基于单片机的电子密码锁.doc

青岛理工大学青岛理工大学 毕毕 业业 论论 文文 题目 题目 基于单片机的电子密码锁设计基于单片机的电子密码锁设计 学生姓名 学生姓名 范小凤范小凤 学生学号 学生学号 201089084201089084 院系名称 院系名称 机电工程系机电工程系 专业班级 专业班级 机电一体化机电一体化 104104 指导教师 指导教师 武传艳武传艳 2013 年年 06 月月 15 日日 毕业设计任务书毕业设计任务书 专业 机电一体化 班级 104 姓名 范小凤 下发日期 2013 3 1 题目基于单片机的电子密码锁设计 专题单片机应用 主 要 内 容 及 要 求 主要内容 1 绘制系统的整体框架图 确定总体方案 2 基于单片的电子密码锁 硬件电路设计 3 主要元器件选择 4 单片机控制系统软件设计 5 进行仿真调试及运行结果分析 要求 1 输入密码时在 LCD 屏幕上显示 号 2 输入密码错误超过三次电子密码锁延时锁定 3 当输入密码错误时蜂鸣器响并且 LED 灯亮 4 密码可以由用户自己修改设定 技 术 参 数 要求 1 AT89S51 单片机 2 LCD1602 显示器 3 4 4 矩阵键盘 进 度 及 完 成 日 期 2013 年 4 月 1 日 2013 年 4 月 19 日 查阅国内外文献 上交开题报告 2013 年 4 月 22 日 2013 年 5 月 10 日 系统方案选择与论证 软硬件设计 2013 年 5 月 13 日 2013 年 5 月 24 日 主要参数计算及元器件选择 上交中期审核表 2013 年 5 月 27 日 2013 年 6 月 05 日 完成毕业设计说明书的撰写 上交初稿 2013 年 6 月 06 日 2013 年 6 月 15 日 根据老师意见进行修改完善 2013 年 6 月 16 日 2013 年 6 月 20 日 论文打印 完成答辩 PPT 准备答辩 系主任签字日期教研室主任签字日期指导教师签字日期 指 导 教 师 评 语 文章篇幅完全符合学院规定 内容完整 层次结构安排科学 主要观点突 出 逻辑关系清楚 该生查阅文献资料能力强 能全面收集关于考试系统的资 料 写作过程中能综合运用考试系统知识 全面分析考试系统问题毕业论文 综合运用知识能力强 并有一定的个人见解 总体讲 该生论文语言表达流畅 格式完全符合规范要求 参考了较为丰 富的文献资料 其时效性较强 未发现抄袭现象 指导教师 年 月 日 青岛理工大学毕业论文评阅意见表 论文题目基于单片机的电子密码锁设计 评 分评价 项目 评价标准 A 级 满分 ABCDE 10987 6 文献 资料 利用 能力 能独立地利用多种方式查阅中外文 献 能正确翻译外文资料 能正确 有效地利用各种规范 设计手册等 10 19 2017 1815 1613 14 12 综合 运用 能力 研究方案设计合理 设计方法科学 技术线路先进可行 理论分析和计 算正确 动手能力强 能独立完成 论文 能综合运用所学知识发现和 解决实际问题 研究结果客观真实 20 37 4032 3628 3125 27 24 论文 质量 论文结构严谨 逻辑性强 语言文 字表准确流畅 格式 图 表规范 有一定的学术水平或实际价值 40 1513 1411 1210 9 创新 能力 有较强的创新意识 所做工作有较 大突破 论文有独到见解 15 1513 1411 1210 9 工作 量 工作量饱满 圆满完成了任务书所 规定的各项任务 15 总分 是否同意将该论文提交答辩 是 否 具体评阅及修改意见 针对单片机的电压和电源电压之间的压差调节没有注意 应对这方面设计加以补充 对论文没有多少独到的见解 缺乏创新 有待于进一步的学习和研究 评阅人 年 月 日 注 1 请按照 A 级标准 评出论文各项目的具体得分 并填写在相应项目的评分栏中 2 计算出总分 若总分 60 分 论文质量 24 分 建议不能提交论文评阅乃至答辩 该论文须限期修改合格后重新申请答辩 3 评阅意见栏不够可另附页 答 辩 委 员 会 评 语 周 记论文图 纸答 辩总 评 5 65 30 百分制等级制 答辩委 员会主 席签字 日 期 评 定 成 绩 青岛理工大学毕业论文 摘 要 在日常的生活和工作中 住宅与部门的安全防范 单位的文件档案 财务报表以及 一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决 随着科学技术的不断发展 人们对日常生 活中的安全保险器件的要求越来越高 为满足人们对锁的使用要求 增加其安全性 用 密码代替钥匙的密码锁应运而生 密码锁具有安全性高 成本低 功耗低 易操作 记 住密码即可开锁等优点 本系统由AT89S51单片机系统 4 4矩阵键盘 LCD1602显示和报警系统等组成 具 有设置 修改六位用户密码 超次报警 超次锁定 密码错误报警等功能 除上述基本 的密码锁功能外 依据实际的情况还可以添加遥控功能 本系统成本低廉 功能实用 关键词 AT89S51 LCD1602 电子密码锁 4 4矩阵键盘 青岛理工大学毕业论文 I ABSTRACT With the continuous development of science and technology people s Daily life safety insurance device of demand is higher and higher To meet the requirements of people on the use of the lock to increase its safety using the password instead of the key combination lock arises at the historic moment Combination lock with high safety low cost low power consumption easy operation remember the password lock etc This system is made up of AT89S51 4 4 matrix keyboard LCD1602 display and alarm system etc It has the function of setting up and modify password locking the system if exceeds the max times Alarm etc Besides the above basic combination lock function according to the actual circumstance also can add function of remote control The system cost function and practical Keywords AT89S51 LCD1602 Electronic password lock 4 4 keyboard 青岛理工大学毕业论文 目目 录录 第 1 章 绪论 2 1 1 电子密码锁背景及简介 2 1 2 电子密码锁发展趋势 3 1 3 本设计主要实现的目标 4 第 2 章 总体设计方案的确定 5 2 1 电子密码锁设计的具体要求 5 2 2 总体设计方案选定 5 第 3 章 电子密码锁系统的工作原理 7 3 1 系统的基本工作原理 7 3 2 系统总体设计框图 7 3 3 系统各单元简单介绍 8 第 4 章 系统硬件设计 9 4 1 系统总体框图 9 4 2 单片机的介绍 9 4 2 1 主要特性 9 4 2 2 引脚功能说明 10 4 2 3 89S51 相对于 89C51 的新功能 12 4 2 4 单片机硬件资源的分配 12 4 3 液晶显示 LCD1602 的介绍 13 4 3 1 LM1602 字符型模块的性能 13 4 3 2 LCD1602 的基本原理 13 4 4 复位电路的设计 15 4 5 晶振电路的设计 17 4 6 开锁机构设计 19 4 7 键盘设计 20 4 8 显示电路设计 22 4 9 PROTEUS仿真电路 23 第 5 章 系统软件设计 25 5 1 主程序模块 25 5 2 键盘扫描及识别子程序 26 5 3 系统模块密码设置子程序 27 5 4 程序调试 28 第 6 章 总结 31 青岛理工大学毕业论文 I 致 谢 33 参考文献 34 附 录 35 附录 电子密码锁整体设计图 35 附录 电子密码锁程序源代码 36 附录 MODERN COMBINATION LOCK 49 附录 现代密码锁 52 青岛理工大学毕业论文 0 前前 言言 随着人们生活水平的提高 如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出 传统的 机械锁由于其构造的简单 被撬的事件屡见不鲜 电子锁由于其保密性高 使用灵活性 好 安全系数高 受到了广大用户的喜爱 锁是置于可启闭的器物上 用以关住某个确定 的空间范围或某种器具的 必须以钥匙或暗码打开的扣件 锁具发展到现在已有若干年的 历史了 人们对它的结构 机理也研究得很透彻 因此 不用钥匙就能打开的方法和工 具也层出不穷 现代人类文明社会里 由于社会中各种矛盾冲突十分剧烈 人们的思想 道德观念 价值观念 文化修养水平等差异 群众中良莠不齐 善良的人们能够自觉规 范自已的行为 非礼不为 虽无钥匙亦不会乱闯 然而 那些毫无道德观念的盗贼却 想方设法利用高科技手段撬门开锁 使广大居民防不胜防 为什么会出现这种情况呢 因为传统锁具都存在致命的弱点 第一 锁芯采用常见的铜 铝 锌等材料 抵抗不了强力破坏 第二 锁具制作工艺 技术落后 无法阻止技术手段的开启 目前 市场上很多国内外的锁具 实际上都不具备真正的防盗功能 在惯偷面前 两根钢丝或几件简单的工具就可以把这些锁打开 有的惯偷甚至公开扬言 没有我打 不开的锁 其实 不是他们多高明 而是一般锁具技术原理太过简单 面对这一残酷的 现状 新时代提出了锁具必须革命的迫切的要求 当前虽然许多智能锁 如指纹辨别 IC 卡识别 已相继问世 但这类产品是针对特定 指纹或有效卡 只能适用于保密要求高且仅供个别人使用的箱 柜 房间等 另外 卡 片式的 IC 卡易丢失和损坏 加上其成本较高 在一定程度上限制了这类产品的普及和推 广 电子密码锁具有安全性能高 成本低 功耗低 操作简单等优点使其作为防盗卫士 的角色越来越重要 现有国内市场上的电子密码锁有的是通过购买一些产品模块再开发 不具备自主知识产权 有的是自主研发的 但其功耗与成本都比较高 不具备广泛的应 用价值 为了克服这些缺点 从经济实用角度出发 采用单片机 AT89S5l 与低功耗 CMOS 型 E2PROM AT24C02作为主控器件与数据存储器单元 设计一款可更改密码 具 有报警 实时监控和远程管理功能的电子密码锁 该电子密码锁体积小 易于开发 成 本较低 安全性高 能将其存储的现场历史数据及时上报给上位机系统 实现网络实时 监控 方便管理人员及时分析和处理 青岛理工大学毕业论文 1 第1章 绪论 1 1 电子密码锁背景及简介 随着电子技术和计算机技术的飞速发展 单片机性能不断完善 性能价格比显著提 高 技术日趋完善 由于单片机具有体积小 重量轻 价格便宜 功耗低 控制功能强 及运算速度快等特点 因而在国民经济建设 军事及家用电器等各个领域均得到了广泛 的应用 本设计利用单片机及附加电子元器件实现数据采集和控制算法 来完成某一实际功 能 检验并提高同学对整体电路设计和把握能力 了解单片机系统设计流程 以及电路 板的实际制作和调试能力 同时也加强对数字电路 单片机和微机原理等课程知识的实 际应用能力 也为同类产品的进一步发展奠定理论和实践基础 随着人们生活水平的提高和安全意识的加强 对安全的要求也就越来越高 锁自古 以来就是把守护门的铁将军 人们对它要求甚高 既要安全可靠的防盗 又要使用方便 这也是制锁者长期以来研制的主题 随着电子技术的发展 各类电子产品应运而生 电 子密码锁就是其中之一 据有关资料介绍 电子密码锁的研究从 20 世纪 30 年代就开始 了 在一些特殊场所早就有所应用 这种锁是通过键盘输入一组密码完成开锁过程 研 究这种锁的初衷 就是为提高锁的安全性 由于电子锁的密钥量 密码量 极大 可以 与机械锁配合使用 并且可以避免因钥匙被仿制而留下安全隐患 电子锁只需记住一组 密码 无需携带金属钥匙 免除了人们携带金属钥匙的烦恼 而被越来越多的人所欣赏 电子锁的种类繁多 例如数码锁 指纹锁 磁卡锁 IC 卡锁 生物锁等 但较实用的还 是按键式电子密码锁 20 世纪 80 年代后 随着电子锁专用集成电路的出现 电子锁的体积缩小 可靠性提 高 成本较高 是适合使用在安全性要求较高的场合 且需要有电源提供能量 使用还 局限在一定范围 难以普及 所以对它的研究一直没有明显进展 目前 在西方发达国家 电子密码锁技术相对先进 种类齐全 电子密码锁已被广 泛应用于智能门禁系统中 通过多种更加安全 更加可靠的技术实现大门的管理 在我 青岛理工大学毕业论文 2 国电子锁整体水平尚处于国际上 70 年代左右 电子密码锁的成本还很高 市场上仍以按 键电子锁为主 按键式和卡片钥匙式电子锁已引进国际先进水平 现国内有几个厂生产 供应市场 但国内自行研制开发的电子锁 其市场结构尚未形成 应用还不广泛 国内 的不少企业也引进了世界上先进的技术 发展前景非常可观 希望通过不断的努力 使 电子密码锁在我国也能得到广泛应用 电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作 从而控制机械开关的闭 合 完成开锁 闭锁任务的电子产品 它的种类很多 有简易的电路产品 也有基于芯 片的性价比较高的产品 现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心 通过编程来实现 的 其性能和安全性已大大超过了机械锁 其特点如下 1 保密性好 编码量多 远远大于弹子锁 随机开锁成功率几乎为零 2 密码可变 用户可以随时更改密码 防止密码被盗 同时也可以避免因人员的更 替而使锁的密级下降 3 误码输入保护 当输入密码多次错误时 报警系统自动启动 4 无活动零件 不会磨损 寿命长 5 使用灵活性好 不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁 6 电子密码锁操作简单易行 一学即会 1 2 电子密码锁发展趋势 电子密码锁应用于金融业 其根本的作用是 授权 即被 授权 的人才可以存 取钱 物 广义上讲 金融业的 授权 主要包括以下三种层次的内容 1 授予保管权 如使用保管箱 保险箱和保险柜 2 授予出入权 如出入金库 运钞车和保管室 3 授予流通权 如自动存取款 目前 金融行业电子密码锁的应用主要集中在前两个层面 上 下面将介绍几种在金融行业中使用较多的电子密码锁以及它们的技术发展方向 当 然 以上所说的授权技术再高超 都必须由精良的 锁具 担当承载结构部件 实现开 启 闭锁的功能 而且承担实体防护作用 抵抗住或尽量延迟破坏行为 让电子密码锁 软 硬不吃 一般情况下 锁具防盗的关键是锁身外壳 闭锁的部件的强度 锁止 型式 配合间隙和布局 提高电子密码锁之防护能力的必然途径是报警 在金融业的许 青岛理工大学毕业论文 3 多场所有人值守 有电视监控 具有报警功能 可以综合物理防范和人力防范两种作用 报警的前提是具备探测功能 根据电子密码锁的使用场所和防护要求 可选择多种多样 的探测手段 在中国的城市金融业中 实现联网报警已经成为对各金融网点的基本要求 根据国内外的实践经验 金融业实行安全防范风险等级很有必要 即依据使用的防盗报 警器材的性能 安装布局和人员值守状况等 可以评估被防护物或区域的防护能力 得 出风险等级 其中 电子密码锁的性能至关重要 由于数字 字符 图形图像 人体生物特征和时间等要素均可成为钥匙的电子信息 组合使用这些信息能够使电子密码锁获得高度的保密性 如防范森严的金库 需要使用 复合信息密码的电子密码锁 这样对盗贼而言是 道高一尺 魔高一丈 组合使用信 息也能够使电子密码锁获得无穷扩展的可能 使产品多样化 对用户而言是 千挑百选 自得其所 1 3 本设计主要实现的目标 本设计采用单片机为主控芯片 结合外围电路 组成电子密码锁 用户想要打开锁 必先通过提供的键盘输入正确的密码才能将锁打开 密码可以由用户自己修改设定 锁 打开后才能修改密码 修改密码之前必须再次输入密码 在输入新密码时候一定输对 以防止误操作 青岛理工大学毕业论文 4 第 2 章 总体设计方案的确定 2 1 电子密码锁设计的具体要求 1 本设计为了防止密码被窃取要求在输入密码时在 LCD 屏幕上显示 号 2 设计开锁密码位六位密码的电子密码锁 3 能够 LCD 显示在密码正确时显示 PASSWORD OK 密码错误时显示 PASSWORD ERROR 输入密码时显示 INPUT PASSWORD 4 实现输入密码错误超过限定的三次电子密码锁定 5 4 4 的矩阵键盘其中包括 0 9 的数字键和 A F 的功能键 6 本产品具备报警功能 当输入密码错误时蜂鸣器响并且 LED 灯亮 7 密码可以由用户自己修改设定 只支持6位密码 修改密码之前必须再次输入密 码 在输入新密码时候需要二次确认 以防止误操作 2 2 总体设计方案选定 方案一 采用数字电路控制 用以 74LS112 双 JK 触发器构成的数字逻辑电路作为密码锁的核心控制 共设了 9 个 用户输入键 其中只有 4 个是有效的密码按键 其它的都是干扰按键 若按下干扰键 键盘输入电路自动清零 原先输入的密码无效 需要重新输入 如果用户输入密码的时 间超过 10 秒 一般情况下 用户不会超过 10 秒 若用户觉得不便 还可以修改 电路 将报警 20 秒 若电路连续报警三次 电路将锁定键盘 2 分钟 防止他人的非法操作 采 用数字电路设计的方案好处就是设计简单但控制的准确性和灵活性差 故不采用 方案二 采用一种是用以 AT89S51 为核心的单片机控制方案 由于单片机种类繁多 各种型号都有其一定应用环境 因此在选用时要多加比较 合理选择 以期获得最佳的性价比 一般来说在选取单片机时从下面几个方面考虑 性 能 存储器 运行速度 I O 口 定时 计数器 串行接口 模拟电路功能 工作电压 功耗 封装形式 抗干扰性 保密性 除了以上的一些的还有一些最基本的比如 中断 源的数量和优先级 工作温度范围 有没有低电压检测功能 单片机内有无时钟振荡器 有无上电复位功能等 在开发过程中单片机 青岛理工大学毕业论文 5 还受到 开发工具 编程器 开发成本 开发人员的适应性 技术支持和服务等等因素 基于以上因素本设计选用单片机 AT89C51 作为本设计的核心元件 利用单片机灵活的编 程设计和丰富的 I O 端口 及其控制的准确性 实现基本的密码锁功能 在单片机的外围 电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制 外接 AT24C02 芯片用于密码存储 外接 LCD1602 显示器用于显示作用 当用户需要开锁时 先按键盘开锁键之后按键盘的 数字键 0 9 输入密码 密码输入完后按下确认键 如果密码输入正确则开锁 不正确显 示密码错误重新输入密码 当三次密码错误则发出报警 当用户需要修改密码时 先按 下键盘设置键后输入原来的密码 只有当输入的原密码正确后才能设置新密码 新密码 输入无误后按确认键使新密码将得到存储 密码修改成功 如图 2 1 所示 图 2 1 单片机控制密码锁原理图 由上面两个方案比较得出 方案一是采用 74LS112 双 JK 触发器构成的数字逻辑电路 作为密码锁的核心控制 采用数字电路设计的方案好处就是设计简单但控制的准确性和 灵活性差 方案二使用单片机 AT89S51 作为本设计的核心元件 利用单片机灵活的编程 设计和丰富的 IO 端口 及其控制的准确性 实现基本的密码锁功能 根据密码锁的的要 求灵活 可靠性的出选择方案二比较可靠 输入密码 单片机微控制器 密码正确 开锁驱动电路 电磁锁 N Y 青岛理工大学毕业论文 6 第 3 章 电子密码锁系统的工作原理 3 1 系统的基本工作原理 电子密码锁系统主要由 AT89S51 单片机 矩阵键盘 复位电路 晶振电路 显示器 电路 密码错误报警控制电路 开锁控制电路 LED 指示电路等部分组成 其中矩阵键 盘用于输入数字密码和进行各种功能的实现 由用户通过连接单片机的矩阵键盘输入密 码 密码经过显示电路进行显示 后经过单片机对用户输入的密码与自己保存的密码进 行对比 从而判断密码是否正确 然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者报警电路 控制开锁还是报警 实际使用时只要将单片机的负载由继电器换成电子密码锁的电磁铁 吸合线圈即可 当然也可以用继电器的常开触点去控制电磁铁吸合线圈 本系统共有两部分构成 即硬件部分与软件部分 其中硬件部分由 AT89S51 单片机 矩阵键盘 复位电路 晶振电路 显示器电路 密码错误报警控制电路 开锁控制电路 LED 指示电路等部分组成 软件部分对应的由主程序 初始化程序 LCD 显示程序 键 盘扫描程序 启动程序 关闭程序 健功能程序 密码设置程序和延时程序等组成 3 2 系统总体设计框图 利用单片机 AT89S51 作为本设计的核心元件 利用单片机灵活的编程设计和丰富的 IO 端口 及其控制的准确性 实现基本的密码锁功能 根据密码锁的灵活 可靠性的要 求 故得出如图 3 1 所示的电子密码锁系统的总框图 青岛理工大学毕业论文 7 矩阵 键盘 控制 AT89S51 单片机 复位电路 晶振电路 显示电路 密码错误报警控制电路 LED 指示电路 开锁控制电路 图 3 1 系统总体设计框图 3 3 系统各单元简单介绍 电子密码锁系统主要由 AT89S51 单片机 矩阵键盘 复位电路 晶振电路 显示器 电路 密码错误报警控制电路 开锁控制电路 LED 指示电路等部分组成 1 AT89S51 单片机 是电子密码锁系统的总体控制部分 2 晶振电路 就是为单片机提供 能量 单片机每条指令的运行都是严格按照 机器周期来执行的 机器周期就是由晶振电路提供的 3 矩阵键盘 用于输入数字密码和进行各种功能的实现 4 复位电路 利用复位电路把电路恢复到起始状态 5 显示器电路 用于提示信息的显示及密码的显示 6 密码错误报警控制电路 用于密码输入错误时的报警 7 开锁控制电路 密码输入正确时实现开锁 8 LED 指示电路 配合开锁机构 起到一定的提示作用 青岛理工大学毕业论文 8 第 4 章 系统硬件设计 4 1 系统总体框图 系统总电路框图如图 4 1 所示 包含键盘控制电路模块 实现电路模块 开锁控制电 路模块 LED 指示电路模块 报警控制电路模块 以及单片机的最小系统模块 矩阵 键盘 控制 AT89S51 单片机 复位电路 晶振电路 显示电路 密码错误报警控制电路 LED 指示电路 开锁控制电路 图 4 1 系统总电路框图 4 2 单片机的介绍 AT89S51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗 高性能 CMOS8 位单片机 片内含 4k bytes 的可系统编程的 Flash 只读程序存储器 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性 存储技术生产 兼容标准 8051 指令系统及引脚 它集 Flash 程序存储器 既可在线编程 ISP 也可用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于单片芯片中 ATMEL 公司的功 能强大 低价位 AT89S51 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合 可灵活应用于各 种控制领域 所以我们优先选用的 AT89S51 单片机 青岛理工大学毕业论文 9 4 2 1 主要特性主要特性 与MCS 51兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命 1000写 擦循环 数据保留时间 10年 全静态工作 0Hz 24Hz 三级程序存储器锁定 128 8位内部RAM 32可编程I O线 两个16位定时器 计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 4 2 2 引脚功能说明 图4 2 单片机引脚图 青岛理工大学毕业论文 10 Vcc 电源电压 GND 接地 P0口 P0口是一组8位漏极开路型双向I 0口 也即地址 数据总线复用口 作为输 出口用时 每位能驱动8个TTL逻辑门电路 对端口写 1 可作为高阻抗输入端用 在访 问外部数据存储器或程序存储器时 这组口线分时转换地址 低8位 和数据总线复用 在访问期间激活内部上拉电阻 在F1ash编程时 P0口接收指令字节 而在程序校验时 输出指令字节 校验时 要求外接上拉电阻 P1口 Pl 是一个带内部上拉电阻的8位双向I O口 Pl的输出缓冲级可驱动 吸收或 输出电流 4个TTL逻辑门电路 对端口写 l 通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平 此时可作输入口 作输入口使用时 因为内部存在上拉电阻 某个引脚被外部信号拉低 时会输出一个电流 IIL Flash编程和程序校验期间 Pl接收低8位地址 P2 口 P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I O 口 P2 的输出缓冲级可驱动 吸收或输出电流 4 个TTL逻辑门电路 对端口写 1 通过内部的上拉电阻把端口 拉到高电平 此时可作输入口 作输入口使用时 因为内部存在上拉电阻 某个引脚被 外部信号拉低时会输出一个电流 IIL 在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据 存储器 例如执行MOVX DPTR指令 时 P2口送出高8位地址数据 在访问8 位地址 的外部数据存储器 如执行MOVX Ri 指令 时 P2 口线上的内容 也即特殊功能寄 存器 SFR 区中P2寄存器的内容 在整个访问期间不改变 Flash编程或校验时 P2 亦接收高位地址和其它控制信号 P3 口 P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I 0 口 P3 口输出缓冲级可驱动 吸收或输出电流 4 个TTL逻辑门电路 P3口除了作为一般的I 0口线外 更重要的用 途是它的第二功能 如下表所示 P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验 的控制信号 RST 复位输入 当振荡器工作时 RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片 机复位 WDT 溢出将使该引脚输出高电平 设置SFR AUXR的DISRT0 位 地址8EH 可打开或关闭该功能 DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态 ALE PROG 当访问外部程序存储器或数据存储器时 ALE 地址锁存允许 输出 脉冲用于锁存地址的低8位字节 即使不访问外部存储器 ALE 仍以时钟振荡频率的1 6 输出固定的正脉冲信号 因此它可对外输出时钟或用于定时目的 程序储存允许 输出是外部程序存储器的读选通信号 当AT89S51 PSENPSEN 青岛理工大学毕业论文 11 由外部程序存储器取指令 或数据 时 每个机器周期两次有效 即输出两个脉冲 PSEN 当访问外部数据存储器 没有两次有效的信号 PSEN VPP 外部访问允许 欲使CPU仅访问外部程序存储器 地址为 EA 0000H FFFFH 端必须保持低电平 接地 需注意的是 如果加密位LB1被编程 EA 复位时内部会锁存端状态 如EA端为高电平 接Vcc端 CPU则执行内部程序存储 EA 器中的指令 F1ash存储器编程时 该引脚加上 12V的编程电压Vpp XTALl 振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端 XTAL2 振荡器反相放大器的输出端 4 2 3 89S51相对于89C51的新功能 1 ISP在线编程功能 这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯 片从工作环境中剥离 是一个强大易用的功能 2 最高工作频率为33MHz 89C51的极限工作频率为24MHz 就是说S51具有更高 的工作频率 从而具有了更快的计算速度 3 具有双工UART串行通道 4 内部集成看门狗计时器 不再需要像C51那样外接看门狗计时器单元电路 5 双数据指示器 6 电源关闭标识 7 全新的加密算法 这使得对于89S51的解密变为不可能 程序的保密性大大加强 这样就可以有效地保护知识产权不被侵犯 8 兼容性方面 向下完全兼容51全部字系列产品 9 程序存储器写入方式 二者的写入程序的方式不同 89C51只支持并行写入 同 时需要VPP烧写高压 89S51则支持Isp在线编程写入技术 串行写入 速度更快 稳定性 更好 烧写电压也仅仅需要4 5V即可 10 电源范围 89S51电源范围宽达4 5 5V 而89C51在低于4 8V和高于5 3V的时 候则无法正常工作 11 烧写寿命更长 89S51标称的1000次 实际最少是1000 10000次 这样更有利 于初学者反复烧写 降低学习成本 综上所述本设计选定AT89S51 4 2 4 单片机硬件资源的分配 P0 0 P0 7用于LCD液晶显示作用 青岛理工大学毕业论文 12 P2 6 P2 7用于蜂鸣器和报警灯的控制 P2 0用于开锁电路的控制 P1 0 P1 7用于键盘电路的控制 P3 3 P3 5用于LCD显示模块的控制端口的控制 4 3 液晶显示LCD1602的介绍 4 3 1 LM1602字符型模块的性能 重量轻 100g 体积小 3 次 延时 1 分钟 返 回 开 门 密码设置子程序 图 5 1 主程序的流程图 5 1 主程序模块 主程序主要是完成系统初始化 设置中断向量 检查有无键按下 以及调用显示等 等 主程序部分如下所示 青岛理工大学毕业论文 25 en bit p3 5 将 lcd 的 en 管脚连接到单片机的 p3 5 口 rw bit p3 4 将 lcd 的 rw 管脚连接到单片机的 p3 4 口 rs bit p3 3 将 lcd 的 rs 管脚连接到单片机的 p3 3 口 display equ p0 将 lcd 的显示端口连接到 p0 口上 speaker bit p2 6 蜂鸣器连接到 p2 6 口 led bit p2 7 与蜂鸣器共同作用的 led 灯连到 p2 7 口 open bit p2 0 开锁电路的控制端连接到 p2 0 口 returnbit bit 20h 1 ORG 0000h 程序开始地址 LJMP start ORG 000bh LJMP intermit t0 ORG 001bh LJMP intermit t1 ORG 0030h start MOV sp 60h lcall sys initialization 调用子程序 sys initialization 5 2 键盘扫描及识别子程序 键盘采用查询的方式 放在主程序中 当没有按键按下的时候 单片机循环主程序 一旦有按键按下 便转向相应的子程序处理 处理结束再返回 其程序流程如图5 2所示 键盘部分程序如下 key 键盘程序名称 call ks 调用子程序 ks 青岛理工大学毕业论文 26 jnz k1 判断是否有键按下 jmp key 跳回键盘程序 ks mov p1 0f0h mov a p1 xrl a 0f0h ret 图 5 2 键盘扫描程序流程图 青岛理工大学毕业论文 27 5 3 系统模块密码设置子程序 由于设计是分模块化进行 所以子程序是整体软件系统的组成部分 子程序不但可 以使程序化整为零 使其复杂简单化 同时也方便阅读 修改等 每个功能模块都有它 自己的子程序 在本设计中是用LCD显示数据 所以就要用到显示子程序 设计中用的 是矩阵键盘 所以就用到键盘扫描子程序 例如还有显示初始化子程序 LCD忙检测子 程序 关闭状态显示子程序 开锁状态显示子程序 密码输入及修改状态显示子程序 密码输入错误后的提示子程序等 图5 3为密码修改子程序流程图 选择模式 旧密码输入 新密码输入 存入缓存 再次输入新密码 两次新密码比较 再次输新密码 返回 Y N 图 5 3 设置密码子程序 5 4 程序调试 在硬件支持的环境下 用Proteus设计好的电路 Keil编好的程序编译成芯片可识别的 S51文件 利用PC机写进Proteus程序图芯片 青岛理工大学毕业论文 28 内进行仿真测试 并对其出现的错误进行修改 由图5 4 图5 8可看出最终调试成功 图 5 4 keil 编译程序成功 图 5 5 keil 生成 hex 文件 青岛理工大学毕业论文 29 图 5 6 proteus 调用 keil 的 hex 文件进行仿真 w1 w2 w3 w4 w5 w6 w7 w8 D7 14 D6 13 D5 12 D4 11 D3 10 D2 9 D1 8 D0 7 E 6 RW 5 RS 4 VSS 1 VDD 2 VEE 3 LCD2 LM016L 图 5 7 仿真成功密码正确 NPN R4 100R D2 LED GREEN p2 0 图 5 8 密码正确绿灯亮 青岛理工大学毕业论文 30 第 6 章 总结 很多人把毕业论文作为一个艰难的任务 但是从我的角度来看 我很喜欢这样的设 计 在大学的三年里我最喜欢的也是设计课程 所以我不会把它当做是一个任务 我只 把它当做是一个兴趣 设计可能是一个繁琐的过程 当我设计调试出来的时候 那一份 喜悦是无法形容的 在整个硬件设计和软件设计中按部就班是最好的设计方法 做一步调试一步 如果 把东西一次做完再调试 如果调试结果失败 要检查出问题难度就会更高 在我们日常 生活和工作中也应该按部就班 本次设计的设计步骤 1 显示电路 2 键盘电路 3 开锁电路 4 报警电路 5 复位电路 6 密码设置 7 继续完善各电路 整个设计最大的问题就是显示电路问题 显示电路原本是一个很简单的电路 首先 是软件出现问题 用简单的右移动态显示会显示乱码 是因为内存单元出现混乱 内存 单元的内容先显示了再赋值 这样会使数码管显示乱码 其实是硬件问题 菊花链造成 了很大的干扰 在焊接前应该做好元件的分布 合理分布电路板 在本次设计中 让我 深刻体会到 Proteus 仿真和硬件调试是有一定的区别 在设计过程中我学到了很多东西 学会如何使用 Proteus wave6000 一些仿真软件 学会如何使用单片机开发板 硬件绘图 很多硬件的使用方法 连接方法 毕业论文完 成之后 还以写一份毕业论文总结报告 这对自己来说 是一个总结 也是一个提醒 因为毕业论文的完成 既为大学三年划上了一个完美的句号 也为将来的人生之路做好 了一个很好的铺垫 开始是搜集资料 在指导老师的指点下 通过各种渠道开始准备工作 通过网络 图书馆搜集相关学术论文 核心期刊 书籍等 通过一个月的深入学习 搜集了一大堆 青岛理工大学毕业论文 31 与毕业设计相关的资料 摒弃了一些无关紧要的内容 保留了有参考价值的资料作为备 用 在这段时期 我整天出入图书馆 在常见的搜索引擎中 我了解到一些相关的知识 同时特意浏览了大量的外文网站 并将这些内容列成提纲 便于以后查询 以减少后期 工作量 接下来 我开始对所搜集的资料进行整理 分析研究 并制作了课题研究的方案及 网站设计规划 开题报告完成之后随即进入紧张而有序的写作及设计之中 根据取其精 华 去其糟粕的原则 我撰写了初稿 并加入了自己新颖的见解 特别是在制作网站的 过程中 吸取其它外文网站的优点 并加入自己的创新点 在此期间 我多次与武老师 电话或短信以及利用 QQ E mail 进行沟通 听取老师好的建议 积极采纳 老师将初稿修改后及时反馈给我 看了之后才发现论文中的论文漏洞很多 特别是 论文的格式 而就设计的网站规划来说 提出了几点建议 如不要全盘覆盖课本上的知 识 用一个章节作为典型来表达你的创新点就可以了 至此 我发现 要干好一件事并 非那么简单 但也不是很难 敷衍了事是万万不可的 对待任何事情都要认真去思考 用思想来完成任务 一篇优秀的论文不是写出来的 而是修改出来的 这需要的是耐心 还要用心 在 网站的制作过程中 我遇到的问题很多 有些是在自己技术所在范围之外 每当无法实 现自己的想法或者运行不下去的时候 我就会出现浮躁的情绪 但是我没有放弃 而是 适时地调节自己的心态 在同学老师的帮助下 完成了初次的设计 越是不懂的东西才 要去学 在学习的过程中你会收获很多 其中一点就是互相学习是最好的学习途径 在 学习之后你会感觉到很有成就感 这也是我在完成网站制作之后体会到的 在整个毕业论文设计的过程中我学到了做任何事情所要有的态度和心态 首先我明 白了做学问要一丝不苟 对于出现的任何问题和偏差都不要轻视 要通过正确的途径去 解决 在做事情的过程中要有耐心和毅力 不要一遇到困难就打退堂鼓 只要坚持下去 就可以找到思路去解决问题的 在工作中要学会与人合作的态度 认真听取别人的意见 这样做起事情来就可以事倍功半 青岛理工大学毕业论文 32 致 谢 本论文在写作过程中 得到了武老师的真诚帮助和指导 写作初期在我对毕业论文 的写作几乎一无所知的时候 武老师帮助我整理思路并且告诉我可以查找资料的方法和 途径 是我在以后的写作中有一个清晰地思路 在写作过程中又对我一个又一个问题给 与了精心的指导还在我困惑的时候给了我鼓励 使我恢复了信心抱着积极的态度完成了 论文 武传艳老师严肃的科学态度 严谨的治学精神 精益求精的工作作风 深深地感 染和激励着我 在此谨向武老师致以诚挚的感谢和最崇高的敬意 感谢所有帮助过我的老师 家长 朋友们 正是由于他们的帮助和支持我才能克服 一个又一个的困难和疑惑 直至本文的顺利完成 三年的大学生活不知不觉中就要结束了 在这段难忘的生活中 有我许多美好的回 忆 我的心中 除了不舍 还是不舍 我想 有许多人是我要用一辈子去铭记的 在这份大学的最后一页里 我要感谢的人很多 首先要感谢我的学校 感谢这三年 中教给我的做人道理 让我从一个懵懂得高中生变成熟 还要感谢论文指导老师武老师 在她的指导下我完成了论文 老师多次询问研究过程 并为我指点迷津 帮助我开拓思 路 武老师一丝不苟的作风 严谨求实的态度 踏踏实实的精神 不仅授我以论文 而 且教会我做事严谨的道理 给以终生受益无穷之道 我从心里感谢她 还要感谢各科任 课老师 他们从大一把我们迎进来 到现在把我们送走 在这三年里一直照顾我们的学 习和生活 所以在这里一定要特别感谢他们 当然 还要感谢我的舍友们 在我完成论 文的过程中给予我帮助和鼓励 也是他们陪我度过了这三年的大学生活 对于他们千言 万语汇成一句话 感谢一路有你们相伴 现在即将挥别我的学校 老师 同学 还有我三年的大学生活 虽然依依不舍 但 是对未来的路 我充满了信心 最后 感谢在大学期间认识我和我认识的所有人 有你 们的伴随 才有我大学生活的丰富多彩 绚丽多姿 青岛理工大学毕业论文 33 参考文献 01 何宏主编 单片机原理与接口技术 北京 国防工业出版社 2006 07 02 杨西明 朱骐主编 单片机编程与应用入门 北京 机械工业出版社 2004 06 03 先锋工作室编著 单片机程序设计实例 北京 清华大学出版社 2003 01 04 谢宜仁主编 单片机实用技术问答 北京 人民邮电出版社 2003 02 05 梁丽 电子密码锁的计算机仿真设计 计算机仿真 2005 06 房小翠 王金凤编著 单片机实用系统设计技术 北京 国防工业出版社 1999 06 07 各种网络教程及其他 08 王宽仁 可靠安全的智能密码锁 电子技术应用 2001 09 李捷 陈典涛 陈建华 等 一种基于单片机的电子密码锁的设计 J 农机化研究 2004 5 10 董继成 能防止多次试探密码的单片机密码锁 国外电子元器件 2004 3 11 赵益丹 徐晓林 周振峰编著 电子密码锁的系统原理 设计程序及流程图 嘉兴学院学报 2003 15 12 张培仁 基于 C 语言编程 MCS 51 单片机原理与应用 北京 清华大学出版社 2002 12 13 李朝清 PC 机及单片机数据通信技术 北京 北京航空航天大学出版社 1999 14 路而红 专用集成电路设计与电子设计自动化 北京 清华大学出版社 2004 15 刘文涛 MCS 51单片机培训教程 C51 版 电子工业出版社 2005 8 16 王为青 程国钢 单片机Keil Cx51 应用开发技术 人民邮电出版社 2007 2 17 范风强 兰婵丽 单片机语言C51应用实战集锦 电子工业出版社 2003 3 18 龚运新 单片机 C 语言开发技术 清华大学出版社 2006 10 19 邵贝贝 单片机嵌入式应用的在线开发方法 清华大学出版社 2006 3 20 王宜怀 单片机原理及其嵌入式应用教程 北京希望电子出版社 2002 8 青岛理工大学毕业论文 34 附 录 附录 电子密码锁整体设计图 w1 w2 w3 w4 w5 w6 w7 w8 w8 w7 w6 w5 w4 w3 w2 w1 l1 l2 l3 l4 h4 h3 h2 h1 h4 h3 h2 h1 l4l3l2l1 w1 w2 w3 w4 w5 w6 w7 w8 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0 0 AD0 39 P0 1 AD1 38 P0 2 AD2 37 P0 3 AD3 36 P0 4 AD4 35 P0 5 AD5 34 P0 6 AD6 33 P0 7 AD7 32 P1 0 T2 1 P1 1 T2EX 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 5 T1 15 P2 7 A15 28 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 U1 AT89C52 DIL40 12MHz C1 33p C2 33p vcc X2 CRYSTAL R2 1k LS1 SPEAKER D7 14 D6 13 D5 12 D4 11 D3 10 D2 9 D1 8 D0 7 E 6 RW 5 RS 4 VSS 1 VDD 2 VEE 3 LCD2LM016L Q1 NPN R3 1k p2 0 Q2 NPN RL1 G4W 1114P 12V R4 100R D2 LED GREEN p2 0 D1 LED RED 10k 10k 10k 10k10k10k10k10k 147A 0852 3 FE 9 B 6 DC C3 22u R9 100R 青岛理工大学毕业论文 35 附录 电子密码锁程序源代码 en bit p3 5 rw bit p3 4 rs bit p3 3 display equ p0 speaker bit p2 6 led bit p2 7 open bit p2 0 returnbit bit 20h 1 ORG 0000h LJMP start ORG 000bh LJMP intermit t0 ORG 001bh LJMP intermit t1 ORG 0030h start MOV sp 60h lcall sys initialization main0 lcall strat display