课程设计——基于单片机的可报警电子开关

1、重庆理工大学专业综合设计设计题目（基于单片机的可报警电子开关）学生学号： 10807050220、21、24 学生姓名： 牟春 冉国伟 田宏均 专业班级： 电子信息科学与技术7502 指导教师： 王飞 肖汉光 丁朝远 起止日期：2011.12.192012.01.06 重庆理工大学Chongqing University of Technology重庆理工大学专业综合设计专业综合设计任务书一、设计题目：基于单片机的可报警电子开关二、设计目的1、掌握单片机基本原理及利用proteus、keil开发工具进行系统开发。2、掌握矩阵键盘的扫描方法与使用。3、熟练掌握可编程逻辑器件的原理图层次化设计方法

2、；三、设计任务及要求 主要结构：本设计由单片机系统、矩阵键盘、1602液晶显示和报警系统组成。该设计可实现以下基本功能：1. 通过键盘输入，设置5位密码，若密码正确，则有语音提示并打开相应的设备；2. 密码可以由用户自己修改设定，修改密码之前必须再次输入密码，比对密码是否正确，正确后才能修改新的密码。3. 报警功能，若密码输入错误，则自动开启报警装置，发出警报。四、设计时间及进度安排设计时间共三周（2011.12.192012.1.5）,具体安排如下表：周安排设 计 内 容设计时间第一周收集、查阅相关资料，综合讨论最终的解决方案2011.12.192011.12.24第二周购买所需的所有元器件

3、，完成硬件电路的设计与制作，包括PCB的制作、电路的焊接及初步的调试工作；软件程序的编写与调试；2011.12.252012.1.1第三周后期的系统调试以及撰写作品说明书和设计报告2012.1.22012.1.5五、指导教师评语及学生成绩指导教师评语:年 月 日成绩指导教师(签字):- I -目 录专业综合设计任务书I 绪论1第1章 电子开关的背景状况分析21.1 关于电子开关21.2 功能介绍2第2章 设计思路42.1 开锁机构42.2 AT89C51功能引脚说明4第3章 设计电路53.1 单片机和液晶显示模块53.2 语音提示模块63.3 矩阵键盘模块73.4 报警器模块73.5 电源模块

4、63.6 整体电路7第4章 程序设计94.1 主程序流程图94.2 源程序94.3 仿真与调试9结论11参考文献12- 21 -基于单片机的可报警电子开关绪论摘要 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。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

5、警功能的电子开关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。 本系统由单片机系统、矩阵键盘、LED显示和报警系统，修改用户密码等功能。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 LCD 电子开关 矩阵键盘 第1章 电子开关的背景状况分析 1.1 关于电子

6、开关随着电子工业的发展，数字电子技术已经深入到了人们生活的各个层面，在国内外各种各样的电子产品也正在日新月异地向着高精尖技术发展。在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁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。从目前的技术水平和市场认可程度看，国内外使用最为广泛的是键盘式电子密码锁，该产品主要应用于保险箱、保险柜和金库，还有一部分应用于保管箱和运钞车。键盘式电子密码在键盘上输入，与打电话差不多，因而易于掌握，其突出优点是“密码”是记在被授权人脑子里的数字和字符，既准确又可靠，不会丢失（除了忘记），难以被窃（除

7、非自己泄露）。但是密码不能太简单，太简单了就容易被他人在键盘上试探出来，或者可能被旁观者窥测出来，造成保密性不足。当然，密码又不能太复杂，太复杂了可能自己都糊涂了，或者输入密码操作成功率低，造成使用不便。因此，为了发扬优点、克服弱点，键盘式电子密码也在不断发展中，如“任意设定密码”技术使得被授权人可以根据自己的需要或喜好设定密码，常用常新；而“更改密码”技术使得本次输入的密码将自动更改成下次应输入的密码，更改的规律不为他人所知，因而不怕旁观者窥测，显示的窄小角度只能由操作者正面看得到，因而即使旁观者看见操作动作也难以窥测出密码。总之，尽管新式电子防盗锁层出不穷，但键盘式电子密码防盗锁仍然“老树

8、发新芽”，不仅在市场上居于主流地位，而且，还经常作为其他类型电子防盗锁的辅助输入手段。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

9、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。 在国内外电子防盗锁应用于金融业，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，金融行业电子防盗锁的应用主要集中在前两个层面上。下面将介绍几种在金

10、融行业中使用较多的电子防盗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，让电子防盗锁“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（如伸缩的锁舌或锁栓、锁扣盒锁扣板以及依靠电磁力直接闭锁的电磁部件等）的强度（应有足够的机械强度和刚度，能够承受一定数值、一定方向的静压力和冲击力以及力矩）、锁止型式（能承受某些方式和工具的作用）、配合间隙（防止采用机械的、电子的方法探入锁具内部而被开启）和布局（将薄弱的、与锁的开启直接相关的零部件和电路置于壳体保护之下，并且

11、不易被识别出来）。 提高电子防盗锁之防护能力的必然途径是报警，在许多场所有人值守、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，根据电子防盗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，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，电子防盗锁的性能至关重要。 1.2 功能介绍1. 设置5位密码，密码通过键盘输入，若密码正确，则将锁打开 2. 密码可以由用户自己修改设定

12、（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确认，以防止误操作 3. 报警功能。密码输入正确或错误报警设备会出现相关提示 4. 电子密码锁的设计主要由三部分组成：4×4矩阵键盘接口电路、密码锁的控制电路、LCD输出电路。另外系统还有LED提示灯，报警设备等 密码锁设计的关键问题是实现密码的输入、清楚、更改、开锁等功能： 1. 密码输入功能：按下一个数字键，一个“*”就显示在LCD上，以保证密码的安全性 2. 密码清除功能：当按下清除键时，清除前面输入的一个键值 3. 密码更改功能：将输入的值作为新的密码 4. 开锁功能：当按下开锁键，系统将输入与密码进行检查

13、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AT89S51，以及选购其他电子元器件。第二步，使用Proteus7设计硬件电路原理图，并设计PCB图完成人工布线（因PCB板损坏决定采用万能板焊接的方法）。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。最后，联合软、硬件调试电路板，完成本次综合设计。 第2章 设计思路2.1 开锁机构 用户通过LCD提示信息，用键盘输入正确密码，从而达到开锁的目的。其原理如下 图 2-1 当用户输入的密码正确并且是在按下确定键的话，单片机

14、便输出开门信号，送到开锁驱动电路，然后驱动电磁锁和语音模块，达到开门的目的.当密码输入错误，输出报警信号，驱动报警模块。在本次设计中，基于节省材料的原则，暂时用发光二极管代替电磁锁，发光管亮，表示开锁；灭，表示没有开锁。 2.2 AT89G51引脚功能说明 Vcc：电源电压 GND：地 P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I0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“l”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

15、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IO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IO 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

16、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MOVXDPTR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MOVXRi 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I0 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。对P3口写入“l”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3

17、口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的I0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。 ALEPROG：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16 输出固定的正脉冲信号，

18、因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对F1ash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条M0VX和M0VC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。 PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的PSEN信号

19、。 EAVPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。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。 第3章 设计电路3.1 单片机加液晶显示模块 显示设计采用字符型液晶屏设计，以方便人机更好的交互，电路框架图如下 图 3-11602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，

20、各引脚接口说明如表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极 图 3-2第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K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：R/W为读写信号线，高电平

21、时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W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R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当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15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。3.2 语音提示模块图 3-33.3矩阵键盘模块图 3-4本设计就采用行列式键盘，同时也能减少键盘与单片机接口时所占用的I/O线的数目，在按键比较多的时候，通常采用这样方法。 每一条水平（行线）与垂直线（列线）的交叉处不相通，而是通过一个按键来连通，利用这种行列式矩阵结构

22、只需要N条行线和M条列线，即可组成具有N×M个按键的键盘。 在这种行列式矩阵键盘非键盘编码的单片机系统中，键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。键盘扫描原理把每个键都分成水平和垂直的两端接入，比如说扫描码是从垂直的入，那就代表那一行所接收到的扫描码是同一个bit，而读入扫描码的则是水平，扫描的动作是先输入扫描码，再去读取输入的值，经过比对之后就可知道是哪个键被按下。 比如说扫描码送入01111111，前面的0111是代表此时扫描第一行P3.0列，而后面的1111是让读取的4行接脚先设为VDD，若此时第一行的第三列按键被按下，那读取的结果就会变成01111101（注意

23、1111变成1101），其中LSB的第三个bit会由1变成0，这是因为这个按键被按下之后，会被垂直的扫描码电位short，而把读取的LSB的bit电位拉到0，此即为扫描原理。 由於这种按键是机械式的开关，当按键被按下时，键会震动一小段时间才稳定，为了避免让8051误判为多次输入同一按键， 我们必须在侦测到有按键被按下，就Delay一小段时间，使键盘以达稳定状态，再去判读所按下的键，就可以让键盘的输入稳定。3.4 报警器模块图 3-53.5 电源模块图 3-63.6 整体电路 图 3-7第4章 软件程序设计 因设计主要是作用C语言来开发的8051项目程序，所以首先必须有一个可以在Windows

24、XP或Windows 98操作系统下执行的8051C语言编译器，本设计采用Keil C编译器进行编程，因为它可以支持很多不同种类的8051。主程序主要完成初始化、设置中断向量、检查有无按键按下、以及调用显示等等。主程序的流程图如下所示。 4.1 主程序流程图 图 4-14.2 源程序#include <reg51.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define KEY P2#define No_key 20 #define lcddata P0 sbit lcden= P12;sbit lcdrs= P10

25、;sbit lcdrw= P11;sbit light= P13;sbit light1= P14;sbit light2= P15;sbit light3= P16;uchar j ; uchar aa;uchar code table= " Welcome home!"uchar code table1="The key is right!" ;uchar code table2="Enter The key :" ;uchar code table3="Enter New Key: "uchar code t

26、able4="RESET Key is OK!"uchar code table5="Enter Old Key :"uchar code table6="The key is error"uchar code key_table16 = 1,2,3,10,4,5,6,11,7,8,9,12,0,13,14,15;uchar password=1,2,3,4,5;uchar save4;uchar conflag ;uchar conflag1;uchar lockflag;uchar startflag;uchar keyscan(

27、);void delay(uint z);void wright_com(uchar com);void wright_data(uchar date);void init();void display_OK();void delete();void reset();void enter_code(uchar t);void confirm();void confirm1();void succeed_an();void succeed_an1();void fail_an();void lockkey();void alarm();void display_enter();void rese

28、tmima();void mima_enter(uchar n);void reset1();void display_resetmima();void reset2();void display_error();void main(void)uchar temp;init();while(1)if(lockflag)temp=keyscan();if(temp!=No_key)aa=0; else temp=keyscan();if(temp!=No_key)if(temp=10)reset();startflag=1; if(startflag)enter_code(temp);if(te

29、mp=13)confirm();if(conflag)succeed_an();elsefail_an();if(temp=14)delete();if(temp=11)reset1();if(temp=12)confirm1();while(conflag1=1) conflag1=2; display_OK(); if(conflag1=2)reset2();startflag=1; if(startflag)enter_code(temp);if(temp=15)resetmima(); elsefail_an();void display_enter()uchar num;wright

30、_com(0x80);for(num=0;num<18;num+)wright_data(table2num);void display_resetmima()uchar num;wright_com(0x80);for(num=0;num<18;num+)wright_data(table3num);void display_resetmima1()uchar num;wright_com(0x80);for(num=0;num<18;num+)wright_data(table5num);void display_OK() uchar num;wright_com(0x8

31、0);for(num=0;num<18;num+)wright_data(table1num);void display_ROK() uchar num;wright_com(0x80);for(num=0;num<18;num+)wright_data(table4num);void display_error() uchar num;wright_com(0x80);for(num=0;num<18;num+)wright_data(table6num);void delete()wright_com(0x80+0x40+j);wright_data(' '

32、;);save-j=0;wright_com(0x80+0x40+j);void reset()uchar num;display_enter();wright_com(0x80+0x40);for(num=0;num<5;num+)savenum=0;wright_data(' ');light=1;light2=1;light3=1;wright_com(0x80+0x40);lockflag=0;conflag=0;j=0;void reset1()uchar num;display_resetmima1();wright_com(0x80+0x40);for(nu

33、m=0;num<5;num+)savenum=0;wright_data(' ');light=1;wright_com(0x80+0x40);lockflag=0;conflag=0;j=0;void reset2()uchar num;display_resetmima();wright_com(0x80+0x40);for(num=0;num<5;num+)savenum=0;wright_data(' ');light=1;wright_com(0x80+0x40);lockflag=0;conflag=0;j=0;void resetmim

34、a()password0=save0;password1=save1;password2=save2;password3=save3;password4=save4;display_ROK(); void succeed_an()light=0; display_OK();void fail_an()alarm();lockkey();display_error();void alarm()light2=0;light3=0;void lockkey()lockflag=1;void enter_code(uchar t)if(t>=0&&t<6)if(j=0)wr

35、ight_com(0x80+0x40) ;wright_data('*');elsewright_data('*');savej+=t; /*校对密码以确定是不是正确的*/void confirm()uchar k;for(k=0;k<5;k+)if(passwordk!=savek)break;if(k=5) conflag=1; elseconflag=0;void confirm1()uchar k;for(k=0;k<5;k+)if(passwordk!=savek)break;if(k=5) conflag1=1; elseconflag1

36、=0;/*中断服务程序*/void timer0() interrupt 1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256; if(lockflag)aa+;light1=0;if(aa>=60)aa=0;light1=1;lockflag=0;/*初始化*/void init()uchar num;TMOD=1;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;ET0=1;EA=1; TR0=1;/*1602初始化*/lcdrw=0;lcden=0;wright_com(0x38); wright_com(0

37、x0c); wright_com(0x01); wright_com(0x80);for(num=0;num<14;num+) wright_data(tablenum);delay(1);/*1602写入指令*/void wright_com(uchar com) lcdrs=0;lcddata=com;delay(1);lcden=1;delay(1);lcden=0;/*1602写入数据*/void wright_data(uchar date)lcdrs=1;lcddata=date;delay(1);lcden=1;delay(1);lcden=0;/*延时函数*/void d

38、elay(uint z)uint x,y;for(x=z;x>0;x-);for(y=110;y>0;y-);/*4x4矩阵键盘扫描函数*/uchar keyscan()uchar temp,num=No_key; /*扫描第一行*/KEY=0xfe;temp=KEY;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)delay(5); temp=KEY;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0) temp=KEY;switch(temp)case 0xee:num=7;break;case 0xde:num=8;break;ca

39、se 0xbe:num=9;break;case 0x7e:num=14;break;while(temp!=0xf0)temp=KEY;temp=temp&0xf0;/*扫描第二行*/KEY=0xfd;temp=KEY;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)delay(5);temp=KEY;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)temp=KEY;switch(temp)case 0xed:num=4;break;case 0xdd:num=5;break;case 0xbd:num=6;break;case 0x7

40、d:num=11;break; while(temp!=0xf0)temp=KEY;temp=temp&0xf0; /*扫描第三行*/KEY=0xfb;temp=KEY;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)delay(5);temp=KEY;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)temp=KEY;switch(temp)case 0xeb:num=1;break;case 0xdb:num=2;break;case 0xbb:num=3;break;case 0x7b:num=12;break;while(temp!=0xf0)temp=KEY;temp=temp&0xf0;KEY=0xf7;temp=KEY;temp=t