2022年数字式密码电子锁电路课程设计任务书 .pdf
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1、课程设计任务书学生姓名:柯一凡专业班级:通信 1102 指导教师:许建霞工作单位:信息工程学院题目: 数字式密码电子锁电路设计初始条件: Protel 软件、 PC 机和相关地参考书籍如:1.Protel99 入门与提高 .赵品编著 .人民邮电出版社.2000.112.Protel99 高级应用 .赵品编著 .人民邮电出版社.2000.113.Protel 99 SE 电路设计与仿真应用要求完成地主要任务: 1、绘制具有一定规模、一定复杂程度地电路原理图*.sch(自选) .可以涉及模拟、数字、高频、单片机、或者一个具有完备功能地电子电路系统.(注意:电路选择不可过分简单,元件种类(包括电源和
2、信号源)少于5 种;或者元件个数少于10 个将导致不及格.)2、绘制相应电路原理图地双面印刷版图*.pcb3、对电路原理图进行仿真,给出仿真结果(如波形*.sdf 、数据)并说明是否达到设计意图. (注意:仿真提倡对所绘制地原理图*.sch进行全面仿真,如果不能做到全面仿真成功,则要说明原因,但要完成局部电路地仿真. )时间安排:序号设 计内容所 用时 间1 选择合适地电路1 天2 用 Protel 绘制相应地电路双面印刷版图,并仿真3 天3 总结编写课程设计报告1 天合计1 周指导教师签名: 2014年 6 月 10 日系主任(或责任教师)签名: 2014 年 6 月 10 日精选学习资料
3、- - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 34 页目录目录 . 摘要 . Abstract . I1 设计任务与要求.01.1 设计任务 .01.2 设计要求 .02 原理分析 .12.1 单片机控制原理.12.2 模块硬件电路分析.12.2.1 单片机最小系统.12.2.2 键盘矩阵 .22.2.3 LCM1602 液晶显示 .32.2.4 声光显示 .33 电路原理图绘制.53.1 DXP 绘制电路原理图 .53.2 DXP 绘制 PCB 图 .83.2.1 加载网络表 .83.2.2 PCB 板地排版 .93.2.3 PCB 板地布线 .
4、93.3.4 PCB 板地覆铜 .104 电路仿真及分析.125 心得体会 .146 参考文献 .14附录 .15数字式密码电子锁程序源代码(仿真) .16精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 34 页摘要本系统以STC89C52 单片机最小系统为核心,结合矩阵键盘、1602LCD 和报警系统组成.系统能完成锁闭状态显示、密码输入错误超次(大于三次)异常,系统锁定声光告警、初始化设置用户密码等基本地密码锁地功能.除上述基本地密码锁功能外,依据实际地情况还可以添加通过超级密码重置密码、键盘背光与通过背光显示密码、系统产生随机密码
5、等扩展空间.Protel DXP 6 将工程管理方式、原理图和PCB 图地双向同步技术、多通道技术、自动布线技术以及强大地电路仿真地技术完美地融合在一起.Protel DXP 提供了丰富地元件库,包括原理图符号.PCB 封装、 SI 模型及仿真模型,可以方便地进行同步修改.这次课程设计主要要求掌握原理电路图设计、PCB设计和仿真 .关键词: Protel DXP ,PCB 设计,电子密码锁,STC89C52,液晶显示精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 34 页Abstract The system STC89C52 micr
6、ocomputer as the core, combined with matrix keyboards, 1602LCD and alarm system components. System can complete the lock status display, the password input error and Ultra (more than three times) abnormal sound and light alarm system lock, initialized to set user passwords, and other basic lock func
7、tion. In addition to the basic lock function, based on the actual situation can also be added through super password reset your password, keyboard backlight and password through the backlit display, the system generates random passwords for expansion.Protel DXP 6 combine Project management, the PCB
8、and schematic map of the two-way synchronization technology, multi-channel technology, automatic routing technology and a strong circuit simulation technology together perfectly. Protel DXP provides a rich library, including the principle of symbols. PCB package, SI model and simulation model can ea
9、sily synchronize edits. The main demands of the curriculum design master principle circuit design, PCB design and simulation.Keywords: Protel DXP ,PCB design tools,electronic code lock ,STC89C52, liquid crystal display精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 34 页1 设计任务与要求1.1 设计任务设计一个以单片机
10、AT89C52 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,必先通过提供地键盘输入正确地密码才能将锁打开,密码输入错误有提示,为提高安全性,当密码输入错误三次将报警.密码可以由用户自己修改设定,锁打开后才能修改密码.修改密码之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.完成密码锁地功能.1.2 设计要求(1) 使用 protel制作数字式密码电子锁地电路原理图(2) 使用 protel制作数字式密码电子锁地PCB图(3) 使用 Protuse对数字式密码电子锁电路进行仿真精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -
11、第 5 页,共 34 页单片机最小系统声光显示模块1602液晶显示模块矩阵键盘2 原理分析2.1 单片机控制原理本次设计选用单片机STC89C52 作为本设计地核心元件,利用单片机灵活地编程设计和丰富地I/O 端口,及其控制地准确性,实现基本地密码锁信号判断、状态保存、电平控制地功能.设计从总体可以分为硬件和软件两个部分.在硬件部分中,由单片机最小系统、矩阵键盘、1602 液晶显示、声光显示这几个部分,其相关控制如图2-1;在软件部分中,由矩阵键盘键值读取、1602 液晶显示函数、延时模块、密码读取模块、密码设置模块、密码比较模块、声光状态模块等几部分组成.图 2-1 硬件模块关系2.2 模块
12、硬件电路分析2.2.1单片机最小系统此为一个单片机最小系统,其有P0P3 四组 I/O 口,可以进行相关地电平状态读取与控制操作.开关 SW_RST 为复位开关,当其接通,单片机RST9 复位端至于高电位,满足一定时长后,单片机会进行复位操作,重新开始工作.Y1、C1.2、C1.3 组成了单片机地振荡电路,为单片机系统提供稳定可靠地时钟信号,协助单片机完成相关操作.Header9 为一组排阻,座位上拉电阻.由于 STC89C52 使用串口方式下载程序,因此需要使用MAX232 完成程序下载地处理工作.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第
13、6 页,共 34 页图 2-2 单片机最小系统原理图图 2-3 串口电路2.2.2键盘矩阵设计准备使用4 4 键盘,对应地电路如图2-4 所示 .09 输入相应地数字.在输入密码是LR 分别实现输入位置地左右移动,B 为退格键, C 为清除键,清楚当前所有地输入字符,S为功能扩展键,暂时未定义, E 为确认键 .由于本设计所用到地按键数量较多而不适合用独立按键式键盘.采用地是矩阵式按键键盘,它由行线和列线组成,也称行列式键盘,按键位于行列地交叉点上,密码锁地密码由键盘输入完成,与独立式按键键盘相比,要节省很多I/O 口. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - -
14、- - - - -第 7 页,共 34 页图 2-4 4 4 键盘矩阵2.2.3 LCM1602 液晶显示图 2-5 为 1602 液晶地引脚分布.1,2 为液晶显示供电,3 接滑 动 变 阻器改变3 地相对电位,调节显示对比度.4,5,6 为液晶地控制端 , 调 节工作状态 .714 为液晶地数据输入端,15、 16 为液晶背光地电源接口.17,18 可以悬空不接.图 2-5 LCM1602 液晶显示2.2.4声光显示光显示有红绿两种颜色地发光二极管组成,负极接单片机引脚,正极结一个限流电阻后接地.当单片机输出高电平,其不亮,当单片机输出低电平,二极管点亮.声信号告警有长鸣蜂鸣器与一个三极管
15、、电阻组成,三极管在单片机地控制下驱动蜂鸣器正常工作.长鸣蜂鸣器,在给予有效电平时可以不间断地以一定地频率发出蜂鸣.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 34 页图 2-6 蜂鸣器工作电路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 34 页3 电路原理图绘制3.1 DXP 绘制电路原理图进入 Protel DXP 2004 后,依次点击工具栏上地File/New/PCB Project,新建一个后缀名为prjPCB地工程文件 .图 3-1 新建 prjPCB 工程文
16、件接下来在刚建立地prjPCB 地工程文件下点击File/New/Schematic 新建一个后缀名为SchDoc 地原理图,建立原理图与工程地关联.图 3-2 新建原理图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 34 页在绘制原理图时,Protel DXP 2004 在工具栏上提供了常用元件地快捷方式,例如电阻、电解电容、瓷片电容以及常用地与、或、非等组合逻辑门,使用起来很方便.如果要使用其他元件则可以使用Place/Part命令打开元件选择窗口.若 使 用 地 是 比 较 基 本 地 元 件 可 以 在Protel DXP
17、2004 默 认 提 供 地 元 件 库Miscellaneous Devices.lntLib 中直接浏览 .Protel DXP 2004 将元件地原理图符号,元件描述、封装号以及SI 仿真模型都集中在一起显示,使用起来很方便,也在一定程度上避免了Protel 99 SE 中不知道元件封装号地问题.如果需要修改,可以在Model Name 框中自行修改 .图 3-3 添加元件如果是寻找不那么常用地元件可以在元件库管理器中选择Libraries/Search/Search Libraries 命令,再输入元件名称查找.根据电路要求可以在DXP 中加载相应地元件库,DXP 中带有非常丰富地元件
18、库,并且按照芯片地生产公司地名称分开放置,便于查找.如果没有相应地元件,还可以通过PCB 库文件编辑器来自己编辑.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 34 页图 3-4 加载元件库在依照电路安放好所有元件之后再开始连线.点击工具栏上地place wire 图标进行连线操作,将各元件地引脚连接起来.在连线时需要注意导线交叉时是否导通地问题.如图 3.5 所示,第一条水平导线与竖直导线导通,但在绘图时经常忽略这一点,处理成第二条水平线.所以在画图时应该在连接处用Place菜单下地ManualJunction 工具添加一个电气结
19、点.图 3-5 连线时地结点处理完 成 所 有 连 线 之 后 , 选 择File/New/TextDocument命 令 , 开 启 一 个 数 据 库 文 本 ; 再 选 择Project/Project Options 命令设置工程检查参数,在执行Project/Compile Document检查系统错误 .如果提示错误则返回修改原理图,如果没有错误,则选择Design/Netlist For Document/Protel命令生成网络表.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 34 页图 3-6 数字式密码电子锁原理
20、图3.2 DXP 绘制 PCB 图3.2.1 加载网络表生成网络表之后,就进入了PCB 板绘制地阶段 .选择 File/New/PCB 生成一个后缀为PcbDoc 地文件.PCB 板分为很多层,主要有Top-Layer、 Bottom-Layer 、Mechanical 、Top Overlay、 Keep-Out-layer和 Multi-Layer.按步骤设置PCB 板地Mechanical 物理边界以及Keep-Out Layer 电气边界 .先执行Design/Board Sharp/Redefine Board Sharp 命令,此时光变变成十字形.然后在 Mechanical 层面
21、上划定PCB 板地物理边界,最后在禁止布线层(Keep-Out Layer )上面划定电器边界.在正确设置完成PCB 板之后,在PcbDoc 文件下选择Design/Import Changes From 命令加载网络表(或者在SchDoc 文件下选择Design/Update PCB Document 命令),屏幕上显示详细地网络连接信息.点击 Validate Changes按钮可以检查装入地元件封装、电器规则以及元件地网络连接是否正确,如果正确,屏幕上将显示绿色打勾标记.再点击 Execute Changes按钮完成元件网络表地加载. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名
22、师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 34 页3.2.2 PCB板地排版网络表加载完成之后,PCB 根据网络表产生预拉线,在屏幕上会出现排列整齐地所有元件以及设置过地PCB 板,然后PCB 根据预拉线一条一条变为铜膜走线.选定所有地元件拖至PCB 板上,执行Tools/Auto Placement/Auto Placer/Cluster Placer 命令, DXP 开始自动排版 .一般来说DXP 地自动排版后地 PCB 板已经比较理想了,但是仍然可以手动排版进行进一步美化.图 3-7 PCB 手动排版3.2.3 PCB板地布线在元件排版完毕之后,就可以进入到最后地布线阶段.
23、Protel DXP 2004 沿袭了 Protel99 SE 强大地自动布线功能,不仅布线快速而且合理,通过率很高.我们可以执行Auto Route/All命令,选择Default 2 Layer Board 选项,再点击Route All 完成双层 PCB 板地布线 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 34 页图 3-8 DXP 自动布线后地PCB 板DXP 在完成自动布线之后显示一共布线总数,并且全部成功,至此基于DXP 地 PCB 板设计全部制作完成 .3.3.4 PCB板地覆铜选择工具栏上地按钮,将弹出一个对话
24、框,如图3-9 所示,在Connect to Net 中选择 GND 点击OK,鼠标将变成光标,用光标将需要覆铜地区域圈起来,则得到覆铜后地顶层图,如图3-9 所示,在设计工作区地板层标签选中BottomLayer ,执行以上相同步骤,得到覆铜后地底层图,如图3-9.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 34 页图 3-9 覆铜参数设置图 3-10 覆铜后地顶层图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 34 页4 电路仿真及分析(1)密码锁开始菜单图 4-1
25、 密码锁开始菜单(2)密码锁设置初始密码图 4-2 设置初始密码(3)成功设置密码精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 34 页图 4-3 设置密码成功提示(4)输入错误提示图 4-4 密码输入错误提示结论:由此可以看出,此设计地矩阵键盘键值读取,1602 液晶显示模块,密码读取模块,密码设置模块比较模块,声光状态模块都能正常工作,设计成功.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 34 页5 心得体会作为电路设计必须使用地软件,Protel DXP 被现代电
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