基于AT24C02电子密码锁的设计

1、单片机应用课程设计单片机应用课程设计设计题目：基于设计题目：基于 AT24C02AT24C02 电子密码锁的设计电子密码锁的设计目录目录1 1 设计任务设计任务 .3 32 2 系统总体方案设计系统总体方案设计 .3 32.12.1 各个模块方案论证各个模块方案论证 .3 32.1.12.1.1 芯片选择芯片选择.3 32.1.22.1.2 显示器的选择显示器的选择.3 32.22.2 总体方案设计总体方案设计.4 43 3 硬件电路设计硬件电路设计 .4 43.13.1 单片机最小系统单片机最小系统 .4 43.23.2 AT24C20AT24C20 储存密码电路储存密码电路.5 53.33

2、.3 矩阵键盘电路矩阵键盘电路 .6 63.43.4 液晶显示电路液晶显示电路 .6 64 4 系统软件设计系统软件设计 .6 64.14.1 主程序流程图主程序流程图.7 74.24.2 子程序流程图子程序流程图.8 84.2.14.2.1 AT24C20AT24C20 子程序流程图子程序流程图 .8 84.2.24.2.2 16021602 子程序流程图子程序流程图 .9 95 5 实物调试实物调试.9 95.15.1 实性物能分析实性物能分析.9 96 6 心得体会心得体会.1212附录附录 1 1.1414（1 1）系统总电路图）系统总电路图 .1414（2 2）系统仿真图）系统仿真图

3、 .1414附录附录 2 2.1616（1 1）程序清单）程序清单 .16161. 设计任务设计任务基本要求：采用 AT24C02 与单片机 STC89C52 相结合设计电子密码锁，然后通过矩阵键盘按键进行密码的输入、清除、更改、开锁等功能。2. 系统总体方案设计系统总体方案设计2.1 各个模块方案讨论各个模块方案讨论2.1.1 芯片选择芯片选择由于设计的是电子密码锁，而单片机 AT89C52 为 8 位通用微处理器，采用工业标准的 C51 内核，在内部功能及管脚排布上与通用的 8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主 IC 内部寄存器、数据 RAM 及外部接口等功能

4、部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号 IR 的接收解码及与主板 CPU 通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接 12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和 VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V 电源的正负端。P0P3 为可编程通用 I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为 N1 功能控制端口，分别与 N1 的相应功能管脚相连接，13 脚定义为 IR 输入端，10 脚和 11 脚定义为 I2C 总线控制端口，分别连

5、接 N1 的 SDAS（18 脚）和 SCLS（19 脚）端口，12 脚、27 脚及 28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板 CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。所以我们以此单片机为核心，采用 AT24C02 作为储存密码芯片，利用单片机进行控制，外加显示电路和键盘电路，即构成一个基本的电子密码锁系统。2.1.2 显示器的选择显示器的选择LCD1602 具有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，对比度可调、内含复位电路、提供各种控制命令等特点，完全满足本次设计的需要，因此，选择 LCD1602 作为显示器进行使用。2.2总体方案设计总体方案设计密码锁设计的

6、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：插上电源后，第一次使用或忘记密码时可以用 111111对其密码初始化，LCD 提示输入密码，输入密码时在 1602LCD 上显示“*”每输入一个数字，LCD 上向右移一格，同时“*”加一个。值到输入 6 个“*”为此，若一次性输入大于 6 个密码，则只保留前 6 位密码，按“确定”生效。若按取消键，锁关闭，所有输入清除错误。输入计数达三次时，报警并锁定键盘 。2、密码更改功能：密码锁在打开的状态再次输入原密码，会有提示输入新密码，输入新密码后按修改键再次输入新密码后就能成功修改密码（初始密码是 6 个 1 ） 。3、当密码输入

7、成功后，或者密码修改成功后，LCD 上有提示成功字符 LED灯亮，同时蜂鸣器响两声作为提示。AT24C02 电子密码锁总体设计方案如图 1 所示。图图 1 1 总体设计方案总体设计方案3.3.系统硬件电路设计系统硬件电路设计3.13.1单片机最小系统单片机最小系统单片机是电子时钟系统的主控制器。其最小系统主要由 STC89C52 单片机、晶振电路及单片机复位电路组成。晶振系统由两个 30pf 的陶瓷电容和一个 12MHz 的晶振组成，分别接在XTAL1、XTAL2 上，在单片机内部，这两个端口是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器，它决定了单片机的时钟周期。单片机有一个复位引脚

8、RST，高电平有效，只要 RST 保持高电平，单片机将循环复位，复位期间，ALE、PSEN 输出高电平。RST 从高电平变为低电平之后，PC 指针变为 0000H，使单片机从程序存储器地址为 0000H 的单元开始执行。当单片机执行程序出错或进入死循环时，也可按复位按钮重新启动。单片机最小系统如图 2 所示。图图 2 23.2 AT24C02AT24C02 储存密码电路储存密码电路.为了保存用户设置的密码，本系统使用 AT24C02 用来保存用户设置的密码，它的 SCL、SDA 端分别接单片机的 T0、T1 端,用于与单片机之间读写操作的数据传输；WP 接低电平表示单片机可以对器件进行正常的读

9、/写操作；E0、 E1、E2是器件地址输入端，都接低电平表示只有一个 AT24C02 被器件寻址。该电路要注意的是 SCL、SDA 必须加上一上接电阻，阻值为 4.7K。用户设置的密码存放在 ST24C02 中，当需要更改或读取用户密码时，只需对 ST24C02 里的数据更改或读取。ST24C02 储存密码电路如图 3 所示。图图 3 33.3 矩阵键盘电路矩阵键盘电路矩阵键盘电路主要作用就是输入密码，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，行列分别连接到按键开关的两端。无按键按动作时列线处于高电平状态；有按键按下时，交点的行线和列线相通，列线电平状态将由与此列线相连的行线电平决定。行线

10、电平如果低，则列线电平为低；行线电平如果为高，则列线电平也为高。这是识别矩阵式键盘按键是否被按下的关键所在。由于矩阵键盘中行、列线为多键公用，各按键均影响该键所在的行和列的电平，所以必须将行、列线信号配合起来作适当的处理，才能确定闭合键所在的位置。矩阵式键盘节省了好多的 I/O 口，适用于按键数量比较多的场合。本设计的 4*4 键盘即采用矩阵式键盘。矩阵键盘电路图如图 4 所示图图 4 43.4 液晶显示电路液晶显示电路1602 的引脚功能：第 1 脚：为地电源。第 2 脚：VCC 接 5V 正电源。第 3 脚：为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时

11、会产生“鬼影” ，使用时可以通过一个 20K 的电位器调整对比度。第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第 5 脚：RW 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS 和 RW 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 RW 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 RW 为低电平时可以写入数据。第 6 脚：E 端为使能端，E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据线。第 1516 脚：15 脚接 VCC，16 脚接地。1602 电路图如图 5 所示。图图 5 54

12、 系统软件设计系统软件设计由于单片机是可编程控制器，故采用 C 语言对单片机进行程序的编写。主程序主要由矩阵键盘程序、1602 液晶屏程序及 AT24C02 程序组成。4.1 主程序流程图主程序流程图图图 6 6上图 6 为主程序流程图。开始先初始化，然后屏幕显示 password 先扫描按键，确认是否可以按键按出密码，如果没有按键按下，则重新扫描按键，若有键按下则按下修改键并保存密码就会出现新的密码，若不按下修改键则还是原来刚设置的初始密码，按下输入键并输入密码，不按下输入键则重新回到扫描按键步骤，若密码正确则开锁。密码错误则报警显示错误。4.2 子程序流程图子程序流程图4.2.1 AT24

13、C02 子程序流程图子程序流程图图图 7 7图 7 展示了 AT24C02 的一个工作流程：首先是对 AT24C02 进行初始化，方便密码的输入，当输入的密码正确，就会解锁，显示屏显示 open,否则显示error 并重新输入密码。 4.2.2 1602 子程序流程图子程序流程图 图图 8 81602 显示器的工作流程图展示了 1602 的工作流程：启动时，首先对 1602进行初始化，然后检测有没有数据写入，当有数据写入时，1602 便读出数据并显示，没有数据写入时，1602 就一直处于等待中，直至有数据写入。1602 子程序流程图如图 8 所示。5 实物调试实物调试5.15.1 实物性能分析

14、实物性能分析用 KEIL 编写程序软件编写程序、经过 Proteus 仿真软件仿真调试之后，确认了此系统可正常运行，在这样的前提下，我们利用一个单片机最小系统、一块用电路板焊接的模块和一个 1602 液晶显示屏完成了第一次实物仿真。图图 9 9图 9 界面显示为输入密码，这时我们按下按键输入密码。当我们输入密码时，下图为密码正确的实物图，如图 10 所示。图图 1010当密码输入正确时，显示屏就会显示 OPEN。若密码输入错误，下图为密码输入错误的实物图，如图 11 所示。图图 1111当我们输入错误的密码时，显示屏就会显示 error。 下图为密码修改成功的实物图，如图 12 所示。图图 1

15、212当密码修改成功时，显示屏就会显示 RestPasswordOK。6 心得体会心得体会通过此次课程设计，我重新把单片机及相关知识联系在了一起虽然掌握的知识不是很多，但通过查找资料我还是对单片机有了很好的了解和掌握。在设计中我才发现单片机虽然体积小但是功能很强大，在生活中很多地方都可以用到它。单片机这门学科博大精深，在以后的学习中只有多看书，理论与实践结合才能把这门课掌握好。掌握了 LCD 的使用方法与编程。同时我也体会到合作的好处。让我懂得了如何合作，对不同看法发表自己的意见。此次设计中最要的一点是，让我知道了，理论联系实践的好处。不管理论学的再怎么好都必须联系实践，只有在实践中我们才会更

16、加懂得如何运用自己的所学，在实践中将自己的知识实物化。理论联系实践是我们获取知识的最佳途径。参考文献1谭浩强主编. C 程序设计题解与上机指导（第 3 版）M. 北京，清华大学出版社，2005.16-24 2谢维成 杨家国 董秀成,单片机原理与应用及 C51 程序设计（第 2 版）M,北京，清华大学出版社，2009.7.25-36附录附录 1（1 1）系统总电路图系统总电路图 系统总电路图，如图 12 所示。图图 1313（2 2） 系统仿真图系统仿真图系统仿真图，如图 13 所示。图图 1414（3 3） PCBPCB 板板 设计使用的 PCB 如图 14 所示图图 1515附录附录 2 2

17、程序清单程序清单#include #include #define LCM_Data P0 #define uchar unsigned char #define uint unsigned int /#define Busy 0 x80 /用于检测 LCM 状态字中的 Busy 标识 #define w 6 /定义密 码位数sbit lcd1602_rs=P25; sbit lcd1602_rw=P26; sbit lcd1602_en=P27; sbit Scl=P34; /24C02 串行时钟 sbit Sda=P35; /24C02 串行数据 sbit ALAM = P21; /报警

18、sbit KEY = P20; /开锁 sbit open_led=P22; /开锁指示灯 bit operation=0; /操作标志位 bit pass=0; /密码正确标志 /bit ResetEn=0; /重设密码充（允）许标志 bit ReInputEn=0; /重置输入充（允）许标志 bit s3_keydown=0; /3 秒按键标志位 bit key_disable=0; /锁定键盘标志 unsigned char countt0,second; /t0 中断计数器,秒计数器 void Delay5Ms(void); unsigned char code a=0 xFE,0 x

19、FD,0 xFB,0 xF7; /控盘扫描控制表 unsigned char code start_line=password: ; unsigned char code name=2=Coded Lock=; /显示名称 unsigned char code Correct= correct ;/输入正确 unsigned char code Error= error ; /输入错误 unsigned char code codepass = pass ; unsigned char code LockOpen = open ; /OPEN unsigned char code SetNew

20、= SetNewWordEnable; unsigned char code Input= input: ; /INPUTunsigned char code ResetOK= ResetPasswordOK ; unsigned char code initword = Init password.; unsigned char code Er_try= error,try again!; unsigned char code again= input again ; unsigned char InputData6; /输入密码暂存区 unsigned char CurrentPasswo

21、rd6=1,1,1,1,1,1; /当前密码值 unsigned char TempPassword6; unsigned char N=0; /密码输入位数记数 unsigned char ErrorCont; /错误次数计数 unsigned char CorrectCont; /正确输入计数 unsigned char ReInputCont; /重新输入计数 unsigned char code initpassword6=1,1,1,1,1,1; /=5ms 延时= void Delay5Ms(void) unsigned int TempCyc = 5552; while(Temp

22、Cyc-); /=400ms 延时= void Delay400Ms(void) unsigned char TempCycA = 5; unsigned int TempCycB; while(TempCycA-) TempCycB=7269; while(TempCycB-); /=24C02= void mDelay(uint t) /延时 uchar i; while(t-) for(i=0;i125;i+) ; void Nop(void) /空操作 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /*起始条件*/ void Start(void) Sda=1

23、; Scl=1; Nop(); Sda=0; Nop(); /*停止条件*/ void Stop(void) Sda=0; Scl=1; Nop(); Sda=1; Nop(); /*应答位*/ void Ack(void) Sda=0; Nop(); Scl=1; Nop(); Scl=0; /*反向应答位*/ void NoAck(void) Sda=1; Nop(); Scl=1; Nop(); Scl=0; /*发送数据子程序，Data 为要求发送的数据*/ void Send(uchar Data) uchar BitCounter=8; char temp; do temp=Dat

24、a; Scl=0; Nop(); if(temp&0 x80)=0 x80) Sda=1; else Sda=0; Scl=1; temp=Data1; Data=temp; BitCounter-; while(BitCounter); Scl=0; /*读一字节的数据，并返回该字节值*/ uchar Read(void) uchar temp=0; uchar temp1=0; uchar BitCounter=8; Sda=1; do Scl=0; Nop(); Scl=1; Nop(); if(Sda) temp=temp|0 x01; else temp=temp&0

25、 xfe; if(BitCounter-1) temp1=temp1; temp=temp1; BitCounter-; while(BitCounter); return(temp); void WrToROM(uchar Data,uchar Address,uchar Num) uchar i; uchar *PData; PData=Data; for(i=0;iNum;i+) Start(); Send(0 xa0); Ack(); Send(Address+i); Ack(); Send(*(PData+i); Ack(); Stop(); mDelay(20); void RdF

26、romROM(uchar Data,uchar Address,uchar Num) uchar i; uchar *PData; PData=Data; for(i=0;i0;x-) for(y=110;y0;y-); /-写指令- void write_1602com(uchar com)/*液晶写入指令函数* lcd1602_rs=0; /数据/指令选择置为指令 lcd1602_rw=0; /读写选择置为写 P0=com; /送入数据 delay(1); lcd1602_en=1; /拉高使能端，为制造有效的下降沿做准备 delay(1); lcd1602_en=0; /en 由高变低，

27、产生下降沿，液晶执行命令 return;/-写数据- void write_1602dat(uchar dat) /*液晶写入数据函数* lcd1602_rs=1; /数据/指令选择置为数据 lcd1602_rw=0; /读写选择置为写 P0=dat; /送入数据 delay(1); lcd1602_en=1; /en 置高电平，为制造下降沿做准备 delay(1); lcd1602_en=0; /en 由高变低，产生下降沿，液晶执行命令 return; /-初始化- void lcd_init(void) write_1602com(0 x38);/设置液晶工作模式，意思：16*2 行显示，

28、5*7 点阵，8 位数据 write_1602com(0 x0c);/开显示不显示光标 write_1602com(0 x06);/整屏不移动，光标自动右移 write_1602com(0 x01);/清显示 /=将按键值编码为数值= unsigned char coding(unsigned char m) unsigned char k; switch(m) case (0 x18): k=1;break; case (0 x28): k=2;break; case (0 x48): k=3;break; case (0 x88): k=A;break; case (0 x14): k=4

29、;break; case (0 x24): k=5;break; case (0 x44): k=6;break; case (0 x84): k=B;break; case (0 x12): k=7;break; case (0 x22): k=8;break; case (0 x42): k=9;break; case (0 x82): k=C;break; case (0 x11): k=*;break; case (0 x21): k=0;break; case (0 x41): k=#;break; case (0 x81): k=D;break; return(k); /= 按键检

30、测并返回按键值= unsigned char keynum(void) unsigned char row,col,i; P1=0 xf0; if(P1&0 xf0)!=0 xf0) Delay5Ms(); Delay5Ms(); if(P1&0 xf0)!=0 xf0) row=P10 xf0; /确定行线 i=0; P1=ai; /精确定位 while(i4) if(P1&0 xf0)!=0 xf0) col=(P1&0 xff); /确定列线 break; /已定位后提前退出 else i+; P1=ai; else return 0; while(P1&

31、amp;0 xf0)!=0 xf0); return (row|col); /行线与列线组合后返回 else return 0; /无键按下时返回 0 /=一声提示音，表示有效输入= void OneAlam(void) ALAM=0; Delay5Ms(); ALAM=1; /=二声提示音，表示操作成功= void TwoAlam(void) ALAM=0; Delay5Ms(); ALAM=1; Delay5Ms(); ALAM=0; Delay5Ms(); ALAM=1; /=三声提示音,表示错误= void ThreeAlam(void) ALAM=0; Delay5Ms(); ALA

32、M=1; Delay5Ms(); ALAM=0; Delay5Ms(); ALAM=1; Delay5Ms(); ALAM=0; Delay5Ms(); ALAM=1; /=显示输入的 N 个数字，用*代替以便隐藏=void DisplayOne(void) / DisplayOneChar(9+N,1,*); write_1602com(yi+5+N); write_1602dat(*); /=显示提示输入= void DisplayChar(void) unsigned char i; if(pass=1) /DisplayListChar(0,1,LockOpen); write_160

33、2com(er); for(i=0;i16;i+) write_1602dat(LockOpeni); else if(N=0) /DisplayListChar(0,1,Error); write_1602com(er); for(i=0;i16;i+) write_1602dat(Errori); else /DisplayListChar(0,1,start_line); write_1602com(er); for(i=0;i16;i+) write_1602dat(start_linei); void DisplayInput(void) unsigned char i; if(Co

34、rrectCont=1) /DisplayListChar(0,0,Input); write_1602com(er); for(i=0;i16;i+) write_1602dat(Inputi); /= 重置密码= void ResetPassword(void) unsigned char i; unsigned char j; / ResetEn=1; /开启重置功能 if(pass=0) pass=0; DisplayChar(); /写屏函数 ThreeAlam(); else if(ReInputEn=1) /打开重置功能 if(N=6) ReInputCont+; if(ReIn

35、putCont=2) for(i=0;i6;) if(TempPasswordi=InputDatai) /将两次输入的新密码作对比 i+; else /DisplayListChar(0,1,Error); write_1602com(er); for(j=0;j16;j+) write_1602dat(Errorj); ThreeAlam(); /错误提示 pass=0; ReInputEn=0; /关闭重置功能， ReInputCont=0; /输入次数清零 DisplayChar(); /写屏函数 break; if(i=6) /DisplayListChar(0,1,ResetOK)

36、; write_1602com(er); for(j=0;j16;j+) write_1602dat(ResetOKj); TwoAlam(); /操作成功提示 WrToROM(TempPassword,0,6);/将新密码写入 24C02 存储 ReInputEn=0; /关闭重置功能？ ReInputCont=0; /输入次数清零 / ResetEn=0; CorrectCont=0; else OneAlam(); /DisplayListChar(0, 1, again); /显示再次输入一次 write_1602com(er); for(j=0;j16;j+) write_1602d

37、at(againj); for(i=0;i6;i+) TempPasswordi=InputDatai; /将第一次输入的数据暂存起来 N=0; /输入数据位数计数器清零 /=输入密码错误超过三过，报警并锁死键盘= void Alam_KeyUnable(void) P1=0 x00; ALAM=ALAM; Delay5Ms(); /=取消所有操作= void Cancel(void) unsigned char i; unsigned char j; /DisplayListChar(0, 1, start_line); write_1602com(er); for(j=0;j16;j+)

38、write_1602dat(start_linej); TwoAlam(); /提示音 for(i=0;i6;i+) InputDatai=0; KEY=1; /关闭锁 ALAM=1; /报警关锁operation=0; /操作标志位清零 pass=0; /密码正确标志清零 / ResetEn=0; /重设密码充许标志清零 ReInputEn=0; /重置输入充许标志清零 ErrorCont=0; /密码错误输入次数清零 CorrectCont=0; /密码正确输入次数清零 ReInputCont=0; /重置密码输入次数清零 open_led=1; s3_keydown=0; key_dis

39、able=0; N=0; /输入位数计数器清零 /确认键，并通过相应标志位执行相应功能= void Ensure(void) unsigned char i,j; RdFromROM(CurrentPassword,0,6); /从 24C02 里读出存储密码 if(N=6) if(ReInputEn=0) /重置密码功能未开启 for(i=0;i6;) if(CurrentPasswordi=InputDatai) i+; else ErrorCont+; if(ErrorCont=3)/错误输入计数达三次时，报警并锁定键盘 write_1602com(er); for(i=0;i16;i+

40、) write_1602dat(Errori); do Alam_KeyUnable(); while(1); else TR0=1; /开启定时 key_disable=1; /锁定键盘 pass=0; break; if(i=6) CorrectCont+; if(CorrectCont=1)/正确输入计数，当只有一次正确输入时，开锁， /DisplayListChar(0,1,LockOpen); write_1602com(er); for(j=0;j16;j+) write_1602dat(LockOpenj); TwoAlam(); /操作成功提示音 KEY=0; /开锁 pass

41、=1; /置正确标志位 TR0=1; /开启定时 open_led=0; /开锁指示灯亮 for(j=0;j6;j+) /将输入清除 InputDatai=0; else /当两次正确输入时，开启重置密码功能 /DisplayListChar(0,1,SetNew); write_1602com(er); for(j=0;j16;j+) write_1602dat(SetNewj); TwoAlam(); /操作成功提示 ReInputEn=1; /允许重置密码输入 CorrectCont=0; /正确计数器清零 else /=当第一次使用或忘记密码时可以用 111111 对其密码初始化= i

42、f(InputData0=1)&(InputData1=1)&(InputData2=1)&(InputData3=1)&(InputData4=1)&(InputData5=1) WrToROM(initpassword,0,6); /强制将初始密码写入 24C02 存储 / DisplayListChar(0,1,initword); /显示初始化密码 write_1602com(er); for(j=0;j16;j+) write_1602dat(initwordj); TwoAlam(); Delay400Ms(); TwoAlam(); N=0

43、; else /DisplayListChar(0,1,Error); write_1602com(er); for(j=0;j16;j+) write_1602dat(Errorj); ThreeAlam(); /错误提示音 pass=0; else /当已经开启重置密码功能时，而按下开锁键， /DisplayListChar(0,1,Er_try); write_1602com(er); for(j=0;j16;j+) write_1602dat(Er_tryj); ThreeAlam(); else /DisplayListChar(0,1,Error); write_1602com(er); for(j=0;j16;j+) write_1602dat(Errorj); ThreeAlam(); /错误提示音 pass=0; N=0; /将输入数据计数器清零，为下一次输入作准备 operation=1; /=主函数= void main(void) uns