科生课程设计 论文 1 第 1 章 绪论 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 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 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 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 基于以上因素本设 计选用单片机 AT89C52 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 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 0 9 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 本科生课程设计 论文 2 第 2 章 课程设计的方案 2 1 概述 电子密码锁所用元件是单片机的硬件和软件相结合的方法 利用了 C 语言的 强大功能 通过编写一个合适的正确的程序 依靠所接的按键开关输入相应的指 令就可以进行一系列的程序操作 从而实现所需要的功能 电路节省了大量的硬 件电路设计过程 使得硬件电路的焊接对设计的要求和结果的影响达到最低的限 度 而51系列单片机所用元件简单 成本也较低 电路不是很复杂 易于焊接 如果在电路的测试过程中出现了一些问题 可以很容易的检查出来 选用单片机作为控制器的密码锁 只有内部上电复位时 用户才可以自行设 定和修改6位密码 每个密码按键都有声音提示 密码设定完毕有2秒提示音 只 有键入6位开锁密码完成正确才能开锁 开锁时有提示音 若密码键入错误 报警 5秒 连续3次输入错误 报警1分钟 报警期间输入密码无效 2 2 系统组成总体结构 它是以 AT89C52单片机为核心 配以相应硬件电路 完成密码的设置 存贮 识别 驱动电磁执行器并检测其驱动电流值 接收蜂鸣器送来的报警信号 发送 数据等功能 单片机接收键入的代码 并与存贮在 EEPROM 中的六位密码进行比 较 六位密码的可以有298万多组密码供主人随意变换 保密性极高 可选密码组 是连续排列的 如果密码正确 则驱动电磁执行器开锁 如果密码三次都不正确 则单片机通过通信线路向智能报警器发出报警信号 密码锁主要由矩阵键盘 单片机 外部硬件等部分组成 其中矩阵键盘用于 输入数字密码和进行各种功能的实现 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 单片机将每次开锁操作和此时电磁执行器的驱动电流值作为状 态信息发送给单片机的芯片处理 同时将接收来自无限循环的密码识别程序的报 警信息也发送给智能报警器 从而使整个密码锁正常运行 本科生课程设计 论文 3 AT89C52 电源输入电路 晶振电路 复位电路 键盘接口电路 开锁电路 报警电路 图 2 1 系统组成总体结构图 如图 2 1 所示 电源输入电路为 AT89C52 提供 5V 直流电 晶振电路的主要 作用是向显卡 网卡 主板等配件的各部分提供基准频率 在电路产生震荡电流 发出时钟信号 复位电路是使单片机的 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 PC 0000H 使单片机 从第 个单元取指令 键盘接口电路实现按键输入密码 开锁电路是当用户输入 的密码正确时 单片机便输出开门信号 送到开锁驱动电路 然后驱动电磁锁 达到开门的目的 报警电路是密码输入错误时 蜂鸣器发出声响报警 本科生课程设计 论文 4 第 3 章 硬件设计 3 1 单片机最小系统设计 3 1 1 AT89C52 单片机 图 3 1 AT89C52 引脚图 如图 3 1 所示 AT89C52 是一个低电压 高性能 CMOS 8 位单片机 片 内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存 取数据存储器 RAM 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性存储技 术生产 兼容标准 MCS 51 指令系统 片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元 功能强大的 AT89C52 单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用 场合 AT89C52 有 40 个引脚 32 个外部双向输入 输出 I O 端口 同时内 含 2 个外中断口 3 个 16 位可编程定时计数器 2 个全双工串行通信口 2 个 本科生课程设计 论文 5 读写口线 AT89C52 可以按照常规方法进行编程 但不可以在线编程 S 系列 的才支持在线编程 其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起 特别 是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本 AT89C52 兼容 MCS51 指令系统 8k 可反复擦写的 Flash ROM 32 个双向 I O 口 256x8bit 内部 RAM 3 个 16 位可编程定时 计数器中断 时钟频率 0 24MHz 2 个串行中断 可编程 UART 串行通道 2 个外部中断源 共 6 个中断源 2 个读写中断口线 3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 AT89C52 为 40 脚双列直插封装的 8 位通用微处理器 采用工业标准的 C51 内核 在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同 其主要用于会聚 调整时的功能控制 功能包括对会聚主IC 内部寄存器 数据 RAM 及外部 接口等功能部件的初始化 会聚调整控制 会聚测试图控制 红外遥控信号IR 的接收解码及与主板 CPU 通信等 主要管脚有 XTAL1 19 脚 和 XTAL 2 18 脚 为振荡器输入输出端口 外接12MHz 晶振 RST Vpd 9 脚 为复位输入端口 外接电阻电容组成的复位电路 VCC 40 脚 和 VSS 2 0 脚 为供电端口 分别接 5V 电源的正负端 P0 P3 为可编程通用 I O 脚 其功能用途由软件定义 在本设计中 P0 端口 32 39 脚 被定义为 N1 功能控制端口 分别与 N1 的相应功能管脚相连接 13 脚定义为 IR 输 入端 10 脚和 11 脚定义为 I2C 总线控制端口 分别连接 N1 的 SDAS 18 脚 和 SCLS 19 脚 端口 12 脚 27 脚及 28 脚定义为握手信号功能端 口 连接主板 CPU 的相应功能端 用于当前制式的检测及会聚调整状态进入 的控制功能 P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I O 口 也即地址 数据总线复用口 作为输出口用时 每位能吸收电流的方式驱动8 个 TTL 逻辑门电路 对端 口 P0 写 1 时 可作为高阻抗输入端用 在访问外部数据存储器或程序存储 器时 这组口线分时转换地址 低8 位 和数据总线复用 在访问期间激活 内部上拉电阻 在 Flash 编程时 P0 口接收指令字节 而在程序校验时 输 出指令字节 校验时 要求外接上拉电阻 P1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P1 的输出缓冲级可 驱动 吸收或输出电流 4 个 TTL 逻辑门电路 对端口写 1 通过内部的 上拉电阻把端口拉到高电平 此时可作输入口 作输入口使用时 因为内部存 在上拉电阻 某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 IIL 本科生课程设计 论文 6 P2 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P2 的输出缓冲级可 驱动 吸收或输出电流 4 个 TTL 逻辑门电路 对端口 P2 写 1 通过内 部的上拉电阻把端口拉到高电平 此时可作输入口 作输入口使用时 因为内 部存在上拉电阻 某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 IIL 在访问 外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器 例如执行MOVX DPTR 指令 时 P2 口送出高 8 位地址数据 在访问 8 位地址的外部数据存储器 如执行 MOVX RI 指令 时 P2 口输出 P2 锁存器的内容 Flash 编 程或校验时 P2 亦接收高位地址和一些控制信号 P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P3 口输出缓冲级可 驱动 吸收或输出电流 4 个 TTL 逻辑门电路 对 P3 口写入 1 时 它们 被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口 此时 被外部拉低的P3 口将用上 拉电阻输出电流 IIL 除了作为一般的 I O 口线外 更重要的用途是它的 第二功能 P3 口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信 号 RST 复位输入 当振荡器工作时 RST 引脚出现两个机器周期以上高 电平将使单片机复位 ALE PROG 当访问外部程序存储器或数据存储器时 ALE 地址锁存允 许 输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节 一般情况下 ALE 仍以时钟振 荡频率的 1 6 输出固定的脉冲信号 因此它可对外输出时钟或用于定时目的 要注意的是 每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE 脉冲 对 Flash 存储器编程期间 该引脚还用于输入编程脉冲 PROG 如有必要 可通 过对特殊功能寄存器 SFR 区中的 8EH 单元的 D0 位置位 可禁止 ALE 操作 该位置位后 只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活 此 外 该引脚会被微弱拉高 单片机执行外部程序时 应设置ALE 禁止位无 效 PSEN 程序储存允许 PSEN 输出是外部程序存储器的读选通信号 当A T89C52 由外部程序存储器取指令 或数据 时 每个机器周期两次PSEN 有效 即输出两个脉冲 在此期间 当访问外部数据存储器 将跳过两次P SEN 信号 EA VPP 外部访问允许 欲使 CPU 仅访问外部程序存储器 地址为 000 0H FFFFH EA 端必须保持低电平 接地 需注意的是 如果加密位 LB1 被编程 复位时内部会锁存 EA 端状态 如 EA 端为高电平 接 Vcc 端 CPU 则执行内部程序存储器中的指令 Flash 存储器编程时 该引脚加 本科生课程设计 论文 7 上 12V 的编程允许电源 Vpp 当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 V pp XTAL1 振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端 XTAL2 振荡器反相放大器的输出端 3 1 2 晶振电路 AT89C52 引脚 XTAL1 和 XTAL2 与晶体振荡器及电容 C2 C1 按图 3 2 所示 方式连接 晶振 电容 C2 C3 及片内与非门 作为反馈 放大元件 构成了电 容三点式振荡器 振荡信号频率与晶振频率及电容 C1 C2 的容量有关 但主要 由晶振频率决定 范围在 0 33MHz 之间 电容 C2 C3 取值范围在 5 30uF 之 间 根据实际情况 本设计中采用 12MHZ 做系统的外部晶振 电容取值为 10uF 图 3 2 晶振电路原理图 3 1 3 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 PC 0000H 使单片机从第 个单元取指令 无论是在单片机刚开始接上电源时 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 P1 P3 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 3 4 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 本科生课程设计 论文 8 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 R11 3 YY Y 开锁 N Y 修改密码 N 返回 图 4 1 主程序流程图 设置密码 初始化 输入密码 2 秒提示音 次数加 1 报警 5 秒 报警 1 分钟报警程序 开锁程序 提示音 报警程序 修改密码程序 本科生课程设计 论文 14 4 2 开锁软件设计 如图 4 2 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 开始 N N 次数 3 所输入密码正确 Y Y 返回 图 4 2 开锁流程图 初始化 按开锁键 输入密码 确认密码 输入次数加 1 报警程序报警 1 分钟 开锁 本科生课程设计 论文 15 第 5 章 课程设计总结 本设计是电源输入部分 键盘输入部分 密码存储部分 复位部分 晶振部 分 显示部分 报警部分 开锁部分组成 根据实际情况键盘输入部分选择 4 4 矩阵键盘 显示器部分通过两个串行口上扩展 5 片串行输入并行输出的移位寄存 器作为静态显示接口来来完成显示功能 在设计中我们必须首先熟悉和掌握单片机的结构及工作原理 单片机的接口 技术及相关外围芯片的外特性 控制方法 以单片机核心的电路设计的基本方法 和技术了解表关电路参数的计算方法 单片机不是完成某一个逻辑功能的芯片 而 是把一个计算机系统集成到一个芯片上 概括的讲 一块芯片就成了一台计算机 它的体积小 质量轻 价格便宜 为学习 应用和开发提供了便利条件 同时 学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择 目前单片机渗透到我们生 活的各个领域 几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹 导航装置 飞机上各 种仪表的控制 计算机的网络通讯与数据传输 工业自动化过程的实时控制和数 据处理 广泛使用的各种智能 IC 卡 民用豪华轿车的安全保障系统 录像机 摄像机 全自动洗衣机的控制 以及程控玩具 电子宠物等等 这些都离不开单 片机 更不用说自动控制领域的机器人 智能仪表 医疗器械了 因此 单片机 的学习 开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家 工程师 随 着单片机的广泛应用 将大大促进各领域的技术更新 向自动化 小型化 智能 化方向迈进 而对于我们来说 我们这代人的目标和任务是把这些高科技产品更 升一个层次 再次感谢赵老师的悉心指导和同学们的帮助 本科生课程设计 论文 16 参考文献 1 康华光 陈大钦 电子技术基础 高等教育出版社 2006 1 2 阎石 数字电子技术基础 高等教育出版社 2006 5 3 梅丽凤 王艳秋 单片机原理及接口技术 清华大学出版社 2009 2 4 蔡朝洋 单片机控制实习与专题制作 北京航空航天大学出版社 2006 5 李明喜 新型电子密码锁的设计 机电产品开发与创新 2004 3 6 张国雄 李醒飞 测控电路 机械工业出版社 2011 1 7 杨尔滨 赵玲 信号处理原理与应用 2008 11 8 邱关源 罗先觉 电路 高等教育出版社 2006 5 9 陈尚松 郭庆 雷加 电子测量与仪器 电子工业出版社 2009 1 10 费业泰 误差理论与数据处理 机械工业出版社 2010 6 11 老虎工作室 电路设计与制版 人民邮电出版社 2008 8 本科生课程设计 论文 17 附录 1 程序 KEY DIG NOP 设一标志 辨别输入是否满 SETB TR0 INC TIMERS 输入数字的位数 MOV A TIMERS CLR C SUBB A 01H JNZ PS 2