单片机课程设计报告 四位密码锁设计

单片机原理与接口技术课程设计题目：四位密码锁设计单片机原理与接口技术课程设计（报告）摘要本课程设计以《微机原理与接口技术》课程为基础，以利用单片机AT89C51设计一个4位密码锁，能够使用数码管显示器来显示密码输入的相关信息，通过10位数字按键（0~9）设置4位数字（0~9）密码，4位功能按键A(输入校验密码并验证密码)和B(设置新密码)，利用继电器模拟电子门锁作出是否开门以及报警等反应。，采用C语言在PROTEUS平台下，完成了硬件及软件设计和仿真调试。关键词：单片机；LCD显示屏；矩阵键盘；数码管；蜂鸣器；

目录摘要 第1章概述1.1单片机简介单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上,但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:CPU、内存、内部和外部总线系统,目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器,实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制器(Microcontroller),是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。1.2设计意义单片机的应用是具有高度现实意义的。单片机极高的可靠性，微型性和智能性（我们只要编写不同的程序后就能够完成不同的控制工作)，单片机已成为工业控制领域中普遍采用的智能化控制工具，已经深深地渗入到我们的日常生活当中。通过此次基于单片机设计的密码锁系统，我们可以更清楚详细的了解单片机程序设计的基本指令功能、编程步骤和技巧来讲述单片机编程，并对单片机的结构和原理进行讲述，以及基于单片机开发应用的相关芯片的工作原理，并且可以在将来的工作和学习中加以应用。1.3设计目的在日常的生活和工作中，住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需要携带多把钥匙，使用极不方便，且钥匙丢失后安全性即大打折扣。随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。为了满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。 在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少，安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世，出现了带微处理器的只能密码锁，它除了具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化管理、专家分析系统等功能，从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性，应用日益广泛。 本设计采用单片机为主控芯片，结合外围电路，组成电子密码锁，用户想要打开锁，必先通过提供的键盘输入正确的密码才能将锁打开，密码输入错误就有提示，为了提高安全性，当密码输入错误次将报警。密码可以由用户自己修改设定，锁开后才能修改密码。修改密码前必须再次输入密码，在输入新密码时候需要二次确认，以防止误操作。1.4任务和要求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。4、要求输入4位密码，初始化密码1234。5、根据设计任务的要求编写程序，并在Proteus下进行仿真，实现相应功能。

第2章设计要求和方案选择方案：用AT89C51设计的多功能密码锁。以单片机作为微控制器，可以实现基于以上优点，按键有效指示、输入错误、控制开锁、错误报警、密码修改等功能，工作稳定可靠，保密性高，实用性强。电子密码锁总体设计

第3章单片机的选择以及主要部分简介3.1单片机的选择本次课程设计采用的是51系列的AT89C51片机，51单片机是按照工业标准设计制造的。其内核是基于使用多个内部寄存器结构的累加器，用于数据储存和外部设备管理。作为微型机的一个分类，它包括运算器，控制器，存储器，输入输出接口电路这五个基本组成部分。AT89C51片机的内部结构框图如图所示振荡器时序OSC振荡器时序OSC程序存储器4KBROM数据存储器256BRAM/SFR2*16位定时、计数器89C51CPU可编程I/O可编程全双工串行口图2总线51单片机用的是40引脚双列直插式集成电路芯片，其引脚排列如图所示图33.2矩阵按键模块在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口(如P1口)就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键(9键)。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘较为合理。识别方法：行列扫描，我们可以通过高四位全部输出低电平，低四位输出高电平。当接收到的数据，低四位不全为高电平时，说明有按键按下，然后通过接收的数据值，判断是哪一列有按键按下，然后再反过来，高四位输出高电平，低四位输出低电平，然后根据接收到的高四位的值判断是那一行有按键按下，这样就能够确定是哪一个按键按下了。本设计采用的就是矩阵按键其硬件电路图如图所示图4下面将按键的功能加以说明；K0-Kb：数字密码输入区ENTER:确认按钮DELETE:删除一位数字密码CLEAR:删除所有数字密码LOCK:锁定

第4章软件设计4.14×4矩阵键盘的编程方法:（1）先读取键盘的状态，得到按键的特征编码。（2）从P1口的高四位输出低电平，低四位输出高电平，从P1口的低四位读取键盘状态。再从P1口的低四位输出低电平，高四位输出高电平，从P1口的高四位读取键盘状态。将两次读取结果组合起来就可以得到当前按键的特征编码。使用上述方法我们得到16个键的特征编码。4.2举例说明如何得到按键的特征编码（1）假设“1"键被按下，找其按键的特征编码。（2）从P1口的高四位输出低电平，即P1.4-P1.7为输出口。低四位输出高电平，即P1.0-P1.3为输入口。读P1口的低四位状态为“1101”，其值为“ODH”。（3）再从P1口的高四位输出高电平，即P1.4-P1.7为输入口。低四位输出低电平，即P10-P13为输出口，读P1口的高四位状态为“1110”。（4）用同样的方法可以得到其它15个按键的特征编码。4.2PROTEUS软件仿真接线图5

4.3矩阵键盘程序分析voidKey(){u8a=0; //矩形式键盘函数 if(mode){ if((key!=0x0f)) {delay(1000); if((key!=0x0f)){ key=0x0f; switch(key){ case0x07:keyz=0;biao=1;break; case0x0b:keyz=1;biao=1;break; case0x0d:keyz=2;biao=1;break; case0x0e:keyz=3;biao=1;break; } key=0xf0; switch(key){ case0x70:keyz=keyz;biao=1;break; case0xb0:keyz=keyz+4;biao=1;break; case0xd0:keyz=keyz+8;biao=1;break; case0xe0:keyz=keyz+12;biao=1;break; } } } while((a<50)&&(key!=0xf0)){a++;delay(10000);} }}

第5章PROTEUS软件仿真在计算机中打开PROTEUS软件,建立新的项目,在元件库中选择相应的元件,放在编辑窗口中,依次连线,组成仿真原理图。在用Protues进行仿真之前,先要用keil软件将我们编写好的C语言程序编译。具体方法是在keil中先新建一项目,之后输入编写的程序,输入完成后保存然后执行项目、编译,在目标文件夹内生成编译好的程序文件,其中*.hex文件就是我们所需要的,在之后电路设计好后用于放入AT89S51中执行其功能。检查连接好的电路,确保无误后,下载到电路连接好的PROTEUS中AT89S52中。点击仿真键进行仿真,在仿真过程中点击矩阵按键。矩阵按键说明：K0-Kb：数字密码输入区，ENTER:确认按钮DELETE:删除一位数字密码，CLEAR:删除所有数字密码，LOCK:锁定输入密码，密码正确后显示屏显示“OK”,LED灯会亮，LCD液晶屏显示OK，密码锁打开；密码输入错误后，LED灯不亮，蜂鸣器发出蜂鸣声2秒，液晶显示屏显示“ON”：当连续输错3次密码后密码锁键盘被锁死。观察LED灯，数码管，蜂鸣器以及液晶显示屏的工作情况,看是否符合设计的要求。图6

总结本次的基于密码锁的课程设计，在设计的过程中我们主要做了最小相位系统的搭建，显示电路，报警电路，矩阵键盘以及液晶显示屏的设计。还有驱动硬件电路工作的程序编写。通过这次课程设计使我们对52单片机的结构组成，引脚排列有了更加深刻的印象，同时也对单片机的工作原理有了不同的理解，我们了解到软硬件结合解决实际问题的一些方法。给予了我们对待解决现实问题的一些思路，特别是矩阵按键识别的原理，和适用场合，还有学会了巧妙的运用蜂鸣器，数码管，液晶显示屏等，能够使使用者的体验更加的流畅惬意。本设计最终的电子密码锁成品具有以下功能：（1）当通过4*3矩阵键盘输入正确密码时，密码锁正常开锁，同时显示屏出现相应的显示信息。（2）当输入密码不正确时，不能开锁，蜂鸣器报警，同时显示屏出现相应显示信息。（3）本设计系统中，密码锁的密码可以通过矩阵键盘更改，但只有在输入原始密码正确的前提下方可设置新密码，同时显示器的显示屏出现相应显示信息。在这次课程设计中，从定下课题、查阅资料，到着手制作、修改完善，每一步都令我受益匪浅，不仅巩固了大学期间学到的知识，又增加了许多工程实践经验。纸上得来终觉浅，很多时候，不亲手去做一件事，就无法真正了解其中的关键、困难，多多实践动手，才能理论联系实际，增强自身能力.，将书本上的知识有了更进一步的深化和认识。做到了软硬件的完美结合。在这次的课程设计中，我们三个人互相帮助，互相学习，通力合作，完美的完成了本次的课程设计。这不仅仅是我们知识的拓展，而且是锻炼我们合作能力的一次重要的机会。积累的宝贵经验为我们以后的学习打下了一个良好的基础。

致谢课程设计即将完成之际，我借此机会向我的老师、同学以及朋友们致以深切的感谢!首先，我要感谢我的导师，整篇设计写作过程中，给予了我最大的指导与帮助，对我在课程设计写作过程中提出的疑问进行解答，提供思路与方法，使我有了明确的写作方向，在此我要向他表示最衷心的感谢!其次，我要感谢我的其他老师和同学，在学习时光里，老师们为我授业解惑，使我的思想与知识得到成长与积累，为我的写作打下了坚实的基础。同学们也在我需要帮助的时候给予了我关心与鼓励，生活上给予了我极大的照顾，大家之间互帮互助，给我留下了深刻的印象，使我有了一个良好的生活环境与学习氛围，为了课程设计的完成提供了良好的条件。在此，我一并向他们表示感谢!最后，我还要借此机会感谢我的朋友和家人们，正是有他们在背后默默的支持，我才能得以顺利完成，在此我向他们表示深深的感谢!

参考文献：[1]余发山.单片机原理及应用技术.徐州:中国矿业大学出版社,2003.[2]佟云峰,等.单片机原理及其应用.重庆:重庆大学出版社,2004,1.[3]吴金戌,等.8051单片机实践与应用.北京:清华大学出版社,2001,8.[4]刘瑞新.单片机原理及应用教程.北京:机械工业出版社,2005.[5]聂毅.宏汇编语言程序设计教程.北京:电子工业出版社,1998.[6]周航慈.单片机应用程序设计技术.北京:北京航空航天大学出版社,2002.

附录#include<reg52.h>typedefunsignedcharu8;typedefunsignedintu16;//sbit特殊功能位声明：声明某特殊功能寄存器中的一位#definekeyP1 //按键io口sbitfen=P3^0; //蜂鸣器io口sbitrs=P3^1;//LCD控制口sbitrw=P3^2;sbite=P3^3;sbitled=P3^4;//LED灯io口//bit位变量声明：定义一个位变量的值u8keyz=17,j=0,biao1=0;a=10,b=10,c=10,d=10,s=0;bitbiao=0;bitmode=1;u16zh;u8shu[]={0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0c,0x0d,0x0e,0x0f};u8zi[]={"lnputpassword:"};u8num[]={"0123456789ABCDEF"};voiddelay(u16i){ while(i--); }/*蜂鸣器*/voidFen(u8a,b)//蜂鸣器发声函数{ u8i,j; for(i=0;i<a;i++) { for(j=0;j<100;j++) {fen=~fen;delay(b);} }}/*LCD*/voidwritecom(u8com){ //LCD写指令 rs=0; rw=0; e=0; P0=com; delay(5); e=1; e=0;}voidwritedat(u8dat){ //LCD写数据 rs=1; rw=0; e=0; P0=dat; delay(5); e=1; e=0;}voidinitlcd(){ //LCD初始化函数 writecom(0x38);//显示模式设置 writecom(0x0c); writecom(0x06); }voidxian(){ //LCD显示数字函数writedat(num[keyz]); if(a==10){a=keyz;} //对abcd，四位数的单独赋值 elseif(b==10){b=keyz;} elseif(c==10){c=keyz;} else{d=keyz;} if(j!=3){j++;}biao=0;}/*键盘*/voidKey(){u8a=0; //矩形式键盘函数 if(mode){ if((key!=0x0f)) {delay(1000); if((key!=0x0f)){ key=0x0f; switch(key){ case0x07:keyz=0;biao=1;break; case0x0b:keyz=1;biao=1;break; case0x0d:keyz=2;biao=1;break; case0x0e:keyz=3;biao=1;break; } key=0xf0; switch(key){ case0x70:keyz=keyz;biao=1;break; case0xb0:keyz=keyz+4;biao=1;break; case0xd0:keyz=keyz+8;biao=1;break; case0xe0:keyz=keyz+12;biao=1;break; } } } while((a<50)&&(key!=0xf0)){a++;delay(10000);} }} voidshi(){u8i; //按键值判断函数 if(biao&&keyz!=15){//判断标志位biao是否为1，为1则有按键操作并且按键的值不等于15 if(mode){ writecom(0x80+0x40+j); //数字显示位置进行累加操作 if(j<0){j=0;} //数字显示位置边界 switch(keyz){ //switch判断按键并执行对应操作 case0:xian();break; case1:xian();break; case2:xian();break; case3:xian();break; case4:xian();break; case5:xian();break; case6:xian();break; case7:xian();break; case8:xian();break; case9:xian();break; case10:writedat(num[keyz]); j++;biao=0;break; case11:writedat(num[keyz]); j++;biao=0;break; case12: biao1=0; //重置标志位biao1,上锁 biao=0;break; case13:writecom(0x01); delay(1000); //全屏清除 for(i=0;i<sizeof(zi);i++){ writecom(0x80+i); writedat(zi[i]); } j=0;biao=0;break; case14: //对当前数字位删除的操作 writedat(''); j--; writecom(0x80+0x40+j);writedat(''); biao=0;break; case15://确定按键 if(s<=3) { j++;biao=0;break; } } } } if(keyz==15){ //判断按键值如果等于15，便视为按下确定键 writecom(0x01);delay(1000); zh=a*1000+b*100+c*10+d; //将ABCD，四位数合并并进行判断是否为正确密码 if(zh==1234){//设密码为1234 j=0; s=0; biao1=1; //将biao1标志位置1便为密码正确 keyz=17; //使按键值跳出最