單片機簡易電子防盜門

1、信息與電氣工程學院課程設計說明書（2010 /2011學年第二學期）課程名稱 ： 單片機應用課程設計 題 目 ： 簡易電子防盜門 專業(yè)班級 ： 自動化0801 學生姓名 ： 曾達通 學 號： 指導教師 ：王靜爽、楊怡君、韓昱、郭偉 設計周數(shù) ： 二 周 設計成績 ： 2011 年 6 月 24 日目錄1課程設計目的與要求 21.1設計目的21.2技術要求32. 課程設計正文.32.1 系統(tǒng)分析與實施32.2 硬件部分.42.2.1 STC90C52AD功能參數(shù)介紹42.2.2 時鐘電路與復位電路的設計.62.2.3 LED顯示電路驅(qū)動設計.72.2.4 按鍵電路單元.82.2.5 蜂鳴器電路單

2、元.93、程序流程圖.94、系統(tǒng)調(diào)試.11 4.1硬件及軟件調(diào)試過程11 4.2錯誤及其分析115、心得體會.12附錄一、設計原理圖13 用戶手冊：初始密碼為000；鍵盤數(shù)字排列：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 確認 改密鍵盤第四行：用戶用于擴展如果兩次輸入密碼錯誤：紅燈亮并且蜂鳴器響、持續(xù)十秒如果密碼輸入正確：綠燈亮1、 課程設計目的與要求1.1設計目的單片機原理及應用是一門專業(yè)技術基礎課，是一門實踐性很強的課程，單片機課程設計要求將所學的理論知識通過實踐加強理解和認識，提高學生們的單片機接口電路的設計能力和實踐動手能力。課程設計讓我熟練掌握了課本上的一些理論知識，課程設計也是一個學

3、習新知識，鞏固加深所學課本理論知識的過程。她培養(yǎng)了我們綜合運用知識的能力，獨立思考和解決問題的能力。加深我們對單片機原理與應用課程的理解。1.2技術要求 電源打開后，顯示器顯示“000”，“000”為默認內(nèi)定密碼；上電黃燈亮，輸入號碼，再按“確定”開門鍵 。若號碼正確，則門會打開（用二極管綠燈亮表示），兩次輸入密碼錯誤時紅燈亮，蜂鳴器報警。還可實現(xiàn)密碼修改功能。當輸入默認內(nèi)定密碼，門鎖打開后，按下“修改密碼”鍵，再依次按下三位數(shù)字，再按下“確認”鍵，即可修改為新的密碼。 （1）10個數(shù)字輸入鍵，1個確定開鎖鍵，1個重設密碼鍵； （2）3個指示燈；1個報警蜂鳴器； （3）三個數(shù)碼管2、課程設計正

4、文 2.1 系統(tǒng)分析與實施本設計主要由單片機、矩陣鍵盤、數(shù)碼管和密碼存儲等部分組成。其中矩陣鍵盤用于輸入數(shù)字密碼和進行各種功能的實現(xiàn)。由用戶通過連接單片機的矩陣鍵盤輸入密碼，后經(jīng)過單片機對用戶輸入的密碼與自己保存的密碼進行對比，從而判斷密碼是否正確，然后控制引腳的高低電平傳到開鎖電路或者報警電路控制開鎖還是報警，實際使用時只要將單片機的負載由繼電器換成電子密碼鎖的電磁鐵吸合線圈即可，當然也可以用繼電器的常開觸點去控制電磁鐵吸合線圈。本系統(tǒng)共有兩部分構(gòu)成，即硬件部分與軟件部分。其中硬件部分由電源輸入部分、鍵盤輸入部分、密碼存儲部分、復位部分、晶振部分、顯示部分、報警部分、開鎖部分組成，軟件部分對

5、應的由主程序、初始化程序、LCD顯示程序、鍵盤掃描程序、啟動程序、關閉程序、建功能程序、密碼設置程序、EEPROM讀寫程序和延時程序等組成STC90C52AD鍵盤輸入復位電路密碼存儲電路晶振電路電源輸入顯示電路報警電路開鎖電路2.2 硬件部分2.2.1 STC90C52AD的功能參數(shù)介紹STC90C52AD是由宏晶公司生產(chǎn)的高性能八位單片機。如圖一所示。該芯片采用FLASH存儲技術，內(nèi)部具有8KB字節(jié)快閃存存儲器，采用DIP封裝，是目前在中小系統(tǒng)中應用最為普及的單片機。 STC90C52AD可構(gòu)成真正的單片機最小應用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本。只要程序長度小于8K，四

6、個I/O口全部提供給用戶。可用5V電壓編程，而且擦寫時間僅需10毫秒，僅為8751/87C51的擦除時間的百分之一，與8751/87C51的12V電壓擦寫相比， 不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片， 圖一 適合許多嵌入式控制領域。工作電壓范圍（2.7V6V），全靜態(tài)工作，工作頻率寬在0Hz24MHz之間，比8751/87C51等51系列的6MHz12MHz更具有靈活性，系統(tǒng)能快能慢。STC90C52AD芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。P0口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，因為只有該口能直接用于對外部存儲器的讀/寫操作。S

7、TC90C52AD單片機為40引腳芯片如圖一所示，在本設計中，主要用到P0口、P2口、P1.0口及P3.0、P3.1、P3.2口。 P0口可作為通用I/O口，但須外接上拉電阻，所以在設計顯示數(shù)碼管我們避免了使用P0口這樣大大簡化了動態(tài)顯示電路。P1口：8位、雙向I/0口，內(nèi)部含有上拉電阻。P1口可作普通I/O口。輸出緩沖器可驅(qū)動四個TTL負載；用作輸入時，先將引腳置1，由片內(nèi)上拉電阻將其抬到高電平。P1口的引腳可由外部負載拉到低電平，通過上拉電阻提供電流。在FLASH并行編程和校驗時，P1口可輸入低字節(jié)地址。在串行編程和效驗時，P1.5/MO-SI,P1.6/MISO和P1.7/SCK分別是串

8、行數(shù)據(jù)輸入、輸出和移位脈沖引腳。 P2口：具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P2口用做輸出口時，可驅(qū)動4各TTL負載；用做輸入口時，先將引腳置1，由內(nèi)部上拉電阻將其提高到高電平。若負載為低電平，則通過內(nèi)部上拉電阻向外部輸出電流。在FLASH并行編程和校驗時，P2口可輸入高字節(jié)地址和某些控制信號。P3口：具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向口。P3口用做輸出口時，輸出緩沖器可吸收4各TTL的灌電流；用做輸入口時，首先將引腳置1，由內(nèi)部上拉電阻抬位高電平。若外部的負載是低電平，則通過內(nèi)部上拉電阻向輸出電流。在本設計中，P3口作為時間設置的4按鍵輸入，因為有上拉電阻，所以可以通過按鍵直接接地，簡化了電路。在

9、與FLASH并行編程和校驗時，P3口可輸入某些控制信號。P3口除了通用I/O口功能外，還有替代功能如表1所示。單片機使用宏晶公司支持串口下載程序（ISP）的單片機，為STC90C52AD課程設計配發(fā)的小電路板（ISP-MCU Basic circuit）電路原理圖見下圖。該板作為課程設計的核心電路板使用，板上有單片機及附屬電路，RS-232通信驅(qū)動電路，高低電平測試電路等。課程設計電路中需要的其他電路在此基礎上擴展，通過插孔連接。課程設計配發(fā)的小電路板（ISP-MCU Basic circuit）電路原理圖見下圖。表1 P3口的第二功能端口引腳各個功能P3.0RXD(串行口輸入端)P3.1TX

10、D(串行口輸出端)P3.2INT0(外部中斷0請求輸入端，低電平有效)P3.3INT1(外部中斷1請求輸入端，低電平有效)P3.4T0(定時/計數(shù)器0計數(shù)脈沖輸入端)P3.5T1(定時/計數(shù)器1計數(shù)脈沖輸入端)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效)。 每各引腳可吸收8各TTL的灌電流。作為輸入時，首先應將引腳置1。P0也可用做訪問外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器時的低8位地址/數(shù)據(jù)總線的復用線。在該模式下，P0口含有內(nèi)部上拉電阻。在FLASH編程時，P0口接收代碼字節(jié)數(shù)據(jù)；在編程效驗時，P0口輸出代碼字節(jié)數(shù)據(jù)(需要外接上拉

11、電阻)。2.2.2時鐘電路與復位電路的設計時鐘電路是計算機最核心的部分，它控制著計算機的工作。MCS-51單片機允許的時鐘頻率典型值為12MHZ。80C51單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，分別是80C51的19腳和18腳。在XTAL1和XTAL2兩端跨接石英晶體及兩個電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。石英晶振起振后要能在XTAL2線輸出一個3V左右的正弦波，使MCS-51片內(nèi)的OCS電路按石英晶振相同的頻率自激振蕩。通常，OCS的輸出時鐘頻率fosc為0.5MHZ-16MHZ，典型值為12MHZ，電容器C1和C2通常取30pF

12、左右，對振蕩頻率有微調(diào)作用。調(diào)節(jié)它們可以達到微調(diào)振蕩周期fosc的目的。單片機的RST管腳為主機提供一個外部復位信號輸入端口。復位信號是高電平有效，高電平有效的持續(xù)時間應為2個機器周期以上。單片機的復位方式有上電自動復位和手工復位兩種。圖2-2所示是51系列單片機常用的上電復位電路，只要Vcc上升時間不超過1ms,它們都能很好的工作。復位后，單片機內(nèi)各部件恢復到初始狀態(tài)。RET按鍵可以選擇專門的復位按鍵，也可以選擇輕觸開關。2.2.3 LED顯示電路驅(qū)動設計 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)向人們顯示運行狀態(tài)與運行結(jié)果。顯示器，鍵盤

13、電路就是用來完成人機對話活動的人機通道。 LED顯示器的驅(qū)動是一個非常重要的問題，采用CD4511驅(qū)動數(shù)碼管，在應用系統(tǒng)中，設計要求不同，使用的LED顯示器的位數(shù)不同，因此生產(chǎn)廠家就生產(chǎn)了多種位數(shù)，尺寸，型號不同的LED顯示器，采用動態(tài)顯示方式。圖4-3為本系統(tǒng)LED顯示電路，P1口的低四位送4511輸入端，P1.4 P1.5 P1.6分別控制三個數(shù)碼管的位選4511真值表2.2.4按鍵電路單元 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，利用這種行列式矩陣結(jié)構(gòu)只需要N條行線和M條列線，即可組成具有NM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

14、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(zhuǎn)法。對照圖九所示的4*3鍵盤，說明線反轉(zhuǎn)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)，

15、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。2.2.5 蜂鳴器電路單元 蜂鳴器通過PNP三極管觸發(fā)，當輸入密碼錯誤兩次，即會報警。3程序流程圖開始 掃描鍵盤判斷有沒有鍵按下記錄下所按的鍵的數(shù)值 YESNO判斷三個數(shù)值是否全部按下并且確認鍵是否按下鍵師傅按下比較所記錄的三個數(shù)和程序里現(xiàn)在的密碼是否相等YESNO綠燈亮NO判斷是否是第二次密碼按下錯誤蜂鳴器響 并且紅燈亮 持續(xù)十秒YESNOYESNO4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），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)

16、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：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

17、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?？梢岳梅抡嫫骷右哉{(diào)試，對系統(tǒng)單個單元進行調(diào)試，當單元電路成功后，在對整個程序調(diào)試，最后在用CPU芯片調(diào)試。4.1硬件及軟件調(diào)試過程（一） 硬件

18、1 用萬用表檢測擴展電路的電源線和底線是否短路。 2 給蜂鳴器部分電路供電，給控制端口一個低電平，發(fā)光二極管亮并且蜂鳴器響證明這部分電路能正常工作。 3 查看數(shù)碼管的各引腳與74LS245的引腳是否接觸良好。 4 查看各個按鍵是否與P2正確連接。（二 ）軟件1 逐個選通數(shù)碼管，讓P1口輸入共陰極的編碼，看是否能正確顯示。2 下載鍵盤掃描程序，讓數(shù)碼管顯示相應的按鍵值，看能否正確顯示。調(diào)試成功后，就可以正式的進行號碼鎖的程序編程了。4.2錯誤及其分析1 沒有正確認識實驗板，把電源線和地線短路。2 我們用的是共陰極數(shù)碼管，位選時應該用PNP，控制公共端的導通與否，但是焊器件時焊的是NPN，導致調(diào)試時數(shù)碼管不能選通。3 沒有正確認識實驗板，導致一排按鍵和電源線直接相連。5、心得在課設過程中我和組員王國瑞共同負責電路的焊接，有點難過的是我能力有限使得很多東西都沒有靠自己做好，但是我覺得態(tài)度可以決定一切，虛心、耐心、毅力等都是必不可少的，遇到自己不會的一定要積極向同學老師學習。這次課程設計給我們帶來了很大收獲，重要的不是結(jié)果，而是艱苦而有意義的設計過程，是同學們互相合作、集思廣益的團隊精神，是不怕失敗，耐得住性子，屢敗屢戰(zhàn)的艱苦奮斗精神和探求真理的頑強意志。一個人的能力和精力是有限的，但集體可以創(chuàng)造