电子密码锁报告.doc
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1、 西华大学课程设计说明书成绩 课 程 设 计 说 明 书 课程设计名称: 微机接口技术课程设计 题 目: 模拟电子密码锁 学 生 姓 名: 专 业: 电子信息工程 年 级: 学 号: 指 导 教 师: 日期: 2012 年 2 月 6 日电子密码锁摘要:提出了一个电子密码锁的设计方案,该设计方案通过AT89C52单片机对整个系统进行核心控制,再外加44矩阵键盘电路,显示电路,开锁和报警电路,分别对键盘输入,LCD1602显示,开锁灯和报警灯进行整体控制。最后将键盘输入信号送人AT89C52单片机,经过软件的控制,在LCD上显示输出相应的密码,密码的位数为5位。系统能完成锁闭状态显示、密码输入错
2、误超次异常,初始化设置用户密码等基本的密码锁功能。关键词: AT89C52 LCD1602 电子密码锁 44矩阵键盘Abstract:This paper puts forward a design scheme of electronic trick lock, the design through the AT89C52 single chip microcomputer to the whole system core control, again plus 4 * 4 matrix keyboard circuit, display circuit, the lock and alar
3、m circuit respectively, the keyboard input, LCD1602 display, unlocking the lamp and alarm lamp for overall control. Finally the keyboard input signal for AT89C52 single chip microcomputer, through software control, displayed on LCD output corresponding password, the password for the number five. The
4、 system the complete lockdown status display, password input error Transdimensional abnormal, initial setting user passwords and other password lock function.Key words : AT89C52 LCD1602 Electronic password lock 44 keyboard 目录第1章 绪论11.1 电子密码锁的背景11.2 单片机的基本介绍11.3 keil c51的优势1第2章 总体设计方案的确定22.1 电子密码锁设计的
5、要求22.2 总体方案的选择22.2.1 方案的比较22.2.2 方案论证确定4第3章 单元设计模块53.1 MCS51单片机最小系统电路53.1.1 复位电路63.1.2 时钟电路73.2 按键模块83.3 显示模块93.4 开锁报警电路10第4章 系统软件设计114.1 主程序模块114.2 键盘扫描部分114.3 密码修改模块124.4 密码比较模块13第5章 系统调试仿真和误差分析155.1 程序的调试155.2 系统仿真165.3 误差分析19第6章 结论20第7章 总结219 参考文献:22附录一:整体电路设计图23附录二:程序代码2433333第1章 绪论 当代是一个科技快速发展
6、的时代,人们对自己的生活有了越来越高的要求,生活质量的提高,也是我们对资深财产的安全有了更加浓重的保护欲。智能仪器的应用在日常生活中越来越广泛,在各个方面都得到应用发展,不管是科技的发展还是生活的需要,现在都已经离不开智能电子仪器。而传统的机械锁由于其构造的简单,被撬的时间屡见不鲜,使我们的财产以及人身安全有了很大的隐患,这致使我们寻求更好的安全措施。电子锁由于其保密性高,使用灵活性好,安全系数高,受到了广大用户的喜爱。而且密码锁的形式多样,有声控密码锁,电子密码锁等,社会上大多使用电子按键密码锁。1.1 电子密码锁的背景电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作,从而控制机械开关的闭
7、合,完成开锁、闭锁任务的电子产品。它的种类很多,有简易的电路产品,也有基于芯片的性价比较高的产品。现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心,通过编程来实现的。其性能和安全性已大大超过了机械锁,它的特点有保密性好、密码可变、自动上锁等功能。 随着人们生活水平的提高和安全意识的加强,对安全的要求也就越来越高。随着电子技术的发展,各类电子产品应运而生,电子密码锁就是其中之一。这种锁是通过键盘输入一组密码完成开锁过程。研究这种锁的初衷,就是为提高锁的安全性。由于电子锁的密钥量(密码量)极大,可以与机械锁配合使用,并且可以避免因钥匙被仿制而留下安全隐患。电子锁只需记住一组密码,无需携带金属钥匙,免除了人们
8、携带金属钥匙的烦恼,而被越来越多的人所欣赏。电子锁的种类繁多,例如数码锁,指纹锁,磁卡锁,IC卡锁,生物锁等。但较实用的还是按键式电子密码锁。1.2 单片机的基本介绍单片微型计算机简称单片机,是典型的嵌入式微处理器(Microcontroller Unit),常用英文字母的缩写MCU表示单片机,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。单片机由运算器,控制器,存储器,输入输出设备构成,相当于一个微型的计算机(最小系统),和计算机相比,单片机缺少了外围设备等。概括的讲:一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提
9、供了便利条件。同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。1.3 keil c51的优势 Keil C51生成的目标代码效率非常之高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发,体会更加深刻。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全Windows界面。第2章 总体设计方案的确定整体方案的确定对设计很重要,一般选择比较简单易懂、设计起来不费时的方案,也要根据自己所熟悉的软件和硬件来确定。2.1 电子密码锁设计的
10、要求(1)设置为五位的初始密码“12345”,输入的密码显示在LCD屏上;(2)上电后,LCD显示屏上显示“welcome enter:your password”,输入密码正确时,LCD上显示“password right!”,输入错误密码时,LCD上显示“password error!”,进入设置新密码状态后,LCD上显示“Enter new word!”;(3)输入正确的初始密码后,点“设置”键可以设置新的密码;(4)输入正确的密码,开锁灯亮,输入三次错误密码时,报警灯亮;(5)44的矩阵键盘其中包括09的数字键和AF的功能键;(6) 密码可由用户修改,但只支持五位数的密码。2.2 总体
11、方案的选择不论选择什么方案,都需要有输入密码、密码比较、开锁报警电路,只有整个设计的核心控制不一样。 2.2.1 方案的比较 本次设计的密码锁电路主要由四个模块组成:键盘输入模块,数据处理模块,显示控制模块,驱动模块和报警模块。 方案一: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,在密码存储电路时先焊接固定的密码电路,使其不能更改,在输入按钮开关处输入密码,当第一个密码按下时触发5s定时,5s定时完自锁住按钮开关使其不能再输入密码,密码输入到输入锁存电路中和已存储的密码进行密码比较若密码正确则开锁,若密码不正确触发20s定时报警,密码锁电路包括:键盘输入、密码修改、密
12、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等,其原理框图如下图。报警电路20s定时电路5s定时电路输入按钮开关输入锁存电 路 锁装置开锁控制电路密码存储电路 图2.2.1 方案一的原理图 方案二:采用一种是用以AT89C52为核心的单片机控制方案。PIC单片机采用RESC指令集和哈佛总线结构,硬件资源丰富,集成有EEPROM、DAC、PWM及看门狗电路等,硬件电路设计简单,设计成本低,整机性能高。 PIC16F84单片机共18个引脚,13个可用I/O口,1K*14的Flash程序存储器,36*8的经营唉RAM通用寄存器,64*8的EEPROM的数据存储器,8级堆栈等。8位数数据
13、线接4*4键盘矩阵电路,A、B、C、D为备用功能键,RA0/RA1输出4组编码数据,经74LS139译码后输出逐行扫描新号,送RB4RB7列新号输入端。RB2通过三极管去工继电器。该密码锁的有效密码长度为4位,根据实际情况,可通过修改源程序增加密码位数。产品处事密码为3345,按3号键可修改密码,按#号键结束。输入密码并按#号键确认之后,RB2输出高电平,继电器闭合,执行一次开锁工作。若用户输入的密码正确,扬声器发出一声稍长的“滴”提示声;若输入的密码与上次修改的不符,则发出短促的“滴”声。若连续3次输入密码错误,程序锁死,扬声器报警,知道CPU被复位或重新上电。其原理图如图所示。单片机微控制
14、器矩阵键盘控制LCD显示电路 报警电路开锁电路 图2.2.2 单片机系统控制原理图2.2.2 方案论证确定 方案一是采用整体硬件系统来设计,虽然不需要编写程序,但是电路复杂,整个运作过程都是通过电路来设计。电子密码锁的基本功能能够实现功耗较低,但密码不能修改,密码为预先设置的初始密码,另外,输入密码后自动开锁,从安全性的角度来说不怎么保险。方案二利用单片机灵活的编程设计和强大的I/O端口,及其控制的准确性,不但能实现基本的密码锁功能,还可以增添掉电存储、声光提示等功能,STC89C52系列单片机,高速、低功耗、新增在系统在应用可编程(ISP,IAP)功能,使不具有E2PROM的单片机具有了E2
15、PROM的功能,可以在线对现场历史数据的存储功能。采用STC89C52单片机设计的电子密码锁,利用内部E2PROM资源,不需要外接程序存储器就能完成修改密码等多种功能,并且保密性高、成本低、简单易行,符合住宅、部门办公安全要求。键盘电路采用矩阵式键盘,显示电路采用四位数码管动态显示方式,动态显示相对于静态显示有占用I/O口资源少的特点,恰好适合于本系统。所以选择更方便、更减少资源的方案二,作为本次设计的整体方案。第3章 单元设计模块 电子密码锁是一种模拟的电子锁,是利用单片机集成芯片来控制,通过矩阵键盘的数字输入,LCD显示屏的显示,外接开锁和报警电路来实现的。3.1 MCS51单片机最小系统
16、电路AT89C52是MCS51中的一种型号,单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。按功能划分,它由以下功能部件组成:(1) 微处理器(CPU);(2) 数据存储器(RAM);(3) 程序存储器(ROM/EPROM),8031没有此部件;(4) 4个8位并行I/O口(P0口、P1口、P2口、P3口);(5) 1个串行口;(6) 2个16位定时器/计数器;(7) 中断系统;(8) 特殊功能寄存器(SFR)。 图3.1.1 AT89C52的封装图3.1.1 复位电路MCS51的复位是由外部的复位电路来实现的,复位电路通常采用的是上电自动复位和按钮复位两种方式
17、。本次设计的复位电路是按键手动复位电路,如图3.1.2所示。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种,其中电平复位是通过RST端经电阻与电源接通而实现的,按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的。复位后的状态: a、复位后PC值为0000H,表明复位后的程序从0000H开始执行。 b、SP值为07H,表明堆栈底部在07H,一般需要重新设置SP值。c、P0P3口值为FFH。P0P3口用作输入口时,必须先写入“1”。单片机在复位后,已使P0P3口每一端线为“1”,为这些端线用作输入口做好了准备。 图3.1.2 本次设计的复位电路3.1.2 时钟电路时钟电路用于产生MCS51单片机工作时所必
18、需的时钟控制信号,内部电路在时钟信号控制下,严格地按时序执行指令进行工作。时钟频率直接影响单片机的速度,时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。这次设计采用的是内部时钟方式,在51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2,两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容,这样就构成了一个稳定的自激振荡器电路。图如下: 图3.1.3 起振电路3.2 按键模块本设计就采用行列式键盘,同时也能减少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,通常采用这样方法。 每一条水平(行线)与垂直线(列线)的交叉处不相通,而是通过
19、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NM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,键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。 44矩阵键盘的工作原理 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,如图4所示。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
20、要的键数比较多时,采用矩阵法来做键盘是合理的。由於这种44的矩阵式按键是机械式的开关,当按键被按下时,键会震动一小段时间才稳定,为了避免让8051误判为多次输入同一按键,我们必须在侦测到有按键被按下,就Delay一小段时间,使键盘以达稳定状态,再去判读所按下的键,就可以让键盘的输入稳定。图3.2.1为键盘整体模框图: 图3.2.1 44的矩阵键盘框图3.3 显示模块显示设计采用字符型液晶屏设计,由单片机的P0口控制。选用的是微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的LCD1602液晶屏。LCD1602采用标准的16脚接口,其中:第1脚:VSS为电源地。 第2脚:VCC接5V电源正极。 第3脚:V
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