智能電子密碼鎖設計

1、目錄第1章 概 述 .1第2章系統(tǒng)總體方案設計 .22.1系統(tǒng)總體設計框圖. . 22.2初步設計思路 .2第3章硬件電路設計 .43.1 LED數(shù)碼管顯示電路 .43.2鍵盤電路設計 .63.3開鎖電路 .93.4報警電路.103.5時鐘電路 .10第4章軟件設計 .124.1軟件設計思路 .124.2各子程序設計 .134.2.1鍵盤掃描子程序 .134.2.2 LED顯示子程序 .14第5章系統(tǒng)調試 .17第6章心得體會 .19參考文獻. . 21附 錄. . 22附錄A:源程序清單.22附錄B:硬件原理圖.29電氣與信息工程系課程設計評分表 .30第 1 章 概 述隨著科技的發(fā)展，單片

2、機已不是一個陌生的名詞，它的出現(xiàn)是近代計算機技術發(fā)展史上的一個重要里程碑，因為單片機的誕生標志著計算機正式形成了通用計算機系 統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)兩大分支。單片機單芯片的微小體積和低的成本，成為現(xiàn)代電 子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。本文所涉及的是市場占有率最高的是MC51系列，因為世界上很多知名的IC生 產(chǎn)廠家都生產(chǎn)51兼容的芯片。到目前為止，MC51單片機已有數(shù)百個品種，還在不 斷推出功能更強的新產(chǎn)品。本設計是基于單片機的密碼鎖設計方案，根據(jù)要求，給出了該單片機密碼鎖的硬 件電路和軟件程序，同時給出了單片機型號的選擇、硬件設計、軟件流程圖、單片機 存儲單元的分配、匯編語言源程序及詳細注釋等內容

3、。在安全技術防范領域，具有防盜報警功能的電子密碼控制系統(tǒng)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機 械式密碼控制系統(tǒng)，克服了機械式密碼控制的密碼量少、安全性能差的缺點，使電子 密碼控制系統(tǒng)無論在技術上還是在性能上都大大提高了一步。隨著大規(guī)模集成電路技 術的發(fā)展，特別是單片機的問世，出現(xiàn)了帶微處理器的智能密碼控制系統(tǒng)，它除具有 傳統(tǒng)電子密碼控制系統(tǒng)的功能外，還引入了智能化管理、專家分析系統(tǒng)等功能，從而 使密碼控制系統(tǒng)具有很高的安全性、可靠性，應用日益廣泛。第 2 章系統(tǒng)總體方案設計2.1系統(tǒng)總體設計框圖系統(tǒng)總體設計方案框圖2.1:單片機LED數(shù)碼管顯示電路根據(jù)設計要求與設計思路，確定系統(tǒng)的設計方案，成原理框圖擴展電路、L

4、ED數(shù)碼管顯示電路、LED指示燈電路、蜂鳴器電路、繼電器電路等。2.2初步設計思路根據(jù)設計要求，初步思路如下：鍵盤輸入電路時鐘電路圖2.1本方案采用一種是用以89C51為核心-vTEEPR OMT展電路系統(tǒng)總體設計方-的單片機控制方案。利用單片機靈活的編程EEPR OMT展電路?其控制的準確性，實現(xiàn)基本 的密碼鎖燈電能。鳴硬件有以下幾部分組成：單片機、時鐘電路復位電路、鍵盤輸入電路、串行EEPROM1系統(tǒng)的原始密碼放在RAM區(qū)，在運行過程中可以實時更改系統(tǒng)密碼。.2、利用串行EEPRO存儲芯片，可以隨時讀取新密碼，且具有掉電保護功能。3、人機交互通過鍵盤輸入，系統(tǒng)根據(jù)鍵值做出相應的處理，完成具

5、體的功能。4、LED數(shù)碼管通過驅動電路，顯示相應的狀態(tài)。位選由P2口高四位產(chǎn)生，段碼由P1口輸入。5、系統(tǒng)還擴展了LED旨示燈、蜂鳴器、繼電器等一些其本外圍電路。6、此系統(tǒng)共設計了3個基本功能鍵：密碼設置鍵、確認鍵、復位鍵。密碼設置鍵：當用戶需更改密碼時，可通過此功能鍵方便地修改原先的舊密碼。 確認鍵：當完成密碼輸入后，可按此功能鍵即可實現(xiàn)密碼的比較和處理。復位鍵：當密碼三次輸入錯誤時，系統(tǒng)進入死鎖狀態(tài)，可按此功能鍵跳出 此狀態(tài)。第 3 章 硬件電路設計3.1 LED數(shù)碼管顯示電路單片機應用系統(tǒng)中， 通常都需要進行人-機對話。 這包括人對應用系統(tǒng)的狀態(tài)干預 與數(shù)據(jù)輸入，以及應用系統(tǒng)向人們顯示狀

6、態(tài)及各種運行結果，顯示器、鍵盤電路都是 用來實現(xiàn)人-機對話活動的人機通道，因此在單片機系統(tǒng)中有著廣泛的應用。數(shù)碼管在系統(tǒng)中的主要作用是顯示單片機的輸出數(shù)據(jù)、狀態(tài)等，因而，作為外圍 典型器件，數(shù)碼管顯示是反映系統(tǒng)輸出和操作輸入的有效器件。數(shù)碼管具備數(shù)字接口， 可以方便地和單片機系統(tǒng)連接；數(shù)碼管的體積小，重量輕，并且共耗低，是一種理想 的顯示單片機數(shù)據(jù)輸出內容的器件，在單片機系統(tǒng)中有著重要的作用。LED數(shù)碼管的驅動是一個非常重要的問題由于單片機并行口不能直接驅動LED數(shù)碼管，必須采用驅動電路或放大電路，使之產(chǎn)生足夠大的電路，顯示器才能高亮正常 工作。如果驅動能力差，顯示器亮度就低，這樣顯示效果就會

7、很差，達不到設計的需 要。在本系統(tǒng)中，采用了三極管放大電路驅動數(shù)碼管顯示。LED顯示器顯示控制方法有兩種，即動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。靜態(tài)顯示亮度一般比動 態(tài)顯示效果好，但本次設計中，采用了動態(tài)顯示。LED顯示器有共陰和共陽兩種接法， 因此設計過程中要注意接法的區(qū)別。下表為LED顯示器掃描的字符編碼。本系統(tǒng)設計的顯示電路是為了給使用者以提示而設置的。本系統(tǒng)的顯示采用串行顯示的方式，只使用單片機的一個串行口，利用74LS247驅動數(shù)碼管發(fā)光顯示數(shù)碼和74LS138控制位選信號，就可以完成單片機的顯示功能，顯示電路的電路原理圖如圖3.1所示。用P0.0P0.3接74LS247的A，B, C, D四端口，

8、74LS247的輸出口接LED的七段 顯示；而P0.4P0.6接74LS138的A，B，C三個輸入口，74LS138的輸出口接LED的 位顯示。通過軟件實現(xiàn)數(shù)字和位控制。圖3.1 LED顯示電路用74LS247可以控制輸出什么字型。74LS247的邏輯功能表如表3.1:表3.174LS247的邏輯功能表用74LS138控制位循環(huán)顯示，其邏輯功能表如表3.2:表3.274LS138邏輯功能表CBAY1Y2Y0Y3Y4Y5Y6Y70:000 :111r 111100110111 1111010110111110r 111 :110r 111110011111 0111101111110111r 1

9、01 1111r 1101111111111103.2鍵盤電路設計電子密碼鎖應用系統(tǒng)工作時應具備兩種基本功能，一是密碼設置功能，二是密碼 輸入功能。要實現(xiàn)這兩種功能就必須通過鍵盤輸入單元來完成。在此系統(tǒng)設計中，鍵盤行列與單片機P2口連接，通過單片機程序實現(xiàn)對按鍵碼的 識別。鍵盤上有好多鍵，每一個鍵對應一個鍵碼，以便將鍵碼轉到相應的的鍵處理子 程序，進一步實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入和命令處理的功能，鍵識別的流程圖如圖3.2所示。時所占用的I/O線的數(shù)目，在按鍵比較多的時候，通常采用這樣方法。其原理如圖3.3圖3.3矩陣鍵盤每一條水平（行線）與垂直線（列線）的交叉處不相通，而是通過一個按鍵來連通，利用這種行列式

10、矩陣結構只需要N條行線和M條列線，即可組成具有NX M個按鍵 的鍵盤。在這種行列式矩陣鍵盤非鍵盤編碼的單片機系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵 并確認有無按鍵按下的程序段。當確認有按鍵按下后，下一步就要識別哪一個按鍵按下。對鍵的識別通常有兩種 方法：一種是常用的逐行掃描查詢法；另一種是速度較快的線反轉法。對照圖3.2.2所示的4X4鍵盤，說明線反轉個工作原理。首先辨別鍵盤中有無鍵按下，有單片機I/O口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài) 來判斷。方法是：向行線輸出全掃描字00H,把全部列線置為低電平，然后將列線的電 平狀態(tài)讀入累加器A中。如果有按鍵按下，總會有一根行線電平被拉至低電平從而使 行

11、線不全為1。判斷鍵盤中哪一個鍵被按下使通過將列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來實現(xiàn)的。方法是：依次給列線送低電平，然后查所有行線狀態(tài)，如果全為1,則所按下的鍵不在此列；如果不全為1,則所按下的鍵必在此列，而且是在與零電平行線相交的交 點上的那個鍵。具體的功能設計如表3.3:表3.3按鍵功能表按鍵鍵名功能說明19鍵數(shù)字鍵輸入密碼*鍵重設密碼鍵設定新密碼D鍵確定鍵比較密碼:#鍵清除鍵使顯示器清零3.3開鎖電路在本次智能電子密碼鎖設計中，基于節(jié)省材料的原則，暫時用發(fā)光二極管代替電磁鎖，發(fā)光管亮，表示開鎖；滅，表示沒有開鎖。電路圖如3.4所示。當P2.0口輸出低電平時，二極管發(fā)光，表示開鎖。圖3.4

12、開鎖電路3.4報警電路圖3.5報警電路報警模塊由蜂鳴器和單片機組成。 選擇一只壓電式蜂鳴器， 壓電式蜂鳴器工作時約 需要100mA驅動電流。蜂鳴器電路如圖3.5所示。當89C51的P2.1口輸出為低電平時， 蜂鳴器產(chǎn)生蜂鳴音，89C51輸出為高電平時，蜂鳴器不發(fā)聲。3.5時鐘電路單片機工作的時間基準是由時鐘電路提供的， 在單片機的XTAL1和XTAL2兩個引腳 間，接一只晶振及兩只電容就構成了單片機的時鐘電路，如圖3.6所示。圖3.6時鐘電路電路中器件選擇可以通過計算和實驗確定，也可以參考一些典型電路參數(shù)。電路中，電容器C1和C2對振蕩頻率有微調作用，同時幫助晶振起振，通常取值范圍在20.1P

13、F，一般晶振為12MHZ電容取2PF。石英晶體選擇6MHZ或12MHZ其結果只是 機器周期不同，影響計數(shù)器計數(shù)初值。第 4 章 軟件設計4.1軟件設計思路電子密碼鎖工作的主要過程是LED數(shù)碼管提示開始輸入密碼，通過鍵盤輸入密碼，同時LED顯示密碼輸入情況，按下確認鍵后判斷密碼的正確性，作出開鎖或報警處理。 當輸入密碼連續(xù)輸入錯誤3次時， 系統(tǒng)報警。 密碼的設定， 在此程序中密碼是固定40H45H中，假設預設的密碼為123456共6位密碼。由于采用兩個按鍵來完成密碼的輸入，那么其中一個按鍵為功能鍵，另一個按鍵 為數(shù)字鍵。在輸入過程中，首先輸入密碼的長度，接著根據(jù)密碼的長度輸入密碼的位 數(shù)，直到所

14、有長度的密碼都已經(jīng)輸入完畢；或者輸入確認功能鍵之后，才能完成密碼 的輸入過程。進入密碼的判斷比較處理狀態(tài)并給出相應的處理過程。根據(jù)模塊劃分原則,此系統(tǒng)可以將設計方案劃分成以下幾個模塊圖4.1模塊劃分4.2各子程序設計4.2.1鍵盤掃描子程序鍵盤掃描流程圖如圖4.2函數(shù)定義逐行掃描按返判斷返回鍵圖4.2鍵盤掃描流程圖鍵盤掃描子程序如下:L2: MOV R3,#0F7HMOV R1,#00HL3: MOV A,R3MOV P1,AMOV A,P1MOV R4,A主程序行線輸入SETB CMOV R5,#04HL4: RLC AJNC KEYININC R1DJNZ R5,L4CALL DISPMO

15、V A,R3SETB CRRC AMOV R3,AJC L3JMP L24.2.2 LED顯示子程序LED顯示數(shù)碼管顯示程序流程圖如圖4.3LED顯示子程序如下:DISP:MOV R0,#45HDISP1: MOV A,R0ADD A,#50HMOV P0,ACALL DELAYDEC R0MOV A,R0ADD A,#40HMOV P0,ACALL DELAY顯示流程圖DEC R0MOV A,R0ADD A,#30HMOV P0,ACALL DELAYDEC R0MOV A,R0ADD A,#20HMOV P0,ACALL DELAYDEC R0MOV A,R0ADD A,#10HMOV P

16、0,ACALL DELAYDEC R0MOV A,R0ADD A,#00HMOV P0,ACALL DELAYRET第 5 章 系統(tǒng)調試單片機應用系統(tǒng)的調試，包括硬件調試和軟件調試，是一個很重要的步驟。硬件 調試和軟件調試并不能完全分開， 許多硬件錯誤事在軟件調試過程中被發(fā)現(xiàn)和糾正的， 一般方法是先排除明顯的硬件故障，在進行軟硬件綜合調試。源程序經(jīng)過匯編后，生成的目標文件必須經(jīng)過仿真調試，才能固化到應用系統(tǒng)的 程序存儲器EPRO中。在下載程序前，應進行軟件調試，以免錯誤的程序下載到實驗板上，燒壞控制芯 片，因此軟件調試是必不可少的。程序編譯無誤后，設置好仿真參數(shù)，就可以進行軟 件調試了。程序執(zhí)

17、行可采用兩種方法，即單步執(zhí)行和全速執(zhí)行。總體調試最好采用前 者方法，這樣做有助于找到錯誤所在。子程序內部或著延時程序可以采用后者方法， 這樣有助于節(jié)省調試時間。調試過程中，要適當打開一些關鍵變量的窗口，觀察它的 變化情況，仔細分析，實驗結果要與預期結果相比較，如果出現(xiàn)錯誤，反復分析與調 試。從實質上說，應用系統(tǒng)的聯(lián)調是對軟硬件的綜合調試，一方面要排除軟件的錯誤， 同時進一步解決硬件部分遺留故障。聯(lián)調的總體方案是：把整個應用系統(tǒng)按其功能分 成若干個模塊，如系統(tǒng)擴展模塊、輸入輸出模塊、鍵盤掃描模塊等。針對不同的模塊， 用LED旨示燈來跟蹤調試。調試的方法是“最短程序”調試法?！白疃坛绦颉笔侵赣米詈?/p>

18、潔的主程序及調用最少子程序的系統(tǒng)軟件程序。在實踐過程中，我發(fā)現(xiàn)“最短程序” 調試法對系統(tǒng)調試有很大的幫助。特別是在程序模塊多、錯誤多的情況下，就越有好 處。如果最短程序調試不能通過的話，則說明硬件有問題。這時就應該首先將你的硬 件簡化成最小系統(tǒng)，排除硬件故障后，在運行“最短程序” 。如果運行通過，可逐步增 加軟件模塊和硬件模塊，反復實驗。本次調試采用Protues軟件仿真。首先設計電子密碼鎖的源程序，源程序經(jīng)過匯 編后，生成的目標文件經(jīng)過仿真調試。依次按下1,2,3,4,5,6后，LED顯示如圖5.1圖5.1 LED顯示在本次智能電子密碼鎖設計中,基于節(jié)省材料的原則,暫時用發(fā)光二極管代替電 磁

19、鎖,發(fā)光管亮,表示開鎖；滅,表示沒有開鎖。按下確定鍵后,二極管亮,表示密 碼正確。如圖5.2。圖5.2密碼正確LED燈亮第 6 章 心得體會在這次課程設計過程中,讓我學到了許多東西,收益匪淺。課程設計是檢驗理論 知識的掌握和應用能力最好的方法。它能迅速提高個人的動手能力和實踐能力,它能 幫助我們對知識的掌握,促進知識體系的構建,因此,我好好地把握了這短短的兩周 時間,完成了課程設計的任務。課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題,鍛煉 實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著科學技術發(fā) 展的日新日異,單片機已經(jīng)成為當今計算機應用中空前活躍的領

20、域,在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀的大學來說掌握單片機的開發(fā)技術是十分重要 的。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的， 只有理論知識 是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能 真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中 遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻， 掌握得不夠牢固，對單片機匯編語言掌握得不好通過這次課程設計之后，一定把 以前所學過的知識重新溫故。理論與實踐是有著一定的距離，即使

21、這理論學的好，不會編程序，這也是枉然！ 所以在今后的學習當中，我們更應該重視理論與實踐結合的重要性。程序的設計過程 就有如解決一個實際問題，我們要先學會分析問題，然后再去解決這一問題。在整個 設計過程中懂得了許多東西，也培養(yǎng)了獨立思考和設計的能力，樹立了對知識應用的 信心，相信會對今后的學習工作和生活有非常大的幫助，并且提高了自己的動手實踐 操作能力，使自己充分體會到了在設計過程中的成功喜悅。雖然這個設計做的不怎么 好，但是在設計過程中所學到的東西是這次課程設計的最大收獲和財富?？傊?，這次 課程設計讓我受益良多！這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多編程問題，在老師、同學的 幫助下，終

22、于游逆而解。在此，對熱心幫助我的同學和細心指導我的汪超老師，表示 忠心的感謝！參考文獻1、微型計算機原理及應用許立梓編 機械工業(yè)出版社20022、微型計算機接口技術及應用劉樂善編 華中理工大學出版社20003、計算機硬件技術基礎試驗教程鄒逢興編 高等教育出版社20004、16位微型計算機原理接口及其應用周佩玲編中國科學技術大學出版社20005、微型計算機原理與接口技術吳秀清編 中國科學技術出版社20016、微型計算機接口技術鄧亞平編清華大學出版社20017、單片機原理及及應用王迎旭編機械工業(yè)出版社20018、單片機應用程序設計技術 周航慈 著 北京航空航天大學出版社20029、單片機實用技術問

23、答 謝宜仁 主編 人民郵電出版社2002附錄附錄A:源程序清單ORG 00HMOV R5,#00HMOV R7,#00HDJNZ R7,$MOV R7,#10HMOV R6,#06HMOV R1,#35HL1: MOV A,R7MOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV R1,ADEC R1INC R7DJNZ R6,L1START: ORL P2,#0FFHMOV R4,#06HMOV R0,#40HCLEAR: MOV R0,#00HINC R0DJNZ R4,CLEARL2: MOV R3,#0F7HMOV R1,#00HL3: MOV A,R3MOV P1,AMOV

24、 A,P1MOV R4,ASETB CMOV R5,#04HL4: RLC AJNC KEYININC R1DJNZ R5,L4CALL DISPMOV A,R3SETB CRRC AMOV R3,AJC L3JMP L2KEYIN: MOV A,R1XRL A,#0BHJZ X3MOV A,R1XRL A,#0FHJZ X4MOV R7,#10D1: MOV R6,#24DJNZ R6,$DJNZ R7,D1D2: MOV A,P1XRL A,R4JZ D2MOV A,R1MOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV R7,AXRL A,#0AHJZ SET0MOV A,R

25、7XRL A,#0BHJZ STARTMOV A,R7XRL A,#0CHJZ L2MOV A,R7XRL A,#0DHJZ L2MOV A,R7XCH A,40HXCH A,41HXCH A,42HXCH A,43HXCH A,44HXCH A,45HCALL DISPJMP L2X3: JMP DISP2 X4: JMP COMP DISP:MOV R0,#45H DISP1: MOV A,R0ADD A,#50HMOV P0,ACALL DELAYDEC R0MOV A,R0 ADD A,#40H MOV P0,A CALL DELAYDEC R0MOV A,R0ADD A,#30HMOV P0,ACALL DELAYDEC R0MOV A,R0ADD A,#20HMOV P0,ACALL DELAYDEC R0MOV A,R0ADD A,#10HMOV P0,A CALL DELAYDEC R0MOV