单片机原理及接口技术课程设计（论文）-基于单片机的密码锁设计

PAGE,单片机原理及接口技术课程设计（论文）题目：基于单片机的密码锁设计专业班级自动化093%论文质量60%答辩20%以百分制计算本科生课程设计（论文）PAGEIV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。具有防盗报警等功能的电子密码锁代替密码量少、安全性差的机械式密码锁已是必然趋势。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AT89C52单片机（主要是AT89C52单片机）、4*3位数键盘，蜂鸣器，复位电路和晶振电路等组成，4*3键盘主要用于密码的输入和修改，蜂鸣器用于按键和报警的提示音，复位电路和晶振电路与AT89C52单片机组成单片机最小系统。它具有设置、修改6位用户密码、超过3次次报警、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。这种密码锁的电路设计具有防试探按键输入、智能控制上锁、开锁、报警、修改密码等多种功能。密码长度可变、保密性强、灵活性高、应用日益广泛。关键词：密码锁；报警；蜂鸣器；AT89C52目录第1章绪论 1第2章课程设计的方案 22.1概述 22.2系统组成总体结构 2第3章硬件设计 43.1单片机最小系统设计 43.1.1AT89C52单片机 43.1.2晶振电路 73.1.3复位电路 73.1.4单片机最小系统 93.2电源输入电路 93.3键盘接口电路 103.4报警电路 113.5开锁电路 11第4章软件设计 134.1主程序流图 134.2开锁软件设计 14第5章课程设计总结 15参考文献 16附录1 17附录2 20PAGE1绪论

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。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,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，密码输入错误有提示，为了提高安全性，当密码输入错误三次将报警。密码可以有用户自己修改设定，锁打开后才能修改密码。修改密码之前必须再次输入就的密码，在输入新密码的时候要二次确认，以防止误操作。由于单片机种类繁多，各种型号都有其一定的应用环境，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。基于以上因素本设计选用单片机AT89C52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芯片用于密码的存储，外接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。

课程设计的方案概述电子密码锁所用元件是单片机的硬件和软件相结合的方法，利用了C语言的强大功能，通过编写一个合适的正确的程序，依靠所接的按键开关输入相应的指令就可以进行一系列的程序操作，从而实现所需要的功能。电路节省了大量的硬件电路设计过程，使得硬件电路的焊接对设计的要求和结果的影响达到最低的限度，而51系列单片机所用元件简单，成本也较低；电路不是很复杂，易于焊接；如果在电路的测试过程中出现了一些问题，可以很容易的检查出来。选用单片机作为控制器的密码锁，只有内部上电复位时，用户才可以自行设定和修改6位密码，每个密码按键都有声音提示，密码设定完毕有2秒提示音。只有键入6位开锁密码完成正确才能开锁，开锁时有提示音。若密码键入错误，报警5秒，连续3次输入错误，报警1分钟，报警期间输入密码无效2.2系统组成总体结构它是以AT89C52单片机为核心，配以相应硬件电路，完成密码的设置、存贮、识别、驱动电磁执行器并检测其驱动电流值、接收蜂鸣器送来的报警信号、发送数据等功能，单片机接收键入的代码，并与存贮在EEPROM中的六位密码进行比较，六位密码的可以有298万多组密码供主人随意变换，保密性极高，可选密码组是连续排列的，如果密码正确，则驱动电磁执行器开锁；如果密码三次都不正确，则单片机通过通信线路向智能报警器发出报警信号。密码锁主要由矩阵键盘、单片机、外部硬件等部分组成。其中矩阵键盘用于输入数字密码和进行各种功能的实现。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，单片机将每次开锁操作和此时电磁执行器的驱动电流值作为状态信息发送给单片机的芯片处理，同时将接收来自无限循环的密码识别程序的报警信息也发送给智能报警器，从而使整个密码锁正常运行。ATAT89C52电源输入电路晶振电路复位电路键盘接口电路开锁电路报警电路图2.1系统组成总体结构图如图2.1所示，电源输入电路为AT89C52提供5V直流电。晶振电路的主要作用是向显卡、网卡、主板等配件的各部分提供基准频率，在电路产生震荡电流,发出时钟信号。复位电路是使单片机的CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC＝0000H，使单片机从第—个单元取指令。键盘接口电路实现按键输入密码。开锁电路是当用户输入的密码正确时，单片机便输出开门信号，送到开锁驱动电路，然后驱动电磁锁，达到开门的目的。报警电路是密码输入错误时，蜂鸣器发出声响报警。硬件设计单片机最小系统设计3.1.1AT89C52单片机图3.1AT89C52引脚图如图3.1所示，AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），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MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。AT89C52兼容MCS51指令系统，8k可反复擦写的FlashROM·32个双向I/O口·256x8bit内部RAM·3个16位可编程定时/计数器中断·时钟频率0-24MHz·2个串行中断·可编程UART串行通道·2个外部中断源·共6个中断源·2个读写中断口线·3级加密位·低功耗空闲和掉电模式·软件设置睡眠和唤醒功能AT89C52为40脚双列直插封装的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。P0~P3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（32~39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。P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，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Flash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口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1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)。P2口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P2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口输出P2锁存器的内容。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O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“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能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。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。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，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Flash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MOVX和MOVC指令才能将ALE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禁止位无效。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AT89C52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。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP:外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），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。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。XTAL1:振荡器反相放大器的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。3.1.2晶振电路AT89C52引脚XTAL1和XTAL2与晶体振荡器及电容C2、C1按图3.2所示方式连接。晶振、电容C2／C3及片内与非门（作为反馈、放大元件）构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及电容C1、C2的容量有关，但主要由晶振频率决定，范围在0～33MHz之间，电容C2、C3取值范围在5～30uF之间。根据实际情况，本设计中采用12MHZ做系统的外部晶振。电容取值为10uF。图3.2晶振电路原理图3.1.3复位电路单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC＝0000H，使单片机从第—个单元取指令。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。在复位期间（即RST为高电平期间），P0口为高组态，P1－P3口输出高电平；外部程序存储器读选通信号PSEN无效。地址锁存信号ALE也为高电平。根据实际情况选择如图3.4所示的复位电路。该电路在最简单的复位电路下增加了手动复位按键，在接通电源瞬间，电容C1上的电压很小，复位下拉电阻上的电压接近电源电压，即RST为高电平，在电容充电的过程中RST端电压逐渐下降，当RST端的电压小于某一数值后，CPU脱离复位状态，由于电容C1足够大，可以保证RST高电平有效时间大于24个振荡周期，CPU能够可靠复位。增加手动复位按键是为了避免死机时无法可靠复位。当复位按键按下后电容C1通过R5放电。当电容C1放电结束后，RST端的电位由R11与R15分压比决定。由于R11<<R15因此RST为高电平，CPU处于复位状态，松手后，电容C1充电，RST端电位下降，CPU脱离复位状态。R11的作用在于限制按键按下瞬间电容C1的放电电流，避免产生火花，以保护按键触电。图3.3复位电路原理图3.1.4单片机最小系统图3.4单片机最小系统单片机最小系统是由AT89C52单片机、晶振电路、复位电路组成。晶振电路的主要作用是向显卡、网卡、主板等配件的各部分提供基准频率，在电路产生震荡电流,发出时钟信号。复位电路是使单片机的CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。电源输入电路密码锁主要控制部分电源需要用5V直流电源供电，其电路如图3.5所示，220V交流电源供电。其中，滤波电路采用的是电解电容和二极管并联方式滤波，简单的讲就是电容两端电压升高时，电容充电，电压降低时，电容放电，让电压降低时的坡度变得平缓，从而起到滤波的作用。这里选用电解电容是因为电解电容单位体积的电容量非常大，能比其它种类的电容大几十到数百倍，并且其额定的容量可以做到非常大，价格比其它种类相比具有相当大的优势，因为其组成材料都是普通的工业材料，比如铝等等。电解电容并联二极管，有效防止了电压反相。图3.5电源输入电路键盘接口电路由于本设计所用到的按键数量较多而不适合用独立按键式键盘。采用的是矩阵式按键键盘，它由行线和列线组成，也称行列式键盘，按键位于行列的交叉点上，密码锁的密码由键盘输入完成，与独立式按键键盘相比，要节省很多I/O口。本设计中使用的这个4*3键盘不但能完成密码的输入还能作特别功能键使用，比如清空显示功能等。键盘的每个按键功能在程序设计中设置。其大体功能（看键盘按键上的标记）及与单片机引脚接法如图3.6所示。图3.6键盘输入原理图S1-S10是数字按键，用户通过这些案按键可以输入密码，S11是确认按键，S12是取消按键。报警电路报警部分由蜂鸣器及外围电路组成，加电后不发声，当有键按下时，“叮”声，每按一下，发声一次，密码设定完毕有2秒提示音。只有键入6位开锁密码完成正确才能开锁，开锁时有提示音。若密码键入错误，报警5秒，连续3次输入错误，报警1分钟。如图3.7所示。图3.7报警电路原理图开锁电路当用户输入的密码正确时，单片机便输出开门信号，送到开锁驱动电路，然后驱动电磁锁，达到开门的目的。其实际电路如图3.7所示。电路由驱动和开锁两级组成。由D1、R12、Q1组成驱动电路，其中Q1可以选择普通的小功率三极管如8050、9018都可以满足要求。D1是开锁指示灯；由D2、C5组成开锁。其中D2、C5是为了消除电磁锁可能产生的反向高电压以及可能产生的电磁干扰。电磁锁的选用要视情况而定，但是吸合力要足够且有一定的余量。图3.7开锁电路原理图软件设计主程序流图如图4.1为主程序流程图，只有内部上电复位时，用户才可以自行设定和修改6位密码，每个密码按键都有声音提示，密码设定完毕有2秒提示音。只有键入6位开锁密码完成正确才能开锁，开锁时有提示音。若密码键入错误，报警5秒，连续3次输入错误，报警1分钟，报警期间输入密码无效。开始2秒提示音设置密码2秒提示音设置密码初始化初始化输入密码输入密码报警5秒报警程序报警5秒报警程序 N次数加1 N次数加1密码正确？ 次数>3？Y Y报警程序报警1分钟开锁程序Y 报警程序报警1分钟开锁程序 开锁？提示音 N 提示音Y修改密码程序修改密码？修改密码程序N返回图4.1主程序流程图开锁软件设计如图4.2开锁流程图，开始时按开锁键，输入密码，如果输入正确，则开锁成功。如果输入错误累计达到三次，则执行报警程序。开始初始化初始化按开锁键按开锁键输入密码输入密码输入次数加1输入次数加1确认密码确认密码 N N次数>3？所输入密码正确？ Y报警1分钟报警程序报警1分钟报警程序开锁Y开锁 返回图4.2开锁流程图课程设计总结本设计是电源输入部分、键盘输入部分、密码存储部分、复位部分、晶振部分、显示部分、报警部分、开锁部分组成，根据实际情况键盘输入部分选择4*4矩阵键盘，显示器部分通过两个串行口上扩展5片串行输入并行输出的移位寄存器作为静态显示接口来来完成显示功能。在设计中我们必须首先熟悉和掌握单片机的结构及工作原理，单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性，控制方法。以单片机核心的电路设计的基本方法和技术了解表关电路参数的计算方法。单片机不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。随着单片机的广泛应用，将大大促进各领域的技术更新，向自动化、小型化、智能化方向迈进。而对于我们来说，我们这代人的目标和任务是把这些高科技产品更升一个层次。再次感谢赵老师的悉心指导和同学们的帮助！参考文献[1]康华光,陈大钦.电子技术基础:高等教育出版社,2006.1[2]阎石.数字电子技术基础:高等教育出版社,2006.5[3]梅丽凤,王艳秋.单片机原理及接口技术:清华大学出版社,2009.2[4]蔡朝洋.单片机控制实习与专题制作:北京航空航天大学出版社,2006[5]李明喜.新型电子密码锁的设计:机电产品开发与创新,2004.3[6]张国雄,李醒飞.测控电路:机械工业出版社,2011.1[7]杨尔滨,赵玲.信号处理原理与应用,2008.11[8]邱关源,罗先觉.电路:高等教育出版社,2006.5[9]陈尚松,郭庆,雷加.电子测量与仪器:电子工业出版社,2009.1[10]费业泰.误差理论与数据处理:机械工业出版社,2010.6[11]老虎工作室.电路设计与制版:人民邮电出版社,2008.8附录1程序:KEY_DIG:NOP;设一标志，辨别输入是否满;SETBTR0INCTIMERS;输入数字的位数MOVA,TIMERSCLRCSUBBA,#01HJNZPS_2MOVPS1,BUFF;依照顺序存放密码AJMPNEXTPS_2:MOVA,TIMERSSUBBA,#02HCLRCJNZPS_3MOVPS2,BUFFAJMPNEXTPS_3:MOVA,TIMERSCLRCSUBBA,#03HJNZPS_4MOVPS3,BUFFAJMPNEXTPS_4:MOVA,TIMERSCLRCSUBBA,#04JNZPS_5MOVPS4,BUFFAJMPNEXTPS_5:MOVA,TIMERSCLRCSUBBA,#05JNZPS_6MOVPS5,BUFFAJMPNEXTPS_6:MOVA,TIMERSCLR