計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)論文(2).doc

基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的電子密碼鎖一:電子密碼鎖的特點(diǎn) 電子密碼鎖是一種通過(guò)密碼輸入來(lái)控制電路或是芯片工作，從而控制機(jī)械開(kāi)關(guān)的閉合，完成開(kāi)鎖、閉鎖任務(wù)的電子產(chǎn)品。它的種類很多，有簡(jiǎn)易的電路產(chǎn)品，也有基于芯片的性價(jià)比較高的產(chǎn)品。現(xiàn)在應(yīng)用較廣的電子密碼鎖是以芯片為核心，通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其性能和安全性已大大超過(guò)了機(jī)械鎖，主要特點(diǎn)如下： 1.保密性好，編碼量多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈子鎖。隨機(jī)開(kāi)鎖成功率幾乎為零。2.密碼可變。 用戶可以經(jīng)常更改密碼，防止密碼被盜，同時(shí)也可。3.以避免因人員的更替而使鎖的密級(jí)下降。 4.誤碼輸入保護(hù)。當(dāng)輸入密碼多次錯(cuò)誤時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，防止試探密碼。二.設(shè)計(jì)目標(biāo) 本次設(shè)計(jì)使用atmel公司的at89c51實(shí)現(xiàn)一基于單片機(jī)的電子密碼鎖的設(shè)計(jì)，其主要具有如下功能： 1.設(shè)置6位密碼，密碼通過(guò)鍵盤輸入，若密碼正確，則將鎖打開(kāi)。 2.密碼可以由用戶自己修改設(shè)定（只支持6位密碼），鎖打開(kāi)后才能修改密碼。修改密 3.碼之前必須再次輸入舊密碼，在輸入新密碼。 4.報(bào)警、鎖定鍵盤功能。密碼輸入錯(cuò)誤數(shù)碼顯示器會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤提示，若密碼輸入錯(cuò)誤次數(shù)超過(guò)3次，蜂鳴器報(bào)警并且鎖定鍵盤。3. 設(shè)計(jì)的具體體現(xiàn)1. 系統(tǒng)概述 電子密碼鎖的設(shè)計(jì)主要由三部分組成：44矩陣鍵盤接口電路、密碼鎖的控制電路、輸出八段顯示電路。另外系統(tǒng)還有l(wèi)ed提示燈，報(bào)警蜂鳴器等。 密碼鎖設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題 1.密碼輸入功能：按下一個(gè)數(shù)字鍵，一個(gè)“”就顯示在最右邊的數(shù)碼管上，同時(shí)將先前輸入的所有“”向左移動(dòng)一位。 2.密碼清除功能：當(dāng)按下清除鍵時(shí)，清除前面輸入的最后一位值，并清對(duì)應(yīng)顯示。 3.密碼更改功能：將輸入的值作為新的密碼。 4.開(kāi)鎖功能：當(dāng)按下開(kāi)鎖鍵，系統(tǒng)將輸入與密碼進(jìn)行檢查核對(duì)，如 at89c 51數(shù)碼管蜂鳴器led44鍵盤復(fù)位電路果正確鎖打開(kāi)，否則不打開(kāi)。電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖一 系統(tǒng)組成如圖二所示系統(tǒng)主要由at89c51(51系列)、六位位數(shù)碼管、蜂鳴器、led、44矩陣鍵盤、復(fù)位電路等組成。系統(tǒng)可行性分析系統(tǒng)工作原理分析：使用at59c51單片機(jī)、44矩陣鍵盤、led、蜂鳴器等。矩陣鍵盤分別為0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、back、enter、sz、close、tcsz。輸入密碼時(shí)，led顯示電路顯示為“”，當(dāng)密碼輸入完畢按下enter鍵時(shí)，對(duì)輸入密碼與設(shè)定的密碼進(jìn)行比較，若密碼正確則led顯示電路顯示為“開(kāi)鎖指示燈亮”提示鎖打開(kāi)；若密碼不正確，led顯示電路顯示提示“密碼錯(cuò)誤指示燈亮”，若連續(xù)3次輸入不正確，則發(fā)出警報(bào)聲同時(shí)鎖定鍵盤。在輸入正確密碼后，按下修改鍵時(shí)，輸入舊密碼，此時(shí)輸入正確的舊密碼，則顯示“”電路會(huì)有提示輸入新密碼在輸入新密碼后，輸入新密碼后按“enter”在修改密碼的過(guò)程中，如果一開(kāi)始輸入的舊密碼錯(cuò)誤顯示電路會(huì)顯示提示。 系統(tǒng)中cel鍵用于退格，在輸入密碼時(shí)，若輸入錯(cuò)誤且未按下enter鍵，按下cle可以刪除剛輸入的密碼，然后再次輸入。為了防止惡意嘗試，系統(tǒng)才用若連續(xù)輸入3次錯(cuò)誤密碼則發(fā)出報(bào)警聲，且鎖定鍵盤，可以提高系統(tǒng)的安全系數(shù)，同時(shí)也能夠保護(hù)合法用戶的正常使用。2.單元電路設(shè)計(jì)、仿真與分析(1)at89c51 主要特性 8031 cpu與mcs-51 兼容 4k字節(jié)可編程flash存儲(chǔ)器(壽命：1000寫/擦循環(huán)) 全靜態(tài)工作：0hz-24khz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定 128*8位內(nèi)部ram 32條可編程i/o線 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 6個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 管腳說(shuō)明vcc：供電電壓。gnd：接地。 圖二 p0口：p0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時(shí)，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0輸出原碼，此時(shí)p0外部必須被拉高。 p1口：p1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 p3口：p3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個(gè)ttl門電流。當(dāng)p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。 p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：管腳 備選功能:p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 /int0（外部中斷0）p3.3 /int1（外部中斷1）p3.4 t0（記時(shí)器0外部輸入）p3.5 t1（記時(shí)器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ale/prog：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時(shí)， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無(wú)效 /psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/psen有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/psen信號(hào)將不出現(xiàn)。 /ea/vpp：當(dāng)/ea保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入xtal2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。(2)44矩陣鍵盤圖三如圖所示，本系統(tǒng)采用44矩陣鍵盤，16個(gè)按鍵分為輸入數(shù)字鍵：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9；功能鍵back、enter、sz、close、tcsz。矩陣鍵盤。（3）復(fù)位電路 圖四單片機(jī)的復(fù)位電路非常重要，一般單片機(jī)剛開(kāi)始工作時(shí)需要復(fù)位以完成內(nèi)部的初始化，而當(dāng)程序出錯(cuò)誤，程序跑飛，死機(jī)等非正常狀態(tài)時(shí)，更需要使單片機(jī)重新工作。時(shí)鐘電路工作后，在rest管腳上加兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，芯片內(nèi)部開(kāi)始進(jìn)行初始復(fù)位如圖四。該復(fù)位電路還兼有手動(dòng)復(fù)位，在通電的瞬間，在rc微分過(guò)程中，rst端出現(xiàn)正脈沖，從而使單片機(jī)復(fù)位。c3和r6的值隨時(shí)鐘頻率的變化而變化，當(dāng)采用6mhz時(shí)鐘頻率時(shí)，c3=22uf,r6=2k（一般常取c3=10uf,r6=10k）當(dāng)采用12mhz時(shí)鐘頻率時(shí)，一般常取c3=0.47uf,r6=1k.（4）振蕩電路 圖五時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，而時(shí)序是指令執(zhí)行中各個(gè)信號(hào)的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就如一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)鐘電路，為了保證單片機(jī)同步工作的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格的按時(shí)序進(jìn)行工作。所以時(shí)鐘電路的質(zhì)量會(huì)直接形象單片機(jī)的工作穩(wěn)定性和可靠性。本設(shè)計(jì)晶振選擇頻率為12mhz，電容選擇30pf如圖（34）。經(jīng)計(jì)算得單片機(jī)工作胡機(jī)器周期為：12（112m）=1us。（5）數(shù)碼管 圖六本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)4位8段共陰極數(shù)碼管。由于由單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的直流電流不夠，數(shù)碼管亮度顯得不足，所以加上74ls373用以放大電流。（6）發(fā)光二極管led 圖七由于led使用p3口驅(qū)動(dòng) 3.元器件列表元器件規(guī)格/型號(hào)數(shù)量四位八段共陰數(shù)碼管3461afr1-b102電阻4.7k8電阻5108電阻1k2電解電容0.47uf/50v1瓷片電容30pf2單片機(jī)at89c511驅(qū)動(dòng)芯片74ls3731三.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)開(kāi)始初始化開(kāi)鎖修改密碼正確輸入舊密碼開(kāi)鎖出錯(cuò)報(bào)警原密碼相同返回設(shè)新密碼1.主程序流程圖 n y n y 圖八2.鍵功能程序流程圖如圖鍵功能程序鍵值=09？鍵值=開(kāi)鎖？鍵值=確認(rèn)？鍵值=設(shè)置？ 返回密碼輸入程序確認(rèn)程序設(shè)置程序開(kāi)鎖程序 y n y n y n y n 圖九3.存儲(chǔ)單元分配30h-35h 顯示緩沖區(qū)41h-45h 輸入暫存區(qū)50h-55h 原始密碼存儲(chǔ)單元36h 臨時(shí)單元，存儲(chǔ)位碼內(nèi)容37h、39h 在按鍵子程序中用于內(nèi)外循環(huán)計(jì)數(shù)38h 按鍵子程序存放查表后得到的編碼3ah 臨時(shí)單元，存放逐行開(kāi)的編碼3bh 密碼錯(cuò)誤次數(shù)計(jì)數(shù)器40h 在按鍵子程序中存放鍵盤的值r0 在顯示子程序中作顯示緩沖區(qū)的指針r2 數(shù)字鍵輸入次數(shù)計(jì)數(shù)器r4 在中斷中作計(jì)數(shù)器r5、r6 延時(shí)子程序循環(huán)計(jì)數(shù)器r7 顯示子程序六個(gè)數(shù)碼管逐個(gè)顯示計(jì)數(shù)器20h.0=1 密碼正確標(biāo)志位20h.1=1 設(shè)置鍵按下標(biāo)志位20h.2=1 當(dāng)前輸入的是新密碼標(biāo)志位20h.3=1 密碼三次錯(cuò)誤報(bào)警開(kāi)啟標(biāo)志位源程序 ;主程序org 0000hajmp startorg 000bhajmp distorg 0030hstart:mov tmod, #01hmov th0, #3chmov tl0, #0b0hsetb easetb et0 acall xscsh ;顯示緩沖區(qū)初始化顯示6個(gè)橫線acall cshmov 3bh, #0mov 50h, #1mov 51h ,#2mov 52h, #3mov 53h, #4mov 54h, #5mov 55h,#6 ;原始密碼設(shè)置為123456loop: acall dispacall ajajmp loop;顯示子程序disp:mov r7, #6mov r0, #30hmov dptr, #tabmov 36h, #01hloop1:mov a，r0movc a, a+dptrmov p0, amov p2, 36hacall delayinc r0mov a, 36hrl amov 36h,adjnz r7,loop1ret;按鍵判斷子程序,4*4循環(huán) aj:mov p1, #0f0hmov a, p1cjne a, #0f0h, d1ajmp d16 d1:acall dispmov a, p1cjne a, #0f0h, d2ajmp d16 d2:mov 3ah, #0fehmov 40h, #0mov dptr, #dabmov 39h, #4 d3:mov 37h, #4mov p1, 3ah d4:mov a, 40hmovc a, a+dptrmov 38h, amov a, p1cjne a, 38h, d5ajmp d14 d5:inc 40hdjnz 37h, d4mov a, 3ahrl amov 3ah, adjnz 39h, d3sjmp d16 d14:acall pd d15:acall dispmov p1, #0f0hmov a,p1cjne a, #0f0h, d15d16:ret;按鍵功能子程序 pd:mov a, 40hcjne a,#0,f1acall dinajmp f16 f1:cjne a, #1, f2acall dinajmp f16 f2:cjne a, #2, f3acall dinajmp f16 f3:cjne a, #3, f4acall dinajmp f16 f4:cjne a, #4, f5acall dinajmp f16 f5:cjne a, #5, f6acall dinajmp f16 f6:cjne a, #6, f7acall dinajmp f16 f7:cjne a, #7，f8acall dinajmp f16 f8:cjne a, #8, f9acall dinajmp f16 f9:cjne a, #9, f10acall dinajmp f16 f10: cjne a, #10, f11acall backajmp f16 f11:cjne a, #11, f12acall enterajmp f16 f12:cjne a, #12, f13acall szajmp f16 f13:cjne a, #13, f14acall closeajmp f16 f14:cjne a, #14, f15acall tszajmp f16 f15:cjne a,#15,f16 f16:ret;數(shù)字鍵輸入子程序 din:jb 20h.3, f21 ;定時(shí)開(kāi)始，按鍵不起作用cjne r2, #6, f20 ;已輸入六個(gè)數(shù)，數(shù)字鍵無(wú)效ajmp f21 f20: inc r2;輸入數(shù)字個(gè)數(shù)+1mov 35h, 34hmov 34h, 33hmov 33h, 32hmov 32h, 31hmov 31h, 30hmov 30h, 40h f21:ret;退格鍵子程序 back:jb 20h.3, l1 ;定時(shí)開(kāi)始，按鍵不起作用cjne r2, #0, l0;有數(shù)字輸入，按鍵起作用ajmp l1 l0:dec r2mov 30h, 31hmov 31h, 32hmov 32h, 33hmov 33h, 34hmov 34h, 35hmov 35h, #17 l1:ret;確定鍵輸入子程序 enter:jb 20h.3, l5 ;定時(shí)開(kāi)始，按鍵不起作用cjne r2, #6, l5 ;數(shù)字輸入不滿6個(gè)，按鍵無(wú)效mov r2, #0;可以重新輸入數(shù)字mov 41h, 30h ;輸入數(shù)字存入輸入暫存區(qū)mov 42h, 31hmov 43h, 32hmov 44h, 33hmov 45h, 34hmov 46h, 35hacall xscshjnb 20h.2,d6;判斷當(dāng)前是否為新密碼輸入acall xmm ajmp l5 d6:mov a, 41h;輸入暫存區(qū)與密碼比較cjne a, 50h, l3mov a, 42hcjne a,51h,l3mov a, 43hcjne a, 52h, l3mov a, 44hcjne a, 53h, l3mov a, 45hcjne a, 54h, l3mov a, 46hcjne a, 55h, l3mov r2, #6 ;鎖開(kāi)狀態(tài)，不允許輸入數(shù)字clr p3.1setb p3.0setb p3.4 setb 20h.0;密碼正確標(biāo)志位jb 20h.1, l2;判斷設(shè)置鍵是否按下clr 20h.2 ajmp l5 l2:setb 20h.2 ;輸入新密碼狀態(tài)標(biāo)志位mov r2, #0 ;允許輸入數(shù)字ajmp l5 l3:inc 3bh;密碼錯(cuò)誤次數(shù)+1mov a, 3bhcjne a, #3, l4 ;判斷密碼輸入錯(cuò)誤幾次clr p3.3setb tr0;密碼輸入錯(cuò)誤3次，啟動(dòng)定時(shí)setb 20h.3 ;定時(shí)開(kāi)始標(biāo)志位ajmp l5 l4:clr p3.5clr p3.4 l5:ret;關(guān)門鍵子程序 close:jb 20h.3, l6 ;定時(shí)開(kāi)始，按鍵不起作用jnb 20h.0, l6 ;該按鍵只在開(kāi)門狀態(tài)有效acall xscshacall csh l6: ret;設(shè)置鍵輸入子程序 sz:jb 20h.3, l7 ;定時(shí)開(kāi)始，按鍵不起作用jnb 20h.0, l7 ;該按鍵只在開(kāi)門狀態(tài)有效setb 20h.1 ;設(shè)置鍵有效標(biāo)志位mov r2, #0 ;按下設(shè)置鍵，允許數(shù)字輸入clr p3.2 l7: ret;退出設(shè)置鍵子程序 tsz:jb 20h.3, l8;定時(shí)開(kāi)始，按鍵不起作用jnb 20h.1, l8 ;該按鍵在設(shè)置狀態(tài)有效acall xscshsetb p3.2setb p3.3setb p3.4clr 20h.1 ;退出設(shè)置狀態(tài)mov r2, #6 ;回到開(kāi)門狀態(tài)，不允許數(shù)字輸入l8: ret;新密碼輸入子程序 xmm:mov 50h, 41hmov 51h, 42hmov 52h, 43hmov 53h, 44hmov 54h, 45hmov 55h, 46h ;clr p3.1setb p3.0setb p3.2clr 20h.2 mov r2, #6 ;開(kāi)門狀態(tài)，不允許數(shù)字輸入ret;顯示緩沖區(qū)初始化子程序 xscsh:mov 30h, #17mov 31h, #17mov 32h, #17mov 33h, #17mov 34h, #17mov 35h, #17ret;密碼鎖基本功能初始化 csh:mov r2, #0mov r4, #200clr 20h.0clr 20h.1clr 20h.2clr 20h.3clr p3.0setb p3.1setb p3.2setb p3.3setb p3.4ret;中斷子程序 dist:mov th0, #3chmov tl0, #0b0h ;初值重裝djnz r4, l9acall xscshacall cshclr tr0 ;關(guān)中斷 l9:reti;延時(shí)子程序，延時(shí)2ms delay:mov r6, #5 d17:mov r5, #200 d18:djnz r5, d18djnz r6, d17 ret tab:db 3fh, 06h, 5bh, 4fh, 66h, 6dh, 7dh, 07h, 7fh, 6fh, db 77h, 7ch, 39h, 5eh, 79h, 71h, 08h, 40h, 0bfh, 086h,db 0dbh, 0cfh, 0e6h, 0edh, 0fdh, 087h, 0ffh, 0efh dab:db 0eeh, 0deh, 0beh, 7eh, 0edh, 0ddh, 0bdh, 7dh,