51单片机电子密码锁doc.docx
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51单片机电子密码锁doc
中北大学信息商务学院
课程设计说明书
学生姓名：
郑晓峰学号：
10050644X22
学生姓名：
梁一才学号：
10050644X30
学生姓名：
李功学号：
10050644X32
学院：
信息与通信工程
专业：
电子信息工程
题目：
专业综合实践之单片机部分：
基于单片机的电子密码锁的设计
王浩全
指导教师：
职称:
教授
2014年1月10日
中北大学信息商务学院
课程设计任务书
2013/2014学年第1学期
学院：
信息与通信工程学院
专业：
电子信息工程
学生姓名：
郑晓峰学号：
10050644X22
学生姓名：
梁一才学号：
10050644X30
学生姓名：
李功学号：
10050644X32
课程设计题目：
专业综合实践之单片机部分：
基于单片机的电子密码锁的设计
起迄日期：
2013年12月30日～2014年1月10日
课程设计地点：
5院楼201，510实验室
指导教师：
王浩全
下达任务书日期:
2013年12月30日
课程设计任务书
1．设计目的：
巩固掌握单片机工作原理及应用，提高编程能力。
本课程设计主要针对电子信息工程专业课程体系设置的要求，安排的一种综合性的课程设计。
一方面为了培养学生在查阅资料、复习、学习知识的基础上，进行包括机、电系统的设计、计算、仿真、编程、调试等多个环节的综合能力培养；另一方面，也是对学生进行毕业设计前的一次大型练兵，进一步培养学生独立地分析、解决实际问题的实际能力。
另外还培养学生用专业的、简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
用4|*4键盘组成0-9数字键、消除键、确认键等，用6位7段数码管组成显示电路；
密码输入完毕按确认键，单片机将输入的密码与设定的密码比较，正确，绿色发光二极管亮，不正确红色发光二极管亮；
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等〕：
（1）提供核心器件的工作原理与应用介绍；
（2）提供用Protel设计的电路原理图，印刷板电路图；
（3）提供用Multisim、MaxPlus、Proteus、Medwin、KeilC等软件对电路的仿真、编程与分析；
（4）提供符合规定要求的课程设计说明书；
（5）提供参考文献不少于15篇，且必须是相关的参考文献；
课程设计任务书
4．主要参考文献：
[1]李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）［M］.北京:
北京航空航天大学出版社，1998
[2]李全利.单片机原理及接口技术［M］.高等教育出版社，2003
[3]PROTEL99SE电路设计与制板［M］.机械工业出版社，2007
[4]杨将新，李华军，刘到骏等.单片机程序设计及应用（从基础到实践）［J］．电子工业出版社，2006
[5]StevenF.Barrett.DaneilJ.Pack.EmbeddedSystem[M].北京：
电子工业出版社，2006
[6]周立功.LPC900系列Flash单片机应用技术［J］.北京航空航天大学出版社,2004
[7]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程［M］.北京：
电子工业出版社,2005
5．设计成果形式及要求：
（1）电路原理图、程序、仿真结果、PCB图；
（2）课程设计说明书；
6．工作计划及进度：
2013年12月30日~2014年1月1日：
查阅资料；
2014年:
1月2日~1月7日：
方案设计、实验验证；
1月8日~1月9日：
完成课程设计说明书；
1月10日：
答辩。
系主任审查意见：
签字：
年月日
3系统硬件设计6
3.1键盘设计6
3.2.1PROTEL99SE简介：
10
1绪论
1.1引言
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。
1.2电子锁设计的意义的本设计特点
电子锁可以在日常生活和现代办公中，住宅与办公室的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存等多种场合使用。
大大提高了主人物资的安全性，安全可以代替老式机械锁。
目前使用的密码锁种类繁多，各具特色。
本文从经济实用的角度出发，采用AT89C2051单机，研制了一款具有防盗自动报警功能的电子密码锁。
该密码锁设计方法合理，简单易行，成本低，符合住宅、办公室用锁要求，具有一定的推广价值。
（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PASSWORDOK，密码错误时显示PASSWORDERROR，输入密码时显示INPUTPASSWORD。
（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.系统设计
2.1系统总设计结构图
单片机AT89C51
密码输入设备
开锁机构
单片机时钟电路
数码管及LED灯显示
图2-1系统总设计结构图
本设计由主控芯片51单片机，单片机时钟电路，键盘，和开锁电路组成。
单片负责控制整个系统的执行过程。
2.2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。
当用户输入的密码正确并且是在按下确定键的话，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。
电路驱动和开锁两级组成。
由D5、R1、T10组成驱动电路，其中T10可以选择普通的小功率三极管如9014、9018都可以满足要求。
D5作为开锁的提示；由D6、C24、T11组成。
其中D6、C24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。
T11可选用中功率的三极管如8050，电磁锁的选用要视情况而定，但是吸合力要足够且由一定的余量。
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。
图2.3.5密码锁开锁机构电路图
2.2.1主控芯片AT89C51单片机的简介
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。
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-24MHz
·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
管脚说明：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
图2-3AT89C51芯片图
3系统硬件设计
3.1键盘设计
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。
4×4矩阵键盘的工作原理
在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图5所示。
在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。
这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。
由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。
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P1.0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。
由于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。
图3.8为键盘整体模框图：
图3-1键盘整体模框图
3.2电路图的绘制
用PROTEL99SE绘制的完整电路图如下：
图3－2系统电路图
八段数码管显示你的摩斯按键是否正确对应你要输入的数字密码。
由于采取上电设置密码的编程方法复位键即密码修改键设置在门后，要打开门才能修改密码。
设置密码后若输入密码不对的前两次5秒报警，最后一次10分钟报警,摩斯按发错误除外（但有两秒报警，并且须全部密码重新输入）。
本电路设置四位密码，由于每位数字键均由五位摩斯码构成则要输入20次摩斯码键！
！
p0.0（绿色）“滴”显示，p0.4（红色）摩斯码按法错误或密码错误，p0.6（蓝色）表示该电路已设置了密码，等待输入密码进行比较。
PROTEL绘制的PCB板：
图3－3系统PCB板
图3－4仿真结果
3.2.1PROTEL99SE简介：
Protel99SE是Protel公司近10年来致力于Windows平台开发的最新结晶，能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。
因而今天的Protel最新产品已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是一个系统工具，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。
最新版本的Protel软件可以毫无障碍地读Orcad、Pads、Accel（PCAD）等知名EDA公司设计文件，以便用户顺利过渡到新的EDA平台。
Protel99SE共分5个模块，分别是原理图设计、PCB设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。
4.软件设计
4.1系统软件设计整体思路
一个应用系统要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。
同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。
甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单，如数字滤波，信号处理等。
因此充分利用其内部丰富的硬件资源和软件资源，采用与C51系列单片机相对应的51汇编语言和结构化程序设计方法进行软件编程。
程序设计语言有三种：
机器语言、汇编语言和高级语言。
机器语言是机器唯一能“懂”的语言，用汇编语言或高级语言编写的程序（称为源程序）最终都必须翻译成机器语言的程序（成为目标程序），计算机才能“看懂”，然后逐一执行。
高级语言是面向问题和计算过程的语言，它可通过于各种不同的计算机，用户编程时不必仔细了解所用的计算机的具体性能与指令系统，而且语句的功能强，常常一个语句已相当于很多条计算机指令，于是用高级语言编制程序的速度比较快，也便于学习和交流，但是本系统却选用了汇编语言。
原因在于，本系统是编制程序工作量不大、规模较小的单片机微控制系统，使用汇编语言可以不用像高级语言那样占用较多的存储空间，适合于存储容量较小的系统。
4.2系统软件设计流程图
图4－1系统程序设计结构图
5程序调试
把写好的汇编语言程序的载入软件调试工具，检查软件是否有设法错误，再根据软件提示对本程序进行修改，直到没有错误再生成单片机能运行的机器码，再用51开发板把机器码写入单片机进行实际的程序调试，根据实际情况再对程序的不足加以修改，直到满足设计要求。
5.1程序调试用到的软件
调试本程序需要用到KEILC51
5.2KEILC51简介
KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。
用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。
KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。
另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。
在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。
5.3调试过程
首先打开KEILC51主程序，新建工程，新建文本框写入程序，保存，检查是否有语法错误，经反复检查无误后汇编，生成51单片机可执行的HEX文件。
然后用51开发板相匹配的烧录软件把HEX文件写入单片机。
图5－1keilc51调试界面
6设计总结与展望
实践是检验真理的唯一标准，当然也是检验学习成果的标准。
在经过一段时间的学习之后，我们需要了解自己的所学应该如何应用在实践中，因为任何知识都源于实践，归于实践，所以要将所学的知识在实践中来检验。
在做课程设计期间，在老师的指导下，通过自身的不断努力，无论是思想上，学习上，都取得了长足的发展和巨大的收获，现将工作总结如下：
思想上，学会了用科学的精神去解决问题。
很多事情看起来是很简单的问题，但实际做起来去会发现有许多奥妙！
这是因为其中蕴含着许多科学的问题。
运用科学的方法去解决问题，这是我这次实训给我带来的思想上的改变。
学习上，使自已在大学所以的知识在这次得到实践，学到一些书本上无法学到的经验，对电子元件有了进一步的认识。
电子锁是信息化时代发展的产物，应时而生，我相信随着科技的不断发展，将来的电子锁一定更加完美，更加人性化，更加便宜，更加安全。
参考文献
[1]李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）［M］.北京:
北京航空航天大学出版社，1998
[2]李全利.单片机原理及接口技术［M］.高等教育出版社，2003
[3]PROTEL99SE电路设计与制板［M］.机械工业出版社，2007
[4]杨将新，李华军，刘到骏等.单片机程序设计及应用（从基础到实践）［J］．电子工业出版社，2006
[5]StevenF.Barrett.DaneilJ.Pack.EmbeddedSystem[M].北京：
电子工业出版社，2006
[6]周立功.LPC900系列Flash单片机应用技术［J］.北京航空航天大学出版社,2004
[7]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程［M］.北京：
电子工业出版社,2005
附录
本设计的程序：
enbitp3.5;
rsbitp3.3;
displayequp0;
speakerbitp2.6;
ledbitp2.7;
openbitp2.0;
returnbitbit20h.1;
ORG0000h;
LJMPstart;
ORG000bh;
LJMPintermit_t0;
ORG001bh;
LJMPintermit_t1;
ORG0030h;
start:
MOVsp,#60h;
lcallsys_initialization;
main0:
lcallstrat_display;
main:
MOV52h,#0;52h；判断输入错误次数存储地址
setbled;
setbtr0;
lcallkey;
cjnea,#'A',next1;
LJMPset_password;
next1:
cjnea,#'B',next2;
LJMPinput_password;
next2:
ajmpmain;
sys_initialization:
clrled;
clropen;
clrspeaker;
MOV34h,#'1';
MOV35h,#'1';
MOV36h,#'1';
MOV37h,#'1';
MOV38h,#'1';
MOV39h,#'1';；存放初始密码
MOVr7,#12;
MOVr0,#40h;
loop:
MOV@r0,#10h;
incr0;
djnzr7,loop;；密码键值存放区清零完毕
lcalldelay0_1s;
MOVp0,#03h;
callwrite_instruction;；液晶软复位
MOVp0,#01h;
callwrite_instruction;
movp0,#3fh;
callwrite_instruction;
movp0,#0fh;
callwrite_instruction;
movp0,#06h;
callwrite_instruction;；液晶初始化完毕
movr4,#10;
movtmod,#11h;
movth0,#0b0h;
setbea;
setbet0;;定时器t0，0.5s定时中断初始化完毕
ret;；系统初始化完毕
intermit_t0:
pushacc;
pushpsw;
movth0,#3ch;
movtl0,#0b0h;
djnzr4,return;
cplled;
movr4,#10;
return:
poppsw;
popacc;
reti;
intermit_t1:
pushacc;
pushpsw;
movth1,#9eh;
movtl1,#58h;
djnzr4,return_t1;
cplled;
cplspeaker;
movr4,#10;
return_t1:
poppsw;
popacc;
reti;
;;;;;;;;;;;;;;;;;键盘扫描
key:
callks;
jnz
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