《单片机原理与接口技术》课程设计.doc

单片机原理与接口技术课程设计题目：基于单片机的密码锁 院 系：工学院电气与电子工程系专 业：自动化 班 级：自动化1202 姓 名：张胜磊 学 号：201202022010 指导教师：张彦飞 、刘晓明 二一五年六月单片机原理与接口技术课程设计任务书一、基本情况学时：2周 学分：1.5 学分 适应班级：自动化1201-1202二、进度安排本设计共安排2周，合计60学时，具体分配如下：动员及准备工作： 1学时选题分组： 1学时PROTEUS仿真软件使用讲解： 8学时总体方案设计： 8学时硬件设计： 12学时PROTEUS仿真图绘制： 4学时软件设计： 12学时撰写设计报告： 4 学时制作答辩PPT ： 4 学时答辩： 4 学时总结： 2学时教师辅导： 随时三、基本要求1、课程设计的基本要求单片机原理与接口技术课程设计的主要内容包括：理论设计与撰写设计报告等。其中理论设计又包括总体方案选择，硬件系统设计、软件系统设计；硬件设计包括单元电路，选择元器件及计算参数等；软件设计包括程序流程图和应用程序。程序设计是课程设计的关键环节，通过进一步完善程序设计，使之达到课题所要求的指标。课程设计的最后要求是写出设计总结报告，把设计内容进行全面的总结。2、课程设计的教学要求单片机原理与接口技术课程设计的教学采用相对集中的方式进行，以班为单位全班学生集中到设计室进行。严格考勤制度，在实训期间累计旷课达到6节以上，或者迟到、早退累计达到8次以上，该课程考核按不及格处理。 课程设计的分组：每3-4名学生组成一个小组，完成一个课题的设计。小组成员既有分工、又要协作，同一小组的成员之间可以相互探讨、协商，可以互相借鉴或参考别人的设计方法和经验。但每个学生必须单独完成设计任务，要有完整的设计资料，独立撰写设计报告。教学要求具体如下：（一）、掌握单片机应用系统开发、设计流程；硬件、软件的资源分配与规划。（二）、熟练硬件电路原理图的设计与绘制。（三）、掌握运用PROTUS进行软、硬件仿真调试能力。（四）、熟练运用C语言编写开发程序。（五）、熟练掌握制板及实物焊接技能。（六）、掌握单片机应用系统综合调试的方法、具备综合调试能力。四、设计题目及要求密码锁1、可用LCD1602显示密码2、密码锁的密码由矩阵键盘输入，输入完密码后进行对比3、输入错误三次后锁死键盘五、设计报告设计完成后，必须撰写课程设计报告。设计报告必须独立完成，格式符合要求，文字（不含图形、程序）不少于2000字，图形绘制规范。设计报告的格式如下： 1、封面 2、摘要 3、目录4、正文(1) 所作题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能；(2) 方案选择及论证；(3) 硬件电路设计及描述（包括硬件的选型及电路图、输入输出接线图等的设计）；(4) 软件设计流程及描述（流程图及文字说明）；(5) 源程序代码及调试；5、心得体会 6、参考文献 六、考核方法本课程设计的考核方式为考查，考核结果为优秀、良好、中等、及格和不及格五等，分数在90-100之间为优秀，80-89分之间为良好，70-79分之间为中等，60-69分之间为及格，60分以下为不及格。 考核分三个方面进行：平时表现20%；设计过程25%；设计报告 40%；设计答辩15%。有下列情形之一者，课程设计考核按不及格处理： 1、设计期间累计迟到、早退达8次；2、设计期间累计旷课达6节；3、设计报告雷同率超过50%或无设计报告；4、不能完成设计任务，达不到设计要求。摘 要近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展。人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而不法分子也是越来越多，原因在于大部分人防盗意识还不够强，造成偷盗现象屡见不鲜。越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。因此，出于安全方便等方面的需求，电子密码锁相继问世。本设计是以单片机AT89S51为主控芯片，并结合外围液晶显示LCD1602、键盘输入、复位、电源等电路组合而成。系统能够完成开锁的基本功能。整个设计在Keil开发环境下，用C语言编写主控芯片的控制程序来实现的密码锁。关键词：密码锁 AT89C51 晶振时钟电路 Keil目 录第1章 概述11.1 课题背景和意义11.2 密码锁的发展趋势1第2章 设计要求及内容22.1 系统设计要求22.2 系统设计方案2第3章 硬件设计33.1 电路设计总图33.2 最小系统的设计33.2.1 AT89C51单片机33.2.2 晶振时钟电路43.2.3 复位电路53.2.4 LCD1602显示电路53.2.5 键盘设计电路53.2.6 报警电路6第4章 软件设计74.1 密码锁程序流程74.2 密码判断7第5章 系统调试85.1 Keil的介绍85.2 调试过程8心得体会11参考文献12附录13第1章 概述1.1 课题背景和意义人们从前使用的锁不但不方便，而且安全系数也比较低。随着社会的进步和人们生活水平的提高，老式的锁已经跟不上人们的要求，况且人们对防盗的要求越来越高，特别是对使用的便捷性也有了更高的需求。因此近几年一种新型的电子密码锁应运而生，受到了人们的青睐。有报警功能的密码锁这时正为人们解决了不少问题。但是市场上的密码锁大部分都是用于一些大公司财政机构、价格高昂，一般人们难以接受。如果再设计和生产一种价格低廉、性能灵敏可靠的密码锁，必将在防盗和保证财政安全方面发挥更加有效的作用。密码锁是现代生活中经常用到的工具之一，广泛应用于保险柜、房门、宾馆、车库等。电子密码锁克服了机械式密码锁量少、安全性能差的缺点，特别是使用单片机控制的智能电子密码锁，不但功能全，而且具有更高的安全性和可靠性。并且电子密码锁只需记住一组密码，无需携带钥匙，免除了人们携带钥匙的烦恼，被越来越多的人所喜欢。随着我国第三产业的飞速发展，电子密码锁会在不久的将来得到广泛的应用，方便社会和个人。1.2 密码锁的发展趋势20世纪80年代后，随着电子锁专用集成电路的出现，电子锁的体积缩小，同时可靠性提高，成本也相对提高，所以只适合使用在安全性要求较高的场合，且需要有电源提供能量，使用还局限在一定范围，难以普及，所以对密码锁的研究一直没有明显进展。到了90年代，美国、意大利、德国、日本、加拿大、韩国以及我国的台湾、香港等地的微电子技术的进步和通信技术的发展为密码锁提供了技术上的支持，从而推动密码锁走向实际应用的阶段。目前，在西方国家，电子密码锁技术相对先进，种类齐全，电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中，使之更加安全更加可靠实现大门的管理。我国于90年代初期开始对密码锁进行初步的探索。到目前为止，随着电子技术和信息技术的发展，电子密码锁的技术领域已发展的十分成熟。从目前的技术水平和市场认可程度看，使用最为广泛的是键盘式电子密码锁，该产品主要应用于保险箱、保险柜和金库，还有一部分应用于保管箱和运钞车。第2章 设计要求及内容2.1 系统设计要求（1）、可用LCD1602显示密码；（2）、密码锁的密码由矩阵键盘输入，输入完密码后进行对比；（3）、输入错误三次后锁死键盘。2.2 系统设计方案本系统采用以单片机为核心元件的控制方案。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，除了以上的一些方面外，还有一些最基本的条件，比如：单片机内有无时钟振荡器、有无上电复位功能等。在开发过程中还要考虑开发工具、编程器、开发成本、开发人员的适应性、技术支持和服务等因素。基于以上因素本设计选用单片机AT89C51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LCD1602显示器用于显示作用。第3章 硬件设计3.1 电路设计总图本系统电路主芯片AT89C51，晶振和两个电容组成的时钟脉冲，一个电解电容和一个按键组成的复位电路，一个8段数码管构成的密码显示器， 2个LED，构成了系统电路。主电路图如图3-1所示：图3-1 系统主电路图3.2 最小系统的设计3.2.1 AT89C51单片机AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51单片机如图3-2所示：主要特性为：（1）与MCS-51 兼容；（2）4K字节可编程闪烁存储器；（3）寿命：1000写/擦循环；（4）数据保留时间：10年；（5）全静态工作：0Hz-24MH；（6）三级程序存储器锁定；（7）1288位内部RAM；（8）32可编程I/O线；（9）两个16位定时器/计数器；（10）5个中断源 ；（11）可编程串行通道；（12）低功耗的闲置和掉电模式；（13）片内振荡器和时钟电路。AT89C51单片机各接口的分配：（1）P2.0P2.7用于LCD液晶显示作用；（2）P3.5、P3.6用于LED灯的控制；（3）P1.0P1.7用于键盘电路的控制；（4）XTAL1、XTAL2用于晶振时钟电路；（5）RST、EA用于复位电路。图3-2 AT89C51管脚图3.2.2 晶振时钟电路AT89S51 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1 和XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，单片机XIAL1和XIAL2分别接30PF的电容，中间再并个12MHZ的晶振，形成单片机的晶振电路。如图3-3：图3-3 晶振时钟电路3.2.3 复位电路当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和开关复位。图3-4即为手动（开关）复位电路：图3-4 复位电路3.2.4 LCD1602显示电路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。它由若干个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，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。本设计采用LM016L数码管如图3-5所示：图3-5 LM016L数码管3.2.5 键盘设计电路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。 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3条行线和4条列线，即可组成具有34个按键的键盘。如图3-6所示。 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。 图3-6 按键电路图本设计采用34行列式矩形键盘，用数字键输入密码，用OK键确定密码，用TURN键重输密码（如表3-1所示）。表3-1 矩形键盘分布表0123456789TURNOK3.2.6 报警电路该电路采用LED灯显示，如果密码正确时绿灯亮，如果密码错误时红灯亮，如果3次密码错误则密码锁锁死。图3-7 LED灯电路图第4章 软件设计4.1 密码锁程序流程密码锁程序流程图如图4-1所示，程序输入密码，判断是否正确，如果正确则绿灯亮，密码锁开启；如果错误则判断错误次数是否达到3次，达不到3次则红灯亮，重新输入密码，反之达到3次则键盘锁死，按下复位重新输入密码。图4-1 密码锁流程图4.2 密码判断本设计中密码锁的密码设置为2、0、1、5，当用户输入密码正确时，绿灯点亮，同时LCD1602液晶屏显示“Mission Success!”，当用户输入密码错误时，红灯点亮，同时LCD1602液晶屏显示“Forgot Password?”，以提示用户输入密码错误。第5章 系统调试5.1 Keil的介绍Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，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。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil C51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Windows界面。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Keil C51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。C51工具包的整体结构： uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，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IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使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EPROM中。本次设计的仿真软件采用Keil uvision3软件，打开软件，新建工程，新建文本框写入程序，保存，检查是否有语法错误，经反复检查无误后汇编，生成51单片机可执行的HEX文件。然后用Ishell把可执行的HEX文件写入AT89C51单片机。5.2 调试过程（1）电路通电：LCD液晶屏上一直显示“INPUT PASSWORD：”。如图5-1所示：图5-1 通电调试显示图（2）密码正确：用户输入密码正确，绿灯亮，LCD液晶屏显示“Mission Success!”。如图5-2所示：图5-2 密码正确调试显示图（3）密码错误：用户输入密码错误，红灯亮，LCD液晶屏显示“Forgot Password?”。如图5-3所示：图5-3 密码错误调试显示图（4）电路复位：按下复位电路中的按钮，LCD液晶屏显示“INPUT PASSWORD：”。如图5-4所示：图5-4 复位调试显示图心得体会实践是检验真理的唯一标准，当然也是检验学习成果的标准。在经过一段时间的课程设计之后，我们需要了解自己的所学应该如何应用在实践中，因为任何知识都源于实践，归于实践，所以要将所学的知识在实践中来检验。在做课程设计期间，在老师的指导下，通过自身的不断努力，无论是思想上，学习上，都取得了长足的发展和巨大的收获，现将工作总结如下：思想上，学会了用科学的精神去解决问题。很多事情看起来是很简单的问题，但实际做起来去会发现有许多奥妙！这是因为其中蕴含着许多科学的问题。运用科学的方法去解决问题，这是我这次课程设计给我带来的思想上的改变。学习上，使自已在大学所以的知识在这次得到实践，学到一些书本上无法学到的经验，对电子元件有了进一步的认识。电子锁是信息化时代发展的产物，应时而生，我相信随着科技的不断发展，将来的电子锁一定更加完美，更加人性化，更加便宜，更加安全。参考文献1 侯殿有. 单片机C语言程序设计. 人民邮电出版社. 2010.2 郭强. 液晶显示应用技术. 电子工业出版社. 2000.3 胡汉才. 单片机原理及其接口技术. 清华大学出版社. 2004.4 周立功. 单片机应用技术. 北京航空航天大学出版社. 2004.5 李全利. 单片机原理及接口技术. 高等教育出版社. 2003.6 王为清，程国刚. 单片机KeilCx51应用开发技术. 人民邮电出版社. 2007.7 刘鲲，孙春亮. 单片机C语言入门. 人民邮电出版社. 2010.8 魏立峰，王宝兴. 单片机原理与应用技术. 北京大学出版社. 2006.9 张毅刚. 单片机原理与应用设计. 电子工业出版社. 2008.10 李朝青. 单片机原理及接口技术(简修版). 北京航空航天大学出版社. 1998附录C语言程序：#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar table=INPUT PASSWORD:;uchar table1=*;uchar table2=Mission Success!;uchar table3=Forgot Password?;uchar new4;uchar password=2,0,1,5;sbit P30=P30;sbit P31=P31;sbit P35=P35;sbit P36=P36;uchar k=0;uchar j=0;/*键盘简介(4*3)0 1 23 4 56 7 89 TURN OK*/void delay(uint ms)uint m,s; for(m=0;mms;m+) for(s=0;s1141;s+);void write_com(uchar com)P30=0; P2=com; delay(1); P31=1; delay(1);P31=0;void write_dat(uchar dat)P30=1; P2=dat; P31=1; delay(1);P31=0;void jiaodui()uchar i=0; while(passwordi=newi) i+; if(i=4)break;if(i=4)P36=1;write_com(0X80+0X40);delay(5);for(i=0;i17;i+)write_dat(table2i);delay(20);elsej+;if(j=3)P35=1;write_com(0X80+0X40);delay(5);for(i=0;i16;i+)write_dat(table3i);delay(20);while(1);else if(j!=3)k=0;write_com(0X80+0X