湖南工程学院智能密码锁.docx
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湖南工程学院智能密码锁
湖南工程学院
课程设计
课程名称单片机原理与应用
课题名称智能密码锁设计
专业
班级
学号
姓名
指导教师
年月日
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称单片机原理与应用
课题智能密码锁设计
专业班级
学生姓名
学号
指导老师
审批
任务书下达日期2012年月日
任务完成日期2012年月日
设计内容与设计要求
设计内容：
1、密码的设定，此密码是固定在程序存储器ROM中，假设预设的密码为“12345”共5位密码。
2、密码的输入：
采用两个按键来完成密码的输入，其中一个按键为功能键，另一个按键为数字键。
在密码都已经输入完毕并且确认功能键之后，才能完成密码的输入过程。
然后进入密码的判断比较处理状态并给出相应的处理过程。
3、按键禁止功能：
初始化时，允许按键输入密码，当有按键按下并开始进入按键识别状态时，按键禁止功能被激活，但启动的状态是在3次密码输入不正确的情况下发生的。
设计要求：
1、设计方案要合理、正确；
2、系统硬件设计及焊接制作；
3、系统软件设计及调试；
4、系统联调；
5、写出设计报告。
主要设计条件
1、MCS-51单片机实验操作台1台；
2、PC机及单片机调试软件；
3、单片机应用系统板1套；
4、制作工具1套；
5、系统设计所需的元器件。
说明书格式
1.封面
2.课程设计任务书
3.目录
4.系统总体方案设计
5.系统硬件设计
6.软件设计（包括流程图）
7.系统的安装调试说明
8、总结
9、参考文献
10、附录（源程序清单及硬件原理图等）；
11、课程设计成绩评分表。
进度安排
设计时间为两周
第一周
星期一、上午：
布置课题任务，讲课及课题介绍
下午：
借阅有关资料，总体方案讨论
星期二、确定总体设计方案
星期三、硬件模块方案设计
星期四、软件模块方案设计
星期五、设计及调试
第二周
星期一、设计及调试
星期二、设计及调试
星期三、总调
星期四、写说明书
星期五、上午：
写说明书，整理资料
下午：
交设计资料，答辩
参考文献
[1]、《微型计算机原理及应用》许立梓编机械工业出版社2002
[2]、《微型计算机接口技术及应用》刘乐善编华中理工大学出版社2000
[3]、《计算机硬件技术基础试验教程》邹逢兴编高等教育出版社2000
[4]、《16位微型计算机原理接口及其应用》周佩玲编中国科学技术大学出版社
2000
[5]、《微型计算机原理与接口技术》吴秀清编中国科学技术出版社2001
[6]、《微型计算机接口技术》邓亚平编清华大学出版社2001
[7]、《单片机原理及及应用》王迎旭编机械工业出版社2001
[8]、《单片机应用程序设计技术》周航慈著北京航空航天大学出版社2002
[9]、《单片机实用技术问答》谢宜仁主编人民邮电出版社2002
第1章概述
1.1该课题的发展现状与趋势简述：
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。
若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需携带多把钥匙,使用极不方便,且钥匙丢失后安全性即大打折扣。
为满足人们对锁的使用要求，各类电子产品应运而生，智能密码锁就是其中之一。
智能密码锁的研制，在20世纪30年代就开始了，在一些特殊场所早就有所应用。
这种锁是通过键盘输入一组密码来完成解锁过程，由于智能密码锁的密码量极大，不易被破解，避免了因钥匙被仿制而留下的安全隐患。
并且可以与机械钥匙配合使用，双重守护，大大提高了其安全性能，因而到现在应用得越来越广泛了。
1.2设计内容：
（1）密码的设定:
此密码是固定在程序存储器ROM中，假设预设的密码为“12345”共5位密码。
（2）密码的输入：
采用两个按键来完成密码的输入，其中一个按键为功能键，另一个按键为数字键。
在密码都已经输入完毕并且确认功能键之后，才能完成密码的输入过程。
然后进入密码的判断比较处理状态并给出相应的处理过程。
（3）按键禁止功能：
初始化时，允许按键输入密码，当有按键按下并开始进入按键识别状态时，按键禁止功能被激活，但启动的状态是在3次密码输入不正确的情况下发生的。
1.3设计要求：
（1）设计方案要合理、正确；
（2）系统硬件设计及焊接制作；
（3）系统软件设计及调试；
（4）系统联调；
（5）写出设计报告。
第2章系统方案设计
本次密码锁采用了键盘读入数据，数码管显示读入密码，当在键盘读入时，输入密码会依次显示在数码管上，当输入密码后按确认，如与固有密码相同时，密码正确，LED上显示如图：
如与固有密码不相同时，密码错误，LED上现实如图：
当三次输入密码与固有密码不相同时，蜂鸣器长响报警，并且会启动禁止键盘读入密码功能。
这样就组成了智能密码锁。
2.1系统组成框图:
系统主要以MCS-51单片机为核心，结合具体的电路，组合成一个智能密码锁系统，该系统的其他电路主要包括：
密码输入模块、密码检测系统、报警显示电路、开锁电路、液晶显示电路、密码锁存电路、六个主要模块。
如下图2.1所示：
图2.1系统组成框图
2.2单片机系统：
单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。
它由单片机、时钟电路、复位电路等组成。
为了简化电路、降低成本、提高可靠性，本系统采用AT89C54作为主控制器。
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，进行智能密码锁的设计。
此次课题用单片机P3口与键盘相连，做输入口，P0口与显示器相连，做显示，P2口做显示器扫描,键盘16号键为确认键。
单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，时钟信号通常用两种电路形式得到:
内部振荡和外部振荡。
由于采用内部方式时，电路简单，所得的时钟信号比较稳定，实际使用中常采用这种方式，这次课题采用内部方式进行定时计数。
2.3矩阵键盘接口电路：
此次课程设计采用4*4矩阵键盘，4行4列分别与P3口相连，采用行列反转扫描法。
设有0—E`15个数字密码，和,1个功能键。
15个数字键用来输入密码，F键功能键用来确认。
2.4LED显示电路：
此次课程设计设置5位密码，按键后数码管显示器显示，采用动态显示。
P0口送显示数据，P2口显示扫描，根据按键顺序，显示器第一位显示第一次按的密码，第二位显示第二次按的密码，依此类推第5位显示第5次按的密码，按键完成后按确认键后，系统进行密码比较密码对则执行开锁动作，对应的发光二极管亮。
2.5报警显示模块：
通过4*4矩阵键盘输入信息时，不仅在液晶屏幕上显示相关内容,同时也通过声光显示模块反映出来，增加了用户的感光性。
2.6开锁提示模块：
当输入密码和固有密码相同时，LED灯闪烁伴随的蜂鸣器响，同时控制继电器打开密码锁装置，当3次输入的密码都与固有密码不同时，将死锁定键盘，不再读入数据。
重启后方可重新输入。
2.7密码锁存电路：
该系统的密码在初始化的时候就被写在24C02E2PROM中。
初始密码为“12345”。
修改初始密码需要用24C02程序直接重新写入密码所在地址中的值，以后修改的密码，也都讲被系统直接写入24C02E2PROM中。
然后系统直接从24C02中读取当前密码。
并与用户输入密码相比较。
防止掉电丢失修改后的密码。
第3章硬件电路设计
3.1键盘电路设计
3.1.1矩阵式键盘电路图：
图3.14x4矩阵键盘
3.1.2矩阵式键盘工作原理：
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3.1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p3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，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘。
矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，图3.1中，如果将行线扫描为全0，当按键没有按下时，所有的列线都是高电平，代表无键按下。
一旦有键按下，则列线就会被拉低。
这样，通过读入列线的状态就可得知是否有键按下了。
3.1.3矩阵式键盘的识别方法：
确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种“行扫描法”。
行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，如上图所示。
3.2LED显示电路设计
图3.2LED显示电路
3.3报警电路设计
主要有LED灯和蜂鸣器组成，当密码输入正确时，LED-green亮。
当密码输入错误时LED-yellow会亮，当输入三次错误时，LED-red亮并伴有蜂鸣器长响报警。
如图3-3所示。
图3-3报警显示电路
3.4开锁机构设计
信号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，其原理如图3.3所示：
图3.3密码锁开锁机构示意图
当用户输入的密码正确，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，此次设计无电磁锁，利用一个发光二极管来代表门锁，亮表示锁开，灯灭表示锁合
第4章软件设计
4.1软件总体设计
软件的设计主要包括：
密码的固定、键盘识别判断、密码显示、密码比较、密码对处理、错报警。
软件设计总流程图如下：
图4-1软件设计总流程图
4.2各子程序的设计
#include//包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义
#defineDataPortP0//定义数据端口程序中遇到DataPort则用P0替换
#defineKeyPortP3
sbitLATCH1=P2^0;//定义锁存使能端口段锁存
sbitLATCH2=P2^1;//位锁存
sbitled1=P2^4;//led灯1
sbitled2=P2^5;//led灯2
sbitled3=P2^6;//led灯3
sbitBeep=P2^7;//报警器
UnsignedcharcodeDuanMa[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,
0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//显示段码值0~F
unsignedcharcodeWeiMa[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//分别对应相应的数码管点亮,即位码
unsignedcharTempData[8];//存储显示值的全局变量
unsignedcharcodepassword[5]={1,2,3,4,5};
voidbeep（void）;
voidDelayUs2x（unsignedchart）;//us级延时函数声明
voidDelayMs（unsignedchart）;//ms级延时
voidDisplay（unsignedcharFirstBit,unsignedcharNum）;//数码管显示函数
unsignedcharKeyScan（void）;//键盘扫描
unsignedcharKeyPro（void）;
voidInit_Timer0（void）;//定时器初始化
/*------------------------------------------------
主函数
------------------------------------------------*/
voidmain（void）
{
unsignedcharnum,i,j;
unsignedcharinputtimes;
unsignedchartemp[6];
bitFlag;
Init_Timer0（）;
while
（1）//主循环
{num=KeyPro（）;
if（num!
=0xff）
{if（i==0）
{for（j=0;j<8;j++）//清屏
TempData[j]=0;
}
if（i<5）
{temp[i]=DuanMa[num];//把按键值输入到临时数组中
for（j=0;j<=i;j++）//通过一定顺序把临时数组中的值赋值到显示缓冲区，从右往左输入
TempData[7-i+j]=temp[j];
}
if（num==10）//退格
{i=i-2;
for（j=0;j<8;j++）//清屏
TempData[j]=0;
for（j=0;j<=i;j++）
TempData[7-i+j]=temp[j];
}
i++;//输入数值累加
if（num==11）//按下确认键
{i=0;
Flag=1;//先把比较位置1
for（j=0;j<5;j++）//循环比较5个数值,如果有一个不等则最终Flag值为0?
Flag=Flag&&（temp[j]==DuanMa[password[j]]）;
//比较输入值和已有密码
for（j=0;j<8;j++）//清屏
TempData[j]=0;
if（Flag）//如果比较全部相同，标志位置1
{TempData[2]=0x3f;//"o"
TempData[3]=0x73;//"p"
TempData[4]=0x79;//"E"
TempData[5]=0x54;//"n"
//说明密码正确，输入对应操作显示"open"
inputtimes=0;
Flag=0;//密码正确指示灯闪烁蜂鸣器响
led1=0;
DelayMs（2000）;
led1=1;}
else
{TempData[2]=0x79;//"E"
TempData[3]=0x50;//"r"
TempData[4]=0x50;//"r"
//否则显示"Err"
inputtimes++;
if（inputtimes<3）
{led2=0;
DelayMs（2000）;
led2=1;}
if（inputtimes==3）
{TempData[0]=0x7f;
TempData[1]=0x7f;
TempData[2]=0x7f;
TempData[3]=0x7f;
TempData[4]=0x7d;
for（i=10;i>0;i--）
{led3=!
led3;
DelayMs（200）;
beep（）;}
while
（1）;
}}}
if（num==12）//清除
{i=0;
for（j=0;j<8;j++）//清屏
TempData[j]=0;}}}}
/*------------------------------------------------
uS延时函数，含有输入参数unsignedchart，无返回值
unsignedchar是定义无符号字符变量，其值的范围是
0~255这里使用晶振12M，精确延时请使用汇编,大致延时
长度如下T=tx2+5uS
------------------------------------------------*/
voidDelayUs2x（unsignedchart）
{while（--t）;}
/*------------------------------------------------
mS延时函数，含有输入参数unsignedchart，无返回值
unsignedchar是定义无符号字符变量，其值的范围是
0~255这里使用晶振12M，精确延时请使用汇编
------------------------------------------------*/
voidDelayMs（unsignedchart）
{while（t--）
{//大致延时1mS
DelayUs2x（245）;
DelayUs2x（245）;}}
/*------------------------------------------------
显示函数，用于动态扫描数码管
输入参数FirstBit表示需要显示的第一位，如赋值2表示从第三个数码管开始显示
如输入0表示从第一个显示。
Num表示需要显示的位数，如需要显示99两位数值则该值输入2
------------------------------------------------*/
voidDisplay（unsignedcharFirstBit,unsignedcharNum）
{staticunsignedchari=0;
DataPort=0;//清空数据，防止有交替重影
LATCH1=1;//段锁存
LATCH1=0;
DataPort=WeiMa[i+FirstBit];//取位码
LATCH2=1;//位锁存
LATCH2=0;
DataPort=TempData[i];//取显示数据，段码
LATCH1=1;//段锁存
LATCH1=0;
i++;
if（i==Num）
i=0;}
/*------------------------------------------------
定时器初始化子程序
------------------------------------------------*/
voidInit_Timer0（void）
{TMOD|=0x01;//使用模式1，16位定时器，使用"|"符号可以在使用多个定时器时不受影响
//TH0=0x00;//给定初值
//TL0=0x00;
EA=1;//总中断打开
ET0=1;//定时器中断打开
TR0=1;//定时器开关打开
}
/*------------------------------------------------
定时器中断子程序
------------------------------------------------*/
voidTimer0_isr（void）interrupt1
{TH0=（65536-2000）/256;//重新赋值2ms
TL0=（65536-2000）%256;
Display（0,8）;//调用数码管扫描}
voidbeep（void）
{unsignedchari;
for（i=0;i<100;i++）
{DelayMs（5）;
Beep=!
Beep;//BEEP取反}
Beep=1;//关闭蜂鸣器}
/*------------------------------------------------
按键扫描函数，返回扫描键值
------------------------------------------------*/
unsignedcharKeyScan（void）//键盘扫描函数，使用行列反转扫描法
{unsignedcharcord_h,cord_l;//行列值中间变量
KeyPort=0x0f;//行线输出全为0
cord_h=KeyPort&0x0f;//读入列线值
if（cord_h!
=0x0f）//先检测有无按键按下
{DelayMs（10）;//去抖
if（（KeyPort&0x0f）!
=0x0f）
{cord_h=KeyPort&0x0f;//读入列线值
KeyPort=cord_h|0xf0;//输出当前列线值
cord_l=KeyPort&0xf0;//读入行线值
while（（KeyPort&0xf0）!
=0xf0）;//等待松开并输出
return（cord_h+cord_l）;//键盘最后组合码值
}}return（0xff）;//返回该值}
/*------------------------------------------------
按键值处理函数，返回扫键值
------------------------------------------------*/
unsignedcharKeyPro（void）
{switch（KeyScan（））
{case0x7d:
return0;break;//0按下相应的键显示相对应的码值
case0xeb:
return1;break;//1
case0xed:
return2;break;//2
case0xee:
return3;break;//3
case0xdb:
return4;break;//4
case0xdd:
return5;break;//5
case0xde:
return6;break;//6
case0xbb:
return7;break;//7
case0xbd:
return8;break;//8
case0xbe:
return9;break;//9
case0x7b:
return10;break;//清除键
case0x7e:
return11;break;//退格键
case0x77:
return12;break;//确认键
default:
return0xff;break;}
}
第5章系统调试
5.1初始化仿真图：
5.2正确输入密码仿真图：
5.3正确密码时按下确认键仿真图：
5.4输入错误密码仿真图：
5.5错误密码时按下确认键的仿真图:
5.6三次错误密码时按下确认键的仿真图:
设计总结
在课程设计2个星期里，学到很多东西，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过课程设计我认识到理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，把所学的理论知识与实际相结合起来，从理论中得出结论，才能真正提高自己的独立思考的能力。
在设计的过程中我遇到各式各样的问题，同时也发现自己的许多不足之处。
整了个设计过程对我而言可以说是困难重重，譬如对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，不会查阅资料，觉得无从下手等等。
但课程设计提供了一个同学们互相交流学习的平台和环境，同时也是将平时掌握的知识融会贯通的过程。
所以，我很珍惜每次课程设计的机会。
不仅学到课专业知识，同时锻炼的
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