电子密码锁设计毕业论文.doc

辽宁师范大学辽宁师范大学 项目 电子密码锁设计报告 设计队员 田忠英田忠英 指导老师 张华张华 2012 年 10 月 27 日 目录 摘要 1 1 关键词 1 第一章第一章 电子密码电子密码锁锁的系统方案选择与论证的系统方案选择与论证 2 2 1 1 单片机方案选择和论证 2 1 2 显示方案 3 1 3 输入方案 3 1 4 电源提供方案 4 第二章第二章 电子密码锁的硬件设计与实现电子密码锁的硬件设计与实现 4 4 2 1 0 电子密码锁的基本组成部分 4 2 1 1 61 单片机最小系统 4 2 1 2 MAX7219 使用简介 5 2 1 3 4 4 键盘电路 7 2 1 4 直流电机驱动电路 采用三极管进行控制 8 第三章第三章 流水线的软件设计流水线的软件设计 9 9 3 1 程序总流程图 10 3 2 密码设置程序程图 10 第四章第四章 测试说明测试说明 1111 1 测试指标 11 2 测试仪器 11 第五章第五章 故障分析及解决方法故障分析及解决方法 1111 1 数码管的测试 11 2 整体电路测试 11 第六章第六章 体会体会 1212 第七章第七章 参考文献参考文献 1212 第 1 页 摘 要 SPCE061A 单片机为控制核心 由驱动直流电机电路 按键电路 显示电路以 及其他电路构成 系统由语音进行密码的输入提示 输入有两种模式 一种是 开锁模式 密码正确开锁 密码错误系统有声电提示 另一种是更改密码模式 输入原始密码 密码正确进行新密码的设置 两次输入密码一致 系统提示密 码设置成功 两次输入密码不一致 语音提示输入错误 如果输入原始密码错 误 系统有声电提示密码错误 关键词 SPCE061A 美信 MAX7219 显示 直流电机驱动 Abstract The SPCE061A monolithic integrated circuit is the control core by the actuation direct current machine electric circuit presses a key the electric circuit the display circuit as well as other electric circuit constitution The system carries on the password by the pronunciation the input prompt the input has two kind of patterns One kind is unlocks the pattern the password unlocks correctly the password wrong system has the electricity prompt Another kind is changes the password pattern the input primitive password the password carries on the new password correctly the establishment two input passwords are consistent the system prompt password establishes successfully two input passwords are inconsistent voice prompt input error If inputs the primitive password to be wrong the system has the electricity prompt password to be wrong Key word SPCE061A MAX7219 Direct current machine 第 2 页 第一章第一章 电子密码锁的系统方案选择与论证电子密码锁的系统方案选择与论证 根据系统的功能要求 系统可分为 MAX7219 显示电路 直流 电机驱动电路 x 键盘电路 语音播放四个模块组成 凌阳单片机 SPCE061A MAX7219 显示电路 直流电 机驱动 4X4键盘电路 语音 播放 1 1 单片机方案选择和论证 方案一 采用 MCS 51 系列单片机 MCS 51 系列单片机是 8 位单片机 高性能 CMOS8 位微处理器 是一种高效微控制器 为很多嵌入式控制系统提供了一种 灵活性高且价廉的方案 它具有 4K 字节可编程 FLASH 存储器 寿命 1000 写 擦循环 128 8 位内部 RAM 两个 16 位定时器 计数器 低功耗的闲置和掉电 模式且支持在线仿真 T89C51 适合程序小 储存器容量小使用 第 3 页 方案二 采用陵阳 61 单片机 SPCE061A 作为系统的控制器 该单片机 有 32 位通用可编程输入 输出端口 2 个 10 位 DAC 数 模转换 输出通道 7 通 道 10 位电压模 数转换器 ADC 和单通道语音模 数转换器 具有 RAM ROM 空间 大 指令周期短 运算速度快 低功耗 低电压等特点 其中声音模 数转换器 输入通道内置麦克风放大器自动增益控制 AGC 功能 可编程音频处理 使用凌 阳音频编码 SACM S240 方式 2 4K 位 秒 能容纳 210 秒的语音数据 由于方案二对系统功能易于实现 本系统程序大 储存器容量大 故采用 方案二 1 2 显示方案 方案一 采用 LCD 液晶显示器 LCD 有明显的优点 微功耗 尺寸小 超 薄轻巧 显示信息量大 字迹清晰 显示稳定美观 LCD 是以点阵模式显示的 在中文显示上很方便 但在各种符号的显示上因为需要利用控制芯片创建字符 库 工作量大 占用资源较多 其成本也较高 方案二 采用传统的数码管显示 数码管具有低压低耗能 寿命长 对外 界环境要求低等特点 而且其精度比较高 采用 BCD 编码方式显示数字 程序 编译简单 资源占用少 显示的电路驱动芯片采用 MAX7219 MAX7219 芯片是用于动态扫描显示驱动 的芯片 该芯片的特点是利用一块芯片就能完成 8 位字数据和 8 位线数据的驱 动 使得电路紧凑 多芯片级联时 采用串行输入输出 可节省 CPU 的数据接 口和接口芯片 该芯片功能强大 编程简单 权衡利弊 第一种方案可以很好地实现本系统的要求 我决定采用方案二 实现本系统的显示功能 1 3 输入方案 本设计要求系统有手动式时间调节 手动计数功能 讨论了以下三种方案 方案一 采用独立式按键 直接在 I O 口线上接上按键开关 设计时考虑 精简和优化电路 程序和 I O 口资源数 因剩余的口资源还比较多 所以此方 案有一定的优势 方案二 采用 8155 扩展 I O 口及键盘 显示等 该方案的优点是 使用灵 活可编程 并且有 RAM 及计数器 若用该方案可提供更多的 I O 资源 但操作 起来稍微有点复杂 方案三 采用矩阵式按键 该方案的优点是使用灵活可编程 占用 I 0 口 第 4 页 资源比较少 若用该方案 可为其它功能提供更多的 I 0 资源 从资源 电路和程序角度考虑选择方案三比较恰当 1 4 电源提供方案 为使模块稳定工作 需要有可靠的电源 我考虑了两种电源方案 方案一 各模块采用独立的稳压电源 此方案的优点是稳定可靠 且有各 种成熟的电路可供选用 缺点是各模块都采用独立电源 会使系统复杂 且可 能影响电路电平 方案二 采用单片机控制模块提供电源 该方案的优点是系统简明扼要 节约成本 缺点是输出功率不高 综上所述 我选择第二种方案 第二章 电子密码锁的硬件设计与实现 2 1 0 电子密码锁的基本组成部分 本系统可划分为 61 单片机系统 显示电路 直流电机驱动电路 4 4 式键 盘电路 自动门模型 2 1 1 61 单片机最小系统 2 1 2 MAX7219 使用简介 显示电路用 MAX7219 做驱动是为了人和机器更好的交流而做的一块芯片 传统的数码管显示驱动电路占用的系统资源较多 若是动态显示 8 位显示驱 动电路一般由 1 片 8255 4 片 5407 构成 不仅硬件资源占用多 而且需要由软 件定时刷新 软件资源占用也不少 若是静态显示 8 位数码管显示驱动电路 一般由 8 片 54LS164 构成 硬件资源占用太多 现在 一片 MAX7219 便可完成 8 位数码管的显示驱动任务 第 5 页 MAX7219 是一种串行接口的 8 位数码管显示驱动器 它与通用微处理器只 有 3 根串行线相连 最多可驱动 8 个共阴数码管或 64 个发光二极管 它内部有 可存储显示信息的 8 8 静态 RAM 动态扫描电路 以及段 位驱动器 它的特点有 串行接口的传输速率可达 10MHz 独立的发光二极管段控制 译码与非译码两种显示方式可选 数字 模拟两种亮度控制方式 可以级联使 用 MAX7219 的典型应用 如图 2 1所示 图 2 1 MAX7219 的内部功能框图如图 2 3 所示 MAX7219 的数据输入主要由三根输 入线完成 它们分别是串行数据线 时钟线与加载线 当 1 个 16 位的数据从高 位到低位依次输入 MAX7219 后 在加载的上升沿将 D7 D0 送入对应的内部寄存 器 MAX7219 的串行输入数据格式 高位字节的高 4 位保留 低 4 位为片内 寄存器地址 低位字节为 8 位数据 MAX7219 的内部寄存器地址分配如表一所示 此外 MAX7219 的 RSET 值与段电流及 LED 的驱动电压有关 图 2 2 选择 RSET 是 ISET 端的 第 6 页 外接电阻 单位 k 为使 MAX7219 能够正常工作 必需在使用前对其进行初始化 MAX7219 的软件 初始化框图 2 4 正常显示时的程序十分简单 只需向内部寄存器地址 X1 X8H 写入相应的显示值即可 图 2 2 图 2 3 应用图 第 7 页 图 2 4 应用图 3 2 1 0 3 2 123456789101112 242322212019181716151413 21 31098765421 78910 65432 1 1211789101112 654321 显示 PCB 电路图 2 1 3 4 4 键盘电路 通过动态扫描的方式实现按键的识别 在软件控制下实现按键的操作 使 用 4 4 按键扫描 能够简洁 方便的进行 0 9 数字的设定及各功能键的设定 易于操作 程序编写易于实现 电路原理图如图 2 5 所示 按键 PCB 电路如图 2 6 第 8 页 S1S2S3S4 S5S6S7S8 S9S10S11S12 S13S14S15S16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P1 图 2 5 图 2 6 4 4 键盘电路 PCB 图 2 1 4 直流电机驱动电路 通过驱动电路控制电机的正转和反转 实现自动门的开锁和关锁 本设计 采用 LN2003 作为驱动芯片 驱动电路设计如图 2 7 所示 驱动电路 PCB 图如 图 2 8 所示 12456789103 24 3113 4224 3113 42 24 3113 42 24 3113 42 13 4224 31 13 42 13 4224 3113 42 24 31 24 31 第 9 页 4 7k R1 4 7k R2 4 7k R4 4 7k R6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 J1 1 2 3 4 5 6 7 89 10 11 12 13 14 15 16 U 2003 VCC 1 2 J3VSS 4 7k R5 4 7k R3 4 7k R7 4 7k R8 VSS D1 1 2 3 4 5 6 7 8 P4 图 2 7 电路原理图 2 1 4321 2 1 10 1 2 6 7 8 9 3 4 5 1 2 3 4 5 6 1 2 2 1 2 1 1 2 1 2 12 11 10 1 2 3 4 8 16 15 14 13 9 7 6 5 1 2 1 2 1 2 图 2 8 驱动电路 PCB 图 第三章 流水线的软件设计 3 1 程序总流程图 第 10 页 开始 开锁模式 密码正确 更改模式 开锁 N Y Y 返回 更改密码 YYY N 3 2 密码设置程序程图 开 始 初始化 Key 0 x18 N Y 密码输入 Key 0 x28 N 第 11 页 Y N 如果密码正确 原始密码输入 Y 开锁 原始密码正确 N Y 输入密码一致 N Y 设置完成 结束 第四章第四章 测试说明测试说明 1 测试指标 根据设计题目所要求的各基本功能进行分项测试 2 测试仪器 万用表 时钟 秒表 直流稳压电源 第 12 页 第五章第五章 故障分析及解决方法故障分析及解决方法 1 数码管的测试 测试开始将 MAX7219 编为测试状态下观看结果 结果显示 8 个 8 一直闪烁 显 示方块测试完成 2 整体电路测试 系统上电 刷写好程序即可开始测试 观测各按键是否能完成软件所 要求的功能 时间调节和手动计数时候正常 第六章第六章 体会体会 通过这次电子密码锁的项目制作 使我学到了很多知识 关于数组的定义 数组变量的使用 数组的储存 以及在密码的输入时如何进行密码比较 在写 时钟时 必须正确选择系统时钟源 定时中断 在写 FLASH 时让我感受很深 刚开始时感觉很有意