單片機密碼鎖

1、 桂林電子科技大學信息科技學院單片機原理及應用實訓報告題 目 密碼鎖 學 號 姓 名 指導老師 2011 年 9 月 21 日1.系統(tǒng)設計1.1設計要求1.1.1基本要求（1）按照題目要求獨立設計系統(tǒng)所需電路，并完成硬件電路的制作及調試。（2）結合硬件能夠正常工作。（3）能夠正常顯示密碼。（4）能夠正常顯示密碼模式。（5）能夠開關鎖。1.1.2發(fā)揮部分密碼的存儲。通過24C02芯片保存密碼，實現(xiàn)斷電密碼保存。1.2設計原理C51單片機顯示模塊鍵盤1.2.1基本框圖：1.2.3 原理圖在本次實訓電路中用到的電路原理圖如下：1.3方案比較（1）關于矩陣鍵盤和獨立鍵盤之間的選擇。獨立鍵盤將每一個按鍵

2、開關接到一個獨立的輸入口中，因此其識別程序相對簡潔，方便使用。但是實訓中采用的AT89S52單片機字長為8位，每一組輸入輸出口有8位，故每一組輸出口最多能接8個開關，而通常情況下，密碼由0到9這10個數字組成，如果采用獨立鍵盤，一組獨立開關將不能滿足要求。相對而言，4x4矩陣鍵盤每識別一個按鍵，都要進行行列掃描，程序較為復雜，但是矩陣鍵盤僅用一組I/O口就能接16個按鍵，除去0到9這10個數字外，還剩下6個，方便對系統(tǒng)進行功能擴展。故在本次實訓電路中采用4x4矩陣鍵盤，接到單片機的P3口。（2）關于數碼管以及LED的選擇。單片機的I/O數量十分有限，倘若要使用多位數碼管，必須采用動態(tài)掃描的方式

3、實現(xiàn)。對于一般密碼而言，4位10進制密碼已經足夠，故本次實訓電路中采用4位共陰極數碼管。另外，外加4個LED就足以指示一個密碼鎖的各種不同的狀態(tài)。1.4方案論證1.4.1總體思路單片機的最小系統(tǒng)僅有兩部分，即時鐘電路和復位電路。另外，通過接駁在單片機不同端口的設備，再編寫適當的程序，可以方便對單片機系統(tǒng)進行相應的擴展。AT89S52芯片共有4組并行I/O口，即P0、P1、P2、P3，基本思路是將4x4矩陣鍵盤接在P3口上，將4個LED接在P1口的低四位，將P0口作為4位數碼管的位選信號，P2口的低四位作為其位選信號，最后加上通信接口，用以下載程序。放棄密碼存儲功能。1.4.2設計方案按照以上思

4、路繪制出仿真圖如下：以上仿真圖在Proteus 7 中仿真通過，本次實訓電路將采用以上原理圖。2、模塊電路的設計2.1 時鐘電路單片機的時鐘信號由兩種電路產生：內振蕩電路和外震蕩電路。在任一時刻，只要一種震蕩電路便能使單片機正常工作。在需要時鐘穩(wěn)定的的情況下用內部振蕩產生時鐘，在要求單片機與外界信號同步時使用外部震蕩。本次實訓沒有涉及到信號同步，故可以采用內振蕩電路。使用內震蕩電路提供時鐘脈沖，需要在XTAL1和XTAL2之間外接石英晶體振蕩器或陶瓷振蕩器，這時的內部震蕩電路僅相當于一個高增益放大器，和晶振接在一起形成一個正反饋的自激振蕩，再經整形和分頻形成單片機內各邏輯部件所需的時鐘脈沖。設

5、計出的時鐘電路圖如下所示：其中X1、X2接在18和19腳即XTAL1和XTAL2之間。2.2 復位電路單片機的復位操作由復位引腳RET/VPD上出現(xiàn)的高電平引起，高電平持續(xù)時間不少于兩個機器周期（24個振蕩周期），CPU在第二個機器周期內執(zhí)行復位操作。如果RSD/VPD持續(xù)為高電平，那么每隔24個振蕩周期重復一次復位操作。復位后機內各種特殊功能寄存器初始化，而片內128B RAM的狀態(tài)不受復位信號的影響。復位有上電復位和手動復位兩種。一般采用的手動復位用按鈕完成。其模塊電路如下：其中R1=1K，C3=10uF。2.3 4x4矩陣鍵盤模塊鍵盤是單片機常用輸入設備，在按鍵數量較多時，為了節(jié)省I/O

6、口等單片機資源，一般采取掃描的方式來識別到底是哪一個鍵被按下。即通過確定被按下的鍵處在哪一行哪一列來確定該鍵的位置，獲取鍵值以啟動相應的功能程序。接在單片機P3口的矩陣鍵盤模塊如下圖所示：2.4 數碼管顯示模塊一組數碼管動態(tài)掃描顯示需要由兩組信號來控制：一組是字段輸出口輸出的字形代碼，用來控制顯示的字形，稱為段碼；另一組是位輸出口輸出的控制信號，用來選擇第幾位數碼管工作，稱為位碼。由于各位數碼管的段線并聯(lián)，段碼的輸出對各位數碼管來說都是相同的。因此，在同一時刻如果各位數碼管的位選線都處于選通狀態(tài)的話，8位數碼管將顯示相同的字符。若要各位數碼管能夠顯示出與本位相應的字符，就必須采用掃描顯示方式。

7、即在某一時刻，只讓某一位的位選線處于導通狀態(tài)，而其它各位的位選線處于關閉狀態(tài)。同時，段線上輸出相應位要顯示字符的字型碼。這樣在同一時刻，只有選通的那一位顯示出字符，而其它各位則是熄滅的，如此循環(huán)下去，就可以使各位數碼管顯示出將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同時刻出現(xiàn)的，而且同一時刻，只有一位顯示，其它各位熄滅，但由于數碼管具有余輝特性和人眼有視覺暫留現(xiàn)象，只要每位數碼管顯示間隔足夠短，給人眼的視覺印象就會是連續(xù)穩(wěn)定地顯示。由P0口控制段碼，由P2口控制位碼的四位數碼管動態(tài)掃描電路如下：2.5 LED模塊LED與單片機的連接比較簡單，一端連接單片機的P1口，另一端通過合適的電阻接到VCC即可。

8、本次實訓，我通過一個200歐電阻與4個LED連接，通過程序控制單片機對應端口的高低電平，可以實現(xiàn)功能。其模塊電路圖如下：2.6 下載接口模塊本次實訓電路采用標準的下載接口，其原理圖如下：3、開發(fā)軟件及編程語言簡介3.1 Keil C編程軟件Keil C51 軟件是眾多單片機應用開發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編輯，編譯，仿真于一體，支持匯編,PLM 語言和C 語言的程序設計，界面友好，易學易用。3.2 C編程語言單片機的C語言具有可移植性好，易懂易用的特點，在我國有大量的c程序員，重新學習單片機將非常容易，因此，雖然匯編語言更精煉，但是使用c也是大勢所趨！3.3 Prot

9、eus軟件Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風標電子技術有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平

10、臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。3.4 Avr fighterAVR單片機ISP下載編程軟件。4、制作與調試過程4.1 繪圖過程本次繪圖采用Protel 99 SE。根據仿真成功的仿真圖，繪制出各個模塊，用網絡標號相連。然后根據實物，畫好封裝。導入PCB圖，進行合理布局。由于本次實訓是在萬用板上焊接，走線比較隨意可以進行多層走線，所以沒有必要再進行

11、走線。4.2調試過程本次實訓是在我第一次在萬用板上焊接，其難度比在一般腐蝕板上焊接要高，全部焊接出來之后，沒有馬上成功。經過了一番調試之后。板子正常工作。我的調試從LED開始。我編寫了一個簡單的流水燈程序，但是LED都沒有亮起。仔細檢查電路后發(fā)現(xiàn)，單片機31腳EA沒有接入VCC。查閱相關資料可知，對于51的單片機來說，程序下到芯片內的ROM里，而EA=0時，片外程序ROM有效，EA=1時片內程序ROM有效。而且，EA一定要給個固定電平，高或者低，根據程序存放的位置為片內ROM，為了系統(tǒng)可靠，應當將其接到VCC網絡。接下來是數碼管。編寫一個簡單的程序，數碼管顯示正常。之后再編寫了一個矩陣鍵盤識別

12、程序，將所得的結果通過數碼管顯示出來。發(fā)現(xiàn)有兩個按鍵沒有反應，斷電之后，用萬用表測試了各個按鍵的管腳，發(fā)現(xiàn)有兩個已經短路了。再仔細觀察，原因是在焊接的過程中，溫度太高，導致絕緣皮融化，相靠近的兩根導線短路。將兩根導線重新焊接后問題解決。問題都解決了之后，開始進行程序的編寫，程序的編寫過程是漫長的，經過多次調試下載驗證，將其功能一個個實現(xiàn)，完成了程序的編寫。在程序的編寫測試過程中，發(fā)現(xiàn)復位電路有個問題，就是不是每次按下復位鍵都會有效。我剛開始使用的復位電路有2個電阻，另一個是接地，即復位模塊截圖的R2，將其短路后問題解決。4.3 軟件的編寫按照軟件的一般編寫順序，先寫一個最簡單的程序，能實現(xiàn)某個

13、簡單的功能，然后再將其擴展，直到實現(xiàn)所有的功能為止。程序功能都可以實現(xiàn)了之后，還存在很多不足之處，比如操作不當時，會造成系統(tǒng)錯亂。為了杜絕各種缺陷，還要進行很多的測試。直到現(xiàn)在，或許程序中還有很多不足之處我還沒發(fā)現(xiàn)。但由于本人時間能力有限，不能全部發(fā)現(xiàn)并一一解決。5、心得體會之前也進行了很多各種各樣的實訓，不過這次有一些不同之處，給了我一些不一樣的感受。首先，實訓剛開始的時候就聽說這次所要焊接的板子是萬用板，不需要腐蝕，腐蝕板之間的導線全部用導線焊接上去。這樣的焊接方式肯定是很有難度的，我們必須要在焊接的時候。一手拿著電烙鐵，一手拿著焊錫，另外還要扶著板子，還要拿著導線，這樣才能將一個焊點焊好

14、。不過這樣也有一個好處，就是走線和修改都比較簡單，可以走幾層，沒有固定的走線方式。但是這樣也會出現(xiàn)一些問題，就是那些導線的絕緣層很容易熔化并露出金屬，稍不注意就會造成短路，我之前焊接矩陣鍵盤時就出現(xiàn)了這個問題。當然，所謂熟能生巧，在焊接了一大部分之后，似乎找到了一些訣竅，焊接變得輕松了。不過這畢竟還是我第一次在萬用板上焊接，總體上并不美觀。另外，這次實訓是軟硬件相結合的，沒有硬件，就不能知道自己所寫的程序是不是正確，沒有軟件，就不能驗證給繪制的原理圖是不是正確。這就造成了一個死循環(huán)，很難找到突破口著手。當然，無論如何，都必須要將這些問題解決的。方法就是先在軟件中進行仿真。仿真時，如果涉及到數碼

15、管的動態(tài)掃描，顯示效果就不是很好，顯示得不完整，但還是可以寫一些簡單的程序，驗證正確即可。電路沒有問題之后，就要進行電路板的焊接，焊接之后，才可以方便調試程序。通過這次實訓，我學習，也復習了很多相關的知識。比如說單片機的知識。雖然單片機學習結束也就剛一個假期而已，但是這么久沒有復習，還是會忘掉不少。單片機就是一個小型的處理器，通過程序控制，可以讓它實現(xiàn)很多功能，應用十分廣泛，學好單片機，以后定會有用武之地。另外，這次編程我是采用C語言，同時可以復習之前的知識。C語言編程也是一個很重要的能力?？傊?，通過此次實訓，我復習了很多，也學到了很多那些我應該懂得的知識。6、參考文獻 【1】喻宗泉，喻晗，李

16、建民，單片機原理與應用技術：西安電子科技大學出版社，20067附錄附錄1：元器件清單器件名稱數量器件名稱數量AT89S52（帶座）122pf電容21000歐排阻112MHz晶振110P下載口11k電阻14位共陰數碼管1200歐電阻1LED410uF電解電容1輕觸開關17附錄2：電路原理圖附錄3：電路PCB圖（未布線）附錄4：電路板實物圖附錄5：程序#include <AT89X51.H>unsigned int ms=10000,bitdisplay,led=2000;unsigned char tab=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07

17、,0x7F,0x6F,/09 0x40,/10- 0x76,/11-H 0x5c;/12-口unsigned char pw=0,6,1,9,tpw14,tpw24;unsigned char fdd=0,key=10,fun,n=0,step;unsigned char smg7,hsmg4;bit del=0;hid=0,result=0,result2=0,ok=0,num=0; unsigned char compare(unsigned char ppw14,unsigned char ppw24)/密碼對比n=0;while(ppw1n=ppw2n)n+;if(n=4) break

18、;if(n=4)n=0;return(1);elsen=0;return(0);void timer0(void) interrupt 1/2ms中斷TH0=0xF8; TL0=0x30;if(P3!=0x7f | P3!=0xbf | P3!=0xdf | P3!=0xef)fdd+;/防抖動else fdd=0;if(key=10)/長時間沒有按鍵則退出if(-ms=0)ms=10000;fun=0;else ms=10000;if(P1!=0xFF && -led=0) led=2000;P1=0xFF;if(fun=0)/fun=0，取消，變量復位result=0;re

19、sult2=0;ok=0;hsmg0=hsmg1=hsmg2=hsmg3=12;smg0=smg1=smg2=smg3=12;step=0;num=0;for(n=0;n<4;n+)tpw1n=10;tpw2n=10;n=0;if(fun=2 | fun=3)/密碼進入或改密碼if(step=0)if(key!=10 && n<4)smgn+1=10;smgn+2=10;smgn+3=10; tpw1n=key; smgn=key;hsmgn=11; n+; if(del=1)/退格 n-; smgn=10; hsmgn=10; del=0; key=10;if(o

20、k=1) result=0;ok=0;result=compare(tpw1,pw);/檢驗密碼if(result=1) P1_1=0;smg0=10;smg1=10;smg2=10;smg3=10;hsmg0=10;hsmg1=10;hsmg2=10;hsmg3=10;else P1_0=0;n=0;if(fun=2) step=1;if(fun=3) fun=0;if(result=1 && fun=2)/以下修改密碼if(key!=10 && n<4) if(num=0)tpw1n=key; smgn=key;hsmgn=11; n+;key=10;

21、 elseif(num=1) tpw2n=key; smgn=key;hsmgn=11; n+;key=10; if(del=1) n-; smgn=10; hsmgn=10; del=0; if(ok=1) /密碼替換ok=0;if(n>=4 && step=1 )num=1;n=0;step=2;smg0=10;smg1=10;smg2=10;smg3=10;hsmg0=10;hsmg1=10;hsmg2=10;hsmg3=10;if(n>=4 && step=2)result2=0;result2=compare(tpw1,tpw2);if(r

22、esult2=1) for(n=0;n<4;n+) pwn=tpw1n;P1_3=0;fun=0;led=2000;if(hid=0) /數碼管動態(tài)掃描switch(bitdisplay)case 0:P0=tabsmg0;P2=0x0E;break; case 1:P0=tabsmg1;P2=0x0D;break; case 2:P0=tabsmg2;P2=0x0b;break; case 3:P0=tabsmg3;P2=0x07;break;elseswitch(bitdisplay)case 0:P0=tabhsmg0;P2=0x0E;break; case 1:P0=tabhsmg1;P2=0x0D;break; case 2:P0=tabhsmg2;P2=0x0b;break; case 3:P0=tabhsmg3;P2=0x07;break;bitdisplay+; if(bitdisplay>=4)bitdisplay=0;void main(void)TMOD=0x01;TH0=0xF8; TL0=0x30;EA=1;ET0=1;TR0=1; while(1) /矩陣鍵盤行列掃描 P3=0x7f;if(P3!=0x7f && fdd>10) switch(P3