嵌入式-電子密碼鎖-設計報告

一、課題名稱電子數(shù)碼鎖二、課題功能描述隨著電子技術的發(fā)展，具有防盜報警等功能的電子密碼鎖代替密碼量少、安全性差的機械式密碼鎖已是必然趨勢。電子密碼鎖與普通機械鎖相比，具有許多獨特的優(yōu)點保密性好，防盜性強，可以不用鑰匙，記住密碼即可開鎖等。電子密碼鎖是一種通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作，從而控制機械開關的閉合，完成開鎖、閉鎖任務的電子產品。它的種類很多，有簡易的電路產品，也有基于芯片的性價比較高的產品?，F(xiàn)在應用較廣的電子密碼鎖是以芯片為核心，通過編程來實現(xiàn)的。其性能和安全性已大大超過了機械鎖，其特點如下1保密性好,編碼量多,遠遠大于彈子鎖。隨機開鎖成功率幾乎為零。2密碼可變。用戶可以經(jīng)常更改密碼，防止密碼被盜，同時也可以避免因人員的更替而使鎖的密級下降。3誤碼輸入保護。當輸入密碼多次錯誤時，報警系統(tǒng)自動啟動。4電子密碼鎖操作簡單易行。三、電路原理1電原理圖2電路各單元原理說明、理論計算結果1AT89C51引腳圖2AT89C51引腳功能介紹單片機芯片AT89C51為40引腳雙列直插式封裝。其各個引腳功能介紹如下1VCC供電電壓；2GND接地；3P0口P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每個管腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳寫”1”時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。5P2口P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫”1”時，其管腳電位被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時，P2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址”1”時，它利用內部上拉的優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。6P3口P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入”1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入時，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流ILL。7RST復位輸入端。當振蕩器復位時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。8ALE/PROG當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。9PSEN外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取址期間，每個機器周期PSEN兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。10EA/VPP當EA保持低電平時，訪問外部ROM；注意加密方式1時，EA將內部鎖定為RESET；當EA端保持高電平時，訪問內部ROM。11XTAL1反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。12XTAL2來自反向振蕩器的輸出。3復位電路復位電路采用手動復位與上電復位相結合的方式。當按下按鍵時，VCC通過R2阻給復位輸入端口一個高電平，實現(xiàn)復位功能，即手動復位。上電復位就是VCC和電容C構成回路，該回路是一個對電容C充電和放電的電路，所以復位端口得到一個周期性變化的電壓值，并且有一定時間的電壓值高于CPU復位電壓，實現(xiàn)上電復位功能。4晶振電路XTAL1（X1）為反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2X2是來自反向振蕩器的輸出。按照理論上AT89C51使用的是12MHZ的晶振，但實測使用110592MHZ。所以設計者通常用的是110592MHZ。5七段數(shù)碼管數(shù)碼管使用條件A、段及小數(shù)點上加限流電阻B、使用電壓段根據(jù)發(fā)光顏色決定；小數(shù)點根據(jù)發(fā)光顏色決定C、使用電流靜態(tài)總電流80MA（每段10MA）；動態(tài)平均電流45MA峰值電流100MA上面這個只是七段數(shù)碼管引腳圖，其中共陽極數(shù)碼管引腳圖和共陰極的是一樣的。數(shù)碼管使用注意事項說明（）數(shù)碼管表面不要用手觸摸，不要用手去弄引角；（）焊接溫度度；焊接時間（）表面有保護膜的產品,可以在使用前撕下來。這類數(shù)碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，共陽極就是把所有LED的陽極連接到共同接點COM，而每個LED的陰極分別為A、B、C、D、E、F、G及DP（小數(shù)點）；共陰極則是把所有LED的陰極連接到共同接點COM，而每個LED的陽極分別為A、B、C、D、E、F、G及DP（小數(shù)點），如下圖所示。圖中的8個LED分別與上面那個圖中的ADP各段相對應，通過控制各個LED的亮滅來顯示數(shù)字。那么，實際的數(shù)碼管的引腳是怎樣排列的呢對于單個數(shù)碼管來說，從它的正面看進去，左下角那個腳為1腳，以逆時針方向依次為110腳，左上角那個腳便是10腳了，上面兩個圖中的數(shù)字分別與這10個管腳一一對應。注意，3腳和8腳是連通的，這兩個都是公共腳。還有一種比較常用的是四位數(shù)碼管，內部的4個數(shù)碼管共用ADP這8根數(shù)據(jù)線，為人們的使用提供了方便，因為里面有4個數(shù)碼管，所以它有4個公共端，加上ADP，共有12個引腳，下面便是一個共陰的四位數(shù)碼管的內部結構圖（共陽的與之相反）。引腳排列依然是從左下角的那個腳（1腳）開始，以逆時針方向依次為112腳，下圖中的數(shù)字與之一一對應。3電路仿真結果與數(shù)據(jù)（單片機仿真電路截圖、仿真結果截圖）單片機仿真電路使用的程序初始密碼001輸入顯示密碼正確，七段數(shù)碼管顯示YES，綠燈亮輸入錯誤密碼200密碼錯誤，七段數(shù)碼管顯示NO，錯誤次數(shù)為14軟件框圖、主程序流程圖、關鍵子程序代碼說明圖一軟件框圖圖二主程序流程圖關鍵子程序代碼說明CHARGE比較密碼CHOOSE檢測S11鍵，對值1DELAY_1MSUCHARI1MS延子程序VOIDDISPLAYM,N/顯示子函數(shù),M為顯示的字數(shù)，N為相應顯示的位選信號VOIDEND/密碼錯三次的狀態(tài)VOIDGIVE/賦予相應的比較密碼值VOIDSHAOMIAO/比較密碼時按位顯示功能VOIDTIME0_INIT/計數(shù)器0的初值VOIDTIME0_INTINTERRUPT1/設定中斷產生時的狀態(tài)VOIDWEIXUAN/檢測S21按下,對原密碼值位選擇VOIDXCHOOSE/檢測S11鍵，檢測到S11按下,對于修改密碼的數(shù)1；VOIDXGIVE/賦予相應修改后的密碼值VOIDXSHAOMIAO/比較密碼修改后按位顯示功能VOIDXWEIXUAN/檢測S21按下，對修改密碼值位選擇四、電路調試與測試數(shù)據(jù)1調試過程發(fā)生問題及其解決1延時時間分配問題；解決經(jīng)過不斷地計算、調試和實驗驗證得到了一個準確的延時時間分配。2狀態(tài)跳轉問題；解決通過翻閱C語言教程和資料，以及在網(wǎng)絡上不斷地查找相關案例和程序語言，得到了一個相對理想的語言組合。3數(shù)組賦值問題（當程序已成功的在硬件上成功實現(xiàn)的情況下，發(fā)現(xiàn)七段數(shù)碼管在仿真中因為是動態(tài)掃描，會產生以確定數(shù)值顯示的數(shù)會跟隨之后的其他數(shù)碼管顯示的數(shù)進行變化）；解決在通過對數(shù)碼管的動態(tài)掃描時間進行修改范圍從20US至20S，但發(fā)現(xiàn)不能解決；后來在經(jīng)過老師的回答后了解了鎖存器的作用，對于代碼進行了修改。4檢測問題；解決首先通過肉眼進行檢查對于電路板上硬件的焊接處是否存在虛焊和假焊，其次通過對萬用表的使用以確定電子元器件性能和功能上可靠性。2參數(shù)測試記錄9012放大器參數(shù)9012結構PNP集電極發(fā)射極電壓30V集電極基電壓40V射極基極電壓5V集電極電流05A耗散功率0625W結溫150特怔頻率最小150MHZ放大倍數(shù)D6491E78112F96135G122166H144220I190300七段數(shù)碼管位選通信號數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示，是將所用數(shù)碼管的相同段（AG和P）并聯(lián)在一起，通過選位通信號分時控制各個數(shù)碼管的公共端，循環(huán)依次點亮各個數(shù)碼管。當切換速度足夠快時，由于人眼的“視覺暫留”現(xiàn)象,LED燈會被全部點亮。圖54位選信號時序波形圖數(shù)碼管選通控制信號分別對應3個數(shù)碼管的公共端，當某一位選通控制信號為高電平時，其對應的數(shù)碼管被點亮，因此通過控制選通信號就可以控制數(shù)碼管循環(huán)依次點亮。一個數(shù)碼管穩(wěn)定顯示要求的切換頻率要大于50HZ，那么3個數(shù)碼管則需要503150HZ以上的切換頻率才能看到不閃爍并且持續(xù)穩(wěn)定顯示的字符。五、實驗結論及改進方案1實驗結論我們組的電子密碼鎖實驗是基于89C51芯片內的比較器模塊以及RAM存儲器的功能上實現(xiàn)的。我們將初始密碼001放入RAM，將其與輸入密碼進行比較，相同電子鎖打開，不同電子鎖不打開。2改進方案因原始方案中沒有設計結果顯示，以至于輸入密碼后不易判斷電子鎖是否開啟。因此，我們在設計中加入了密碼反饋的內容。在輸入密碼正確時，綠燈亮，七段數(shù)碼管顯示出YES的字樣；錯誤時，紅燈亮，七段數(shù)碼管顯示NO的字樣，蜂鳴器發(fā)出警報。六、實驗收獲與體會我們專業(yè)上學期開設了單片機課程，對單片機這門課程有了初步的了解，這次的單片機課程設計短學期給了我們進一步了解并掌握單片機的機會，我們都感到非常的興奮。學習的過程中，幫助最大之一無疑是來自網(wǎng)絡。很多時候，通過網(wǎng)絡，我們都可以獲取到所需要的學習資料。但是，隨著我們學習的深入，我們會發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡提供的東西是有限度的，好像大部分的資料都差不多，或者說是適合大部分的初學者所需，而當我們想進一步提高時，卻發(fā)現(xiàn)能夠獲取到的資料越來越少，單片機資料中大部分不好使流水燈就是LED，液晶，而且只是功能性的演示。因此，我們小組四人都非常珍惜這次的單片機設計短學期，因為小組我們四人都對單片機的學習產生了濃厚的興趣，認為單片機對自己在電子技術方面的學習有很大的幫助。雖然這次短學期只有短短的兩周的時間，但是我想只要我們小組用心學習，認真準備，共同探討，齊心協(xié)力，一定會有所收獲，希望老師也能對我們有所期待。以下是對這次單片機學習的總結（1）學習單片機沒有捷徑，不能指望兩三天就學會,要堅持不懈，重在積累。（2）單片機是一門應用性和實踐性很強的學科，要多動手，多做實驗。（3）要學會參考別人的程序，減少自己琢磨的時間，迅速提高自己的編程能力。（4）碰到問題可以借助網(wǎng)絡來搜尋答案和對自己有幫助的問題,一定會有所收獲。（5）小組要團結，小組之間要多交流。技術是靠不斷的積累和交流才會進步的，封閉自守只會更加落后。致謝感謝黃老師和余老師的細心指導附錄1參考資料1陳梓城實用電子電路設計與調試；中國電力出版社20062高吉祥全國大學生電子設計大賽培訓教程；電子工業(yè)出版社200753閻石數(shù)字電子技術基礎（第四版）；高等教育出版社；19984高吉祥模擬電子技術基礎（第四版）；電子工業(yè)出版社出版社；20072程序代碼（要有注釋）INCLUDEINCLUDEDEFINEUINTUNSIGNEDINTDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARUCHARCODETABLE0XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90SBITS11P24/選數(shù)字鍵SBITS21P25/位選鍵SBITREDP10/紅燈SBITLEDP16/綠燈鍵SBITBELLP17/蜂鳴器UCHARA0/類似匯編語言中的A寄存器功能UCHARC0/設定雙鍵按下時的延時時間C5秒；UCHARENTER0/設定信號WRONGUCHARV1,V2,V3/輸入的密碼UCHARW10,W20,W31/默認密碼UCHARWRONG0/設定信號WRONGUCHARRIGHT0/設定信號RIGHTUCHARKEYI0/設定信號KEYIUINTL0/設定延時循環(huán)值LUINTH0/設定延時循環(huán)值HUINTCOUNT0/設定VOIDTIME0_INIT/計數(shù)器0的初值TMOD0X01/設定計數(shù)器0工作方式1TH00X4C/TH0X4C00TL00X00IE0X82/設定中斷，EA1時鐘中斷TR01/開啟計數(shù)器0VOIDTIME0_INTINTERRUPT1/設定中斷產生時的狀態(tài)TH00X4CTL00X00/TH值重新載入COUNT/沒計完一次載入，COUNT加一IFCOUNT20COUNT0C/長度加1VOIDDELAY_1MSUCHARI/1MS延時函數(shù)UCHARX,JFORJ0JIJFORX0X148XVOIDDISPLAYM,N/顯示子函數(shù)P00XFFP20XFFP0TABLEMP2NDELAY_1MS5VOIDCHOOSE/檢測S11鍵，檢測到S11按下,變數(shù)P20XF7IFS11P20XF7IFS11P20XF7IFS11AIFA10A0DELAY_1MS200VOIDXCHOOSE/檢測S11鍵，檢測到S11按下,變數(shù)P20XF7IFS11DELAY_1MS20P20XF7IFS11DELAY_1MS20P20XF7IFS11DELAY_1MS20AIFA10A0DELAY_1MS200VOIDWEIXUAN/檢測S21,對原密碼值位比較P20XF7IFS21P20XF7IFS21P20XF7IFS21ENTERKEYI1DELAY_1MS200VOIDXWEIXUAN/修改值位檢測P20XF7IFS21DELAY_1MS20P20XF7IFS21DELAY_1MS20P20XF7IFS21DELAY_1MS20ENTERKEYI1DELAY_1MS200VOIDGIVE/賦予相應的值IFENTER1KEYI0A0IFENTER2KEYI0A0IFENTER3KEYI0A0VOIDXGIVE/賦予相應的密碼IFENTER1KEYI0A0IFENTER2KEYI0A0IFENTER3KEYI0A0VOIDSHAOMIAO/顯示功能IFENTER0DISPLAYA,0XFEIFENTER1DISPLAYV1,0XFEDISPLAYA,0XFDIFENTER2DISPLAYV1,0XFEDISPLAYV2,0XFDDISPLAYA,0XBFIFENTER3DISPLAYV1,0XFEDISPLAYV2,0XFDDISPLAYV3,0XBFVOIDXSHAOMIAO/顯示IFENTER0DISPLAYA,0XFEIFENTER1DISPLAYW1,0XFEDISPLAYA,0XFDIFENTER2DISPLAYW1,0XFEDISPLAYW2,0XFDDISPLAYA,0XBFIFENTER3DISPLAYW1,0XFEDISPLAYW2,0XFDDISPLAYW3,0XBFVOIDEND/密碼錯三次的狀態(tài)WHILE1P20XBCP10XF0P00XBFVOIDCHARGE/比較密碼IFENTER4IFV1W1A0WRONG0WHILEL100P00X91P20XFEDELAY_1MS4P0