单片机课程设计报告基于单片机的电子密码锁

1、- 1 - 单单 片片 机机 课课 程程 设设 计计 报报 告告 课题名称：基于单片机的电子密码锁 学 校： 系 别：机械电子工程系 专 业：应用电子技术 姓 名： 学 号： 指导教师： - 2 - 目录目录 一一 设计总说明设计总说明.- 3 - 二二 电子密码锁的系统设计电子密码锁的系统设计.- 4 - 2.12.1 设计方案论证与比较设计方案论证与比较.- 4 - 2.22.2 电子密码锁总体设计电子密码锁总体设计.- 4 - 三三 硬件电路设计硬件电路设计.- 5 - 3.13.1 单片机单片机 at89c51at89c51 简介简介.- 5 - 3.23.2 4444 矩阵键盘矩阵键

2、盘 .- 5 - 3.33.3 震荡电路震荡电路 .- 6 - 3.43.4 外部存储器电路外部存储器电路 .- 6 - 3.53.5 1602lcd1602lcd 液晶显示液晶显示 .- 7 - 3.63.6 ledled 及蜂鸣器及蜂鸣器 .- 7 - 3.73.7 完整电路图及元器件清单完整电路图及元器件清单.- 8 - 四四 软件程序设计软件程序设计.- 9 - 4.14.1 程序设计流程图程序设计流程图.- 9 - 4.24.2 电子密码锁源程序电子密码锁源程序 .- 10 - 五五 仿真调试仿真调试.- 15 - 5.15.1 使用使用 k keileil生成生成hexhex文件文

3、件.- 15 - 5.25.2 使用使用 p proteusroteus仿真过程仿真过程.- 16 - 六六 总结与体会总结与体会.- 19 - 七七 参考文献及参考文献及 pcbpcb 封装图封装图.- 19 - 7.17.1 参考文献参考文献 .- 19 - 7.27.2 pcbpcb 封装图封装图 .- 20 - - 3 - 一 设计总说明 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。若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需携带 多把钥匙, 使用极不方便, 且钥匙丢失后安全性即大打折扣。随着科学技术的不断发展， 人们对日

4、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 操作等优点。 在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替传统的机械式密码锁， 克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上 都大大提高一步。随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世，出现了带微处 理器的智能密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化管理、专家分析系统 等功能，从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性，应用日益广泛。 基于以上思路，本次设计使用 atmel 公司的 at8

5、9c51 实现一基于单片机的电子密码锁 的设计，其主要具有如下功能： （1）设置 6 位密码，密码通过键盘输入，按键确实按下，发出提示音。若密码正确， 则将锁打开。 （2）密码可以由用户自己修改设定（只支持 6 位密码） ，锁打开后才能修改密码。 （3）断电后密码可保存。 电子密码锁的设计主要由三部分组成：44 矩阵键盘接口电路、密码锁的控制电路、 密码存储电路、输出显示电路。另外系统还有 led 提示灯，蜂鸣器等。 密码锁设计的关键问题是实现密码的输入、清除、更改、开锁等功能： （1）密码输入功能：按下一个数字键，依次输入密码。 （2）密码清除功能：当按下清除键时，清除前面输入的所有值，并清

6、除所有显示。 （3）密码更改功能：将输入的值作为新的密码并保存。 （4）开锁功能：当按下开锁键，系统将输入与密码进行检查核对，如果正确锁打 开，否则不打开。 主要的设计实施过程：首先，选用 atmel 公司的单片机 at89c51，以及选购其他电子 元器件。第二步，使用 proteus pro7.7 设计硬件电路原理图，并设计 pcb 图完成布线。第 三步，使用 keil uvision3 软件编写单片机的 c 语言程序、仿真、软件调试。第四部，使 用 proteus 软件进行模拟软、硬件调试，完成本次课程设计。 - 4 - 摘要（关键词）：电子密码锁 at89c51 44 矩阵键盘 密码输入

7、与修改 二 电子密码锁的系统设计 2.12.1 设计方案论证与比较设计方案论证与比较 方案一：卡片式电子密码锁。卡片式电子密码锁,它利用光电耦合的方式，将密码信息 从打孔的形式做在卡片上 ,只要将卡片插入锁内，就能将锁打开。如果卡片上密码信息不 对,密码锁发出报警声。这种方法是需要卡片做为钥匙，容易被盗和被仿制，安全性不高。 方案二：磁卡式电子密码锁，具有功能强、故障率低、可靠性高和工作寿命长等优点， 但这种方法的缺点是磁卡容易消磁，对用户造成不必要的麻烦。 方案三：用at89c51设计的多功能密码锁。以单片机作为微控制器，可以实现基于以上 优点，本系统选用该方案作为设计方案。按键有效指示、输

8、入错误、控制开锁、错误报警、 密码修改等功能，工作稳定可靠，保密性高，实用性强。 2.22.2电子密码锁总体设计电子密码锁总体设计 51 单片机 44 键盘 lcd 外部存储器 扬声器 晶振电路 发光二极管 等 图 2-1 系统原理框图 - 5 - 三 硬件电路设计 3.13.1 单片机单片机 at89c51at89c51 简介简介 at89c51 是美国 atmel 公司生产的低电压，高性能 cmos 8 位单片机，片内含 4k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（eprom）和 128bytes 的随机存取数据序存器（ram） ，器 件采用 atmel 公司的高密度/非易失性存储技术

9、生产，兼容标准 mcs-51 指令系统，片内置 通用 8 位中央处理器（cpu）和 flash 存储单元，at89c51 单片机为许多嵌入式控制系统提 供了一种灵活行高且价廉的方案。 主要特性: 与 mcs-51 兼容 4k 字节可编程 flash 存储器(寿命：1000 写/ 擦循环) 全静态工作：0hz-24khz 三级程序存储器保密锁定 128*8 位内部 ram 32 条可编程 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 图 3-1 at89c51 引脚 图 3.23.2 4444 矩阵键盘矩阵键盘 如图 3-2

10、 所示，本系统采用 44 矩阵键盘，16 个按键分为输入数字键： 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9；功能键确定、上锁、修改密码、保存密码、clr。 - 6 - 图 图图 3-2 44 矩阵键盘 3.33.3 震荡电路震荡电路 c1 30pf c2 30pf x1 图 3-3 振荡电路 本设计晶振选择频率为 12mhz，电容选择 30pf 如图 3-3。 经计算得单片机工作机器周期为： 12（112m）=1us。 - 7 - 3.43.4 外部存储器电路外部存储器电路 为了保证用户密码在系统掉电时不会丢失，本系统采用 at24c04 的 eeprom 存储器来存 储用户密码。电擦除可编程只

11、读存储器 eeprom(electrically erasable prom)是近年来开 始被广泛使用的一种只读存储器，它能在应用系统中进行在线改写，并能在掉电的情况下 保存数据而不需保证电源，因而完全符合系统的设计要求。虽然 eeprom 的擦除时间较长， 但这不影响整个系统的功能。在本系统，用户设定的密码就存于 eeprom at24c04 中。 at24c04 与单片机之间采用 i2c 总线通讯方式。 图 3-4 24c04a 外部存储器 3.53.5 1602lcd1602lcd 液晶显示液晶显示 图 3-5 lcd 液晶显示 主要技术参数 显示容量芯片工作电压工作电流最佳工作电压字符

12、尺寸 - 8 - 162 个字符4.55.5v2.0ma(5.0v)5.0v3.954.35mm 3.63.6 ledled 及蜂鸣器及蜂鸣器 图 3-6 led 开锁提示 如图，led 模拟锁的开关状态。若 led 亮，表示密码正确，开锁。 图 3-7 蜂鸣器 按键按下，密码锁打开等动作实现时发出提示音。 3.73.7 完整电路图及元器件清单完整电路图及元器件清单 - 9 - 开始 输入密码 正确否？ 开锁 判断按键 上锁键 修改密码键 上锁 结束 输入新密码 修改密码 yes no 图 3-8 仿真电路图 元器件规格/型号数量 单片机at89c511 存储器24c04a1 lcdlm016

13、l1 晶振crystal1 瓷片电容cap2 电解电容cap-elec 电阻res2 电阻排respack-81 发光二级管led-yellow1 蜂鸣器sounder1 按钮button16 表 3-9 元件清单 四 软件程序设计 程序主要完成：开始时 lcd 显示“your password”提示输入密码，输入密码后按下确 认键，系统会将所输入与系统密码进行比对。若输入密码正确则显示“unlock ok”开锁， 然后可以选择上锁或者修改密码，如果密码错误则显示“error” 。开锁后，按下上锁键， 系统上锁并返回，选择修改密码则可以对系统进行修改密码操作。 4.14.1 程序设计流程图程序

14、设计流程图 - 10 - 图 4-1 程序设计流程图 4.24.2 电子密码锁源程序电子密码锁源程序 /-main.c- /名称：电子密码锁 /- / / 当输入 0-9 中的数字时可以输入密码，不超过 6 位，输入完成后按下 a / 键开锁，密码正确时 led 点亮，液晶屏显示开锁成功。 / 其他键功能是：b 上锁 c 重新输入密码 d 保存新密码 e 清除。 / 重设密码时要求先输入正确的密码成功开锁。 /- #include #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define de

15、lay4us(); /上次按键和当前按键序号，该矩阵中序号范围为 0-15,16 表示无按键 uchar pre_keyno = 16, keyno = 16; uchar code title_text = your password.;/标题字符串 uchar dsy_buffer10 = ;/显示缓冲 uchar userpassword10 = ;/用户输入的密码 void lcd_init();/液晶初始化 void display_string(uchar * str, uchar lineno);/在液晶指定行显示字符串 void iic_24c04_init();/iic 初始

16、化 - 11 - void beep();/蜂鸣器 uchar recstring (uchar slave,uchar subaddr,uchar *buffer,uchar n);/从 iic 读取 数据 uchar sendstring (uchar slave,uchar subaddr,uchar *buffer,uchar n);/向 iic 写入 数据 uchar keys_scan();/键盘扫描，返回键盘号 0-15 sbit led_open =p27;/开锁亮灯 sbit beep =p37;/蜂鸣器 /- / 延时 /- void delayms(uint x) uch

17、ar i; while (x-) for (i = 0;i 120; i+); /- / 蜂鸣器子程序 /- void beep() uchar i; for (i = 0;i 100; i+) delayms(1); beep = beep; beep=0; /- / 清除密码 /- void clear_password() userpassword0 = 0; dsy_buffer0 = 0; /- / 主程序 /- void main() uchar i = 0; uchar iic_password10; uchar is_valid_user = 0; p0 = 0 xff; p1

18、 = 0 xff; p2 = 0 xff; tmod = 0 x02; /t0 设置为 8 位自动重装模式 th0 = 175; tl0 = 175; tr0 = 1; /启动 t0 delayms(10); lcd_init(); /初始化 lcd - 12 - iic_24c04_init(); /初始化 24c04 display_string(title_text,0 x00); /在第 1 行显示标题 recstring(0 xa0, 0 , iic_password, 6); iic_password6 = 0; while(1) p1 = 0 xf0; if(p1 != 0 xf

19、0) keyno = keys_scan(); /扫描键盘获取键序号 keyno switch ( keyno ) case 0: case 1: case 2: case 3: case 4: case 5: case 6: case 7: case 8: case 9: if ( i= 5 ) /密码限制在 6 位以内 /如果 i 为 0 则执行一次清屏 if (i =0) display_string( ,0 x40); userpasswordi = keyno + 0; userpasswordi+1 = 0; dsy_bufferi = *; dsy_bufferi+1 = 0;

20、display_string(dsy_buffer,0 x40); i+; break; case 10: /按 a 键开锁 if (strcmp(userpassword,iic_password) = 0) led_open = 0; /点亮 led clear_password(); display_string(unlock ok! ,0 x40); is_valid_user = 1; else led_open =1; /关闭 led clear_password(); display_string(error ! ,0 x40); is_valid_user = 0; i = 0

21、; break; case 11: /按 b 键上锁 led_open =1; clear_password(); display_string(title_text,0 x00); - 13 - display_string( ,0 x40); i = 0; is_valid_user = 0; break; case 12: /按 c 键设置新密码 /如果是合法用户则提示输入新密码 if ( !is_valid_user ) display_string(no rights !,0 x40); else i = 0; display_string(new password: ,0 x00)

22、; display_string( ,0 x40); break; case 13: /按 d 键保存新密码 if ( !is_valid_user ) display_string(no rights !,0 x40); else sendstring(0 xa0, 0 , userpassword, 6); /重新读入刚写的密码 recstring(0 xa0, 0 , iic_password, 6); iic_password6 = 0; i = 0; display_string(title_text,0 x00); display_string(password saved! ,0

23、 x40); break; case 14: /按 e 键消除所有输入 i = 0; clear_password(); display_string( ,0 x40); beep(); delayms(100); p1= 0 xf0; while (p1 != 0 xf0); /如果有键未释放则等待 while (p1 = 0 xf0); /如果没有再次按下按键则等待 /- 24c04.c - / 24c04 iic 读/写程序 /- sbit scl = p32;/串行时钟 sbit sda = p33;/串行数据 /- / 起始位 /- void start() - 14 - sda =

24、 1; scl = 1; delay4us(); sda = 0; delay4us(); scl = 0; /- / 停止位 /- void stop() sda = 0; scl = 1; delay4us(); sda = 1; delay4us(); scl = 0; /- / iic 总线初始化 /- void ack() sda = 0; scl = 1; delay4us(); scl = 0; sda =1; /- / 发送非应答信号 /- void no_ack() sda = 1; scl =1; delay4us(); scl = 0; sda = 0; /- / 从芯片

25、读取 1 字节 /- uchar recbyte() uchar i,rd; rd = 0 x00; sda = 1;/置数据线为输入方式 for(i = 0;i 8; i+) scl = 1; rd = 1; rd|=sda; delay4us();scl = 0; delay4us(); scl = 0; - 15 - delay4us(); return rd; /- / 向芯片发送 1 字节 /- uchar sendbyte(uchar wd) uchar i; bit ack0; for(i = 0;i 8;i+)/循环移入 8 位 sda = (bit)(wd _nop_();

26、_nop_(); scl = 1; delay4us(); scl = 0 ;wd = 1; delay4us(); sda = 1;/释放总线并准备读取应答 scl = 1; delay4us(); ack0 = !sda;/0 表示无应答 scl = 0; delay4us(); return ack0;/返回应答 /- / 发送多字节数据函数 /- uchar sendstring(uchar slave,uchar subaddr,uchar *buffer,uchar n) uchar i; start(); if (!sendbyte(slave)return 0;/器件地址 if

27、 (!sendbyte(subaddr) return 0;/器件子地址 start(); if (!sendbyte(slave + 1) return 0; /器件地址，读操作 for (i = 0; i 4 0 x0f; /对 0-3 行分别附加起始值 0,4,8,12 switch (tmp) case 1: keyno += 0; break; case 2: keyno += 4; break; case 4: keyno += 8; break; case 8: keyno += 12; return keyno; 五 仿真调试 5.15.1 使用使用 keilkeil 生成生成

28、 hexhex 文件文件 将上述代码经 keil 生成 hex 文件以便 proteus 仿真。keil 界面如下图： 图 5-1 keil 的使用 5.25.2 使用使用 proteusproteus 仿真过程仿真过程 - 17 - 使用 proteus 绘制原理图，然后将上一步 keil 生成的 hex 程序文件载入到单片机中， 点击运行，过程大致如下： 1.初始界面：lcd 显示“your password.”,提示输入密码，如下图： 图 5-2 初始界面 2.密码输入： 输入密码，按确定键，如果正确，显示“unlock ok!”并解锁。 图 5-3 密码正确 图 5-4 灯亮开锁 输入密码，按确定键，如果错误，则显示“error!”，不解锁。 - 18 - 图 5-5 密码错误 图 5-6 锁未开 3.密码修改及保存： 在密码输入正确，锁打开的情况下，按“修改密码”键，进入密码修改界面： 图 5-7 输入新密码 - 19 - 输入新密码后，按“保存密码”键，保存新密码： 图 5-8 保存密码 六 总结与体会 通过