单片机密码锁

1、 桂林电子科技大学信息科技学院单片机原理及应用实训报告题 目 密码锁 学 号 姓 名 指导老师 2011 年 9 月 21 日1.系统设计1.1设计要求1.1.1基本要求（1）按照题目要求独立设计系统所需电路，并完成硬件电路的制作及调试。（2）结合硬件能够正常工作。（3）能够正常显示密码。（4）能够正常显示密码模式。（5）能够开关锁。1.1.2发挥部分密码的存储。通过24C02芯片保存密码，实现断电密码保存。1.2设计原理C51单片机显示模块键盘1.2.1基本框图：1.2.3 原理图在本次实训电路中用到的电路原理图如下：1.3方案比较（1）关于矩阵键盘和独立键盘之间的选择。独立键盘将每一个按键

2、开关接到一个独立的输入口中，因此其识别程序相对简洁，方便使用。但是实训中采用的AT89S52单片机字长为8位，每一组输入输出口有8位，故每一组输出口最多能接8个开关，而通常情况下，密码由0到9这10个数字组成，如果采用独立键盘，一组独立开关将不能满足要求。相对而言，4x4矩阵键盘每识别一个按键，都要进行行列扫描，程序较为复杂，但是矩阵键盘仅用一组I/O口就能接16个按键，除去0到9这10个数字外，还剩下6个，方便对系统进行功能扩展。故在本次实训电路中采用4x4矩阵键盘，接到单片机的P3口。（2）关于数码管以及LED的选择。单片机的I/O数量十分有限，倘若要使用多位数码管，必须采用动态扫描的方式

3、实现。对于一般密码而言，4位10进制密码已经足够，故本次实训电路中采用4位共阴极数码管。另外，外加4个LED就足以指示一个密码锁的各种不同的状态。1.4方案论证1.4.1总体思路单片机的最小系统仅有两部分，即时钟电路和复位电路。另外，通过接驳在单片机不同端口的设备，再编写适当的程序，可以方便对单片机系统进行相应的扩展。AT89S52芯片共有4组并行I/O口，即P0、P1、P2、P3，基本思路是将4x4矩阵键盘接在P3口上，将4个LED接在P1口的低四位，将P0口作为4位数码管的位选信号，P2口的低四位作为其位选信号，最后加上通信接口，用以下载程序。放弃密码存储功能。1.4.2设计方案按照以上思

4、路绘制出仿真图如下：以上仿真图在Proteus 7 中仿真通过，本次实训电路将采用以上原理图。2、模块电路的设计2.1 时钟电路单片机的时钟信号由两种电路产生：内振荡电路和外震荡电路。在任一时刻，只要一种震荡电路便能使单片机正常工作。在需要时钟稳定的的情况下用内部振荡产生时钟，在要求单片机与外界信号同步时使用外部震荡。本次实训没有涉及到信号同步，故可以采用内振荡电路。使用内震荡电路提供时钟脉冲，需要在XTAL1和XTAL2之间外接石英晶体振荡器或陶瓷振荡器，这时的内部震荡电路仅相当于一个高增益放大器，和晶振接在一起形成一个正反馈的自激振荡，再经整形和分频形成单片机内各逻辑部件所需的时钟脉冲。设

5、计出的时钟电路图如下所示：其中X1、X2接在18和19脚即XTAL1和XTAL2之间。2.2 复位电路单片机的复位操作由复位引脚RET/VPD上出现的高电平引起，高电平持续时间不少于两个机器周期（24个振荡周期），CPU在第二个机器周期内执行复位操作。如果RSD/VPD持续为高电平，那么每隔24个振荡周期重复一次复位操作。复位后机内各种特殊功能寄存器初始化，而片内128B RAM的状态不受复位信号的影响。复位有上电复位和手动复位两种。一般采用的手动复位用按钮完成。其模块电路如下：其中R1=1K，C3=10uF。2.3 4x4矩阵键盘模块键盘是单片机常用输入设备，在按键数量较多时，为了节省I/O

6、口等单片机资源，一般采取扫描的方式来识别到底是哪一个键被按下。即通过确定被按下的键处在哪一行哪一列来确定该键的位置，获取键值以启动相应的功能程序。接在单片机P3口的矩阵键盘模块如下图所示：2.4 数码管显示模块一组数码管动态扫描显示需要由两组信号来控制：一组是字段输出口输出的字形代码，用来控制显示的字形，称为段码；另一组是位输出口输出的控制信号，用来选择第几位数码管工作，称为位码。由于各位数码管的段线并联，段码的输出对各位数码管来说都是相同的。因此，在同一时刻如果各位数码管的位选线都处于选通状态的话，8位数码管将显示相同的字符。若要各位数码管能够显示出与本位相应的字符，就必须采用扫描显示方式。

7、即在某一时刻，只让某一位的位选线处于导通状态，而其它各位的位选线处于关闭状态。同时，段线上输出相应位要显示字符的字型码。这样在同一时刻，只有选通的那一位显示出字符，而其它各位则是熄灭的，如此循环下去，就可以使各位数码管显示出将要显示的字符。虽然这些字符是在不同时刻出现的，而且同一时刻，只有一位显示，其它各位熄灭，但由于数码管具有余辉特性和人眼有视觉暂留现象，只要每位数码管显示间隔足够短，给人眼的视觉印象就会是连续稳定地显示。由P0口控制段码，由P2口控制位码的四位数码管动态扫描电路如下：2.5 LED模块LED与单片机的连接比较简单，一端连接单片机的P1口，另一端通过合适的电阻接到VCC即可。

8、本次实训，我通过一个200欧电阻与4个LED连接，通过程序控制单片机对应端口的高低电平，可以实现功能。其模块电路图如下：2.6 下载接口模块本次实训电路采用标准的下载接口，其原理图如下：3、开发软件及编程语言简介3.1 Keil C编程软件Keil C51 软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一，它集编辑，编译，仿真于一体，支持汇编,PLM 语言和C 语言的程序设计，界面友好，易学易用。3.2 C编程语言单片机的C语言具有可移植性好，易懂易用的特点，在我国有大量的c程序员，重新学习单片机将非常容易，因此，虽然汇编语言更精炼，但是使用c也是大势所趋！3.3 Prot

9、eus软件Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平

10、台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。3.4 Avr fighterAVR单片机ISP下载编程软件。4、制作与调试过程4.1 绘图过程本次绘图采用Protel 99 SE。根据仿真成功的仿真图，绘制出各个模块，用网络标号相连。然后根据实物，画好封装。导入PCB图，进行合理布局。由于本次实训是在万用板上焊接，走线比较随意可以进行多层走线，所以没有必要再进行

11、走线。4.2调试过程本次实训是在我第一次在万用板上焊接，其难度比在一般腐蚀板上焊接要高，全部焊接出来之后，没有马上成功。经过了一番调试之后。板子正常工作。我的调试从LED开始。我编写了一个简单的流水灯程序，但是LED都没有亮起。仔细检查电路后发现，单片机31脚EA没有接入VCC。查阅相关资料可知，对于51的单片机来说，程序下到芯片内的ROM里，而EA=0时，片外程序ROM有效，EA=1时片内程序ROM有效。而且，EA一定要给个固定电平，高或者低，根据程序存放的位置为片内ROM，为了系统可靠，应当将其接到VCC网络。接下来是数码管。编写一个简单的程序，数码管显示正常。之后再编写了一个矩阵键盘识别

12、程序，将所得的结果通过数码管显示出来。发现有两个按键没有反应，断电之后，用万用表测试了各个按键的管脚，发现有两个已经短路了。再仔细观察，原因是在焊接的过程中，温度太高，导致绝缘皮融化，相靠近的两根导线短路。将两根导线重新焊接后问题解决。问题都解决了之后，开始进行程序的编写，程序的编写过程是漫长的，经过多次调试下载验证，将其功能一个个实现，完成了程序的编写。在程序的编写测试过程中，发现复位电路有个问题，就是不是每次按下复位键都会有效。我刚开始使用的复位电路有2个电阻，另一个是接地，即复位模块截图的R2，将其短路后问题解决。4.3 软件的编写按照软件的一般编写顺序，先写一个最简单的程序，能实现某个

13、简单的功能，然后再将其扩展，直到实现所有的功能为止。程序功能都可以实现了之后，还存在很多不足之处，比如操作不当时，会造成系统错乱。为了杜绝各种缺陷，还要进行很多的测试。直到现在，或许程序中还有很多不足之处我还没发现。但由于本人时间能力有限，不能全部发现并一一解决。5、心得体会之前也进行了很多各种各样的实训，不过这次有一些不同之处，给了我一些不一样的感受。首先，实训刚开始的时候就听说这次所要焊接的板子是万用板，不需要腐蚀，腐蚀板之间的导线全部用导线焊接上去。这样的焊接方式肯定是很有难度的，我们必须要在焊接的时候。一手拿着电烙铁，一手拿着焊锡，另外还要扶着板子，还要拿着导线，这样才能将一个焊点焊好

14、。不过这样也有一个好处，就是走线和修改都比较简单，可以走几层，没有固定的走线方式。但是这样也会出现一些问题，就是那些导线的绝缘层很容易熔化并露出金属，稍不注意就会造成短路，我之前焊接矩阵键盘时就出现了这个问题。当然，所谓熟能生巧，在焊接了一大部分之后，似乎找到了一些诀窍，焊接变得轻松了。不过这毕竟还是我第一次在万用板上焊接，总体上并不美观。另外，这次实训是软硬件相结合的，没有硬件，就不能知道自己所写的程序是不是正确，没有软件，就不能验证给绘制的原理图是不是正确。这就造成了一个死循环，很难找到突破口着手。当然，无论如何，都必须要将这些问题解决的。方法就是先在软件中进行仿真。仿真时，如果涉及到数码

15、管的动态扫描，显示效果就不是很好，显示得不完整，但还是可以写一些简单的程序，验证正确即可。电路没有问题之后，就要进行电路板的焊接，焊接之后，才可以方便调试程序。通过这次实训，我学习，也复习了很多相关的知识。比如说单片机的知识。虽然单片机学习结束也就刚一个假期而已，但是这么久没有复习，还是会忘掉不少。单片机就是一个小型的处理器，通过程序控制，可以让它实现很多功能，应用十分广泛，学好单片机，以后定会有用武之地。另外，这次编程我是采用C语言，同时可以复习之前的知识。C语言编程也是一个很重要的能力。总之，通过此次实训，我复习了很多，也学到了很多那些我应该懂得的知识。6、参考文献 【1】喻宗泉，喻晗，李

16、建民，单片机原理与应用技术：西安电子科技大学出版社，20067附录附录1：元器件清单器件名称数量器件名称数量AT89S52（带座）122pf电容21000欧排阻112MHz晶振110P下载口11k电阻14位共阴数码管1200欧电阻1LED410uF电解电容1轻触开关17附录2：电路原理图附录3：电路PCB图（未布线）附录4：电路板实物图附录5：程序#include <AT89X51.H>unsigned int ms=10000,bitdisplay,led=2000;unsigned char tab=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07

17、,0x7F,0x6F,/09 0x40,/10- 0x76,/11-H 0x5c;/12-口unsigned char pw=0,6,1,9,tpw14,tpw24;unsigned char fdd=0,key=10,fun,n=0,step;unsigned char smg7,hsmg4;bit del=0;hid=0,result=0,result2=0,ok=0,num=0; unsigned char compare(unsigned char ppw14,unsigned char ppw24)/密码对比n=0;while(ppw1n=ppw2n)n+;if(n=4) break

18、;if(n=4)n=0;return(1);elsen=0;return(0);void timer0(void) interrupt 1/2ms中断TH0=0xF8; TL0=0x30;if(P3!=0x7f | P3!=0xbf | P3!=0xdf | P3!=0xef)fdd+;/防抖动else fdd=0;if(key=10)/长时间没有按键则退出if(-ms=0)ms=10000;fun=0;else ms=10000;if(P1!=0xFF && -led=0) led=2000;P1=0xFF;if(fun=0)/fun=0，取消，变量复位result=0;re

19、sult2=0;ok=0;hsmg0=hsmg1=hsmg2=hsmg3=12;smg0=smg1=smg2=smg3=12;step=0;num=0;for(n=0;n<4;n+)tpw1n=10;tpw2n=10;n=0;if(fun=2 | fun=3)/密码进入或改密码if(step=0)if(key!=10 && n<4)smgn+1=10;smgn+2=10;smgn+3=10; tpw1n=key; smgn=key;hsmgn=11; n+; if(del=1)/退格 n-; smgn=10; hsmgn=10; del=0; key=10;if(o

20、k=1) result=0;ok=0;result=compare(tpw1,pw);/检验密码if(result=1) P1_1=0;smg0=10;smg1=10;smg2=10;smg3=10;hsmg0=10;hsmg1=10;hsmg2=10;hsmg3=10;else P1_0=0;n=0;if(fun=2) step=1;if(fun=3) fun=0;if(result=1 && fun=2)/以下修改密码if(key!=10 && n<4) if(num=0)tpw1n=key; smgn=key;hsmgn=11; n+;key=10;

21、 elseif(num=1) tpw2n=key; smgn=key;hsmgn=11; n+;key=10; if(del=1) n-; smgn=10; hsmgn=10; del=0; if(ok=1) /密码替换ok=0;if(n>=4 && step=1 )num=1;n=0;step=2;smg0=10;smg1=10;smg2=10;smg3=10;hsmg0=10;hsmg1=10;hsmg2=10;hsmg3=10;if(n>=4 && step=2)result2=0;result2=compare(tpw1,tpw2);if(r

22、esult2=1) for(n=0;n<4;n+) pwn=tpw1n;P1_3=0;fun=0;led=2000;if(hid=0) /数码管动态扫描switch(bitdisplay)case 0:P0=tabsmg0;P2=0x0E;break; case 1:P0=tabsmg1;P2=0x0D;break; case 2:P0=tabsmg2;P2=0x0b;break; case 3:P0=tabsmg3;P2=0x07;break;elseswitch(bitdisplay)case 0:P0=tabhsmg0;P2=0x0E;break; case 1:P0=tabhsmg1;P2=0x0D;break; case 2:P0=tabhsmg2;P2=0x0b;break; case 3:P0=tabhsmg3;P2=0x07;break;bitdisplay+; if(bitdisplay>=4)bitdisplay=0;void main(void)TMOD=0x01;TH0=0xF8; TL0=0x30;EA=1;ET0=1;TR0=1; while(1) /矩阵键盘行列扫描 P3=0x7f;if(P3!=0x7f && fdd>10) switch(P3