数字式密码电子锁电路.docx
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数字式密码电子锁电路
课程设计任务书
学生姓名：
柯一凡专业班级：
通信1102
指导教师：
许建霞工作单位：
信息工程学院
题目:
数字式密码电子锁电路设计
初始条件：
Protel软件、PC机和相关的参考书籍如：
1.Protel99入门与提高.赵品编著.人民邮电出版社.2000.11
2.Protel99高级应用.赵品编著.人民邮电出版社.2000.11
3.Protel99SE电路设计与仿真应用
要求完成的主要任务:
1、绘制具有一定规模、一定复杂程度的电路原理图*.sch（自选）。
可以涉及模拟、数字、高频、单片机、或者一个具有完备功能的电子电路系统。
（注意：
电路选择不可过分简单，元件种类（包括电源和信号源）少于5种；或者元件个数少于10个将导致不及格。
）
2、绘制相应电路原理图的双面印刷版图*.pcb
3、
对电路原理图进行仿真，给出仿真结果（如波形*.sdf、数据）并说明是否达到设计意图。
（注意：
仿真提倡对所绘制的原理图*.sch进行全面仿真，如果不能做到全面仿真成功，则要说明原因，但要完成局部电路的仿真。
）
时间安排：
序号
设计内容
所用时间
1
选择合适的电路
1天
2
用Protel绘制相应的电路双面印刷版图，并仿真
3天
3
总结编写课程设计报告
1天
合计
1周
指导教师签名：
2014年6月10日
系主任（或责任教师）签名：
2014年6月10日
摘要
本系统以STC89C52单片机最小系统为核心，结合矩阵键盘、1602LCD和报警系统组成。
系统能完成锁闭状态显示、密码输入错误超次（大于三次）异常,系统锁定声光告警、初始化设置用户密码等基本的密码锁的功能。
除上述基本的密码锁功能外，依据实际的情况还可以添加通过超级密码重置密码、键盘背光与通过背光显示密码、系统产生随机密码等扩展空间。
ProtelDXP6将项目管理方式、原理图和PCB图的双向同步技术、多通道技术、自动布线技术以及强大的电路仿真的技术完美的融合在一起。
ProtelDXP提供了丰富的元件库，包括原理图符号。
PCB封装、SI模型及仿真模型，可以方便地进行同步修改。
这次课程设计主要要求掌握原理电路图设计、PCB设计和仿真。
关键词：
ProtelDXP，PCB设计，电子密码锁，STC89C52，液晶显示
Abstract
ThesystemSTC89C52microcomputerasthecore,combinedwithmatrixkeyboards,1602LCDandalarmsystemcomponents.Systemcancompletethelockstatusdisplay,thepasswordinputerrorandUltra（morethanthreetimes）abnormalsoundandlightalarmsystemlock,initializedtosetuserpasswords,andotherbasiclockfunction.Inadditiontothebasiclockfunction,basedontheactualsituationcanalsobeaddedthroughsuperpasswordresetyourpassword,keyboardbacklightandpasswordthroughthebacklitdisplay,thesystemgeneratesrandompasswordsforexpansion.
ProtelDXP6combineProjectmanagement,thePCBandschematicmapofthetwo-waysynchronizationtechnology,multi-channeltechnology,automaticroutingtechnologyandastrongcircuitsimulationtechnologytogetherperfectly.ProtelDXPprovidesarichlibrary,includingtheprincipleofsymbols.PCBpackage,SImodelandsimulationmodelcaneasilysynchronizeedits.Themaindemandsofthecurriculumdesignmasterprinciplecircuitdesign,PCBdesignandsimulation.
Keywords:
ProtelDXP，PCBdesigntools，electroniccodelock，STC89C52，liquidcrystaldisplay
1设计任务与要求
1.1设计任务
设计一个以单片机AT89C52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，为提高安全性，当密码输入错误三次将报警。
密码可以由用户自己修改设定，锁打开后才能修改密码。
修改密码之前必须再次输入密码，在输入新密码时候需要二次确认，以防止误操作。
完成密码锁的功能。
1.2设计要求
（1）使用protel制作数字式密码电子锁的电路原理图
（2）使用protel制作数字式密码电子锁的PCB图
（3）使用Protuse对数字式密码电子锁电路进行仿真
2原理分析
2.1单片机控制原理
本次设计选用单片机STC89C52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，实现基本的密码锁信号判断、状态保存、电平控制的功能。
设计从总体可以分为硬件和软件两个部分。
在硬件部分中，由单片机最小系统、矩阵键盘、1602液晶显示、声光显示这几个部分，其相关控制如图2-1；在软件部分中，由矩阵键盘键值读取、1602液晶显示函数、延时模块、密码读取模块、密码设置模块、密码比较模块、声光状态模块等几部分组成。
图2-1硬件模块关系
2.2模块硬件电路分析
2.2.1单片机最小系统
此为一个单片机最小系统，其有P0~P3四组I/O口，可以进行相关的电平状态读取与控制操作。
开关SW_RST为复位开关，当其接通，单片机RST9复位端至于高电位，满足一定时长后，单片机会进行复位操作，重新开始工作。
Y1、C1.2、C1.3组成了单片机的振荡电路，为单片机系统提供稳定可靠地时钟信号，协助单片机完成相关操作。
Header9为一组排阻，座位上拉电阻。
由于STC89C52使用串口方式下载程序，因此需要使用MAX232完成程序下载的处理工作。
图2-2单片机最小系统原理图
图2-3串口电路
2.2.2键盘矩阵
设计准备使用4×4键盘，对应的电路如图2-4所示。
0~9输入相应的数字。
在输入密码是L\R分别实现输入位置的左右移动，B为退格键，C为清除键，清楚当前所有的输入字符，S为功能扩展键，暂时未定义，E为确认键。
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。
图2-44×4键盘矩阵
2.2.3LCM1602液晶显示
图2-5为1602液晶的引脚分布。
1,2为液晶显示供电，3接滑动变阻器改变3的相对电位，调节显示对比度。
4,5,6为液晶的控制端，调节工作状态。
7~14为液晶的数据输入端，15、16为液晶背光的电源接口。
17,18可以悬空不接。
图2-5LCM1602液晶显示
2.2.4声光显示
光显示有红绿两种颜色的发光二极管组成，负极接单片机引脚，正极结一个限流电阻后接地。
当单片机输出高电平，其不亮，当单片机输出低电平，二极管点亮。
声信号告警有长鸣蜂鸣器与一个三极管、电阻组成，三极管在单片机的控制下驱动蜂鸣器正常工作。
长鸣蜂鸣器，在给予有效电平时可以不间断的以一定的频率发出蜂鸣。
图2-6蜂鸣器工作电路
3电路原理图绘制
3.1DXP绘制电路原理图
进入ProtelDXP2004后，依次点击工具栏上的File/New/PCBProject，新建一个后缀名为prjPCB的工程文件。
图3-1新建prjPCB工程文件
接下来在刚建立的prjPCB的工程文件下点击File/New/Schematic新建一个后缀名为SchDoc的原理图，建立原理图与工程的关联。
图3-2新建原理图
在绘制原理图时，ProtelDXP2004在工具栏上提供了常用元件的快捷方式，例如电阻、电解电容、瓷片电容以及常用的与、或、非等组合逻辑门，使用起来很方便。
如果要使用其他元件则可以使用Place/Part命令打开元件选择窗口。
若使用的是比较基本的元件可以在ProtelDXP2004默认提供的元件库MiscellaneousDevices.lntLib中直接浏览。
ProtelDXP2004将元件的原理图符号，元件描述、封装号以及SI仿真模型都集中在一起显示，使用起来很方便，也在一定程度上避免了Protel99SE中不知道元件封装号的问题。
如果需要修改，可以在ModelName框中自行修改。
图3-3添加元件
如果是寻找不那么常用的元件可以在元件库管理器中选择Libraries/Search/SearchLibraries命令，再输入元件名称查找。
根据电路要求可以在DXP中加载相应的元件库，DXP中带有非常丰富的元件库，并且按照芯片的生产公司的名称分开放置，便于查找。
如果没有相应的元件，还可以通过PCB库文件编辑器来自己编辑。
图3-4加载元件库
在依照电路安放好所有元件之后再开始连线。
点击工具栏上的placewire图标进行连线操作，将各元件的引脚连接起来。
在连线时需要注意导线交叉时是否导通的问题。
如图3.5所示，第一条水平导线与竖直导线导通，但在绘图时经常忽略这一点，处理成第二条水平线。
所以在画图时应该在连接处用Place菜单下的ManualJunction工具添加一个电气结点。
图3-5连线时的结点处理
完成所有连线之后，选择File/New/TextDocument命令，开启一个数据库文本；再选择Project/ProjectOptions命令设置工程检查参数，在执行Project/CompileDocument检查系统错误。
如果提示错误则返回修改原理图，如果没有错误，则选择Design/NetlistForDocument/Protel命令生成网络表。
图3-6数字式密码电子锁原理图
3.2DXP绘制PCB图
3.2.1加载网络表
生成网络表之后，就进入了PCB板绘制的阶段。
选择File/New/PCB生成一个后缀为PcbDoc的文件。
PCB板分为很多层，主要有Top-Layer、Bottom-Layer、Mechanical、TopOverlay、Keep-Out-layer和Multi-Layer。
按步骤设置PCB板的Mechanical物理边界以及Keep-OutLayer电气边界。
先执行Design/BoardSharp/RedefineBoardSharp命令，此时光变变成十字形。
然后在Mechanical层面上划定PCB板的物理边界，最后在禁止布线层（Keep-OutLayer）上面划定电器边界。
在正确设置完成PCB板之后，在PcbDoc文件下选择Design/ImportChangesFrom命令加载网络表（或者在SchDoc文件下选择Design/UpdatePCBDocument命令），屏幕上显示详细的网络连接信息。
点击ValidateChanges按钮可以检查装入的元件封装、电器规则以及元件的网络连接是否正确，如果正确，屏幕上将显示绿色打勾标记。
再点击ExecuteChanges按钮完成元件网络表的加载。
3.2.2PCB板的排版
网络表加载完成之后，PCB根据网络表产生预拉线，在屏幕上会出现排列整齐的所有元件以及设置过的PCB板，然后PCB根据预拉线一条一条变为铜膜走线。
选定所有的元件拖至PCB板上，执行Tools/AutoPlacement/AutoPlacer/ClusterPlacer命令，DXP开始自动排版。
一般来说DXP的自动排版后的PCB板已经比较理想了，但是仍然可以手动排版进行进一步美化。
图3-7PCB手动排版
3.2.3PCB板的布线
在元件排版完毕之后，就可以进入到最后的布线阶段。
ProtelDXP2004沿袭了Protel99SE强大的自动布线功能，不仅布线快速而且合理，通过率很高。
我们可以执行AutoRoute/All命令，选择Default2LayerBoard选项，再点击RouteAll完成双层PCB板的布线。
图3-8DXP自动布线后的PCB板
DXP在完成自动布线之后显示一共布线总数，并且全部成功，至此基于DXP的PCB板设计全部制作完成。
3.3.4PCB板的覆铜
选择工具栏上的
按钮，将弹出一个对话框，如图3-9所示，在ConnecttoNet中选择GND点击OK，鼠标将变成光标，用光标将需要覆铜的区域圈起来，则得到覆铜后的顶层图，如图3-9所示，在设计工作区的板层标签选中BottomLayer，执行以上相同步骤，得到覆铜后的底层图，如图3-9。
图3-9覆铜参数设置
图3-10覆铜后的顶层图
4电路仿真及分析
（1）密码锁开始菜单
图4-1密码锁开始菜单
（2）密码锁设置初始密码
图4-2设置初始密码
（3）成功设置密码
图4-3设置密码成功提示
（4）输入错误提示
图4-4密码输入错误提示
结论：
由此可以看出，此设计的矩阵键盘键值读取，1602液晶显示模块，密码读取模块，密码设置模块比较模块，声光状态模块都能正常工作，设计成功。
5心得体会
作为电路设计必须使用的软件，ProtelDXP被现代电子设计者们广泛的使用，我们作为电子信息工程专业的学习者，理应熟练掌握这种实用性好、专业性强的软件。
经过对ProtelDXP一周的学习和应用，从开始的无法上手，到现在的马马虎虎，虽然不能说做的很好，但是自己看到了自己的进步，从这点上还是很高兴的。
本设计从经济实用的角度出发，采用美国Atmel公司的单片机AT89C52作为主控芯片与数据存储器单元，结合外围的键盘输入、显示、报警、开锁等电路并用C编写主控芯片的控制程序，研制了一款可以多次更改密码具有报警功能的电子密码锁。
设计完全可行可以达到设计目的。
使用单片机制作的电子密码锁具有软硬件设计简单，易于开发，成本较低，安全可靠，操作方便等特点。
可应用于住宅、办公室的保险箱及档案柜等需要防盗的场所，有一定的实用性。
该电路设计还具有按键有效提示，输入错误提示，控制开锁电路，控制报警电路，修改密码等多种功能。
可在意外泄密的情况下随时修改密码。
保密性强，灵活性高，特别适用于家庭、办公室、学生宿舍及宾馆等诸多场所。
与此同时本次课程设计也使我学到了关于protel软件的安装、电子线路原理图的设计、电路原理图元件库文件的设计、电子线路PCB电路板设计、PCB元件封装库设计。
但是这些内容对于我们今后的所用是远远不够的。
为此，在以后的时间里要进一步的去学习和思考，对protel要有近一步的认识，更好能熟练地掌握各种操作此软件。
6参考文献
[1]伍时和等．数字电子技术基础．北京：
清华大学出版社，2009.4．
[2]张天凡等．51单片机C语言开发详解．北京：
电子工业出版社，2008.6．
[3]李东生，许四毛.Protel电路设计教程.北京：
电子工业出版社，2010.
[4]朱定华，蔡苗.Protel原理图和印制板设计.北京：
清华大学出版社，2011.
[5]陈汝全．电子技术常用器件应用手册2版．北京：
机械工业出版社，2006.
[6]余孟尝．数字电子技术基础简明教程.2版．北京：
高等教育出版社，2007.
[7]谢自美.《电子线路设计.实验.测试》.武汉：
华中科技大学出版，2006.
附录
名称
型号
数量
备注
单片机芯片
STC89C52
1
石英晶振
12M
1
瓷片电容
33
2
105
4
电解电容
4.7uf
1
电位器
10K
1
电阻
1K
4
10K
1
10K排阻
1
LED
红色
1
绿色
1
长鸣蜂鸣器
1
三极管
8550
1
LCD显示模块
1602
1
按键开关
17
自锁开关
1
排针
若干
导线
若干
万用表
1
电工工具
1套
数字式密码电子锁程序源代码（仿真）
#include"reg52.h"
#include"string.h"
#defineLCD_DATAP0//LCD的数据口
//输入方式设置
#defineLCD_AC_AUTO_INCREMENT0x06//数据读、写操作后，AC自动增一
#defineLCD_AC_AUTO_DECREASE0x04//数据读、写操作后，AC自动减一
#defineLCD_MOVE_ENABLE0x05//数据读、写操作，画面平移
#defineLCD_MOVE_DISENABLE0x04//数据读、写操作，画面不动
//设置显示、光标及闪烁开、关
#defineLCD_DISPLAY_ON0x0C//显示开
#defineLCD_DISPLAY_OFF0x08//显示关
#defineLCD_CURSOR_ON0x0A//光标显示
#defineLCD_CURSOR_OFF0x08//光标不显示
#defineLCD_CURSOR_BLINK_ON0x09//光标闪烁
#defineLCD_CURSOR_BLINK_OFF0x08//光标不闪烁
//光标、画面移动，不影响DDRAM
#defineLCD_LEFT_MOVE0x18//LCD显示左移一位
#defineLCD_RIGHT_MOVE0x1C//LCD显示右移一位
#defineLCD_CURSOR_LEFT_MOVE0x10//光标左移一位
#defineLCD_CURSOR_RIGHT_MOVE0x14//光标右移一位
//工作方式设置
#defineLCD_DISPLAY_DOUBLE_LINE0x38//两行显示
#defineLCD_DISPLAY_SINGLE_LINE0x30//单行显示
unsignedcharcodetab[4][4]={
{'1','2','3','C'},
{'4','5','6','B'},
{'7','8','9','S'},
{'L','0','R','E'}};//键盘键值表
unsignedcharinput_password[9]={0,0,0,0,0,0,0,0,'\0'};//临时读入密码数组
unsignedcharnormal_password[9]={"12345678"};//密码存储数组
unsignedchartemp_normal_password[9]={"12345678"};//临时设定密码数组
unsignedcharlock=0,miss=0,key=0;//系统环境变量分别为锁状态、连续错误次数、读入键值
sbitbeep=P3^2;//蜂鸣器控制变量
sbitLEDR=P3^4;//开锁指示灯控制变量
sbitLEDE=P3^6;//闭锁指示灯控制变量
sbitLCD_BUSY=LCD_DATA^7;//LCD忙信号位
sbitLCD_RW=P2^0;//LCD读写控制
sbitLCD_RS=P2^1;//LCD寄存器选择
sbitLCD_EN=P2^2;//LCD使能信号*/
voidLCD_cls（void）;
voidLCD_write_data（unsignedchar）;
voidLCD_initial（void）;
voidLCD_set_position（unsignedchar）;
voidLCD_prints（unsignedchar*）;
voidLCD_printc（unsignedchar）;
voiddidi（）;//蜂鸣报警模块函数
voidverify_password（）;//开锁判断模块函数
voidLoad（）;//初始化函数
voidFirst（）;
voidread_password（）;//读入密码模块函数
voidSet_password（）;//设定密码模块函数
voiddelay（unsignedchara）;//毫秒延时模块函数
unsignedcharkbscan（）;//键盘扫描模块函数
voidLCD_check_busy（void）//检测LCD状态
{
while
（1）
{
LCD_EN=0;
LCD_RS=0;
LCD_RW=1;
LCD_DATA=0xff;
LCD_EN=1;
if（!
LCD_BUSY）break;
}
LCD_EN=0;
}
voidLCD_cls（void）//LCD清屏
{
LCD_check_busy（）;
LCD_RS=0;
LCD_RW=0;
LCD_DATA=1;
LCD_EN=1;
LCD_EN=0;
}
voidLCD_write_instruction（unsignedcharLCD_instruction）//写指令到LCD
{
LCD_check_busy（）;
LCD_RS=0;
LCD_RW=0;
LCD_DATA=LCD_instruction;
LCD_EN=1;
LCD_EN=
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