计算机控制系统课程设计.docx
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计算机控制系统课程设计
基于单片机实现的电子密码锁
一:
电子密码锁的特点
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。
其性能和安全性已大大超过了机械锁，主要特点如下：
1.保密性好，编码量多，远远大于弹子锁。
随机开锁成功率几乎为零。
2.密码可变。
用户可以经常更改密码，防止密码被盗，同时也可。
3.以避免因人员的更替而使锁的密级下降。
4.误码输入保护。
当输入密码多次错误时，报警系统自动启动，防止试探密码。
二.设计目标
本次设计使用ATMEL公司的AT89C51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，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。
修改密
3.码之前必须再次输入旧密码，在输入新密码。
4.报警、锁定键盘功能。
密码输入错误数码显示器会出现错误提示，若密码输入错误次数超过3次，蜂鸣器报警并且锁定键盘。
三.设计的具体体现
1.系统概述
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、输出八段显示电路。
另外系统还有LED提示灯，报警蜂鸣器等。
密码锁设计的关键问题
1.密码输入功能：
按下一个数字键，一个“－”就显示在最右边的数码管上，同时将先前输入的所有“－”向左移动一位。
2.密码清除功能：
当按下清除键时，清除前面输入的最后一位值，并清对应显示。
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核对，如果正确锁打开，否则不打开。
系统结构
图一
系统组成
如图二所示系统主要由AT89C51（51系列）、六位位数码管、蜂鸣器、LED、4×4矩阵键盘、复位电路等组成。
系统可行性分析
系统工作原理分析：
使用AT59C51单片机、4×4矩阵键盘、LED、蜂鸣器等。
矩阵键盘分别为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、BACK、ENTER、SZ、CLOSE、TCSZ。
输入密码时，LED显示电路显示为“—”，当密码输入完毕按下ENTER键时，对输入密码与设定的密码进行比较，若密码正确则LED显示电路显示为“开锁指示灯亮”提示锁打开；若密码不正确，LED显示电路显示提示“密码错误指示灯亮”，若连续3次输入不正确，则发出警报声同时锁定键盘。
在输入正确密码后，按下修改键时，输入旧密码，此时输入正确的旧密码，则显示“—”电路会有提示输入新密码在输入新密码后，输入新密码后按“ENTER”在修改密码的过程中，如果一开始输入的旧密码错误显示电路会显示提示。
系统中CEL键用于退格，在输入密码时，若输入错误且未按下Enter键，按下CLE可以删除刚输入的密码，然后再次输入。
为了防止恶意尝试，系统才用若连续输入3次错误密码则发出报警声，且锁定键盘，可以提高系统的安全系数，同时也能够保护合法用户的正常使用。
2.单元电路设计、仿真与分析
（1）AT89C51主要特性
8031CPU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
6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。
图二
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。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
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。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
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。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
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：
管脚备选功能:
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。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
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。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
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。
（2）4×4矩阵键盘
图三
如图所示，本系统采用4×4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BACK、ENTER、SZ、CLOSE、TCSZ。
矩阵键盘。
（3）复位电路
图四
单片机的复位电路非常重要，一般单片机刚开始工作时需要复位以完成内部的初始化，而当程序出错误，程序跑飞，死机等非正常状态时，更需要使单片机重新工作。
时钟电路工作后，在REST管脚上加两个机器周期的高电平，芯片内部开始进行初始复位如图四。
该复位电路还兼有手动复位，在通电的瞬间，在RC微分过程中，RST端出现正脉冲，从而使单片机复位。
C3和R6的值随时钟频率的变化而变化，当采用6MHz时钟频率时，C3=22uF,R6=2K
（一般常取C3=10uF,R6=10K
）当采用12MHz时钟频率时，一般常取C3=0.47uF,R6=1K
.
（4）振荡电路
图五
时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，而时序是指令执行中各个信号的相互关系。
单片机本身就如一个复杂的同步时钟电路，为了保证单片机同步工作的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格的按时序进行工作。
所以时钟电路的质量会直接形象单片机的工作稳定性和可靠性。
本设计晶振选择频率为12MHZ，电容选择30pF如图（3－4）。
经计算得单片机工作胡机器周期为：
12×（1÷12M）=1us。
（5）数码管
图六
本设计采用两个4位8段共阴极数码管。
由于由单片机直接驱动的直流电流不够，数码管亮度显得不足，所以加上74LS373用以放大电流。
（6）发光二极管LED
图七
由于LED使用P3口驱动
3.元器件列表
元器件
规格/型号
数量
四位八段共阴数码管
3461AFR1-B10
2
电阻
4.7k
8
电阻
510
8
电阻
1k
2
电解电容
0.47uF/50V
1
瓷片电容
30pF
2
单片机
AT89C51
1
驱动芯片
74LS373
1
三.系统软件设计
1.主程序流程图
N
Y
N
Y
图八
2.键功能程序流程图如图
Y
N
Y
N
Y
N
Y
N
图九
3.存储单元分配
30H--35H显示缓冲区
41H--45H输入暂存区
50H--55H原始密码存储单元
36H临时单元，存储位码内容
37H、39H在按键子程序中用于内外循环计数
38H按键子程序存放查表后得到的编码
3AH临时单元，存放逐行开的编码
3BH密码错误次数计数器
40H在按键子程序中存放键盘的值
R0在显示子程序中作显示缓冲区的指针
R2数字键输入次数计数器
R4在中断中作计数器
R5、R6延时子程序循环计数器
R7显示子程序六个数码管逐个显示计数器
20H.0=1密码正确标志位
20H.1=1设置键按下标志位
20H.2=1当前输入的是新密码标志位
20H.3=1密码三次错误报警开启标志位
源程序
;—————————————主程序——————————————
ORG0000H
AJMPSTART
ORG000BH
AJMPDIST
ORG0030H
START:
MOVTMOD,#01H
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H
SETBEA
SETBET0
ACALLXSCSH;显示缓冲区初始化显示6个横线
ACALLCSH
MOV3BH,#0
MOV50H,#1
MOV51H,#2
MOV52H,#3
MOV53H,#4
MOV54H,#5
MOV55H,#6;原始密码设置为123456
LOOP:
ACALLDISP
ACALLAJ
AJMPLOOP
;——————————————显示子程序—————————————
DISP:
MOVR7,#6
MOVR0,#30H
MOVDPTR,#TAB
MOV36H,#01H
LOOP1:
MOVA，@R0
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
MOVP2,36H
ACALLDELAY
INCR0
MOVA,36H
RLA
MOV36H,A
DJNZR7,LOOP1
RET
;—————————按键判断子程序,4*4循环————————————
AJ:
MOVP1,#0F0H
MOVA,P1
CJNEA,#0F0H,D1
AJMPD16
D1:
ACALLDISP
MOVA,P1
CJNEA,#0F0H,D2
AJMPD16
D2:
MOV3AH,#0FEH
MOV40H,#0
MOVDPTR,#DAB
MOV39H,#4
D3:
MOV37H,#4
MOVP1,3AH
D4:
MOVA,40H
MOVCA,@A+DPTR
MOV38H,A
MOVA,P1
CJNEA,38H,D5
AJMPD14
D5:
INC40H
DJNZ37H,D4
MOVA,3AH
RLA
MOV3AH,A
DJNZ39H,D3
SJMPD16
D14:
ACALLPD
D15:
ACALLDISP
MOVP1,#0F0H
MOVA,P1
CJNEA,#0F0H,D15
D16:
RET
;———————————按键功能子程序——————————————
PD:
MOVA,40H
CJNEA,#0,F1
ACALLDIN
AJMPF16
F1:
CJNEA,#1,F2
ACALLDIN
AJMPF16
F2:
CJNEA,#2,F3
ACALLDIN
AJMPF16
F3:
CJNEA,#3,F4
ACALLDIN
AJMPF16
F4:
CJNEA,#4,F5
ACALLDIN
AJMPF16
F5:
CJNEA,#5,F6
ACALLDIN
AJMPF16
F6:
CJNEA,#6,F7
ACALLDIN
AJMPF16
F7:
CJNEA,#7，F8
ACALLDIN
AJMPF16
F8:
CJNEA,#8,F9
ACALLDIN
AJMPF16
F9:
CJNEA,#9,F10
ACALLDIN
AJMPF16
F10:
CJNEA,#10,F11
ACALLBACK
AJMPF16
F11:
CJNEA,#11,F12
ACALLENTER
AJMPF16
F12:
CJNEA,#12,F13
ACALLSZ
AJMPF16
F13:
CJNEA,#13,F14
ACALLCLOSE
AJMPF16
F14:
CJNEA,#14,F15
ACALLTSZ
AJMPF16
F15:
CJNEA,#15,F16
F16:
RET
;————————————数字键输入子程序————————————
DIN:
JB20H.3,F21;定时开始，按键不起作用
CJNER2,#6,F20;已输入六个数，数字键无效
AJMPF21
F20:
INCR2;输入数字个数+1
MOV35H,34H
MOV34H,33H
MOV33H,32H
MOV32H,31H
MOV31H,30H
MOV30H,40H
F21:
RET
;————————————退格键子程序————————————
BACK:
JB20H.3,L1;定时开始，按键不起作用
CJNER2,#0,L0;有数字输入，按键起作用
AJMPL1
L0:
DECR2
MOV30H,31H
MOV31H,32H
MOV32H,33H
MOV33H,34H
MOV34H,35H
MOV35H,#17
L1:
RET
;————————————确定键输入子程序————————————
ENTER:
JB20H.3,L5;定时开始，按键不起作用
CJNER2,#6,L5;数字输入不满6个，按键无效MOVR2,#0;可以重新输入数字
MOV41H,30H;输入数字存入输入暂存区
MOV42H,31H
MOV43H,32H
MOV44H,33H
MOV45H,34H
MOV46H,35H
ACALLXSCSH
JNB20H.2,D6;判断当前是否为新密码输入
ACALLXMM
AJMPL5
D6:
MOVA,41H;输入暂存区与密码比较
CJNEA,50H,L3
MOVA,42H
CJNEA,51H,L3
MOVA,43H
CJNEA,52H,L3
MOVA,44H
CJNEA,53H,L3
MOVA,45H
CJNEA,54H,L3
MOVA,46H
CJNEA,55H,L3
MOVR2,#6;锁开状态，不允许输入数字
CLRP3.1
SETBP3.0
SETBP3.4
SETB20H.0;密码正确标志位
JB20H.1,L2;判断设置键是否按下
CLR20H.2
AJMPL5
L2:
SETB20H.2;输入新密码状态标志位
MOVR2,#0;允许输入数字AJMPL5
L3:
INC3BH;密码错误次数+1
MOVA,3BH
CJNEA,#3,L4;判断密码输入错误几次
CLRP3.3
SETBTR0;密码输入错误3次，启动定时
SETB20H.3;定时开始标志位
AJMPL5
L4:
CLRP3.5
CLRP3.4
L5:
RET
;—————————————关门键子程序—————————————
CLOSE:
JB20H.3,L6;定时开始，按键不起作用
JNB20H.0,L6;该按键只在开门状态有效
ACALLXSCSH
ACALLCSH
L6:
RET
;————————————设置键输入子程序————————————
SZ:
JB20H.3,L7;定时开始，按键不起作用
JNB20H.0,L7;该按键只在开门状态有效
SETB20H.1;设置键有效标志位
MOVR2,#0;按下设置键，允许数字输入
CLRP3.2
L7:
RET
;————————————退出设置键子程序———————————
TSZ:
JB20H.3,L8;定时开始，按键不起作用
JNB20H.1,L8;该按键在设置状态有效
ACALLXSCSH
SETBP3.2
SETBP3.3
SETBP3.4
CLR20H.1;退出设置状态
MOVR2,#6;回到开门状态，不允许数字输入
L8:
RET
;————————————新密码输入子程序————————————
XMM:
MOV50H,41H
MOV51H,42H
MOV52H,43H
MOV53H,44H
MOV54H,45H
MOV55H,46H;
CLRP3.1
SETBP3.0
SETBP3.2
CLR20H.2
MOVR2,#6;开门状态，不允许数字输入RET
;——————————显示缓冲区初始化子程序——————————
XSCSH:
MOV30H,#17
MOV31H,#17
MOV32H,#17
MOV33H,#17
MOV34H,#17
MOV35H,#17
RET
;——————————密码锁基本功能初始化———————————
CSH:
MOVR2,#0
MOVR4,#200
CLR20H.0
CLR20H.1
CLR20H.2
CLR20H.3
CLRP3.0
SETBP3.1
SETBP3.2
SETBP3.3
SETBP3.4
RET
;—————————————中断子程序——————————————
DIST:
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H;初值重装
DJNZR4,L9
ACALLXSCSH
ACALLCSH
CLRTR0;关中断
L9:
RETI
;——————————延时子程序，延时2ms————————————
DELAY:
MOVR6,#5
D17:
MOVR5,#200
D18:
DJNZR5,D18
DJNZR6,D17
RET
TAB:
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,
DB77H,7CH,39H,5EH,79H,71H,08H,40H,0BFH,086H,
DB0DBH,0CFH,0E6H,0EDH,0FDH,087H,0FFH,0EFH
DAB:
DB0EEH,0DEH,0BEH,7EH,0EDH,0DDH,0BDH,7DH,
DB0EBH,0DBH,0BBH,7BH,0E7H,0D7H,0B7H,77H
END
四.心得体会及建议
对于本次课程设计基本上达到了课题的要求。
因为在该电路中用到了AT89C51单片机，74LS373，数码管作为密码显示，LED作为状态指示灯，单片机的震荡电路和复位电路均为常用的电路模型。
系统在这但是我们对每一个模块的分析还是分析的非常的透彻的。
其中有4×4矩阵键盘接口电路、密码锁的控制
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