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电气电子毕业设计论文
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毕业设计4LXW单片机课程设计,电气电子毕业设计论文
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湖南理工 学 院 课 程 设计 第 1 页共 19 页 基于单片机控制的简易电子密码锁 1 引言 目前，最常用的锁是 20 世纪 50 年代意大利人设计的机械锁，其机构简单、使用方便、价格便宜。但在使用中暴露了很多缺点：一是机械锁是靠金属制成的钥匙上的不同齿形与锁芯的配合来工作的。据统计，每 4000 把锁中就有两把锁的钥匙齿牙相同或类似，故安全性低。根据国外的统计资料 ， 装有电子防盗装置的商业区或居民区盗窃犯罪率平均下降 30%左右。二是钥匙一旦丢失，无论谁捡到都可以将锁打开。三是机械锁的材料大多为黄铜，质地较软，容易损坏。四是机械锁钥匙易于复制，不适于诸如宾馆等公 共场所使用。 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。 随着人们生活水平的提高，电子密码防盗锁作为防盗卫士的作用日趋重要。电子密码防盗锁用密 码代替钥匙，不但省去了佩戴钥匙的烦恼，也从根本上解决了普通门锁保密性差的缺点。如果采用 8 位密码，则密码组合可达到 10 的 8 次方 ，每增加 1 位，密码组合就增加 10 倍；同时可设多组密码，其中有一组是管理员密码，可以增加用户密码又清除所有用户密码。笔者设计的电子密码防盗锁利用 具有掉电保护功能和用户 RAM的时钟芯片 DS12887，将设置的密码存入 具有掉电保护的用户 RAM 中，从而克服了旧式电子密码锁电路断电后所设置密码丢失的缺点。另外，该锁还具有报警 、时钟、管制 等辅助功能，是典型的机电一体化产品。 机电一体化的电子密码锁，其功能大大超过 机械 锁，且性能更稳定、更安全。其特点：首先保密性好；其次编码可变；其三误码输入保护；其四 掉 电不掉码。由于自身的优势，电子密码锁会越来越 受到欢迎，使用会越来越广泛，必将为社会所接受 。 本从介绍简易电子密码锁电路开始，从而延伸到使用各种功能键控制的电子密码锁电路，对其电路的工作过程，工作原理， 以及硬件电路和软件 进行详细的说明。 2 单片机概述 单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。 通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和 I/O 接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结nts湖南理工 学 院 课 程 设计 第 2 页共 19 页 合 ，便可成为一个单片机控制系统。 单片机经过 1、 2、 3、 4 代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的 CPU功能在增强，内部资源在增多，引 脚 的多功能化，以及低电压 低 功耗。 3 系统设计方案论证 该密码锁主要是设计以实现如下功能。 （ 1）密级 108，每位的取值范围为 0 9，初始密码为： 12345678 （ 2）用户可以自行设定和修改密码，只有输入原设定的正确密码后才能修改密码。 （ 3）开锁密码错次要报警，并死锁 30分钟。报警期间若输入密码正确，则停止报警。 （ 4）系统上电显示当前时间，并可设置当 前时间。 （ 5）可设置管制时间区。 在管制时间区内，执行开锁操作和修改密码的操作均非法，并出发报警 。 （ 6）掉电后密码和时钟信息不丢失。 （ 7）成本要比较低，硬件和软件都尽可能简洁可靠，易于批量生产。 基于以上功能要求，我提出两种 设计 方案： 方案一：将密码锁要实现的功能用软件编程， 用 89C51 的定时 /计数器来实现时钟功能， 并将 密码信息和时间 信息都写入 EEPROM 芯片，即 24C02芯片以防掉电丢失。 方案二： 将密码锁要实现的功能用软件编程， 用 89C51 的定时 /计数器来实现时钟功能，并给整个系统加备用电源以防掉电 丢失。 方案 三 ：将密码锁要实现的功能用软件编程，用 具有内置锂电池的 DS12887芯片代替 24C02芯片来保存所有信息。 比较 三 方案 ： 方案 一存在三个不缺陷，第一，虽然能保护密码 信息掉电不丢失， 但是一旦掉电，时间即停止运行，每次上电都必须重新设置时间；第二，时间部分需要用软件来实现，增加了编程的难度，同时加长了程序的长度；第三， EEPOOM芯片的擦除次数有限。 方案二可以解决方案一的部分缺陷，但是给整个系统加备用电源，成本增加，体积增大，可靠性降低。 方案三使用具有内置锂电池的 DS12887 时钟芯片，该芯片不 但可以保护时间信息掉电不丢失，同时还可以保护用户 RAM的信息不丢失，将密码信息存入 DS12887 的用户 RAMnts湖南理工 学 院 课 程 设计 第 3 页共 19 页 中即安全又可靠； DS12887 芯片能自动产生时间信息，免去了编写时钟程序的麻烦。因此， 选择方案 三 进行设计。 4 器件选择与简介 本系统是基于 AT89C51单片机的简易电子密码锁，由于本系统需要键盘和显示电路，考虑到 AT89C51 的 I/O 口不够，扩展一片可编程 I/O 芯片 8255A，别外本系统需要时钟功能和掉电不丢失的功能，因此使用内置锂电池的时钟芯片 DS12887，同时， DS12887配合一块廉价的 4.1 AT89C51 芯片简介 4.1.1 AT89C51 单片机内部结构 图 1 8051单片机包含中央处理器、程序存储器 (ROM)、数据存储器 (RAM)、定时 /计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明： 中央处理器： 中央处理器 (CPU)是整个单片机的核心部件，是 8 位数据宽度的处理器，能处理 8位二进制数据或代码， CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。 数据存储器 (RAM) 8051内部有 128 个 8位用户数据存储单元和 128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的 RAM只有 128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。 nts湖南理工 学 院 课 程 设计 第 4 页共 19 页 程序存储器 (ROM)： 8051共有 4096 个 8位掩膜 ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。 定时 /计数器 (ROM)： 8051有两个 16 位的可编程定时 /计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。 并行输入输出 (I/O)口： 8051共有 4组 8位 I/O口 (P0、 P1、 P2 或 P3)，用于对外部数据的传输。 全双工串行口： 8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 中断系统： 8051 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时 /计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有 2级的优先级别选择。 时钟电路： 8051内置最高频率达 12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。 下图是 MCS-51 系列单片机的内 部结构示意图。 图 2 nts湖南理工 学 院 课 程 设计 第 5 页共 19 页 4.1.2 MCS-51 的引脚说明 MCS-51系列单片机中的 8031、 8051及 8751均采用 40Pin封装的双列直接 DIP结构，右图是它们的引脚配置， 40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根， 4 组 8 位共 32个 I/O 口，中断口线与 P3 口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：如图 3 图 3 Pin9:RESET/Vpd 复位信号复用脚，当 8051 通电，时钟电路开始工作，在 RESET 引脚上出现 24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器 PC指向 0000H， P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入 07H，其它专用寄存器被清“ 0”。RESET 由高电平下降为低电平后，系统即从 0000H 地址开始执行程序。然而，初始复位不改变 RAM（包括工作寄存器 R0-R7）的状态， 8051的初始态。 8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图 4。此外， RESET/Vpd还是一复用脚， Vcc 掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部 RAM 的数据不丢失。 图 4 Pin30:ALE/ 当访问外部程序器时， ALE(地址锁存 )的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时， ALE 端将有一个 1/6 时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点 ，当访nts湖南理工 学 院 课 程 设计 第 6 页共 19 页 问外部程序存储器， ALE会跳过一个脉冲。 如果单片机是 EPROM，在编程其间， 将用于输入编程脉冲。 Pin29: 当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号， PC的 16位地址数据将出现在 P0 和 P2 口上，外部程序存储器则把指令数据放到 P0 口上，由 CPU 读入并执行。 Pin31:EA/V pp程序存储器的内外部选通线， 8051和 8751单片机，内置有 4kB的程序存储器，当 EA 为高电平并且程序地址小于 4kB 时，读取内部程序存储器指令数据，而超过 4kB 地址则读取外部指令数据。如 EA 为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。显然，对内部无程序存储器的 8031， EA端必须接地。 在编程时， EA/Vpp脚还 需加上 21V 的编程电压。 4.2 时钟芯片 DS12887 介绍 DS12887 是美国达拉斯 半导体公司 (Dallas) 最新推出的 并 行接口实时时钟芯片 ，采用 CMOS 技术制成 ， 具有内部晶振和时钟芯片备份锂电池 ， 同时它与目前 IBM AT 计算机常用的时钟芯片 MC146818B 和 DS1287 管脚兼容 ， 可直接替换。它所提供的世纪字节在位置 32h ， 世纪寄存器 32h 到 2000 年 1 月 1 日从 19 递增到 20 。采用 DS12887 芯片设计的时钟电路不需任何外围电路和器件 ， 并具有良好的微机接口。 DS12887 芯片具有微功耗 ， 外围接口简单 ， 精度高 ， 工作稳定可靠等优点 ， 可广泛用于各种需要较高精度的实 时时钟系统。 4.2.1 DS12887 主要功能简介 (1) 内含一个锂电池 ， 断电情况运行十年以上不丢失数据。 (2) 计秒 ， 分 ， 时 ， 天 ， 星期 ， 日 ， 月 ， 年 ， 并有闰年补偿功能。 (3) 二进制数码或 BCD 码表示时间 ， 日历和定闹。 (4) 12 小时或 24 小时制 ， 12 小时时钟模式带有 PM和 AM指示 ， 有夏令时功能 (5)MOTOROLA 和 INTEL 总线时序选择。 (6) 有 128 个字节 RAM 单元与软件接口 ， 其中 14 个字节作为时钟和控制寄存器 ， 114 字节为通用 RAM， 所有 RAM单元数据都具有掉 电保护功能。 (7) 可编程方波信号输出。 (8) 中断信号输出 ( IRQ) 和总线兼容 ， 定闹中断 ， 周期性中断 ， 时钟更新周期结束中nts湖南理工 学 院 课 程 设计 第 7 页共 19 页 断可分别由软件屏蔽 ， 也可分别进行测试。 4.2.2 DS12887 原理及管脚说明 DS12887 内部由振荡电路 ， 分频电路 ， 周期中断 、 方波选择电路 ， 14 字节时钟和控制单元 ， 114 字节用户非易失 RAM， 十进制 、 二进制计加器 ， 总线接口电路 ， 电源开关写保护单元和内部锂电池等部分组成。 DS12887 管脚分配如图 5。 图 5 Vcc :直流电源 + 5V 电压。当 5V 电压在正 常范围内时 ， 数据可读写 ； 当 Vcc 低于 4. 25V ， 读写被禁止 ， 计时功能仍继续 ； 当 Vcc 下降到 3V 以下时 ， RAM 和计时器供电被切换到内部锂电池。 MOT(模式选择 ) :MOT 管脚接到 Vcc 时 ， 选择 MOTOROLA 时序 ， 当接到 GND 时 ， 选择INTEL 时序。 SQW(方波信号输出 ) :SQW 管脚能从实时时钟内部 15 级分频器的 13 个抽头中选择一个作为输出信号 ， 其输出频率可通过对寄存器 A 编程改变。 AD0 AD7 (双向地址 / 数据复用线 ) :总线接口 ， 可与 MOTOROLA 微机系列 和 INTEL 微机系列接口。 AS (地址选通输入 ) : 用于实现信号分离 ， 在 AD/ ALE 的下降沿把地址锁入 DS12887。 DS(数据选通或读输入 ) :DS/ RD 管脚有两种操作模式 ， 取决于 MOT 管脚的电平 ， 当使用 MOTORO2LA 时序时 ， DS 是一正脉冲 ， 出现在总线周期的后段 ， 称为数据选通 ； 在读周期 ， DS 指示 DS12887 驱动双向总线的时刻 ； 在写周期 ， DS 的后沿使 DS12887 锁存写数据。选择 INTEL 时序时 ， DS 称作 (RD) ， RD与典型存贮器的允许信号 (OE) 的定义相同 。 R/W(读 / 写输入 ) : R/ W 管脚也有两种操作模式。选 MOTOROLA 时序时 ， R/ W 是一电平信号 ， 指示当前周期是读或写周期 ， DS 为高电平时 ， R/ W高电平指示读周期 ， R/ W nts湖南理工 学 院 课 程 设计 第 8 页共 19 页 信号是一低电平信号 ， 称为 WR。在此模式下 ， R/ W管脚与通用 RAM 的写允许信号 (WE) 的含义相同。 CS(片选输入 ) :在访问 DS12887 的总线周期内 ， 片选信号必须保持为低。 IRQ(中断申请输入 ) :低电平有效 ， 可作微处理的中断输入。没有中断的条件满足时 ， IRQ处于高阻态。 IRQ 线是漏极开中输入 ， 要求外接上接电阻。 RESET(复位输出 ) :当该脚保持低电平时间大于 200ms ， 保证 DS12887 有效复位。 4.2.3 DS12887 内部功能 DS12887 内部框图如图 6 图 6 地址分配 DS12887 的地址由 114 字节的用户 RAM。 10 字节的存放实时时钟时间 ， 日历和定闹 RAM及用于控制和状态的 4 字节特殊寄存器组成 ， 几乎所有的 128 个字节直接读写。 时间、日历和定闹单元 时间和日历信息通过读相应的内存字节来获取 ， 时间、日历和定闹通过写相应的内存字节设置或初始化 ， 其字 节内容可以是二进制或 BCD 形式。时间可选择 12 小时制或24 小时制 ， 当选择 12 小时制时 ， 小时字节的高位为逻辑“ 1”代表 PM。时间、日历和定闹字节是双缓冲的 ， 总是可访问的。每秒钟这 10 个字节走时 1 秒 ， 检查一次定闹条件 ， 如在更新时 ， 读时间和日历可能引起错误 ， 三个字节的定闹字节有两种使用方法。第一种 ， 当定闹时间写入相应时 ， 分、秒、定闹单元 ， 在定允许闹位置高的条件下 ， 定nts湖南理工 学 院 课 程 设计 第 9 页共 19 页 闹中断每天准时起动一次。第二种 ， 在三个定闹字节中插入一个或多个不关心码。不关心码是任意从 C0 到 FF 的 16 进制数。当小时字节的不关心 码位置位时 ， 定闹为每小时发生一次 ； 同样 ， 当小时和分钟定闹字节置不关心位时 ， 每分钟定闹一次 ； 当三个字节都置不关心位时 ， 每秒中断一次。 非易失 RAM 在 DS12887 中 ， 114 字节通用非易失 RAM 不专用于任何特殊功能 ， 它们可被处理器程序用作非易失内存 ， 在更新周期也可访问。 中断 RTC 实时时钟加 RAM 向处理器提供三个独立的、自动的中断源。定闹中断的发生率可编程 ， 从每秒一次到每天一次 ， 周期性中断的发生率可从 500ms 到 122 s 选择。更新结束中断用于向程序指示一个更新周期完成。中断控制和状 态位在寄存器 B 和 C 中 ， 本文的其它部分将详细描述每个中断发生条件。 晶振控制位 DS12887 出厂时 ， 其内部晶振被关掉 ， 以防止锂电池在芯片装入系统前被消耗。寄存器 A 的 BIT4- BIT6 的其它组合都是使晶振关闭 。 方波输出选择 15 级分频抽头中的 13 个可用于 15 选 1 选择器 ， 选择分频器抽头的目的是在 SQW管脚产生一个方波信号 ， 其频率由寄存器 A 的 RS0 - RS3 位设置。 SQW 频率选择器与周期中断发生器共享 15 选 1 选择器 ， 一旦频率选择好 ， 通过用程序控制方波输出允许位SQWE 来控制 SQW管脚输出的开关。 周期中断选择 周期中断可在 IRQ 脚产生 500ms 一次到每 122 s 一次的中断 ， 中断步率同样由寄存 A 确定 ， 它的控制位为寄存器 B 中的 PIE 位。 更新周期 DS12887 每一秒执行一次更新周期 ， 保证时间、日历的准确。更新周期还比较每一定闹字节与相应的时间字节 ， 如果匹配或三个字节都是不关心码 ， 则产生一次定闹中断。 2.2.4、 状态控制寄存器 DS12887内部寄存器 A： nts湖南理工 学 院 课 程 设计 第 10 页共 19 页 UIP DV2 DV1 DV0 RS3 RS2 RS1 RS0 UIP=I：更新已到，不能读写 DS12887； UIP-O：更新末到，能读写 DS12887。 DV2、 DV1、 DV0应设置为 010，表示打开晶振，允许计时。 RS3、 RS2、 RS1、 RS0 为方波频率选择位，产生方波周期 中断。 DS12887内部寄存器 B： SET PIE AIE UIE SQWE DM 24/12 DSE SET=O：时间更新正常进行，每秒计数 1次； SET=1：禁止更新，程序可初始化时间和日历。 PIE=I：允许周期中断； PIE=O：禁止周期中断。 AIE=I：允许报警中断； AIE-0：禁止报警中断。 UIE=I：允许更新结束中断； UIE-O：禁止更新结束中断。 SQWE为方波允许位。 SQWE=I：将 RS3、 RS2、 RS1、 RS0选定的方波输出。 DM=I： BCD码； DM-O：二进制。该位不受复位信号影响。 24/12： 1表示 24小 时制； 0表示 12小 时制。 DSE为夏时制允许位。 DSE=I：采用夏时制； DSE=0：不采 用夏时制。 DS12887内部寄存器 C： IRQF PF AF UF 0 0 0 0 IRQF为中断申请标志。 PF为方波周期中断标志。 PF 1：方波周期结 束，申请中断。 AF为闹铃中断标志。 AF 1：当前时间与闹铃时间匹配时即刻申请中断。 UF为更新周期结束中断标志。 UF=I：更新周期结束时申请中断。 nts湖南理工 学 院 课 程 设计 第 11 页共 19 页 DS12887内部寄存器 D： VRT 0 0 0 0 0 0 0 VRT为内部锂电池状态。 vRT_1：锂电池正常； VRT=0：锂电池耗尽。 4.3 8255 芯片简介 4.3.1 8255 引脚功能 RESET:复位输入线，当该输入端外于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有 I/O 口均被置成输入方式。 CS:片选信号线， 当这个输入引脚为低电平时，表示芯片被选中，允许 8255与 CPU 进行通讯。 RD:读信号线，当这个输入引脚为低电平时，允许 8255通过数据总线向 CPU 发送数据或状态信息，即 CPU从 8255读取信息或数据。 WR:写入信号，当这个输入引脚为低电平时，允许 CPU 将数据或控制字写入 8255。 D0 D7:三态双向数据总线， 8255 与 CPU数据传送的通道，当 CPU 执行输入输出指令时，通过它实现 8 位数据的读 /写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。 PA0 PA7:端口 A 输入输出线，一个 8 位的数据输出锁存器 /缓冲器 ， 一个 8 位数据输入锁存器。 PB0 PB7:端口 B输入输出线，一个 8位的 I/O锁存器， 一个 8位输入输出缓冲器。 PC0 PC7:端口 C输入输出线，一个 8位的数据输出锁存器 /缓冲器 ， 一个 8位数据输入缓冲器 。 端口 C可以通过工作方式设定而分成 2个 4 位的端口， 每个 4位的端口包含一个 4 位的锁存器，分别与端口 A和端口 B配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。 PA3- 1 40 -PA4 PA2- 2 39 -PA5 PA1- 3 38 -PA6 PA0- 4 37 -PA7 RD- 5 36 -WR CS- 6 35 -RESET GND- 7 34 -D0 A1- 8 33 -D1 A0- 9 32 -D2 PC7- 10 31 -D3 PC6- 11 30 -D4 PC5- 12 29 -D5 PC4- 13 28 -D6 PC0- 14 27 -D7 PC1- 15 26 -VCC PC2- 16 25 -PB7 PC- 17 24 -PB6 PB0- 18 23 -PB5 PB1- 19 22 -PB4 PB2- 20 21 -PB3 A1、 A0:端口地址总线， 8255 中有端口 A、 B、 C 和一个内部控制字寄存器，共 4 个端口，由 A0、A1 输入地址信号来寻址。 4.3.2 8255 方式控制字格式说明 nts湖南理工 学 院 课 程 设计 第 12 页共 19 页 方式控制字格式说明： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7：设定工作方式标志， 1 有效。 D6、 D5： A 口方式选择 0 0 方式 0 0 1 方式 1 1 方式 2 D4： A 口功能 （ 1=输入， 0=输出） D3： C 口高 4 位功能 （ 1=输入， 0=输出） D2： B 口方式选择 （ 0=方式 0， 1=方式 1） D1： B 口功能 （ 1=输入， 0=输出） D0： C 口低 4 位功能 （ 1=输入， 0=输出） 8255 可编程并行接口芯片工作方式 说明 : 方式 0：基本输入输出方式。适用于三个端口中的任何一个。每一个端口都可以用作输入或输出。输出可被锁存，输入不能锁存。 方式 1：选通输入输出方式。这时 A 口或 B 口的 8 位外设线用作输入或输出， C 口的 4 条线中三条用作数据传输的联络信号和中断请求信号。 方式 2 ：双向总线方式。只有 A 口具备双向总线方式， 8 位外设线用作输入或输出，此时 C 口的 5 条线用作通讯联络信号和中断请求信号。 4.4 CD4017 简介 CD4017为带有 10个译码输出及一个进位输出的 5级约翰逊计数器。该器件有清除功 能，当清除（ RST）为电平时强制 Q1 Q9为低电平， Q0和 CO为高电平，当 ENA为低电平时，CLK 上升沿计数， Q0 Q9 通常为低电平，每个输出仅在 10 个 CLK 脉冲的个同期内依次变为高电平。 5 硬件电路的设计 电路系统框图 如下： nts湖南理工 学 院 课 程 设计 第 13 页共 19 页 图七 5.1 主控器件及扩展 由 AT89C51和 8255A 组成的核心部分如图所示 8255A的数据口和 AT89C51的 P0口相连， A1、 A0分别与 P21、 P20 相连， CS与 P27相连，这样就确定了 5288 的地址： PA 口 7C00H、 PB 口 7D00H、 PC 口 7E00H、控制口 7F00H。 5.2 时钟及看门狗电路 由 DS12887和 CD4017 组成的看门狗电路如图所示 nts湖南理工 学 院 课 程 设计 第 14 页共 19 页 将 DS12887数据地址复用口 AD接到 AT89C51 的 P0口，使能端 CE 接 AT89C51的 P26口这样便可确定 DS12887 的起始地址为： BF00H。中断引脚 IRQ 接 AT89C51 的 INT0，将DS12887 设置为 时钟更新周期结束中断 ，这样，每过一秒钟， DS12887 就向 AT89C51 申请一个中断， AT89C51 响应中断后从 DS12887 中读取时间信息并送显示，这样就完成的时钟部分的设计。 DS12887 的 SQW 脚为方波输出脚 ， 它给计数器 4017 提供定时时钟脉冲 ， 单片机的 P11 口与 4017 复位脚 RST 相接 (高电平有效 ) ， 一旦 P11 口输出高电平脉冲 ， 则4017 被复位 ， Q0 端为 高电平， Q1 Q9 均输出低电平 ， 4017 重新开始计数。 4017 的Q3 端输出的信号经二极管 D1后到达单片机 AT89C51的复位端 RST 。 由于是 Q3 输出复位信号 ， 则 4017 的 CLK 只需 3个脉冲 ， Q3 即输出高电平信号 ， 可预设 DS12887 的输出方波周期为 0.5s ， 那么 ， 该电路的 看门狗周期为 1.5 秒。如果在 1.5 秒内 ， P12 端不能输出高脉冲复位 4017 ， 则整个电路将被复位一次。 SQW 端一旦开始允许方波输出 ， 不管单片机是否死机都可输出定时方波 ， 这样 ， 通过 DS12887 的SQW 端 ， 外加一片廉价的 4017 就可以构成单片机的看门狗电路。 5.3 键盘部分 键盘部分如图所示 nts湖南理工 学 院 课 程 设计 第 15 页共 19 页 键盘部分采用标准 4*4矩阵键盘， 0 9 为数字键， A F为功能键。 5.4 显示部分 显示部分如图所示 由八个共阴数码管组成，为节约 I/O资源，采用动态扫描方 式，数码管的位和段都采用 7407进行正向驱动。 5.5 报警部分 报警部分如所示 该部分电路很简单，由一个三级管放大电路和一个报警器组成，当操作出现错误或者有提示的时候， AT89C51 的 P00口输出一个高电平，通过三极管放大驱动报警器发出声音。 6 软件设计 nts湖南理工 学 院 课 程 设计 第 16 页共 19 页 6.1 主程序设计 主程序的作为整个系统软件的框架，主要任务是初始化各种器件、标志位和缓冲区。同时建立键盘的散转表，根据键盘返回的键值进行相应的操作，主程序的部分代码如下： AGAIN: MOV DPTR,#BUFF JMP A+DPTR BUFF: AJMP KEY_A;散转表 AJMP KEY_B AJMP KEY_C AJMP KEY_D KEY_A: AJMP AGAIN KEY_B: AJMP AGAIN; KEY_C: AJMP AGAIN KEY_D: AJMP AGAIN 6.2 密码输入及比较子程序设计 密码输入子程序采用顺序结构进行设计，每返回一个键值，先判断是不是数字，如果是数字则存入相应的密码缓冲区，在输入密码的子程序中设置了 取消和退格功能。当输入密码完成之后便和本身的密码进行比较，比较完成之后通过标志位带出密码的正误信息，以便进行下一步的操作。 密码比较完成之后，应该将密码缓冲区中存入非数字的信息，这是因为，如果输入的密码正确并存入了密码缓冲区，只要不掉电，缓冲区的信息会一直保存，下次不用输入密码直接比较会出现密码正确的情况，因此，将密码缓冲区存入非数字的信息以提高安全性。 nts湖南理工 学 院 课 程 设计 第 17 页共 19 页 6.3 中断子程序设计 中断子程序的一个功能是系统时钟，由于 DS12887设置为 时钟更新周期结束中断 ，因此只需要每次中断都读取时间信息送显示即可完成系统 的时钟功能。 中断子程序的另外一个功能是完成倒计时，当密码输错三次后死锁 30 分钟或者用户设置了管制时间的时候，每中断一次，死锁时间或者管制时间要减一。 中断子程序流程图如下： 6.4 看门狗程序设计 利用 DS12887 时钟更新周期结束中断 来完成对 4017 的定时复位。 DS12887 的更新周期结束 中断为每秒钟发生一次 ,当出现更新中断时 ,IRQ端输出低电平 ,单片机 AT89C51中断响应 , P11口输出一次高脉冲信号复位 4017 计数器 ,计数器重新开始计数。一旦发生单片机死机或跳到非程序区时 ,单片机不能响 应中断 ,4017不能被复位 ,则 SQW 输出三个脉冲信号 （即 1.5S） 后 , Q3输出高电平复位 AT89C51,SQW输出第 4 个脉冲后 , Q3又转为低电平 ,单片机开始工作 ,同时给 4017 复位。看门狗程序代码如下： 将下列程序段放到主程序中 MOV DPRT,#0BF0AH ;寄存器 A地址 MOV A,#2FH ;方波频率 2Hz nts湖南理工 学 院 课 程 设计 第 18 页共 19 页 MOVX DPTR,A INC DPTR;寄存器 B地址 MOV A,#1AH;每秒更新一次 ,允许方波输入 ,24 小时制 MOVX DPRT ,A CLR P1.1;清 P1.1
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