基于STC89C52单片机的电子密码锁(完整版)-附-仿真图-原理图.doc
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1、目录1绪论11.1本设计的研究背景与研究目的11.2国内外研究现状22电子密码锁的总体设计方案32.1方案论证32.1.1方案一采用单片机控制方案32.1.2方案二采用数字电路控制方案42.1.3方案三采用EDA控制方案52.2方案比拟以及可行性53电子密码锁硬件电路的设计63.1中央控制模块的设计63.1.1主控芯片STC89C52单片机的简介63.1.2时钟电路的设计73.1.3复位电路的设计83.2键盘输入模块的设计93.2.1矩阵键盘工作原理93.2.2单片机键盘扫描法103.3LCD显示密码模块的设计103.3.1LCD1602简介113.3.2LCD1602液晶显示模块与单片机连接
2、电路123.4开锁模块的设计133.5报警模块的设计133.6硬件电路总体设计144电子密码锁的软件设计154.1主程序流程介绍154.2键盘模块流程图164.3显示模块流程图184.4修改密码流程图194.5开锁和报警模块流程图205电子密码锁的系统调试及分析225.1硬件电路调试及结果分析225.2软件调试及功能分析225.2.1调试过程225.2.2仿真结果分析245.3系统调试266结论及展望286.1结论286.2展望28谢辞29参考文献30附录32附1局部代码32附2总电路图40仅供学习参考电子密码锁的设计与制作1绪论1.1本设计的研究背景与研究目的随着人们生活水平的提高和社会科技
3、的进步,锁已开展到了密码锁、磁性锁、电子锁、激光锁、声控锁等等。在传统钥匙的根底上,加了一组或多组密码,不同声音,不同磁场,不同声波,不同光束光波,不同图像。如指纹、眼底视网膜等来控制锁的开启。从而大大提高了锁的平安性,使不法之徒无从下手,人们也就能对自身财产平安有了更多的保障。因此电子密码防盗锁作为防盗卫士的作用日趋重要,而如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出,传统的机械锁由于其构造的简单,被撬的事件屡见不鲜,而电子密码防盗锁用密码代替钥匙,不但省去了佩戴钥匙的烦恼,也从根本上解决了普通门锁保密性差的缺点。当今平安信息系统应用越来越广泛,特别在保护机密、维护隐私和财产保护方面起到重大作用
4、,而基于电子密码锁的平安系统是其中的组成局部,因此研究它具有重大的现实意义。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机,和计算机相比,单片机只缺少了I/O设备。概括的讲,一块芯片就成了一台计算机。随着电子技术和计算机技术的飞速开展,单片机性能不断完善,性价比显著提高,技术日趋完善。由于单片机具有体积小、重量轻、价格廉价、功耗低、控制功能强及运算速度快等特点,因而在国民经济建设、军事及家用电器等各个领域均得到了广泛的应用。它主要是作为控制局部的核心部件。它是一种在线式实时控制计算机,在线式就是现场控制,需要的是有较强的抗干
5、扰能力,较低的本钱,这也是和离线式计算机的比方家用PC的主要区别。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成。因为它体积小,通常都藏在被控机械的“肚子里。它在整个装置中,起着有如人类头脑的作用,它出了毛病,整个装置就瘫痪了。本设计利用单片机及附加器件实现数据传送和控制算法,来完成某一实际功能,检验并提高同学对整体电路设计和把握能力,了解单片机系统设计流程,以及电路板的实际制作和调试能力。同时也加强对数字电路、单片机和微机原理等课程知识的实际应用能力,也为同类产品的进一步开展奠定理论和实践根底。1.2国内外研究现状随着人们对平安的重视和科技的开展,许多电子智能锁已在国内外相继面世。但是这些
6、产品的特点是针对特定的指纹和有效卡,只能适用于保密要求的箱、柜、门等。而且指纹识别器,假设在公共场所使用存在容易机械损坏,IC卡还存在容易丧失、损坏等特点。加上其本钱较高,一定程度上限制了这类产品的普及和推广。电子锁,由于其保密性高,使用灵活性好,平安系数高,受到了广阔用户的欢送。鉴于目前的技术水平与市场的接收程度,电子密码锁是这类电子防盗产品的主流。目前,在西方兴旺国家,电子密码锁的技术相对先进,种类齐全,电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中,通过多种更加平安,更加可靠的技术实现大门的管理。在我国电子锁整体水平尚处于国际上70年代左右,电子密码锁的本钱还很高,市场上仍以按键电子锁为主,按键
7、式和卡片钥匙式电子锁已引进国际先进水平,现国内有几个厂生产供给市场。但国内自行研制开发的电子锁,其市场结构尚未形成,应用还不广泛。国内的不少企业也引进了世界上先进的技术,开展前景非常可观。2电子密码锁的总体设计方案2.1方案论证2.1.1方案一采用单片机控制方案选用单片机STC89C52 作为本设计的核心元件,利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口,及其控制的准确性,实现根本的密码锁功能。在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制,外接LCD显示器用于显示作用。框图如下列图2.1所示。复位电路振荡电路键盘电路开锁电路AT9C 51单片机报警电路显示电路 图2.1 系统框图1
8、)中央控制局部采用 STCT89C52 单片机,该型单片机有 8KB 的 ROM, 512B 的 RAM,5个中断源, 3个16 位定时器/计数器。 2)显示局部采用1602LCD显示屏组成显示电路来提示信息。当输入密码时,只显示*,当密码位数输入完毕按下确认键之后,对输入的密码进行比拟,正确就发出叮当声,同时门翻开;假设密码输入不正确时显示错误,并计次录数,当次数超过三次就触动蜂鸣器发出报警声。3)键盘输入局部本设计所采用键盘为44行列式。每一条水平线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 4 条行线和 4条列线,即可组成44个按键的键盘。在行线
9、所接的单片机4个I/O 口作为输出端,而列线所接的I/O口那么作为输入端。当按键没有被按下时所有的输出端都是高电平,代表无键按下。一旦有键按下,那么输入线就会被拉低,这样通过读入输入线的状态就可知是否有键按下。按键功能分配分为数字键和功能键,数字键主要是用于密码输入,功能键主要是用于修改密码、确认密码、删除密码等。4) 报警电路局部当输入密码错误超过3次,就会触动报警电路中蜂鸣器。5开锁电路局部用发光二极管代替开锁的电路,发光表示开锁。2.1.2方案二采用数字电路控制方案用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路作为密码锁的核心控制,共设了9个用户输入键,其中只有4个是有效的密码按键,其
10、它的都是干扰按键,假设按下干扰键,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;如果用户输入密码的时间超过10秒一般情况下,用户不会超过10秒,假设用户觉得不便,还可以修改电路将报警20秒,假设电路连续报警三次,电路将锁定键盘2分钟,防止他人的非法操作。电路由两大局部组成:密码锁电路和备用电源(UPS),其中设置UPS电源是为了防止因为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。电路框图如图2.2所示。密码修改电路键盘输入电路报警电路开锁电路执行电路密码校验电路图2.2 密码锁电路2.1.
11、3方案三采用EDA控制方案1整体结构设计电子密码锁包括键盘控制、 密码设置和报警提示三大功能模块。2硬件描述语言VHDL描述电路首先在适宜的路径下建立本设计的文件夹。 然后用VHDL语言编辑。最后仿真测试及编程下载配置。 2.2方案比拟以及可行性方案一采用基于单片机实现的电子密码锁,其中硬件电路设计具有按键有效提示、输入错误提示、控制开锁电平、控制报警电路、修改密码电路等多种功能。密码锁内部的单片机是核心处理设备,单片机有体积小、质量轻、价格廉价诸多优点。单片机软件局部软件的设计主要是 51 单片机的程序编写且单片机是靠程序运行的,如果需要修改只需要修改程序,不需要将整个硬件电路做整修,这不仅
12、以节约资源而且可以节约时间,提高工作效率。因为通过不同的程序可以实现不同的功能,尤其是特殊的独特的一些功能。这是别的器件需要费很大力气才能做到的,有些那么是花大力气也很难做到的,但是单片机却可以轻松解决。通过编写的程序可以实现高智能,高效率,以及高可靠性,比起数电中逻辑器件这个优点显而易见,因此方案一比方案二适宜。比照方案三,虽然都可通过编程来实现各种功能,但是单片机是软件编程,而EDA技术是在软件平台下,用硬件描述语言VHDL来实现的。设计者在EDA软件平台上,用硬件描述语言VHDL完成设计文件。对于我个人来说,EDA方面的知识有限,不太会运用,因此我个人不选择这个方案。综上,本次设计最优选
13、择为方案一即采用AT89C51为核心的单片机控制,其方案的可行性如下:n 单片机价格实惠,因而毕业设计本钱不高。n 单片机型号、种类多,在市场上容易购置。n 电路的安装和调试都比拟容易方便,比拟易于实现。 3电子密码锁硬件电路的设计本设计主要由中央控制模块、键盘输入模块、LCD显示密码模块、开锁电路模块、蜂鸣器报警电路模块五大模块组成。3.1中央控制模块的设计中央控制主要由STC89C52单片机构成,辅以复位电路和时钟电路。3.1.1主控芯片STC89C52单片机的简介1STC89C52单片机的主要特性如下: 1) 增强型 8051 单片机,6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可以任意选
14、择,指令代码完全兼容传统 8051。 2) 用户应用程序空间为 8K 字节,片上集成 512 字节 RAM 。3) 通用 I/O 口32个,P1/P2/P3/P4 是准双向口/电阻上拉, P0 口是漏极开路输出,作为总线扩展用时,不用加上拉电阻,作为 I/O 口用时,需加上拉电阻。 2STC89C52RC 引脚功能说明:1) VCC40 引脚:电源电压 2) VSS20 引脚:接地 3) P0 端口P0.0P0.7,3932 引脚 :P0 口是一个漏极开路的 8 位双向 I/O 口。作为输出端口,每个引脚能驱动8个TTL 负载,对端口 P0 写入每个引脚能驱动 写入“1”时,可 以作为高阻抗输
15、入。4) P1 端口P1.0P1.7,18 引脚 :P1 口是一个内部带上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P1 口作输入口使用时,因为有内部上拉电阻,那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。 5) P2 端口P2.0P2.7,2128 引脚 :P2 口是一个内部带上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。P2 作为输入口使用时,因为有内部的上拉电阻,那些被外部信号拉低的引脚会 输出一个电流I。6) P3 端口P3.0P3.7,1017 引脚 :P3 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。7) RST9 引脚 :复位输入,当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效, 用来完成单片机的复位初
16、始化操作。8) ALE/ ROG 30 引脚 地址锁存控制信号 :ALE 是访问外部程序存储器时, 锁存低 8 位地址的输出脉冲。 图3.1 STC单片机管脚图3.1.2时钟电路的设计时钟信号用来提供单片机片内的各种微操作的时间基准,时钟信号通常用两种电路形式得到:内部振荡和外部振荡。MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器,引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大电器的输入端和输出端,由于采用内部方式时,电路简单,所得的时钟信号比拟稳定,实际使用中常采用这种方式,如图2-2所示在其外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器就构成了内部振荡方式,片内高增益反向放大器与作为反应元件
17、的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。图3.1.2中外接晶体以及电容C2和C3构成并联谐振电路,它们起稳定振荡频率、快速起振的作用,其值为30pF左右,晶振频率选11.0592MHz ,其连接电路如图3.2所示。图3.2 晶振电路3.1.3复位电路的设计单片机在启动时都需要复位,以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态,并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时,且振荡器稳定后,如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上,那么CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的
18、复位方式有:手动按钮复位和上电复位,其连接电路如图3.3所示。 1手动按钮复位 手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上参加高电平图1。一般采用的方法是在RST端和正电源VCC之间接一个按钮。当人为按下按钮时,那么VCC的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒,所以,完全能够满足复位的时间要求。 2上电复位 上电复位电路只要在RST复位输入引脚上接电容至VCC端,下接一个电阻到地即可。对于CMOS型单片机,由于在RST内部有一个下拉电阻,故可将外部电阻去掉,而将外接电容减至1?F。上电复位的工作过程是在加电时,复位电路通过电 容加
19、给RST端一个短暂的高电平信号,此高电平信号随着VCC对电容的充电过程而逐渐回落,即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为了保证系统能够可靠地复位,RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时,VCC的上升时间约为10ms,而起振荡器的起时间取决于振荡频率,如晶振频率为10MHz,起振时间为1ms;晶振频率为1MHz,起振时间那么为10ms。在图2的复位电路中,当VCC掉电时,必然会使RST端电压迅速下降到0V以下,但是,由于内部电路的限制作用,这个负电压将不会对器件产生损害。另外,在复位期间,端口引脚处于随机状态,复位后,系统将端口置为全“l态。如果系统在上电时得不到有效的复位
20、,那么程序计数器PC将得不到一个适宜的初值,因此,CPU可能会从一个未被定义的位置开始执行程序。 图3.3 手动按钮复位电路3.2键盘输入模块的设计3.2.1矩阵键盘工作原理矩阵键盘又称为行列式键盘,它是用4条I/O线作为行线,4条I/O线作为列线,组成键盘的。在行线和列线的每一个交叉点上,设置一个按键。这样键盘中按键的个数是44个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。行列式键盘的工作方式是先利用列线发送扫描字,然后读取行线的状态,查看是否有按键按下。键盘局部提供一种扫描的工作方式能对键盘不断扫描、自动消抖、自动识别按下的键,并给出编码。在显示局部,它可以为发光二极管
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