2022年课程设计方案格式参考单片机课程设计方案电子密码锁报告.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用课程设计说明书题 目： _电子密码锁设计专 业：机械工程及自动化班 级：学 号：指导老师：职 称：完成日期：名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 摘个人资料整理仅限学习使用要本系统由单片机系统、矩阵键盘、LED显示和报警系统组成；系统能完成开锁、超时报警、超次锁定、治理员解密、修改用户密码基本的密码锁的功能；除上述基本的密 码锁功能外,仍具有调电储备、声光提示等功能,依据实际的情形仍可以添加遥控功 能；本系统成本低廉,功能有用；关键词： AT8

2、9S51,AT24C02, 电子密码锁,矩阵键盘一、设计概述设计任务依据设定好的密码,采纳按键实现位密码的输入功能,当用户输入的密码正确而且 是在规定的时间 一般用户要求在 12s 内输入正确的密码,治理员要求在 5s 输入正确的密 码）当,锁就打开,假如输入的三次的密码不正确,就发出报警声；假如用户输入密码的时间超过 40 秒,电路将报警 80 秒,如电路连续报警三次,电路将锁定键盘 防止他人的非法操作；5 分钟,电路原理图VC C盘 键 阵 矩RESET1MC U 模块电源 接口VC CC5C4U1AT 89S 51VC C40VC C1000uF/25V VC C2储备 器选 择接 口G

3、N DP1 .0239P1 .1P0 .013380.1 uFP1 .2P0 .1437P1 .3P0 .2536P1 .4P0 .3635P1 .5/MOSIP0 .4734P1 .6/MISOP0 .5833P1 .7/SC KP0 .6EA /VPGN D932RE STP0 .7R/T /LE DDA TA1031EA /VP3 2EA /VPR10P3 .0/RXDEA /VPPWR1WR1130AL E/PP3 .1/TXDAL E/PROGCS1229PS EN2P3 .2/INT0PS EN11328GN DDATA3P3 .3/INT1P2 .7VC C1427SCL4P3

4、.4/T0P2 .61526P3 .5/T1P2 .51625SD A数码 管接 口P3 .6/WRP2 .41724DL QI1P3 .7/RDP2 .3C31823DL QI2VC CXT AL2P2 .21922SPEAKXT AL1P2 .1CRY2021DSGN DP2 .0串行 储备模块C26M Hz33 PF33PFR8GN DVC CU45.1 k5.1 k1NCVC C8SCLS527NCWP36NCSC L45SD AR7C1GN DSD AGN DAT 24C 02A22uFRESET20 0R1电源 电路及 其UPS 电路1K复位 电路GN D名师归纳总结 - - -

5、- - - -第 2 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用设计本课题时构思了两种方案：一种是用以 AT89s51为核心的单片机掌握方案；另 一种是用以 74LS112双 JK触发器构成的数字规律电路掌握方案；考虑到数字电路方案原理过于简洁,而且不能满意现在的安全需求,所以本文采纳前一种方案；二、方案论证与比较方案一：采纳数字电路掌握；其原理方框图如图 11 所示；图 2 1 数字密码锁电路方案采纳数字密码锁电路的好处就是设计简洁；用以74LS112双 JK触发器构成的数字逻辑电路作为密码锁的核心掌握,共设了 9 个用户输入键,其中只有 4

6、 个是有效的密码按键,其它的都是干扰按键,如按下干扰键,键盘输入电路自动清零,原先输入的密码无效,需要重新输入；假如用户输入密码的时间超过 40 秒,其中设置 UPS电源是为了防止由于停电造成的密码锁电路失效,使用户免遭麻烦；密码锁电路包含：键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电 路、键盘输入次数锁定电路；方案二：采纳一种是用以 AT89S51为核心的单片机掌握方案；利用单片机警活的编程设 计和丰富的 IO 端口,及其掌握的精确性,不但能实现基本的密码锁功能,仍能添加调电 储备、声光提示甚至添加遥控掌握功能；其原理如下列图；矩阵 输入错误锁定键盘键盘掌握89S51 延时报警掌

7、握电路单片机名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - AT24C02掉电储备个人资料整理仅限学习使用开锁掌握电路串口显示电路 指示电路通过比较以上两种方案,单片机方案有较大的活动空间,不但能实现所要求的功能而且 能在很大的程度上扩展功能,而且仍可以便利的对系统进行升级,所以我们采纳后一种方案；三、电路的功能单元设计1开锁机构 通过单片机送给开锁执行机构,电路驱动电磁锁吸合,从而达到开锁的目的；其原 理如图 21 所示；返回单片机微控密码正N 电 磁 锁制器确？Y 开锁驱动电路图 31 密码锁开锁机构示意图当用户输入的密码正

8、确而且是在规定的时间一般用户要求在 12s 内输入正确的密码,治理员要求在 5s 输入正确的密码）输入的话,单片机便输出开门信号,送到开锁驱动电路,然后驱动电磁锁,达到开门的目的；其实际电路如图 32 所示；电路驱动和开锁两级组成；由 D5、R1、T10组成驱动电路,其中 T10可以挑选一般的小功率三极管如 9014、9018 都可以满意要求； D5 作为开锁的提示；由 D6、C24、T11组成；其中 D6、C24是为了排除电磁锁可能产生的反向高电压以及可能产生的电磁干扰； T11 可选用中功率的三极管如 够且由肯定的余量；8050,电磁锁的选用要视情形而定,但是吸合力要足在本次设计中,基于节

9、约材料的原就,临时用发光二极管代替电磁锁,发光管亮,表示开锁；灭,表示没有开锁；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用VCCD5R13.3KT10D6C24电磁锁T11 来自微掌握器信号GND图 32 密码锁开锁机构电路图 2按键电路设计 由于设计要求使用矩阵键盘,所以本设计就采纳行列式键盘,同时也能削减键盘与 单片机接口时所占用的 I/O 线的数目,在按键比较多的时候,通常采纳这样方法；其原理 如图 33 所示；5.1K X 4 D10 D9 89s51 D8 VCC D7 D6 D5 D4

10、 D3 D2 5.1K X 4 D1 D0 图 3 3 行列式键盘原理电路图 每一条水平 行线）与垂直线 列线）的交叉处不相通,而是通过一个按键来连通,利用这种行列式矩阵结构只需要N 条行线和 M 条列线,即可组成具有N M 个按键的键盘；在这种行列式矩阵键盘非键盘编码的单片机系统中,键盘处理程序第一执行等待按键并 确认有无按键按下的程序段；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用当确认有按键按下后,下一步就要识别哪一个按键按下；对键的识别通常有两种方法：一种是常用的逐行扫描查询法；另一种是速度

11、较快的线反转法；对比图 23 所示的 44 键盘,说明线反转个工作原理；第一辨别键盘中有无键按下,有单片机I/O 口向键盘送全扫描字,然后读入行线状态来判断；方法是：向行线输出全扫描字 00H,把全部列线置为低电平,然后将列线的电平状态读入累加器 A 中；假如有按键按下,总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为 1；判定键盘中哪一个键被按下使通过将列线逐列置低电平后,检查行输入状态来实现的；方法是：依次给列线送低电平,然后查全部行线状态,假如全为 1,就所按下的键不在此列；假如不全为 1,就所按下的键必在此列,而且是在与零电平行线相交的交点上的那个键；按键的操作面板如下列图；共计数字键和

12、一个蜂鸣器；L1 L2 L3 F1 F2 F3 F4 8 9 6 7 2 3 4 6 EN CLR 0 1 10 个,功能键 6 个；键盘上仍有 3 个指示灯图 34 按键操作面板示意图10 个数字键用来输入密码,另外 6 个功能键分别是： CLR、EN、F1、F2、F3、F4；其中 CLR键的功能是当输入密码错误的时候,清除前面已经输入的数据,重新输入；EN键的功能是确认输入的密码；F1 是治理模式切换键,当用户不当心三次输入密码都没有正确,键盘被锁定,这个时候就可以启动治理模式,使用治理员的密码来开门；F2是用来 进入修改密码的状态； F3 用来关闭显示器,一来可以节约电量,另外也可以防止

13、不法分 子偷窥密码； F4 用来作电铃；上面的 3 个指示灯 L1、L2、L3 是用来指示操作的状态：L1锁定及输入指示状态灯,正常的情形下显示红色,当键盘动作的时候,L1 灯开头闪动,当键盘处于锁定状态时,指示灯也显示红色； L2 开门指示灯,当用户在规定的时间内正确的输入了密码,此灯转变为绿色,表示开门,否就不显示；L3 是治理员状态指示灯,当按下F1 后,指示灯自动点亮；面板上仍有一个蜂鸣器,其中一个功能是用来指示操作的按键是否在胜利的按下；另外一个功能是当用户输入密码错误的次数超过了 3显示电路设计3 次,鸣笛以示报警；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 21 页精

14、选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用本系统设计的显示电路是为了给使用者以提示而设置的；考虑到为了节约单片机的口资源,本系统的显示采纳串行显示的方式,只使用单片机的两个串行口,就可以完成单片机的显示功能,显示电路的电路原理图如图 35 所示；电路设定：当程序检测在5 分钟内没有按键操作的时候,就关闭显示；这个功能使用程序来实现的,一旦没有按键动作就启动一个定时器,检测在 5 分钟内没有按键动作的时候,启动一个程序,关闭显示,这样可以达到节约电能的目的；从单片机串口输出的信号先送到左边的移位寄存器74HC164）,由于移位脉冲的作用,使数据向右移,达到显示的目

15、的；移位寄存器 74HC164仍兼作数码管的驱动,插头 1header1）接电源,插头 2,芯片内的资料可以在断电的 情形下储存 40 年以上,而且采纳 8 脚的 DIP封装,使用便利；其电路如下列图；VCC串行储备模块GND1U4VCC8R8R10接P2.65.1k5.1kNC27NCWP36NCSCL45GNDSDAAT2 4C02A接P2.5图 3 7 掉电储备电路原理图名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图中 R8、R10 是上拉电阻,其作用是削减 AT24C02的静态功耗,由于 A

16、T24C02的数据线和地址线是复用的,采纳串口的方式传送数据,所以只用两根线 SCL移位脉冲）和SDA数据 /地址）与单片机传送数据；每当设定一次单价,系统就自动调用储备程序,将单价信息储存在芯片内；当系统重新上电的时候,自动调用读储备器程序,将储备器内的单价等信息,读到缓存单元中,供主程序使用；5密码锁的电源电路设计 为了防止停电情形的发生,本电路后备了UPS电源,它包括市电供电电路,停电检测电路,电子开关心换电路,蓄电池充电电路和蓄电池组成；电源电路图如图38所示；7805R112 3D3D21KJP2JP11 22 1D4D1D5C2C3C10.133003300图 3 8 市电供电电路

17、220V 市电通过变压器降压成12V 的沟通电 ,再经过整流桥整流 ,7805 稳压到 5V 送往电子切换电路,由于本电路功耗较少,所以选用 10W 的小型变压器；由 R8,R9,R6,R7及 IC14构成电压比较器,正常情形下,V+V- IC14输出高电平,由 T3,T4 构成的达林顿管使继电器 J 开启,将其常开触电将蓄电池和电路相连,实现市电和蓄电池供电的切换,保证电子密码锁的正常工作主程序模块主程序主要完成初始化、设置中断向量、检查有无按键按下、以及调用显示等等；主程序的流程图如下所示；2键盘扫描及识别子程序键盘采纳查询的方式,放在主程序中,当没有按键按下的时候,单片机循环主程序,一旦

18、有按键按下,便转向相应的子程序处理,处理终止再返回；其程序流程如下列图 .3调电储备服务程序当比较密码的时候,需要读 AT24C02程序,将储备在芯片内的数据读到 RAM 中,然后和输入的密码相比较；当修改密码的时候,需要把输入的密码储存到 AT24C02中,其程序流程如下列图 .4显示子程序 由于是分屏显示数据,所以就要用到5 个显示子程序,分别是：关闭状态显示子程序DIS_A）、开锁状态显示子程序 、密码 3 次后的锁定输入错误后的提示子程序DIS_D；密码在规定的时间内输入错误次数超过状态显示子程序 DIS_E.2. 程序流程图名师归纳总结 3 次？调用显示开门锁定N 按 F2 退出开头

19、图 41 主程序流程图 图 42 修改密码流程图图 3-11 密码锁中断服务程序流程图）单片机资源的安排与变量的定义：密码的输入与判定需要定义 4 个变量；原始密码储备在数组 init_val6 中；键盘输入的密码储备在数据 show_val6中,变量 key_index 的值表示当前按键是六位密码中的哪一位,每输入一个密码数字该变量增一；密码输入错误的次数暂存在变量 error_num 中；计时功能需要 5 个变量；模式变量 cnt_state 储备计时属于什么状态,0 表示待机计时, 1 表示密码正确的计时, 2 表示密码错误 3 次的计时；三个变量cnt_val_15s,cnt_val_

20、5s, cnt_val_4s）分别实现待机、密码正确和密码错误 3 次后的计时工作；定时器 T1 每 250ms 产生一次中断,变量 T1_cnt 记录定时器溢出中断的次数,当记录到 4000 时表示计时 1 秒；）设计系统软件调试方案、硬件调试方案及软硬件联合调试方案软件调试方案：伟福软件中,在“文件 新建文件 ”中,新建 C语言源程序文件,编写相应的程序；在 “文件 新建工程 ”的菜单中,新建工程并将 C语言源程序文件包括在工程文件中；在 “工程 编译 ”菜单中将 C源文件编译,检查语法错误及规律错误；在编译胜利后,产生以 “ *.hex ”和“ *.bin ” 后缀的目标文件；硬件调试方

21、案：在设计平台中,将单片机的P1.0-P1.7分别与 8 个独立式键盘通过插线连接起来,将 P3.0-P3.3分别与 4 个发光二极管连接起来,P3.4与蜂鸣器的输入连接起来；名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用在伟福中将程序文件编译成目标文件后,将下载线安装在试验平台的下载线接口 上,运行 “ MCU下载程序 ”,挑选相应的 flash 数据文件,点击 “编程”按钮,将程序文件下 载到单片机的 Flash 中；然后,上电重新启动单片机,检查所编写的程序是否达到题目的要求,是否全面完整地完

22、成试卷的内容；/延时 while-i； /- 清除输入内容 - void init_variant unsigned char i；名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用fori=0；i show_vali=10； /led_seg_code10=0x00 表示数码管不显示任何内容 key_index=0； /没有任何输入或清除全部输入时,储存当前键的位置 /- 按键扫描 - unsigned char scan_key unsigned char i,k； i=P1； if i=0xff

23、& cnt_state.=2 k=255； /无键按下 else /有键按下 delay500； / 延时去抖动 ifi.=P1 k=255； else TR1=1； / 有键按下就开定时器,启动待机计时 cnt_val_5s=0； switch i case 0xfe: k=0； break； case 0xfd: k=1； break； case 0xfb: k=2； break； case 0xf7: k=3； break； case 0xef: k=4； break； case 0xdf: k=5； break； case 0xbf: k=6； break； case 0x7f: k=

24、7； break； return k； /- 数码管显示 - void led_show P0=led_seg_codeshow_val0；P2=0xdf；delay500；P0=led_seg_codeshow_val1；P2=0xef；delay500；P0=led_seg_codeshow_val2；P2=0xf7；delay500；P0=led_seg_codeshow_val3；P2=0xfb；名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用delay500；P0=led_seg_codes

25、how_val4；P2=0xfd；delay500；P0=led_seg_codeshow_val5；P2=0xfe；delay500； /- 定时器 T1 中断服务程序 - void timer1 interrupt 3 /T1 中断 T1_cnt+；ifT1_cnt3999 /假如计数 3999, 计时 1s T1_cnt=0； switch cnt_state case 0: /待机,需要计时 5s ifcnt_val_5s cnt_val_5s+； else cnt_val_5s=0； init_variant；/ 待机计时到 5 秒时,清除输入的内容 TR1=0； /停止计时 bre

26、ak； case 1:/密码输入正确,需要计时 4s ifcnt_val_4s cnt_val_4s+； else cnt_val_4s=0； init_variant；/ 密码输入正确,计时到 open_lock=1； / 已开锁信号清零 relay_open=1； / 开锁信号清零 cnt_state=0； TR1=0； /停止计时 break； case 2: /密码输入错误 3 次,计时 15s ifcnt_val_15s cnt_val_15s+； else cnt_val_15s=0； init_variant；/ 三次密码错误时,计时 open_lock=1； / 清除全部指示和

27、报警 relay_open=1； alarm_out=1；4 秒时,清除输入的内容15 秒,清除输入的内容名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 pw_error=1； cnt_state=0； TR1=0； /停止计时 break； /- 判定键盘输入内容与密码是否一样- unsigned char check_input_pw unsigned char i,k；k=1；fori=0；i k=k & show_vali=init_vali； return k； /- 主程序 - main

28、 / 初始化各变量 audio_out=1；P3=0xff；cnt_val_15s=0；cnt_val_5s=0；cnt_val_4s=0；cnt_state=0；/0- 待机计时 5s 状态； 1-密码正确,计时 4s 状态 ；2-三次密码错误,处于计时 15 秒 状态；T1_cnt=0；error_num=0；key_val_old=255；init_variant；/ 初始化 51 的寄存器 TMOD=0x20； / 用 T1计时 8 位自动装载定时模式 TH1=0x19； /500 微秒溢出一次； 250=256-x*12/11.0592 - x=19 TL1=0x19；EA=1； /开中断 ET1=1；TR1=0； /开定时器 T1 while1 key_val=scan_key； / 按键输入,有键按下255； if key_val.=key_val_old key_val_old=key_val； if key_val.=255& cnt_state.=2 key_val为 0-7,无键按下 key_val 为