根据AT24C02电子密码锁的设计.docx
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根据AT24C02电子密码锁的设计
单片机应用课程设计
设计题目：
基于AT24C02电子密码锁的设计
1.设计任务
基本要求：
采用AT24C02与单片机STC89C52相结合设计电子密码锁，然后通过矩阵键盘按键进行密码的输入、清除、更改、开锁等功能。
2.系统总体方案设计
2.1各个模块方案讨论
2.1.1芯片选择
由于设计的是电子密码锁，而单片机AT89C52为8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。
功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。
主要管脚有：
XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。
RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。
VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。
P0~P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（32~39脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。
所以我们以此单片机为核心，采用AT24C02作为储存密码芯片，利用单片机进行控制，外加显示电路和键盘电路，即构成一个基本的电子密码锁系统。
2.1.2显示器的选择
LCD1602具有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，对比度可调、内含复位电路、提供各种控制命令等特点，完全满足本次设计的需要，因此，选择LCD1602作为显示器进行使用。
2.2总体方案设计
密码锁设计的关键问题是实现密码的输入、清除、更改、开锁等功能：
1、密码输入功能：
插上电源后，第一次使用或忘记密码时可以用111111对其密码初始化，LCD提示输入密码，输入密码时在1602LCD上显示“*”每输入一个数字，LCD上向右移一格，同时“*”加一个。
值到输入6个“*”为此，若一次性输入大于6个密码，则只保留前6位密码，按“确定”生效。
若按取消键，锁关闭，所有输入清除错误。
输入计数达三次时，报警并锁定键盘。
2、密码更改功能：
密码锁在打开的状态再次输入原密码，会有提示输入新密码，输入新密码后按修改键再次输入新密码后就能成功修改密码（初始密码是6个1）。
3、当密码输入成功后，或者密码修改成功后，LCD上有提示成功字符LED灯亮，同时蜂鸣器响两声作为提示。
AT24C02电子密码锁总体设计方案如图1所示。
图1总体设计方案
3.系统硬件电路设计
3.1单片机最小系统
单片机是电子时钟系统的主控制器。
其最小系统主要由STC89C52单片机、晶振电路及单片机复位电路组成。
晶振系统由两个30pf的陶瓷电容和一个12MHz的晶振组成，分别接在XTAL1、XTAL2上，在单片机内部，这两个端口是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器，它决定了单片机的时钟周期。
单片机有一个复位引脚RST，高电平有效，只要RST保持高电平，单片机将循环复位，复位期间，ALE、PSEN输出高电平。
RST从高电平变为低电平之后，PC指针变为0000H，使单片机从程序存储器地址为0000H的单元开始执行。
当单片机执行程序出错或进入死循环时，也可按复位按钮重新启动。
单片机最小系统如图2所示。
图2
3.2AT24C02储存密码电路.
为了保存用户设置的密码，本系统使用AT24C02用来保存用户设置的密码，它的SCL、SDA端分别接单片机的T0、T1端,用于与单片机之间读写操作的数据传输；WP接低电平表示单片机可以对器件进行正常的读/写操作；E0、E1、E2是器件地址输入端，都接低电平表示只有一个AT24C02被器件寻址。
该电路要注意的是SCL、SDA必须加上一上接电阻，阻值为4.7K。
用户设置的密码存放在ST24C02中，当需要更改或读取用户密码时，只需对ST24C02里的数据更改或读取。
ST24C02储存密码电路如图3所示。
图3
3.3矩阵键盘电路
矩阵键盘电路主要作用就是输入密码，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，行列分别连接到按键开关的两端。
无按键按动作时列线处于高电平状态；
有按键按下时，交点的行线和列线相通，列线电平状态将由与此列线相连的行线电平决定。
行线电平如果低，则列线电平为低；行线电平如果为高，则列线电平也为高。
这是识别矩阵式键盘按键是否被按下的关键所在。
由于矩阵键盘中行、列线为多键公用，各按键均影响该键所在的行和列的电平，所以必须将行、列线信号配合起来作适当的处理，才能确定闭合键所在的位置。
矩阵式键盘节省了好多的I/O口，适用于按键数量比较多的场合。
本设计的4*4键盘即采用矩阵式键盘。
矩阵键盘电路图如图4所示
图4
3.4液晶显示电路
1602的引脚功能：
第1脚：
为地电源。
第2脚：
VCC接5V正电源。
第3脚：
为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个20K的电位器调整对比度。
第4脚：
RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚：
RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。
当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，
当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。
第6脚：
E端为使能端，E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
第7~14脚：
D0~D7为8位双向数据线。
第15~16脚：
15脚接VCC，16脚接地。
1602电路图如图5所示。
图5
4系统软件设计
由于单片机是可编程控制器，故采用C语言对单片机进行程序的编写。
主程序主要由矩阵键盘程序、1602液晶屏程序及AT24C02程序组成。
4.1主程序流程图
图6
上图6为主程序流程图。
开始先初始化，然后屏幕显示password先扫描按键，确认是否可以按键按出密码，如果没有按键按下，则重新扫描按键，若有键按下则按下修改键并保存密码就会出现新的密码，若不按下修改键则还是原来刚设置的初始密码，按下输入键并输入密码，不按下输入键则重新回到扫描按键步骤，若密码正确则开锁。
密码错误则报警显示错误。
4.2子程序流程图
4.2.1AT24C02子程序流程图
图7
图7展示了AT24C02的一个工作流程：
首先是对AT24C02进行初始化，方便密码的输入，当输入的密码正确，就会解锁，显示屏显示open,否则显示error并重新输入密码。
4.2.21602子程序流程图
图8
1602显示器的工作流程图展示了1602的工作流程：
启动时，首先对1602进行初始化，然后检测有没有数据写入，当有数据写入时，1602便读出数据并显示，没有数据写入时，1602就一直处于等待中，直至有数据写入。
1602子程序流程图如图8所示。
5实物调试
5.1实物性能分析
用KEIL编写程序软件编写程序、经过Proteus仿真软件仿真调试之后，确认了此系统可正常运行，在这样的前提下，我们利用一个单片机最小系统、一块用电路板焊接的模块和一个1602液晶显示屏完成了第一次实物仿真。
图9
图9界面显示为输入密码，这时我们按下按键输入密码。
当我们输入密码时，下图为密码正确的实物图，如图10所示。
图10
当密码输入正确时，显示屏就会显示OPEN。
若密码输入错误，下图为密码输入错误的实物图，如图11所示。
图11
当我们输入错误的密码时，显示屏就会显示error。
下图为密码修改成功的实物图，如图12所示。
图12
当密码修改成功时，显示屏就会显示RestPasswordOK。
6心得体会
通过此次课程设计，我重新把单片机及相关知识联系在了一起
虽然掌握的知识不是很多，但通过查找资料我还是对单片机有了很好的了解和掌握。
在设计中我才发现单片机虽然体积小但是功能很强大，在生活中很多地方都可以用到它。
单片机这门学科博大精深，在以后的学习中只有多看书，理论与实践结合才能把这门课掌握好。
掌握了LCD的使用方法与编程。
同时我也体会到合作的好处。
让我懂得了如何合作，对不同看法发表自己的意见。
此次设计中最要的一点是，让我知道了，理论联系实践的好处。
不管理论学的再怎么好都必须联系实践，只有在实践中我们才会更加懂得如何运用自己的所学，在实践中将自己的知识实物化。
理论联系实践是我们获取知识的最佳途径。
参考文献
[1]谭浩强主编.C程序设计题解与上机指导（第3版）[M].北京，清华大学出版社，2005.16-24
[2]谢维成杨家国董秀成,单片机原理与应用及C51程序设计（第2版）[M],北京，清华大学出版社，2009.7.25-36
附录1
（1）系统总电路图
系统总电路图，如图12所示。
图13
（2）系统仿真图
系统仿真图，如图13所示。
图14
（3）PCB板
设计使用的PCB如图14所示
图15
附录2
程序清单
#include
#include
#defineLCM_DataP0
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint//
#defineBusy0x80//用于检测LCM状态字中的Busy标识
#definew6//定义密码位数
sbitlcd1602_rs=P2^5;
sbitlcd1602_rw=P2^6;
sbitlcd1602_en=P2^7;
sbitScl=P3^4;//24C02串行时钟
sbitSda=P3^5;//24C02串行数据
sbitALAM=P2^1;//报警
sbitKEY=P2^0;//开锁
sbitopen_led=P2^2;//开锁指示灯
bitoperation=0;//操作标志位
bitpass=0;//密码正确标志
//bitResetEn=0;//重设密码充（允）许标志
bitReInputEn=0;//重置输入充（允）许标志
bits3_keydown=0;//3秒按键标志位
bitkey_disable=0;//锁定键盘标志
unsignedcharcountt0,second;//t0中断计数器,秒计数器
voidDelay5Ms（void）;
unsignedcharcodea[]={0xFE,0xFD,0xFB,0xF7};//控盘扫描控制表
unsignedcharcodestart_line[]={"password:
"};
unsignedcharcodename[]={"2===CodedLock==="};//显示名称
unsignedcharcodeCorrect[]={"correct"};//输入正确
unsignedcharcodeError[]={"error"};//输入错误
unsignedcharcodecodepass[]={"pass"};
unsignedcharcodeLockOpen[]={"open"};//OPEN
unsignedcharcodeSetNew[]={"SetNewWordEnable"};
unsignedcharcodeInput[]={"input:
"};//INPUT
unsignedcharcodeResetOK[]={"ResetPasswordOK"};
unsignedcharcodeinitword[]={"Initpassword..."};
unsignedcharcodeEr_try[]={"error,tryagain!
"};
unsignedcharcodeagain[]={"inputagain"};
unsignedcharInputData[6];//输入密码暂存区
unsignedcharCurrentPassword[6]={1,1,1,1,1,1};//当前密码值
unsignedcharTempPassword[6];
unsignedcharN=0;//密码输入位数记数
unsignedcharErrorCont;//错误次数计数
unsignedcharCorrectCont;//正确输入计数
unsignedcharReInputCont;//重新输入计数
unsignedcharcodeinitpassword[6]={1,1,1,1,1,1};
//=====================5ms延时==============================
voidDelay5Ms（void）{
unsignedintTempCyc=5552;
while（TempCyc--）;}
//===================400ms延时==============================
voidDelay400Ms（void）
{unsignedcharTempCycA=5;
unsignedintTempCycB;
while（TempCycA--）{
TempCycB=7269;
while（TempCycB--）;}}
//============================24C02============================
voidmDelay（uintt）//延时
{
uchari;
while（t--）
{
for（i=0;i<125;i++）
{;}}}
voidNop（void）//空操作
{
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;}/*起始条件*/
voidStart（void）{
Sda=1;
Scl=1;
Nop（）;
Sda=0;
Nop（）;}/*停止条件*/
voidStop（void）{
Sda=0;
Scl=1;
Nop（）;
Sda=1;
Nop（）;}/*应答位*/
voidAck（void）
{Sda=0;Nop（）;Scl=1;Nop（）;
Scl=0;}/*反向应答位*/
voidNoAck（void）{
Sda=1;Nop（）;Scl=1;Nop（）;
Scl=0;}/*发送数据子程序，Data为要求发送的数据*/
voidSend（ucharData）{
ucharBitCounter=8;
chartemp;
do{
temp=Data;
Scl=0;
Nop（）;
if（（temp&0x80）==0x80）
Sda=1;
else
Sda=0;
Scl=1;
temp=Data<<1;
Data=temp;
BitCounter--;}
while（BitCounter）;
Scl=0;}/*读一字节的数据，并返回该字节值*/
ucharRead（void）{
uchartemp=0;
uchartemp1=0;
ucharBitCounter=8;
Sda=1;
do{Scl=0;
Nop（）;
Scl=1;
Nop（）;
if（Sda）
temp=temp|0x01;
else
temp=temp&0xfe;
if（BitCounter-1）{
temp1=temp<<1;
temp=temp1;}
BitCounter--;}
while（BitCounter）;
return（temp）;}
voidWrToROM（ucharData[],ucharAddress,ucharNum）{
uchari;
uchar*PData;
PData=Data;
for（i=0;iStart（）;
Send（0xa0）;
Ack（）;
Send（Address+i）;
Ack（）;
Send（*（PData+i））;
Ack（）;
Stop（）;
mDelay（20）;}}
voidRdFromROM（ucharData[],ucharAddress,ucharNum）{
uchari;
uchar*PData;
PData=Data;
for（i=0;iStart（）;
Send（0xa0）;
Ack（）;
Send（Address+i）;
Ack（）;
Start（）;
Send（0xa1）;
Ack（）;
*（PData+i）=Read（）;
Scl=0;
NoAck（）;
Stop（）;}}
//============================LCD1602===================
#defineyi0x80
#defineer0x80+0x40
//----------------延时函数----------------------
voiddelay（uintxms）//延时函数，有参函数
{
uintx,y;
for（x=xms;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;}
//--------------------------写指令---------------------------
voidwrite_1602com（ucharcom）//****液晶写入指令函数****
{
lcd1602_rs=0;//数据/指令选择置为指令
lcd1602_rw=0;//读写选择置为写
P0=com;//送入数据
delay
（1）;
lcd1602_en=1;//拉高使能端，为制造有效的下降沿做准备
delay
（1）;
lcd1602_en=0;//en由高变低，产生下降沿，液晶执行命令
return;}
//-------------------------写数据-----------------------------
voidwrite_1602dat（uchardat）//***液晶写入数据函数****
{
lcd1602_rs=1;//数据/指令选择置为数据
lcd1602_rw=0;//读写选择置为写
P0=dat;//送入数据
delay
（1）;
lcd1602_en=1;//en置高电平，为制造下降沿做准备
delay
（1）;
lcd1602_en=0;//en由高变低，产生下降沿，液晶执行命令
return;}
//-------------------------初始化-------------------------
voidlcd_init（void）
{
write_1602com（0x38）;//设置液晶工作模式，意思：
16*2行显示，5*7点阵，8位数据
write_1602com（0x0c）;//开显示不显示光标
write_1602com（0x06）;//整屏不移动，光标自动右移
write_1602com（0x01）;//清显示
}
//==============将按键值编码为数值=========================
unsignedcharcoding（unsignedcharm）{
unsignedchark;
switch（m）{
case（0x18）:
k=1;break;
case（0x28）:
k=2;break;
case（0x48）:
k=3;break;
case（0x88）:
k='A';break;
case（0x14）:
k=4;break;
case（0x24）:
k=5;break;
case（0x44）:
k=6;break;
case（0x84）:
k='B';break;
case（0x12）:
k=7;break;
case（0x22）:
k=8;break;
case（0x42）:
k=9;break;
case（0x82）:
k='C';break;
case（0x11）:
k='*';break;
case（0x21）:
k=0;break;
case（0x41）:
k='#';break;
case（0x81）:
k='D';break;}
return（k）;}
//=============按键检测并返回按键值============================
unsignedcharkeynum（void）{
unsignedcharrow,col,i;P1=0xf0;
if（（P1&0xf0）!
=0xf0）{
Delay5Ms（）;
Delay5Ms（）;
if（（P1&0xf0）!
=0xf0）{
row=P1^0xf0;//确定行线
i=0;
P1=a[i];//精确定位
while（i<4）{
if（（P1&0xf0）!
=0xf0）
{
col=~（P1&0xff）;//确定列线
break;//已定位后提前退出
}
else{
i++;
P1=a[i];}}}
else{
return0;}
while（（P1&0xf0）!
=0xf0）;
return（row|col）;//行线与列线组合后返回
}
elsereturn0;//无键按下时返回0
}
//==================一声提示音，表示有效输入========================
voidOneAlam（void
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