基于单片机控制的电子密码锁毕业设计毕业设计Word文档格式.docx
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第三章系统硬件软件设计
3.1原理方框..................................................................................................................7
3.2功能介绍..................................................................................................................7
3.3开锁机构..................................................................................................................9
3.4按键电路..................................................................................................................9
3.5显示电路设计......................................................................................................10
3.6时间电路设计.....................................................................................................11
3.7电源电路设计.......................................................................................................12
3.8密码输入设计................................................................................................13
第四章设计总结.......................................................................................................14
第五章附件
5.1原程序清单（仅主程序）.....................................................................15
5.2原理图....................................................................................................................21
5.3PCB图3D仿真效果图...................................................................................22
第六章参考文献及谢............................................................................................23
前言
在生活和生产的各领域中，凡是有自动控制要求的地方都会有单片机的身影出现；
从简单到复杂，从空中、地面到地下，凡是能想像到的地方几乎都有使用单片的需求。
现在尽管单片机的应用已经很普遍了，但仍有许多可以用单片机控制而尚未实现的项目，因此，单片机的应用大有想像和拓展空间。
单片机的应用有利于产品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高劳动效率，减轻劳动强度，提高产品质量，改善劳动环境，减少能源和材料消耗，保证安全等。
但是，单片机应用的意义绝不仅限于它的广阔范围以及所带来的经济效益上，更重要的意义还在于：
单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。
从前必须有模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能使用单片机通过软件（编程序）方法实现了。
这种以软件取代硬件并提高系统性能的控制系统“软化”技术，称之为微控制技术。
微控制技术是一种全新的概念，是对传统控制技术的一次革命。
这么设计也就为了也是为适应新技术发展面设计的。
这次密码锁的设计充分的应用微控制技术，通过软件编程来实现其功能。
我们相信随着单片机应用的推广普及，微控制技术必将不断发展、日益完善和更加普及。
单片机因将其主要组成部分集成在一个芯片上而得名，具体说就是把中央处理器CPU（Centralprocessingunit）。
随机存储器RAM（Randomaccessmemory）。
只读存储器ROM（Readonlymemory）。
中断系统、定时器／计数器以及I\O（Input/output）接口电路等主要微型机部件集成在一个芯片上。
虽然单片机只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已具有了计算机系统的属性。
为此，称它为单片微型计算机SCMC（Singlechipmicrocomputer），简称单片机。
单片机主要应用与控制领域，用以实现各种测试和控制功能，为了强调起控制属性，也可以把单片机称为微控制器MCU（Microcontrollerunit）。
在国际上，“微控制器”的叫法似乎更通用一些，而在我国则比较习惯与“单片机”这一名称。
单片机在应用时，通常是处于控制系统的核心地位并融入其中，即以嵌入的方式进行使用，为了强调其＂嵌入＂的特点，也常常将单片机称为嵌入式微控制器EMCU（Embeddedmicrocontrollerunit）。
在单片机的电路和结构中，有许多嵌入式应用的特点。
2.1通用单片机和专用单片机
根据控制应用的需要，可以将单片机分成为通用型和专用型两种类型。
通用型单片机是一种基本芯片，他的内部资源比较丰富，性能全面且适用性强，能覆盖多种应用需要。
用户可以根据需要设计成各种不同应用的控制系统，即通用单片机有一个在设计的过程，通过用户的进一步设计，才能组建成一个以通用单片机芯片为核心再配以其它外围电路的应用控制系统。
然而在单片机的控制应用中，有许多时候是专门针对某个特定产品的，例如电度表和IC卡读写器上的单片机等。
这种应用的最大特点是针对性强而且数量巨大，为此厂家常与芯片制造商合作，设计和生产专用的单片机芯片。
由于专用单片机芯片是针对一种产品或一种控制应用而专门设计的，设计时已经对系统结构的最简化，软硬件资源利用的最优化，
单片机通常是指芯片本身，它是有芯片制造商生产的，在它上面集成的是一些做为基本组成部分的运算器电路，控制器电路，存储器，中断系统，定时器/计数器以及输入/输出口电路等。
但一个单片机芯片并不能把计算机的全部电路都集成到其中，例如组成谐振电路和复位电路的石英晶体，电阻，电容等，这些元件在单片机系统中只能以散件的形式出现。
此外，在实际的控制应用中，常常需要扩展外围电路和外围芯片。
从中可以看到单片机和单片机系统的差别，即：
单片机只是一块芯片，而单片机系统则是在单片机芯片的基础上扩展其它
电路或芯片构成的具有一定应用功能的计算机系统。
通常所说的单片机系统都是为实现某一控制应用需要由用户设计的，是一个围绕单片机芯片而组建的计算机应用系统。
在单片机系统中，单片机处于核心地位，是构成单片机系统的硬件和软件基础。
2.2单片机的产生与发展
1.单片机的产生电子计算机的发展经历了从电子管，晶体管，集成电路到大（超大）规模集成电路共四个阶段，即通常所说的第一代，第二代，第三代和第四代计算机。
现在广泛使用的微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，因此它属于第四代计算机，而单片机则是微型计算机的一个分支。
从1971年微型计算机问世以来，由于实际应用的需要，微型计算机向着两个不同的方向发展；
一个是向高速度，大容量，高性能的高档微机方向发展；
而另一个则是向稳定可靠、体积小和价格廉价的单片机方向发展。
但是两者在原理和技术上是紧密联系的。
2.单片机的发展继1971年微处理器的研制成功不久，就出现了单片的微型计算机即单片机，但最早出现的单片机是一位的，1976年Intel公司推出了8位的MCS-48系列单片机，它以体积小、控制功能全、价格低等特点，赢得了广泛的应用和好评，为单片机的发展奠定了坚实的基础，成为单片机发展史上一个重要阶段，其后，在MCS-48成功的刺激下，许多半导体芯片在生产厂商竞相研制和发展自己的单片机系列。
到80年代末，世界各地已相继研制出大约50个系列300多个品
种的单片机产品，其中包括Motorola公司的6801，6802，Zilog公司的Z-8系列，Rockwell公司的6501，6502等，此外，日本的NEC公司，日立公司等也不甘落后，相继推出了各自的单片机品种。
尽管目前单片机的品种很多，但是我过使用最多的是Intel公司的MCS-51单片机系列。
MCS-51系列是在MCS-48的基础上于20世纪80年代初发展起来的，虽然它是8位的单片机，但其功能较MCS-48有很大的增强。
此外，它还具有品种全，兼容性强，软硬件资料丰富等特点，因此应用愈加广泛，成为比MCS-48更重要的单片机品种，直到现在，MCS-51仍不失为单片机的主流系列。
继8位单片机之后，又出现了16位单片机，1983年Intel公司推出的MCS-96系列单片机就是其中的典型代表。
与MCS-51相比，MCS-96不但字长增加一倍，而且在其他性能方面也有很大的提高，特别是芯片内还增加了一个4路或8路的10位A/D转换器，使其具有A/D转换的功能。
纵观单片机近30年的发展历程，单片机今后将向多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、低价格、外围电路简单化以及片内存储器容量增加的方向发展。
但其位数不一定会继续增加，尽管现在已经有了32位单片机，但使用的并不多。
可以预言，今后的单片机将是功能更强，集成度和可靠性更高而功耗更低，以及使用更方便等特点。
此外，专用化也是单片机的一个发展方向，针对单一用途的专用单片机将会越来越多
当前，家用电器产品的一个重要发展趋势是不断提高其智能化程度，而家电智能化的进一步提高就需要有单片机的参与，所以生产厂家常标榜“电脑控制”以提高其产品的档次，例如洗衣机，电冰箱，空调机，微波炉，电视机和音像视频设备等，这里说的电脑实际上就是单片机。
智能化家用电器将给我们带来更大的舒适和方便，进一步改善我们的生活质量，把我们的生活变的更加丰富多彩。
2.3单片机应用领域
现在单片机的应已经很广泛，下面我们就一些典型方面进行介绍
1.工业自动化方面自动化能使工业系统处于最佳状态，提高经济效益，改善产品质量和减轻劳动强度。
因此，自动化技术广泛应用于机械、电子、电力、石油、化工、纺织、食品等轻重工业领域中，而在工业自动化技术中，无论是过程控制技术，数据采集和测控技术，还是生产线上的机器人技术，都需要要有单片机的参与。
在工业自动化的领域中，机电一体化技术将发挥愈来愈重要的作用，在这种集机械、微电子和计算机技术于一体的综合技术中，单片机将发挥越来越大的作用。
2.仪器仪表方面现在仪器仪表的自动化和智能化要求越来越高，对此最好使用单片机来实现，而单片机的使用又将加速仪器仪表向数字化，智能化，多功能化和柔性化方向发展。
此外，单片机的使用还有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构、减小体积及重量而易于携带和使用，并具有降低成本，增强抗干扰的能力，便于增加显示、报警和自诊断等功能。
3.家用电器方面
4.信息和通信产品方面信息和通信产品的自动化和智能化程度很高，这当然离不开单片机的参与，例如计算机的外部设备和自动化办公设备中，都有单片机在其中发挥着作用。
5.军事装备方面科技强军、国防现代化离不开计算机，在现代化的飞机、军舰、坦克、大炮、导弹火箭和雷达等各种军用装备上，都有单片机深入其中。
2.4单片机的生产厂家和机型
Intel（美国英特尔）公司：
MCS-48，MCS-51系列。
Microchip（美国微晶）公司：
PICI6XX，PIC54CXX系列。
Zilog（美国齐洛落）公司：
ZS系列及SUPER8Fairchild（美国仙童）公司：
FS系列和3870系列Motorola（美国摩托罗拉）公司：
6801系列和6805系列Rockwell（美国洛克威尔）公司：
6500/1系列TI（美国德克萨斯仪器）公司：
TMS700NS（美国国家半导体）公司：
NS8070RCA（美国无线电）公司：
CDP1800系列Panasonic（日本松下）公司：
MN101C系列NEC（日本电气）公司：
Ucom87,uPD7800系列Hitachi（日本日立）公司：
HD6301，HD6305，HD63L05系列；
ATMEL公司：
AT89C51系列PHILIPS：
87LPC系列Cygnal：
C8051F0系列
2.5AT89S51的芯片概述
AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S51具有如下特点：
40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，4个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，内部集成看门狗计时器片内时钟振荡器。
其工作电压在4.5－５V,一般我们选用＋5V电压。
89S51相对于89C51增加的新功能包括：
--新增加很多功能，性能有了较大提升，价格基本不变，甚至比89C51更低！
--ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。
是一个强大易用的功能。
--最高工作频率为33MHz，大家都知道89C51的极限工作频率是24M，就是说S51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。
--具有双工UART串行通道。
--内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。
--双数据指示器。
--电源关闭标识
全新的加密算法，这使得对于89S51的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。
--兼容性方面：
向下完全兼容51全部字系列产品。
比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容产品。
也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教科书上采用的单片机是8051还是89C51还是MCS-51等等），在89S51上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。
因此我们选用AT89S51单片机来作为本系统的核心部分。
下图2.5为89s51的核心电路框图
图2.5为89s51电路框图
第三章系统硬件设计
3.1原理方框
采用一种是用以AT89S51为核心的单片机控制方案。
利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加调电存储、声光提示液晶显示电路甚至添加遥控控制功能。
其原理如图3.1所示。
矩阵
键盘
控制
89S52
单片机
输入错误锁定键盘
延时报警控制电路
时间电路
指示电路
1602显示电路
图3.1单片机控制方案
3.2功能介绍
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，受到了广大用户的亲呢。
密码锁主要有以下几个功能；
1．在没有任何按键时候，显示一句问候语，HI！
GoodMoring,到了下午又变为HI!
GoodAfternoon如图3.2.1所示
图3.2.1
2.按下任何键的时候，提醒你”PleaseInputcode”
3．此时可以输入预设的密码”123456”如果输入错误时，扬声器发出两声警告，灯闪烁，显示”Inputagain2”提醒用户还有两次输入机会如图3.2.3a所示。
图3.2.3a
如果再次输入密码又不对，重复上次的显示，并提醒用户还只有一次机会，当第三次输入又错误时，扬示器会发30秒的报警声，同时灯闪烁，显示乱码如图3.2.3b不所示，30秒后会自动恢复欢迎
图3.2.3b
4.,如果输入6个密码正确时，扬声器会发一声提醒，同时会显示，“――――OK―――”之后自动显示“Changetimeormm”图3.2.4
图3.2.3a
5.此时可以选择更改密码，当第一次输后会显示“Inputagain”当再次输入后，如果两次输入相同，则会出现，“Codeok”发出一声，如果两次输入不相同会显示”Codefail”发出两声警告。
无论两次输入正确否，系统后自动进入欢迎介面。
3.3开锁机构
通过单片机送给开锁执行机构，电路驱动电磁锁吸合，从而达到开锁的目的。
其原理如下图3.3a所示。
图3.3a密码锁开锁机构示意图
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。
其实际电路如图3.3b所示
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3..3b密码锁开锁机构电路图
3.4按键电路设计
由于设计要求需要使用矩阵键盘，所以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。
其原理如下图3.4
图3.44*4键盘原理图
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。
当确认有按键按下后，下一步就要识别哪一个按键按下。
对键的识别通常有两种方法：
一种是常用的逐行扫描查询法；
另一种是速度较快的线反转法。
对照图2－3所示的44键盘，说明线反转个工作原理。
首先辨别键盘中有无键按下，有单片机I/O口向键盘送全扫描字，然后读入行线状态来判断。
方法是：
向行线输出全扫描字00H，把全部列线置为低电平，然后将列线的电平状态读入累加器A中。
如果有按键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为1。
判断键盘中哪一个键被按下使通过将列线逐列置低电平后，检查行输入状态来实现的。
依次给列线送低电平，然后查所有行线状态，如果全为1，则所按下的键不在此列；
如果不全为1，则所按下的键必在此列，而且是在与零电平行线相交的交点上的那个键。
3.5显示电路设计
1.本设计液晶屏1602显示，如下图3.5.1所示：
7-14脚接AT89S52有P00-P07，R16接一电位器来调节1602液晶屏的亮度。
要使液晶屏显示，需要各驱动程序（这里省略）。
图3.5.11602显示电路
2．灯提醒显示，如图下图3.5.2所示：
当AT89S52输出高电平时灯即亮，否则灯灭。
图3.5.2LED灯指示
3.扬声器提醒显示，如下图3.5.3所示：
高电平即向，这里确切的说应该是喇叭，而不是扬声器。
图3.5.3扬声器电路
3.6时间电路设计及程序流程图如下所示。
使用本芯片而不用软件实现时间显示主要因为这个时间芯片时间准确，只要在图中5脚加一个电池，就有记忆时间的功能，省去多次调节时间问题。
当需要显示时间时，只要从此芯片中读取时间就可以，调节时间亦只要反时间存进去就可以了，非常方便。
电路和流程图3.6如下。
图3.6DS1302电路和流程
3.7电源电路设计
为了防止停电情况的发生，本电路后备了UPS电源，它包括市电供电电路，停电检测电路，电子开关切换电路，蓄电池充电电路和蓄电池组成。
电源
如下图3.7a所示。
3.7a市电供电电路
220V市电通过变压器降压成12V的交流电,再经过整
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