電子技術(shù)實驗報告密碼鎖設(shè)計

1、中國石油大學(xué)勝利學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計總結(jié)報告題 目：電子密碼鎖設(shè)計學(xué)生姓名：徐連杰學(xué)號：201007013137系別：信息與計算科學(xué)系專業(yè)年級： 2010級自動化專業(yè)1班指導(dǎo)教師：王心剛2012年6月23日一、設(shè)計任務(wù)與要求1、電子密碼設(shè)計制作一個密碼鎖，使之在輸入正確的代碼時開鎖。2、在鎖的控制中設(shè)計一個可以修改的4位代碼，當輸入的代碼和控制電路的代碼 是一致時鎖打開。3、用紅燈亮，綠燈滅表示關(guān)鎖，綠燈亮紅燈滅表示開鎖。4、女u5秒內(nèi)未將鎖打開，則電路進入自鎖狀態(tài)，并發(fā)報警信號。二、方案設(shè)計與論證根據(jù)設(shè)計的基本要求，經(jīng)過多方面的查證與對比，以充分發(fā)揮資源和提高系 統(tǒng)性價比為原則，本系統(tǒng)采用s

2、tc89c51單片機為控制電路，使用led模擬開鎖 狀態(tài)及蜂鳴器電路來實現(xiàn)功能。具體設(shè)計方案的論證如下：方案一：釆用數(shù)字電路控制用以74ls112雙jk觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，將 密碼保存在jk觸發(fā)器中，與輸入密碼通過比較器比較，判斷結(jié)果是否相符合。 采用數(shù)字電路設(shè)計的方案好處就是設(shè)計簡單，但控制的準確性和靈活性差，故不 采用。方案二：釆用以單片機為核心的控制方案選用單片機作為系統(tǒng)的核心部件，實現(xiàn)控制與處理的功能。單片機具有資源 豐富、速度快、編程容易等優(yōu)點。利用單片機內(nèi)部的隨機存儲器(ram)和只讀 存儲器(rom)及其引腳資源，外接led燈顯示，鍵盤輸入等實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處

3、理傳 輸和顯示功能，具有較好的靈活性，基本上能實現(xiàn)設(shè)計指標。因此綜合考慮，本系統(tǒng)釆用方案二。三、電路設(shè)計與參數(shù)計算1、單元電路設(shè)計和參數(shù)計算1.1、系統(tǒng)框圖與分析(1) p1 口控制密碼的輸入(2) p2. 0-p2. 2顯示鎖的狀態(tài)和報警狀態(tài)(3) p2. 3-p2. 5密碼確認與修改按鍵(4) p3.2外部中斷0,執(zhí)行吋下降沿有效，p3. 4定吋器和計數(shù)器中斷，來 控制輸入密碼的時間(5) 總框圖如下u>| led模擬顯巫|單片二> | 報警模塊|機二空碼諂認與修改鍵蠱|1.2、各個模塊電路設(shè)計和參數(shù)分析(1)密碼輸入鍵盤模塊鍵給與單片機信號來表示輸入的密碼，通過后面的密碼確認

4、鍵來確認密碼, 單片機記住密碼，也可以通過密碼輸入模塊和密碼確認鍵來修改密碼。(2)模擬顯示和報警模塊).6/ad6).7/ad732d1>2.0/a8 竝.1/a9 2.2/a10 2.3/a11 2a/m2 2.5/a13 2.6/a14 2.7/a15led-redr" x#2526272821222324d2ls1speakerled-green <text>這個模塊由1個紅色led燈和1個綠色led燈還有1個蜂鳴器組成，三個 原件各有一端接vcc,通過用戶輸入的密碼的正確與否，通過單片機控制 來 顯示對應(yīng)的狀態(tài)。!.4/a12 a13 i.6/a14 l7

5、/a150/rxd .1/txd 2/into 3/intt >3.4/10 >3.5/t1 k6/wr262728107712131415?6<text>o o sw5/皂sw-spst<text>r、 speaker <text>gnd(3) 密碼確認和修改模塊這個模塊由2個貼片開關(guān)和2個自鎖開關(guān)組成，上面第一個開關(guān)是密碼重置 鍵，即用戶設(shè)定密碼時的確認鍵，中間開關(guān)是一個開鎖狀態(tài)鍵，最下面的開關(guān)是 開鎖確認鍵，即用戶在設(shè)置完密碼之后再輸入密碼開鎖時的確認鍵。(4) 單片機最小系統(tǒng)c130pf <text>口 su<text&

6、gt;u119c230pfgnd <text>2sw1 /范 sw-spstr>xtal1xtal2rstp0.0/ad0 p0.1/ad1p0.2/ad2p0.3/ad3p0.4/ad4p0.5/ad5p0.6/ad6p0.7/ad7p2.0/abp2.1/a9p2.2/a10psenp2.3/a11alep2.4/a12eap2.5/a13p2.6/a14p2.7/a15p1.0p3.0/rxdp1.1p3.1/txdp1.2nd op3.2/intofl .hj.j/in 11p1.4p3.4ztop1.5p3.5/t1p1.6p3.6/wrp1.7p3.7/rd22i

7、30"at89c511"2"3"這個模塊是由2個30p的電容和1個11. 0592mhz的晶振組成，組成振蕩電 路，結(jié)合單片機自身的吋鐘周期達到單片機正常工作和計吋。(5) 總原理分析當用戶首次使用時，開鎖狀態(tài)鍵必須為斷開狀態(tài)，當用戶輸入密碼時，按下 密碼重置鍵來確認輸入的密碼，此時紅色led燈閃爍，蜂鳴器發(fā)岀嘀嘀聲表示密 碼確認成功，當需要開鎖時，必須將開鎖狀態(tài)鍵按下，表示當前狀態(tài)為用戶開鎖 狀態(tài)，同吋在此i寸，開始5秒計吋，在5秒之內(nèi)用戶輸入正確的密碼，并口按下 密碼確認鍵時，綠色led燈就會亮起，表示開鎖成功，當在5秒z內(nèi)輸入錯誤密 碼，并且按下密

8、碼確認鍵或者在5秒之內(nèi)不管輸入密碼止確與否，沒有按鍵密碼 確認鍵時，紅色led燈都會亮起，并且蜂鳴器發(fā)出報警聲，系統(tǒng)自動進入自鎖狀 態(tài)，真正的用戶遇到這種狀況可己通過在開鎖狀態(tài)鍵按下的同時按下密碼重置鍵 來重新設(shè)定密碼開鎖，密碼重置鍵為隱藏按鍵。2、總原理圖原理圖如下atwc51u1raiuirufo 1zad1fo2/ad2xtal2fo3/ad3kj4/aixp3 5/ad5f0 6/al6rstr3 7zad7ps6n alep2 3a8p2 va9 p2 2/a10 p2 3/a11 p2 4/a12eap2 5/a13p2 6/aup2 7/a16piop3.cvrxdp1 1p31

9、/txd p3 2/wd p3 3麗訐p3 4/topi 2pl 3pi 4p1 5pi 6p3.6mrpi.7p3.7 曆盞主空±圭亠盞1gno3、元件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注cl、c2電容30pf2xi晶振11.0592mhz1u1stc89c5140p1diled-red3-5v1d2led-green3-5v1button貼片開關(guān)2sw1-sw5自鎖開關(guān)5lsi蜂鳴器5v1四、仿真過程與仿真結(jié)果1、系統(tǒng)初始化poc1/ado po 1/ad1 po2問 2 po.a/ad9 po47ad4 p0.&/ad6 p0g/ad6 p07/ad7p2 a*a8 p2

10、va9 p2.2za1o p2.3a11p2 4/m2 p2 5za13 p2gza14 p27za15p3cvrxd p3 1/dcd p3.2/ff7nj p3 34kttp37/55p3 4/to首次啟動系統(tǒng)吋，4個密碼鍵盤、開鎖狀態(tài)鍵、密碼重置鍵和密碼確認鍵均為斷開狀態(tài)，此時等待用戶輸入并確認密碼。2、首次輸入密碼并確認xtal1xtal2rsto1234567p1p1p1p1p1p1r1p1foqzado p0 1zad1 h3 2/ad2 rj3/ad0 pq 4zad4 m 6/a06 t i,po7zad7p2 0/x8丿 1/amp2 2/a10p2 3/a11p2 4/a1

11、2 p2 5/a13 p2 6/a14 p2 7/a16p3.(vrxdp3 l/txop3 2/1mtop3 3/1nt1p3 4/to p3 51 pl mw p3 7/t?f選擇sw2和sw3按下sw1和sw4斷開為密碼，并按下密碼重置鍵，此時d1 即紅色led燈閃爍，并且蜂鳴器發(fā)出嘀嘀聲，密碼置入成功。3、5秒之內(nèi)輸入正確密碼并確認c1u12ndl crystalc230pfsw3sw4sw-spst3wsp3tsw2sw1swspstswspst罟-fir.r3 0/ad0po 1/ad1xtal2r)2/ad2 p0 3/ad3fc 4/adzfo6/ad6 p0 6/anfirs

12、tpo 7/ad7p2 0/a81/ao»*3cn atep2 2/a10 p2yaiip2 4/a12eap2 5/a13p2 6/amp2 7/a15pi 0p3 0/rxdpi 1 pl 2pi 3p3 1/txdp3 2/1h4hjkj 3/1n11pi 4p3 vtopi 5p3 sn-1pi 6p3g/arpi 7p3a1wc511oxlt.當開鎖狀態(tài)鍵按下時，開鎖計時開始，在5秒之內(nèi)輸入正確密碼并確認后, 綠色led燈亮，表示開鎖。4、5秒之內(nèi)輸入錯誤密碼并確認u1xtal1foq/acoxtal?rsth) 1/ad1 po 2zad2p0 3zad3 po 4/ac

13、u rj6zad6 r3gzad6fo 7/ad7psfrp2 u/a41p2 va9 p2 2za10p2 va11alcp2 4/a12eap2 5/a13pi 0pi 1pi 2pi 3pi 4p2 6/a14 p2 7/a15p3cvrxd p3 1/dcd p3 2/ihttf p3 3/nttp3 4/topl 5p3 vt1pl 6p3aa?7pi 7p3.7/eat09c51當開鎖狀態(tài)鍵按下時，開鎖計時開始，在5秒之內(nèi)輸入錯誤密碼并確認后, 紅色色led燈亮，并且蜂鳴器發(fā)出報警聲，表示開鎖失敗，系統(tǒng)進入自鎖。5、5秒之外輸入正確密碼未確認foo/ado rj 1zad1 fo.

14、2zad2 fq3zad3 f0 4/ad4 hj5/al6 r).6zad6 fo7zad7p20/a8p2 1/a9p22/a10p2ya11p2 4/a12p2 5/a13p2 6taup2 7/a15p3.cvrxdp31/txdp32蘇匝p33/1nhp3 4/top3空p3 6p3.7/rd2?2425在5秒之外，輸入的密碼正確，但是密碼確認鍵未按下，此時紅色色led燈 亮，并且蜂鳴器發(fā)出報警聲，表示開鎖失敗，系統(tǒng)進入自鎖。u1xtal1xta12rstenale eafoo/aco r) 1zad1 p0 2zad2 fo3/ad3 fo.4/ad4 ro.6zad5 f0 6/

15、ad6 fo7zad7p2 0/a8p2 va9p2 2/a10p2 3/a11p2 4/a12p25<a13p26/aup2 7/a15pio pi 1p12pi 3pi 4pi 5pi 6pi 7p3.0/rxd p31hxd p3麗而 p3?vihhp34/td p3.sm p3.6 p3.7/rd6、5秒之外輸入錯誤密碼未確認在5秒之外，輸入的密碼錯誤，但是密碼確認鍵未按下，此吋紅色色led燈 亮，并且蜂鳴器發(fā)出報警聲，表示開鎖失敗，系統(tǒng)進入自鎖。7、系統(tǒng)自鎖狀態(tài)c1jz1c2gno3ndfoo/ado ro 1zad1f0 2/ad2r3 3zad3 f04/adxr3 5/a

16、d5r3gzad6fo7zad7kktal1xtal2rstp2 ua8psen ale eap2 2/a103/a11hz 4/ali尸 z 5/a1jp2 6/au p2 7/a15p3(vrxd p31hxd p3 2/tnht p3 3/1nt1p3 4/to p3 6/hp3 6mr p3 7/rdk1.uk1.1rl.j pi a p1 5 pi 6pi 7jqf.atb9c61遵遵盞盞fsifiig蟄蛍輸入密碼止確，密碼確認鍵被按下，系統(tǒng)依然為報警狀態(tài)，無法解鎖。c230pfgnd22l 3ql an2nd>xtal1roo/acofo 1/ad1f0 2zad2xtal2

17、fo 3/ad3p0 4zad4f0 5zad5kj6/ac6rstf0 7zad7p2 0/a8p2 va9p2 2/a10psenp2 3/a11alep2 4/a12eap2 5/a13p2 6/a1zp2 7/a15pl 0p3.cvrxdp11p31/txdpi 2p3 271ntdpi.3p3 3/1ni1p1 4p3 4/topi 5p3st1pi 6p3 6/aapi 7p3.7/rd18ath9c51ss遺蚩蠱遙ssvccgno輸入密碼錯誤，密碼確認鍵被按下，系統(tǒng)依然為報警狀態(tài)，無法解鎖。ig3n0>xtal130 0/ad0po vad1ztal2p2/ad2 p0

18、2/ad3p0 4/ad4p0&ad5 p0 6/ad6rstp0 7/a07p2 cva8p2 1/a3p2 2/a10p§enp2 3/a11alep2 "a12eap2 5/a13p2g/a14p2 7za15pi 0p3cvrxdp1.1p3 1/dcdp1 2 p1 3p3mkto p3 1/ihntp1 4p3 4.10p1 5p3 5.nrip1 6p3 6awpi .7p3 7/rd1金111工vcc1gnd輸入密碼錯誤，開鎖狀態(tài)鍵彈起，密碼確認鍵按下，系統(tǒng)依然為報警狀態(tài)， 無法解鎖。在設(shè)計過程中，由于密碼重置鍵是隱藏的，所以只有真正的用戶知道，所以

19、 不能被外人知道，所以沒有被按下，在自鎖狀態(tài)下，剩余的按鍵無論按哪個鍵, 都不會解開鎖，不會解除報警。8、解除自鎖狀態(tài)c130pfj1c2刃pf231 xi 3llsw1sw3xtal2rstruutmuu po.1/ad" p0 2/ad2 po.3/ad3 p0 47ad4 po.5/ad5 p0.6/ad6 p0.7/ad7psej5p2wa8p2 va9p2.2za1op2 3/a11alep2.4/a12k p1 0p2 5za13p2.6za14p2.7za15p3cvrxdp1 1p3 1/t<dp12ps2tntopi .3 p1 4p3.3/im1 p3 4/

20、top1 5p3 5fpi 6p3 6mgpi 7p3 7w1918-2lato9c51vcc1gnd在開鎖狀態(tài)鍵按下的前提下，按下密碼重置鍵，確認當前密碼為新密碼,c130pfu119>xtal118xtal2c230pfgnd31lairpsen ale eapiop1.1pi 2pi 3pi 4pi 5p1 6pi 7p0.0/ad0 po 1/ad1 po.2/ad2 p0 3/ad3 po.4/ad4 p0.&/ad5 p0 6/ad6 po.7/ad7p2cvab p2 ua9 p2 2za1o p2.3/a11 p2 4za12 p2.5za13 p2 6/a14

21、p27za15p30/rxd p3 1/dcd 陽跡並; p3.wt1r3 4.ou p3stt1p3 6 p3 7/rovcc22,23 24 25±gnda180cs1再按下密碼確認鍵，開鎖，自鎖解除。五、安裝與調(diào)試首先檢測各個元器件是否正常，經(jīng)檢測，元器件均正常，然后按照電路圖將 電路板進行焊接。在單片的vcc和gnd端加上5v電壓，vcc接正，gnd接負，由于密碼鍵盤選 擇的是單片機的p1 口，p1 口內(nèi)部有上拉電阻，默認為高電平(1),將密碼鍵盤 公共段接gnd,依次合上，表示給單片機輸入低電平(0),利用開發(fā)板將簡單的 測試程序?qū)懭氲絾纹瑱C里，利用led燈進行多項測試，檢

22、測是否能正常的輸入信 號，通過觀察led燈的狀態(tài)來檢測輸入信號與否，從而保證密碼輸入鍵盤模塊正 常工作，也測試了單片機的最小系統(tǒng)是否正常工作，在此我選用p2 口進行測試, 因為p2 口接的是模擬顯示，是來接收單片機信號的，用p2 口測試，正好測試了 單片機的p2 口的性能，也測試了單片機的正常輸入輸出。測試密碼確認與修改模塊，這三個按鍵公共端接地，由于p2 口內(nèi)部也有上 拉電阻，所以默認是高電平(1),當按鍵合上時，給單片機輸入低電平信號(0), 同樣通過簡單的程序和led燈來測試是否能正常工作，經(jīng)測試，都可以正常工作。最后測試模擬顯示和報警模塊，直接用單片機程序來驅(qū)動，分別給以三個元 器件低

23、電平(0),多次測試，此模塊也能正常工作。最后系統(tǒng)調(diào)試，在單片機里寫入最后的系統(tǒng)調(diào)試程序，通過仿真圖來實踐， 經(jīng)多次測試和調(diào)整，系統(tǒng)正常工作，無錯。在電路設(shè)計中遇到了一些問題，一開始是沒有密碼確認鍵的，綜合考慮了一 下，必須加一個來實現(xiàn)多項功能，在仿真測試過程中，也驗證了密碼確認鍵的重 要性，其他的硬件電路基本沒遇到什么問題。在軟件程序的編寫過程屮遇到了很多，中斷開啟的位置，屮斷結(jié)束的位置是 一大難題，程序編寫和軟件測試過程中，中斷一開始不能正常開啟，所以，模擬 顯示模塊，不能正常工作。第一次修改以后，密碼可以正常的確認，定時器中斷, 也就是計時程序沒有啟動，然后再修改，這次定時器中斷啟動，計

24、時正常，但是 當輸入正確密碼確認以后，第二次輸入以后，就會馬上報警，不管正確與否，經(jīng) 檢測，是屮斷程序沒有在密碼確認z后關(guān)閉，計時清零，而是繼續(xù)計時，所以再 修改，再調(diào)試，通過過這次調(diào)試，計時程序正常進行。在解除自鎖狀態(tài)上也遇到 問題，一開始程序不能進入自鎖狀態(tài)，可以加入復(fù)位電路來解決，但是考慮到材 料問題，結(jié)合現(xiàn)有的電路，通過修改程序，也是經(jīng)過幾次調(diào)試，很順利的完成的 密碼的重置和自鎖的解除。總之是在確認電路設(shè)計沒問題的前提下，通過不斷修改程序，最終實現(xiàn)了設(shè) 計要求的所有功能。六、性能測試與分析實測表格如下:測試 密碼5秒內(nèi) 密碼正 確5秒內(nèi) 密碼錯5秒超時自鎖狀態(tài)自鎖解除密碼 正確密碼 錯

25、誤密碼錯 誤引起超時 引起密碼錯 誤引起超時 引起1000開鎖報警報警報警開啟開啟解除解除1001開鎖報警報警報警開啟開啟解除解除1100開鎖報警報警報警開啟開啟解除解除0101開鎖報警報警報警開啟開啟解除解除0110開鎖報警報警報警開啟開啟解除解除通過對硬件成品的實測和用protues軟件的仿真測試，密碼的輸入，修改， 開鎖模擬和報警模塊工作正常，計時程序運行正常，自鎖進入和解除運行正常。 符合設(shè)計要求的功能：當首次輸入密碼確認后，密碼被單片機存儲，5秒內(nèi)輸入確認正確密碼時，開鎖正常，計時清零正常，5秒內(nèi)輸入錯誤密碼或者超時輸入 且不管密碼正確與否，均報警，按鍵失靈，成功進入自鎖，當在開鎖狀

26、態(tài)鍵按下, 密碼重置鍵按下后，密碼重置，自鎖解除，開鎖成功。七、結(jié)論與心得本次設(shè)計的電子密碼鎖以stc89c51為核心，用led燈、自鎖開關(guān)、貼片開 關(guān)、蜂鳴器以及直流電源來表現(xiàn)實驗效果，通過四位密碼鎖實現(xiàn)對密碼鎖的控制。 通過對硬件的仿真及軟件測試，實現(xiàn)了設(shè)計功能的要求。在這次設(shè)計中還有幾個問題未解決，第一，密碼鎖必須保持不斷電，才能保 證設(shè)入密碼的正常保存和修改；第二，密碼鎖的密碼重置鍵為隱藏按鍵，設(shè)計屮 位置的擺放問題，保證其隱蔽性問題。在后期成品制作過程中，解決斷電問題，利用ic總線技術(shù)，比如加個24c02 之類的芯片，將用戶信息放到24c02里面，這樣斷電之后，用戶信息不丟失，密 碼

27、可以長久保存。解決密碼重置鍵問題可以選擇，密碼的雙重性，通過設(shè)置雙垂 密碼，一重密碼解鎖和修改密碼，在進入自鎖z后，利用另一重密碼進行解除自 鎖。在設(shè)計本系統(tǒng)的過程中，小組各成員熱情投入，相互配合，不僅學(xué)到了很多 的知識，也培養(yǎng)了良好的團隊精神?？傊?，課程設(shè)計是一個很好的平臺，通過木 次設(shè)計，我們小組各成員都受益匪淺。八、參考文獻01何宏主編單片機原理與接口技術(shù)北京，國防工業(yè)出版社2006. 0702楊西明朱騏主編單片機編程與應(yīng)用入門北京，機械工業(yè)出版社2004. 0603先鋒工作室編箸單片機程序設(shè)計實例 北京，清華大學(xué)出版社2003.0104謝宜仁主編單片機實用技術(shù)問答北京，人民郵電岀版社

28、2003. 0205梁麗 電子密碼鎖的計算機仿真設(shè)計計算機仿真200506房小翠王金鳳編著單片機實用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù).北京，國防工業(yè)出版社1999.0607郭天祥編著51單片機c語言教程北京，電子工業(yè)出版社2010.3附件:程序設(shè)計程序設(shè)計如下：#inc1ude<reg51. h>#define uint unsigned intvoid delay(uint);sbi t ledr二p2"0;/紅色 led 控制端 sbit ledg=p2*l;/綠色 led 控制端 sbit bj二p2"2;蜂鳴器控制端 sbit keyl二p2'3;/密碼重置鍵 sb

29、it key2二p2"4;/開鎖狀態(tài)鍵 sbit keyr=p25;/密碼確認鍵 uint nn,num;void mainotm0d=0x01;/設(shè)定工作方式tiio 二(65536-45872)/256;tlo二(65536-54872) %256; /裝初值，用于 5 秒計時wh i 1 e (1)if(key1=0&&key2=1)delay (5);i f(keyl=0&&key2=l)nn=pl;bj=o;delay (30);bj=l;delay (30);bj=o;delay (30);bj=l;delay (30);ledr=0;delay(100);ledr=l