可修改密碼的3位數(shù)字號碼鎖

1、課程設計說明書（2012 /2013 學年第二學期）課程名稱 ： 單片機課程設計 題 目 ：可修改密碼的3位數(shù)字號碼鎖 專業(yè)班級 ： 電氣1022班 學生姓名 ： 謝濤 學 號： 100062229 指導教師 ： 王靜爽 段廣玉 韓昱 設計周數(shù) ： 2周 設計成績 ： 2013年 7月 11日目       錄摘要 .11.課程設計目的. 12.課程設計具體要求. 1 2.1主要任務. 12.2技術要求.23.課程設計正文. 2 3.1硬件設計. .23.1.1方案設計. .2 3.1.2 8051，CD4511，數(shù)碼管簡介. 23.1.3 方案設計.

2、83.1.4 單元電路設計 93.1.5 材料清單 . 93.1.6 原理圖 10 3.1.7 PCB圖 .11 3.1.8 系統(tǒng)調(diào)試 .12 3.2 軟件設計. 123.2.1 系統(tǒng)分析.123.2.2 系統(tǒng)設計.133.2.3 系統(tǒng)實施及程序. 134.課程設計心得體會185.參考文獻. 19摘要： 單片機自20世紀70年代問世以來， 以其極高的性能價格比，受到人們的重視和關注，應用很廣，發(fā)展很快。單片機體積小，重量輕，抗干擾能力強，環(huán)境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好，開發(fā)較為容易。由于具有上述優(yōu)點，在我國，單片機已廣泛應用在工業(yè)自動化控制，自動檢測，智能儀器儀表，家用電器，電力電

3、子，機電一體化設備等各個方面。1.課程設計目的1）掌握單片機的接口技術及相關外圍芯片的外特性，控制方法。2）通過課程設計，掌握以單片機核心的電路設計的基本方法和技術。3）通過實際程序設計和調(diào)試，逐步掌握模塊化程序設計方法和調(diào)試技術。4）與模擬電子技術，數(shù)字電子技術等課程相結合，進一步熟悉和掌握單片機的結構及工作原理，為以后所學的后續(xù)課程打下良好的基礎。5）通過完成一個包括電路設計和程序開發(fā)的完整過程，使學生了解開發(fā)一單片機應用系統(tǒng)的全過程，為今后從事相應打下基礎。2.課程設計具體要求本次課程設計旨在設計一個帶3*3的電子密碼號碼鎖，系統(tǒng)內(nèi)定的密碼為111，通過各種模塊電路的連接，實現(xiàn) ：1）當

4、上電時，數(shù)碼管顯示000；2）當按下不同的按鍵時，數(shù)碼管動態(tài)顯示按下的數(shù)字；3）所允許的密碼的輸入范圍為16，6鍵9鍵分別為確認鍵和改密鍵；4）輸入密碼時，如果輸入密碼正確，蜂鳴器報警同時顯示器清零，如果輸入密碼錯誤，顯示器直接清零；5）修改密碼時，在輸入密碼后方可輸入所要修改的密碼，然后按下改密鍵，密碼修改完畢；6）再次輸入修改后的密碼，同4）2.1.主要任務（1） 確定總體設計方案（2） 設計鍵盤輸入電路（3） 設計顯示電路（4） 合理分配地址，編寫系統(tǒng)程序（5） 利用PROTEL設計硬件電路原理圖和PCB圖（6） 軟硬件聯(lián)機調(diào)試2.2 技術要求（1）掌握數(shù)碼管顯示相關電路和程序設計。（2

5、）會用仿真器對軟硬件電路進行實時仿真，調(diào)試，以期達到預期的效果。（3）熟練應用PROTEL繪制原理圖和PCB圖；3.課程設計正文3.1硬件設計3.1.1方案設計 本課程設計為一個各種模塊電路的綜合系統(tǒng)，系統(tǒng)單片機的標準的頻率時間信號必須做到準確穩(wěn)定，通常使用石英晶體振蕩電路構成。在硬件設計上主要由復位電路、晶體振蕩電路、鍵盤輸入電路、驅動電路、數(shù)碼管顯示電路、蜂鳴器報警電路、單片機模塊電路、位選電路等構成。所用到的主要元器件有8051、數(shù)碼管、晶體振蕩器、按鍵、三極管、蜂鳴器、CD4511等。3.1.2 8051，CD4511，數(shù)碼管簡介8051：a.8051主要特性 與MCS-51單片機產(chǎn)品

6、兼容 4K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器 32個可編程I/O口線 2個16位定時器/計數(shù)器 6個中斷源 全雙工UART串行通道 低功耗空閑和掉電模式 掉電后中斷可喚醒 看門狗定時器 雙數(shù)據(jù)指針 4.0-5.5V電壓工作范圍b.內(nèi)部結構圖3-1 是單片機8051的內(nèi)部結構總框圖。它可以劃分為CPU、存儲器、并行口、串行口、定時/計數(shù)器和中斷邏輯幾個部分。 CPU由運算器和控制邏輯構成，其中包括若干特殊功能寄存器（SFR）。 8051時鐘有兩種方式產(chǎn)生，即內(nèi)部方式和外部方式。 8051在物理上有四個存儲空間：片內(nèi)/片外程序存儲大路、片內(nèi)/片外數(shù)據(jù)存儲器。片內(nèi)有256B數(shù)據(jù)存儲器RAM和4KB的程

7、序存儲器ROM。除此之外，還可以在片外擴展RAM和ROM，并且和有64KB的尋址范圍。8051內(nèi)部有一個可編程的、全雙工的串行接口。它串行收發(fā)存儲在特殊功能寄存器SFR的串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF中的數(shù)據(jù)。 8051共有4個（P0、P1、P2、P3口）8位并行I/O端口，共32個引腳。P0口雙向I/O口，用于分時傳送低8位地址和8位數(shù)據(jù)信號；P1、P2、P3口均為準雙向I/O口；其中P2口還用于傳送高8位地址信號；P3口每一引腳還具有特殊功能，用于特殊信號的輸入輸出和控制信號。 8051內(nèi)部有兩個16位可編程定時器/計數(shù)器T0、T1。最大計數(shù)值為216-1。工作方式和定時器或計數(shù)器的選擇由指令來確

8、定圖3-1 AT89C51 內(nèi)部結構框圖圖3-1 8051內(nèi)部結構框圖圖3-2 8051的時鐘電路c.外部特性（引腳功能）8051芯片有40條引腳，雙列直插式封裝引腳圖如2-4所示： Vcc(40)：電源+5V Vss(20): 接地 XTAL1（19）和XTAL2（18）：使用內(nèi)部振蕩電路時，用來接石英晶體和電容；使用外部時鐘時，用來輸入時鐘脈沖。 P0口（3932）：雙向I/O口，既可作地址/數(shù)據(jù)總線口用，也可作普通I/O口用。 P1口（18）：準雙向通用I/O口。 P2口（2128）：準雙向口，既可作地址總線口輸出地址高8位，也可作普通I/O口用。 P3口（1017）：多用途口，既805

9、1引腳圖可作普通I/O口，也可按每位定義的第二功能操作。 ALE/PROG（30）：地址鎖存信號輸出端。在訪問片外豐儲器時，若ALE為有效高電平，則P0口輸出地址低8位，可以用ALE信號作外部地址鎖存信號。公式（21）fALE=1/6fOSC ,也可作系統(tǒng)中其它芯片的時鐘源。第二功能PROG是對EPROM編程時的編程脈沖輸入端。 RST/VPD（9）：復位信號輸入端。AT89S51接能電源后，在時鐘電路作用下，該腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平，使內(nèi)部復位。第二功能是VPD，即備用電源輸入端。當主電源Vcc發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時，VPD將為RAM提供備用電源，發(fā)保證存儲在RAM中的信號

10、不丟失。 EA/Vpp(31):內(nèi)部和外部程序存儲器選擇線。EA=0時訪問外部ROM 0000HFFFFH；EA=1時，地址0000H0FFFH空間訪問內(nèi)部ROM，地址1000HFFFFH空間訪問外部ROM。 PSEN（29）：片外程序存儲器選通信號，低電平有效。圖1 CD4511引腳圖a引腳介紹引腳 7、1、2、6為 CD4511的BCD碼輸入端，9、10、11、12、13、14、15代表輸出段碼,另外，又設又三個輔助控制引腳：LT、BI、LE。b引腳功能引腳 7、1、2、6分別代表CD4511的BCD碼輸入，9、10、11、12、13、14、15分別代表輸出段碼的ABCDEFG,通過7個電

11、阻與數(shù)碼管abcdefg引腳相連，實現(xiàn)數(shù)碼管的輸出。另外，又設又三個輔助控制引腳：LT、BI、LE。其中LT為試燈輸入低電平有效；BI為滅燈輸入；LE為使能端。功能介紹如下：LE：鎖定控制端，當LE=0時，允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，cd4511輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。BI：4腳是消隱輸入控制端，當BI=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。LT：3腳是測試輸入端，當BI=1，LT=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入

12、DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否正常。數(shù)碼管：這個設計采用的是共陰極數(shù)碼管。數(shù)字對應數(shù)碼管顯示控制轉換字節(jié)（共陰編碼）顯示HGFE,DCBA編碼0 0011,11110x3F;1 0000,01100x06;2 0101,10110x5B;3 0100,11110x4F;4 0110,01100x66;5 0110,11010x6D;6 0111,11010x7D;7 0000,01110x07;8 0111,11110x7F;9 0110,11110x6F;共陽為編碼取反即可3.1.3 方案設計本次課程設計的內(nèi)容是設計一個帶3*3鍵盤3位數(shù)電子號碼瑣，3*

13、3鍵盤輸入電路采用行列式結構，輸出顯示電路部分利用CD4511驅動三個數(shù)碼管顯示，密碼修改通過軟件編程實現(xiàn)，故在硬件設計上本次設計課題主要由3*3鍵盤輸入電路、復位電路、晶體振蕩電路、驅動電路，位選電路和蜂鳴器提示電路等組成。主要元器件有8051、CD4511、PNP、數(shù)碼管、晶體振蕩器、按鍵。3.1.4 單元電路設計1）復位電路的實現(xiàn)當正常工作時單片機接低電平正常工作，當按下按鍵，單片機接通高電平，實現(xiàn)復位功能。2）晶體振蕩電路的實現(xiàn)電容C1、C2與晶體構成一個諧振型網(wǎng)絡，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個180度相移，從而和非門構成一個正反饋網(wǎng)絡，實現(xiàn)了震蕩器的功能。由于晶體具有較高

14、的頻率穩(wěn)定性及準確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準確。3）驅動電路的實現(xiàn)通過CD4511來實現(xiàn) 譯碼驅動的功能，把BCD碼轉化成段碼顯示。4）鍵盤輸入電路的實現(xiàn)3*3鍵盤輸入電路采用行列式電路結構，3個行線，3個列線分別與P1口的P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,P1.4,P1.5相連。5）位選電路的實現(xiàn)通過P2.0,P2.1,P2.2經(jīng)過三個三極管放大來實現(xiàn)位選，分別控制三個數(shù)碼管的顯示。5）蜂鳴器提示電路通過P2.3經(jīng)過一個PNP和蜂鳴器來實現(xiàn)提示密碼輸入是否正確。硬件結構功能框圖：8051應用系統(tǒng)數(shù)字輸入命令輸入顯示電路報警電路3.1.5材料清單器件名稱數(shù)量備注AT89S521單片

15、機CD451117段碼譯碼器晶振112MHZ電解電容210uf無極性電容330pf，0.1uf（濾波）蜂鳴器1接通報警按鍵9數(shù)碼管6共陰極電阻192k(7)，510(10),1k(2)，電源插座1三極管4NPN3.1.6原理圖3.1.7 PCB圖3.1.8 系統(tǒng)調(diào)試硬件調(diào)試： 硬件調(diào)試是利用DVCC實驗與開發(fā)系統(tǒng)、基本測試儀器（萬用表、示波器等），檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試兩步進行。靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測。第一步：目測。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點。第二步用萬用表測試。先用萬用表復核目測中有疑問的連接點，再檢測各種電源線與地線之

16、間是否有短路現(xiàn)象。第三步加電檢測。給板加電，檢測所有插座或是器件的電源端是否符合要求的值 第四步是聯(lián)機檢查。因為只有用單片機開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調(diào)試。 動態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查。動態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠、由分到合。由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當調(diào)試電路時，與該元件無關的 器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個局部的電路上。當各塊電路無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進行調(diào)試。由分到合的調(diào)試既告完成。由近及遠是將信

17、號流經(jīng)的各器件按照距離單片機的邏輯距離進行由近及遠的分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時，仍采用去掉無關元件的方法，逐層調(diào)試下去，就會定位故障元件了。軟件調(diào)試：軟件調(diào)試是通過對程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程。3.2 軟件設計3.2.1 系統(tǒng)分析本次課題設計是基于單片機的特性來實現(xiàn)其功能的。本系統(tǒng)采用的單片機是8051型號。系統(tǒng)集成了3個數(shù)碼管，9個按鍵開關，主要實現(xiàn)數(shù)字輸入和復位功能。3*3鍵盤九個按鍵，其中 六個數(shù)字鍵，一個確認鍵，一個密碼修改鍵，一個復位按鍵。蜂鳴器提示電路，當輸入密碼正確時，蜂鳴器響，起提示作用。3.2.2 系統(tǒng)設計本系統(tǒng)需實現(xiàn)3個功

18、能，3*3鍵盤輸入電路通過九個按鍵采用行列式電路結構實現(xiàn)，輸出顯示電路部分通過CD4511驅動三個數(shù)碼管結合位選電路來顯示輸入的密碼，當密碼輸入正確時，蜂鳴器響，起提示作用，密碼修改功能通過軟件編程實現(xiàn)。流程圖：初始化顯示000鍵盤掃描有鍵按下？取鍵號顯示鍵號開始設定密碼111蜂鳴器響？判鍵號類型改密鍵改密鍵-9鍵確定鍵-6密碼正確？蜂鳴器響是否是否密碼鍵1-6否是3.2.3 系統(tǒng)實施及程序 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 1000HMAIN:CLR P2.3 MOV r1,#00h ;停止響鈴標志初值 MOV 50H,#01H ; 初始密碼定為111 MOV 51H,#01H

19、 MOV 52H,#01H LOOP:MOV R0,#60H MOV 60H,#00H ;顯示單元及存值單元 MOV 61H,#00H MOV 62H,#00H LJMP CXSMDEK8:CLR C MOV A,50H SUBB A,60H ;比較第一個單元數(shù)據(jù)是否與預設值相等 JNZ LOOP ;不等跳轉LOOP CLR C ;相等請進位標志 MOV A,51H SUBB A,61H ;比較第二個單元 JNZ LOOP CLR C MOV A,52H SUBB A,62H JNZ LOOP SETB P2.3 ;全部相等，報警 ACALL DELAY11 AJMP LOOPDEK9:JNB

20、 P2.3,LOOP CLR P2.3 MOV 50H,60H ;存設定的密碼 MOV 51H,61H MOV 52H,62H AJMP LOOPCXSM: CJNE R0,#63H,KKA ;比較次數(shù)控制3次 MOV R0,#60H KKA: MOV P1,#38H JNB p1.3,hang1 JNB p1.4,hang2 JNB p1.5,hang3 LCALL xianshihere:AJMP CXSMhang1:LCALL DEL10MS JB P1.3, cxsm MOV p1,#07h JNB p1.0,jian1 JNB p1.1,jian2 JNB p1.2,jian3han

21、g2:LCALL xianshi LCALL DEL10MS JB P1.4, cxsm MOV p1,#07h JNB p1.0,jian4 JNB p1.1,jian5 JNB p1.2,jian6hang3:LCALL xianshi LCALL DEL10MS JB P1.5, cxsm MOV p1,#07h JNB p1.0,jian7 JNB p1.1,jian8 JNB p1.2,jian9 AJMP cxsmjian1:MOV R0,#01h INC R0 J1:ACALL DELAY11 JNB P1.0,J1 AJMP CXSMjian2:MOV R0,#02h INC

22、R0 J2:ACALL DELAY11 JNB P1.1,J2 AJMP CXSMjian3:MOV R0,#03h INC R0 J3:ACALL DELAY11 JNB P1.2,J3 AJMP CXSMjian4:MOV R0,#04h INC R0 J4:acall DELAY11 JNB P1.0,J4 AJMP CXSMjian5: MOV R0,#05h INC R0 J5:acall DELAY11 JNB P1.1,J5 AJMP CXSMjian6: CJNE r1,#0,stop ;標志與初值比較，不等跳轉STOP MOV R0,#06h INC R0 J6:acall

23、DELAY11 JNB P1.2,J6 AJMP CXSMjian7: J7:acall DELAY11 JnB P1.0,J7 AJMP mainjian8: J8:ACALL DELAY11 JNB P1.1,J8 MOV r1,#01h ;鍵8有按下，響鈴標志置1 ACALL DELAY11 AJMP DEK8jian9:J9:acall DELAY11 JNB P1.2,J9 LJMP DEK9xianshi:CLR P2.1 ;顯示 CLR P2.2 SETB P2.0 MOV A,60H MOV P0,A LCALL DEL10MS CLR P2.0 MOV A,61H MOV P

24、0,A SETB P2.1 LCALL DEL10MS CLR P2.1 MOV A,62H MOV P0,A SETB P2.2 LCALL DEL10MS RETDEL10MS:MOV R7,#18h DEL1:MOV R6,#25h DEL2:DJNZ R6,DEL2 DJNZ R7,DEL1 RETDELAY11:MOV R7,#00h DEL11:MOV R6,#00h ACALL xianshi DEL12:DJNZ R6,DEL2 DJNZ R7,DEL1 RETdelay: MOV r4,#0ffh ;約4Sdel: MOV r5,#0ffhdel123: MOV r3,#1f

25、h DJNZ r3,$ DJNZ r5,del123DJNZ r4,del RET stop: ACALL delay CLR P2.3 ;停止響鈴 MOV r1,#0 ;標志恢復初值 AJMP loop RET END4.課程設計心得體會 經(jīng)過了一學期的課程學習，我把所學知識和技能應用在了本次的課程設計“可修改密碼的3位數(shù)字號碼鎖”當中,通過該設計，我受益匪淺，我們不僅要把所學知識運用其中，更重要的是要大量閱讀課外相關知識，只有這樣我們才能做到設計得游刃有余，而且還會在基礎上有所創(chuàng)新， 在設計的初級階段，原理圖的設計是重中之重，只有把原理圖弄得清楚明了，后面的一系列工作才會得到保障。為此，我們要查閱并閱讀很多相關資料，并熟練掌握知識間的聯(lián)系和區(qū)別，以便在設計的過程中的實踐應用。于是，圖書館和網(wǎng)絡成為了我們很好的學習助手。板子的焊接當然也是個不容忽視的過程，稍一出錯，就會前功盡棄，所以這個階段我們依然很謹慎。另外，我們不是個人在努力，而是一個團隊，我們必須要發(fā)揮團隊的力量，才可以做好這項設計。因此，互相幫助和學習也是我們應該做到的。值得一提的是，在設計程序之前，要對所用單片機的內(nèi)部結構有一個系統(tǒng)的了解，知道該單片機內(nèi)有哪些資源，要有一個清晰的思路和一個完整的的軟件流程圖。在編程的過程中，我逐漸體會到我們所編出來的程序并不是像說話一樣那么簡單，我們必須要