电子密码锁原理及设计-论文

电子密码锁原理及设计电子密码锁原理及设计 论文论文 电子密码锁原理及设计 Abstract Designs one kind after the AT89C5 monolithic integrated circuit realization password input the password is not correct carries on function the and so on locking plan according to requested to produce the hardware electric circuit and the software procedure which this monolithic integrated circuit password locked simultaneously has produced AT89C51 monolithic integrated circuit content and so on introduction hardware design software flow chart monolithic integrated circuit memory cell assignment assembly language source program According to password which establishes uses two pressed keys realizations password the input function after the password input is correct locks opens if inputs three passwords are not correct locking presses a key 3 seconds simultaneously discovered reports to the police the sound after has not pressed a key presses down 3 kinds only then opens the pressed key locking function Otherwise still had the pressed key in 3 seconds to press down relocked presses a key 3 seconds time and reports to the police Essential character Monolithic integrated circuit Password lock Password AT89C51 3 second assembly language hardware design software flow 目 录 单片机电子密码锁设计 摘要 1 第一章 单片机概述 2 第二章 AT89C51 单片机芯片简介 4 第三章 电路原理图电路介绍 7 结 束 语 14 参考文献 718 单片机电子密码锁设计 摘要 设计一种基于AT89C5单片机实现密码的输入 密码不正确后进行锁定 等功能的方案 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AT89C51单片机的介绍 硬件设计 软件流程图 单片机存储单元的分配 汇编语言源程序等内容 根据设定好的密码 采用二个按键实现密码的输入功 能 当密码输入正确之后 锁就打开 如果输入的三次的密码不正确 就锁定按 键3秒钟 同时发现报警声 直到没有按键按下3种后 才打开按键锁定功能 否则 在3秒钟内仍有按键按下 就重新锁定按键3秒时间并报警 关键字 单片机 密码锁 密码 AT89C51 3秒 汇编语言 硬件设计 软件流程 第一章 单片机概述 1 1 单片机的组成 特点及发展 1 单片机的组成 单片机是微型机的一个主要分支 在结构上的最大特点是把CPU 存储器 定时 器和多种输入 输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上 就其组成和 功能而言 一块单片机芯片就是一台计算机 2 单片机的特点 由于单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺 使其具有很多显著的特 点 因而在各个领域都得到了迅猛的发展 单片机主要发如下特点 1 有优异的性能价格比 2 集成度高 体积小 有很高的可靠性 单片机把各功能部件集成在一块芯片上 内部采用总线结构 减少了各芯片之间的连线 大大提高了单片机的可靠性与 抗干扰能力 另外 其体积小 对于强磁场环境易于采取屏蔽措施 适合在恶劣 环境下工作 3 控制功能强 为了满足工业控制的要求 一般单片机的指令系统中均有极丰 富的转移指令 I O口的逻辑操作以及位处理功能 单片机的逻辑控制功能及运 行速度均高于同一档次的微机 4 低功耗 低电压 便于生产便携式产品 5 外部总线增加了I C Inter Integrated Circuit 及SPI Serial Peripheral Interface 等串行总线方式 进一步缩小了体积 简化了结构 6 单片机的系统扩展和系统配置较典型 规范 容易构成各种规模的应用系统 3 单片机的发展 1 第一阶段 1976 1978 单片机的控索阶段 以Intel公司的MCS 48为代表 MCS 48的推出是在工控领域的控索 参与这一控索的公司还有Motorola Zilog等 都取得了满意的效果 这就是SCM的诞生年代 单机片 一词即由此 而来 2 第二阶段 1978 1982 单片机的完善阶段 Intel公司在MCS 48 基础上推出了完善的 典型的单片机系列MCS 51 它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构 完善的外部总线 MCS 51设置了经典的8位单片机的总线结构 包括8位数据总线 16位地址总线 控制 总线及具有很多机通信功能的串行通信接口 CPU外围功能单元的集中管理模式 体现工控特性的位地址空间及位操作方式 指令系统趋于丰富和完善 并且增加了许多突出控制功能的指令 3 第三阶段 1982 1990 8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段 也是单片机向微控制器 发展的阶段 Intel公司推出的MCS 96系列单片机 将一些用于测控系统的模数转换器 程序运行监视器 脉宽调制 器等纳入片中 体现了单片机的微控制器特征 随着MCS 51系列的广应用 许多电气厂商竞相使用80C51为内核 将许多测控系统中使用 的电路技术 接口技术 多通道A D转换部件 可靠性技术等应用到单片机中 增 强了外围电路路功能 强化了智能控制的特征 4 第四阶段 1990 微控制器的全面发展阶段 随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用 出 现了高速 大寻址范围 强运算能力的8位 16位 32位通用型单片机 以及小型廉 价的专用型单片机 综合所述 单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面 另一方面 单片机 应用的重要意义还在于 它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方 法 从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能 现在已能用单片机通过 软件方法来实现了 这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术 是传统控 制技术的一次革命 718 电子密码锁原理及设计 第二章 AT89C51单片机芯片介绍 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器 FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory 的低电压 高性能CMOS8位微处理器 俗称单片机 该器件采用ATME L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 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 图2 1 AT89C51封装图 1 主要特性 与MCS 51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命 1000写 擦循环 数据保留时间 10年 全静态工作 0Hz 24Hz 三级程序存储器锁定 128 8位内部RAM 32可编程I O线 两个16位定时器 计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 2 管脚说明 VCC 供电电压 GND 接地 P0口 P0口为一个8位漏级开路双向I O口 每脚可吸收8TTL门电流 当P1口的管 脚第一次写1时 被定义为高阻输入 P0能够用于外部程序数据存储器 它可以被 定义为数据 地址的第八位 在FIASH编程时 P0 口作为原码输入口 当FIASH进行校验时 P0输出原码 此时P0外部必须被拉高 P1口 P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I O口 P1口缓冲器能接收输出4T TL门电流 P1口管脚写入1后 被内部上拉为高 可用作输入 P1口被外部下拉为 低电平时 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 在FLASH编程和校验时 P1 口作为第八位地址接收 P2口 P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I O口 P2口缓冲器可接收 输出4个T TL门电流 当P2口被写 1 时 其管脚被内部上拉电阻拉高 且作为输入 并因此 作为输入时 P2口的管脚被外部拉低 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 P 2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时 P2口输出地 址的高八位 在给出地址 1 时 它利用内部上拉优势 当对外部八位地址数据存 储器进行读写时 P2口输出其特殊功能寄存器的内容 P2口在FLASH编程和校验 时接收高八位地址信号和控制信号 P3口 P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I O口 可接收输出4个TTL门电流 当P3口写入 1 后 它们被内部上拉为高电平 并用作输入 作为输入 由于外部 下拉为低电平 P3口将输出电流 ILL 这是由于上拉的缘故 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口 如下表所示 各管脚 备选功能 P3 0 RXD 串行输入口 P3 1 TXD 串行输出口 P3 2 INT0 外部中断0 P3 3 INT1 外部中断1 P3 4 T0 记时器0外部输入 P3 5 T1 记时器1外部输入 P3 6 WR 外部数据存储器写选通 P3 7 RD 外部数据存储器读选通 P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号 RST 复位输入 当振荡器复位器件时 要保持RST脚两个机器周期的高电平时间 ALE PROG 当访问外部存储器时 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地 位字节 在FLASH编程期间 此引脚用于输入编程脉冲 在平时 ALE端以不变 的频率周期输出正脉冲信号 此频率为振荡器频率的1 6 因此它可用作对外部输 出的脉冲或用于定时目的 然而要注意的是 每当用作外部数据存储器时 将跳 过一个ALE脉冲 如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0 此时 ALE只有在执行MOVX MOVC指令是ALE才起作用 另外该引脚被略微拉高 如果微处理器在外部执行状态ALE禁止 置位无效 PSEN 外部程序存储器的选通信号 在由外部程序存储器取指期间 每个机器 周期两次 PSEN有效 但在访问外部数据存储器时 这两次有效的 PSEN信号将 不出现 EA VPP 允许访问片外存储器 编程电源线 可以控制AT89C51使用片内ROM 还是使用片外ROM 若EA 1则允许使用片内ROM 若EA 0则允许使用片外RO M 对于AT80C51 EA VP用于在片内EPROM编程 校验是输入21V编程电源 XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 XTAL2 来自反向振荡器的输出 3 振荡器特性 XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出 该反向放大器可以配置为片 内振荡器 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用 如采用外部时钟源驱动器件 XTAL2 应不接 有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器 因此对外部时钟信 号的脉宽无任何要求 但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度 4 芯片擦除 整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合 并保持AL E管脚处于低电平10ms 来完成 在芯片擦操作中 代码阵列全被写 1 且在任何非空存储字节被重复编 程以前 该操作必须被执行 此外 AT89C51设有稳态逻辑 可以在低到零频率的条件下静态逻辑 支持两种 软件可选的掉电模式 在闲置模式下 CPU停止工作 但RAM 定时器 计数器 串口和中断系统仍在工作 在掉电模式下 保存RAM的内容并且冻结振荡器 禁 止所用其他芯片功能 禁止所用其他芯片功能 直到下一个硬件复位为止 5 单片机的汇编指令表 如下图 2 1 2 2 图2 1 图2 2 第三章 电路原理图及电路介绍 1 硬件电路 图 一 所示是设计的一种密码锁电路 该密码锁主要是按照以下 条用户要求 进 设计的 共 位密码 每位的取值范围为 用户可以自行设定和修改密码 按每个密码键时都有声 光提示 若键入的 位开锁密码不完全正确 则报警 秒钟 以提醒他人注意 开锁密码错 次要报警 分钟 报警期间输入密码无效 以防窃贼多次试探 密码 键入的 位开锁密码完全正确才能开锁 开锁时要有 秒的提示音 电磁锁的电磁线圈必须用脉冲驱动 每次通电时间不多于 秒 以防烧坏 密码键盘上只允许有 个密码按键和 个发光管 锁内有备用电池 只有内部 上电复位时才能设置或修改密码 因此 仅在门外按键是不能修改或设置密码的 密码设定完毕后要有 秒的提示音 成本要比较低 硬件和软件都要尽可能简洁可靠 易于批量生产 根据总体要求分析 该密码锁电路所需要的 口线少于 个 若设计得当 程 序不会超过 条指令 所以可选择质优价廉的 或者 而且不需要外接程序存储器和数据存储器及其它扩展部件 在图 一 所示电路中 口连接 个密码按键 开锁脉冲由 输 出 报警和提示音由 输出 是用于报警与声音提示的喇叭 发光管 用 于报警和提示 是电磁锁的电磁线圈 2 软件设计 图 给出了该单片机密码锁电路的软件流程图 图中 以及 是程序中的标号 是为了理解程序而专门标在流程图的对应位置的 2 1 存储单元的分配 该密码锁中ram存储单元的分配方案如下 31h 38h 依次存放8位设定的密码 首位密码存放在31h单元 r0 指向密码地址 r2 已经键入密码的位数 r3 存放允许的错码次数 与实际错码次数的差值 r4至r7 延时用 00h 错码标志位 对于ROM元的分配 由于程序比较短 而且占用的存储空间比较 少 因此 特 电子密码锁原理及设计 殊要求时 可以从0030h单元 其它地址也可以 开始存放主程序 2 2 源程序 下面是该电子密码锁的软件源程序代码 Org 0000h ajmp start org 0030h start acall bp mov r0 31h mov r2 8 set mov p1 0ffh mov a p1 cjne a 0ffh l8 ajmp set l8 acall delay cjne a 0ffh save ajmp set save acall bp mov r0 a inc r0 sjnz r2 set aa1 move r2 8 aa2 m ov p1 p1 mov a p1 cjne a 0ffh l9 ajmp aa2 l9 acall delay cjne a 0ffh aa3 ajmp aa2 aa3 acall bp clr c subb a r0 inc r0 cjne a 00h ajmp aa5 aa4 set b 00h aa5 djnz r2 aa2 jb 00h aa6 clr p3 5 l3 mov r5 8 acall bp djnz r4 l3 mov r3 3 setb p3 5 ajmp aa1 aa6 djnz r3 aa7 mov r5 24 l5 mov r4 200 l4 acall bp djnz r4 l4 djnz r5 l5 mov r3 3 aa7 mov r5 40 acall bp djnz r5 aa7 aa8 clr 00h ajmp aa1 bp clr p3 7 mov r7 250 l2 mov r6 124 l1 djnz r6 l1 cpl p3 7 djnz r7 l2 setb p3 7 ret delay mov r7 20 l7 mov r6 125 l6 djnz r6 l6 djnz r7 l7 ret end 2 3 应用说明 若按键an1 an7分别代表数码1 7 按键an0代表数码8 在没有键按下时 p1 0 p 1 7全是高电平1 若某个键被按下 相应的口