基于51单片机的电子密码锁设计.docx
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基于51单片机的电子密码锁设计
摘要…………………………………………………………………………………………………1
1引言………………………………………………………………………………………………1
2总体设计方案……………………………………………………………………………………1
2.1 设计原理及相关说明………………………………………………………………………1
2.2 总体设计框图………………………………………………………………………………1
3各芯片设计及对其的调用………………………………………………………………………2
3.1STC12C5A60S2单片机主控模块…………………………………………………………2
3.21602LCD液晶显示模块…………………………………………………………………8
3.3蜂鸣器……………………………………………………………………………………10
3.4键盘接口…………………………………………………………………………………11
4.1硬件测试…………………………………………………………………………………12
4.2软件测试…………………………………………………………………………………13
4.3测试结果分析与结论………………………………………………………………………………13
4.3.1测试结果分析…………………………………………………………………………………14
4.3.2测试结论…………………………………………………………………………………14
结论………………………………………………………………………………………………14致谢………………………………………………………………………………………………14
参考文献…………………………………………………………………………………………15附录1……………………………………………………………………………………………16
附录2……………………………………………………………………………16
附录3……………………………………………………………………………17
摘要：
该设计是基于STC12C5A60S2单片机的日历时钟系统，采用1602lcd液晶屏实现显示。
显示小时、分钟、秒，并设有按键以方便加入自定义调节时间
关键词：
STC12C5A60S2单片机、1602LCD
1引言
本次课程设计是是为了实现一个可调时钟，可显示小时、分钟、秒利用四个键来调时间
2总体设计方案
本电路是由STC89C52单片机为控制核心，具有在线编程功能，低功耗，能在3V超低压工作；利用k1、k2、k3、k4四个按键分别置于P1口的4、5、6、7端口可以对时间进行控制修改。
利用P0端口使之显示于LCD12864液晶显示屏上.详细请参阅第三节的芯片介绍。
1设计原理及相关说明
2.2总体设计框图
3各芯片的设计及其调用
3.1STC12C5A60S2单片机主控模块
单片机的主控模块如图2，它以单片机STC12C5A60S2为核心，STC12C5A60S2系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051系列单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。
内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S，即25万次/秒），针对电机控制，强干扰场合。
其主要性能特点如下：
增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051；工作电压：
5.5V-3.5V；工作频率范围：
0-35MHz，相当于普通8051的0-420MHz；用户应用程序空间60K字节；片上集成1280字节RAM；通用I/O口（36个），复位后为：
准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）；可设置成4种模式：
准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏，每个I/O口驱动能力均能达到20mA,但整个芯片最大不要超过120mA；ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载应用程序，数秒即可完成一片；有EEPROM功能；看门狗；内部集成MAX810专用复位电路（外部晶振12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地）；A/D转换，10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S；具备双串口；工作温度范围：
-40-+85oC（工业级），0–75oC（商业级）；40管脚封装
由图2可知，单片机的18和19管脚接时钟电路，19管脚接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入，18管脚接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出，9引脚是复位输入端，接上电容、电阻及开关后构成上电复位电路。
图2主控制器STC12C5A60S2
3.21602液晶介绍
字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。
下面以长沙太阳人电子有限公司的1602字符型液晶显示器为例，介绍其用法。
一般1602字符型液晶显示器实物如图-4：
图-41602字符型液晶显示器实物图
2.1602LCD的基本参数及引脚功能
1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图-5所示：
图-51602LCD尺寸图
1602LCD主要技术参数：
显示容量:
16×2个字符
芯片工作电压:
4.5—5.5V
工作电流:
2.0mA（5.0V）
模块最佳工作电压:
5.0V
字符尺寸:
2.95×4.35（W×H）mm
引脚功能说明
1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表-3所示:
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
数据
2
VDD
电源正极
10
D3
数据
3
VL
液晶显示偏压
11
D4
数据
4
RS
数据/命令选择
12
D5
数据
5
R/W
读/写选择
13
D6
数据
6
E
使能信号
14
D7
数据
7
D0
数据
15
BLA
背光源正极
8
D1
数据
16
BLK
背光源负极
表-3：
引脚接口说明表
第1脚：
VSS为地电源。
第2脚：
VDD接5V正电源。
第3脚：
VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K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：
R/W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R/W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R/W为高电
平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。
第6脚：
E端为使能端，当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脚：
背光源正极。
第16脚：
背光源负极。
3.1602LCD的指令说明及时序
1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表-4所示：
序号
指令
RS
R/W
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
1
清显示
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2
光标返回
0
0
0
0
0
0
0
0
1
*
3
置输入模式
0
0
0
0
0
0
0
1
I/D
S
4
显示开/关控制
0
0
0
0
0
0
1
D
C
B
5
光标或字符移位
0
0
0
0
0
1
S/C
R/L
*
*
6
置功能
0
0
0
0
1
DL
N
F
*
*
7
置字符发生存贮器地址
0
0
0
1
字符发生存贮器地址
8
置数据存贮器地址
0
0
1
显示数据存贮器地址
9
读忙标志或地址
0
1
BF
计数器地址
10
写数到CGRAM或DDRAM）
1
0
要写的数据内容
11
从CGRAM或DDRAM读数
1
1
读出的数据内容
表-4：
控制命令表
1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。
（说
明：
1为高电平、0为低电平）
指令1：
清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。
指令2：
光标复位，光标返回到地址00H。
指令3：
光标和显示模式设置I/D：
光标移动方向，高电平右移，低电平左移屏幕上所有文字是否左移或者右移。
高电平表示有效，低电平则无效。
指令4：
显示开关控制。
D：
控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示C：
控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B：
控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。
指令5：
光标或显示移位S/C：
高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。
指令6：
功能设置命令DL：
高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N：
低电平时为单行显示，高电平时双行显示F:
低电平时显示5x7的点阵字符，高电
平时显示5x10的点阵字符。
指令7：
字符发生器RAM地址设置。
指令8：
DDRAM地址设置。
指令9：
读忙信号和光标地址BF：
为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接
收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。
指令10：
写数据。
指令11：
读数据。
与HD44780相兼容的芯片时序表如下：
读状态
输入
RS=L，R/W=H，E=H
输出
D0—D7=状态字
写指令
输入
RS=L，R/W=L，D0—D7=指令码，E=高脉冲
输出
无
读数据
输入
RS=H，R/W=H，E=H
输出
D0—D7=数据
写数据
输入
RS=H，R/W=L，D0—D7=数据，E=高脉冲
输出
无
表-5：
基本操作时序表
读写操作时序如图-6和图-7所示：
图-6读操作时序
图-7写操作时序
4.1602LCD的RAM地址映射及标准字库表
液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。
要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图-8是1602的内部显示地址。
图-81602LCD内部显示地址
例如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？
这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7
恒定为高电平1所以实际写入的数据应该是01000000B（40H）+10000000B（80H）=11000000B（C0H）。
在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。
每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。
1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如图10-58所示，这些字符有：
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显
示出来，我们就能看到字母“A”
图-9字符代码与图形对应图
5.1602LCD的一般初始化（复位）过程
延时15mS
写指令38H（不检测忙信号）
延时5mS
写指令38H（不检测忙信号）
延时5mS
写指令38H（不检测忙信号）
以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号
写指令38H：
显示模式设置
写指令08H：
显示关闭
写指令01H：
显示清屏
写指令06H：
显示光标移动设置
写指令0CH：
显示开及光标设置
3.5蜂鸣器
图12蜂鸣器模块
本设计采用的是无源蜂鸣器如下图：
图13无源蜂鸣器
该蜂鸣器接入电路时，靠近+极标志的管脚接+5V电源，负极接8550集电极，8550发射极接地，基极接2K电阻。
3.6键盘接口
键盘接口电路如图13，本次设计中，按键有4个，每个按键各占用一根I/O线，各按键相互独立，彼此的工作状态互不影响，STC单片机自带上拉电阻因此无需外接上拉电阻，用查询法完成按键功能。
图14键盘接口电路
4.1硬件测试
电子万年历的电路系统较大，对于焊接方面更是不可轻视，庞大的电路系统中只要出于一处的错误，则会对检测造成很大的不便，而且电路的交线较多，对于各种锋利的引脚要注意处理，否则会刺被带有包皮的导线，则会对电路造成短路现象。
在本成电子万年历的设计调试中遇到了很多的问题。
回想这些问题只要认真多思考都是可以避免的，以下为主要的问题：
（1）串口下载芯片232发烫，单片机晶振不起振
（2）1602在显示时间时出现黑格子，遮挡了时间
（3）对万年历修改时间或日期时，有时时间改变2次。
解决：
根据仪器的测试，发现电路引脚有接错的现象，重新焊接后晶振，复位正常，程序能够下载。
1602出现黑格子是由于在其第三引脚没加电阻分压导致，加上5K电阻后正常。
按键延时较短致使按键次数多加。
4.2软件测试
电子成年历是多功能的数字型，可以看当前日期,时间。
电子成年历功能很多，所以对于它的程序也较为复杂,所以在编写程序和调试时出现了相对较多的问题。
最后经过多次的模块子程序的修改，一步一步的完成，最终解决了软件。
在软件的调试过程中主要遇到的问题如下：
1：
1602显示的时间不完整，最后在液晶初始化程序中给加上该显示的数字即可。
2：
在调整时间时光标闪烁不规律，原因的由于错用DS1302停振指令所致，最后加上一个变量进行控制即可。
4.3测试结果分析与结论
4.3.1测试结果分析
（1）．在测试中遇到单片机晶振不起振、232芯片发烫,首先使用试测仪对电路进行测试,观察是否存在漏焊,虚焊,或者元件损坏.
（2）．1602液晶有黑色背景出现，首先使用试测仪对电路进行测试,观察电路是否存在短路现象。
查看烧写的程序是否正确无误，对程序进行认真修改
4.3.2测试结论
经过多次的反复测试与分析,可以对电路的原理及功能更加熟悉,同时提高了设计能力与及对电路的分析能力.同时在软件的编程方面得到更到的提高,对编程能力得到加强.同时对所学的知识得到很大的提高与巩固.
作品总结
在整个设计过程中，发挥团队精神，分工合作，充分发挥人的主观能动性，自主学习，学到了许多没学到的知识。
较好的完成了作品。
达到了预期的目的。
完了最初的设想。
在电路焊接时虽然没什么大问题，但从中也知道了焊接在整个作品中的重要性，电路工程量大，不能心急，一个个慢慢来不能急于求成。
反而达到事半功倍的效果。
对电路的设计、布局要先有一个好的构思，才显得电路板美观、大方。
程序编写中，由于思路不清晰，开始时遇到了很多的问题，经过静下心来思考，理清了思路，反而得心应手。
在此次设计中，知道了做凡事要有一颗平常的心，不要想着走捷径，一步一脚印。
也练就了我们的耐心，做什么事都在有耐心。
此次电子制作中学到了很多很多东西，这是最重要的。
总之，参加这次电子制作我的能力得到了全方位的提高。
致谢词
感谢学院给我提供了一个展现自己的舞台，给我一次难得煅炼的机会，使得我的动手能力和专业技能都有了很大的提高。
在做作品的日子里得到了指导教师的悉心指导，在此向我的指导教师致以诚挚的谢意。
感谢提供相关技术帮助的老师和同学，你们的支持和鼓励使我对这次的作品完成有了信心和动力，也给了我很多无私的帮助和支持，我在此深表谢意。
参考文献：
单片机实验设计100例
附录1系统电路原理图
附录2实物图
附录3系统程序清单
/*********************************************************************************************
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
sbitrs=P2^0;//定义液晶显示器控制端口
sbitrw=P2^1;
sbiten=P2^2;
sbitK1=P1^0;//定义按键控制
sbitK2=P1^1;
sbitK3=P1^2;
sbitK4=P1^3;
ucharshi,fen,miao,ri,yue,nin;
ucharcodetable[]={"Jinxin&GYY"};
ucharcodetable1[]={"00:
00:
57"};
ucharnum,num1,count;
uinti,sh,ge,s,g;
voiddelay（uchartime）//延时
{
uintj;
for（;time>0;time--）
for（j=0;j<125;j++）;
}
voidwrite_com（ucharcom）//写指令函数
{
en=0;
rs=0;
delay（5）;
P0=com;
delay（5）;
en=1;
delay（5）;
en=0;
}
voidwrite_data（uchardat）//写数据函数
{
en=0;
rs=1;
delay（5）;
P0=dat;
delay（5）;
en=1;
delay（5）;
en=0;
}
voidinit（）//初始化
{
en=0;
rw=0;
write_com（0x38）;//设置16X2显示,5X7点阵,8位数据接口
write_com（0x0c）;//设置开显示，不显示光标
write_com（0x06）;//写一个字符后地址指针加1
write_com（0x01）;//显示清零，数据指针清零
for（i=0;i<（sizeof（table）-1）;i++）//第一行写
{
write_com（0x80+i）;
write_data（table[i]）;
}
for（i=0;i<（sizeof（table1）-1）;i++）//第二行写
{
write_com（0x80+0x40+i）;
write_data（table1[i]）;
}
miao=56;
fen=59;
shi=23;
TMOD=0x01;//time0作为定时器工作在模式1下
TH0=（65536-50000）/256;
TL0=（65536-50000）%6;
EA=1;//开启总中断
ET0=1;//开启time0中断
TR0=1;//启动time0
}
voidwrite_sfm（ucharadd,ucharnum）//时分秒函数
{
sh=num/10;//分离出十位
ge=num;//分离出个位
write_com（0x80+0x40+add）;//第二行数据指针位置调整
write_data（0x30+sh）;//更改显示数据的十位
write_data（0x30+ge）;//更改显示数据的个位
}
voidtimer0（）interrupt1//time0中断
{
TH0=（65536-50000）/256;//重装初始值
TL0=（65536-50000）%6;
count++;
if（count==20）//20次到则满一秒
{
count=0;
miao++;
if（miao==60）
{
miao=0;
fen++;
if（fen==60）
{
fen=0;
shi++;
if（shi==24）
{
shi=0;
}
write_sfm（4,shi）;
}
write_sfm（7,fen）;
}
write_sfm（10,miao）;
}
}
voidkeyscan（）//键盘扫描
{if（K1==0）//按下K1
{
delay（5）;
if（K1==0）
{
num1++;
while（!
K1）;//等待释放
if（num1==1）
{
TR0=0;
write_com（0x0e）;//显示光标，不闪烁
write_com（0x80+0x40+0x0b）;//数据指针移动到秒的个位处
write_com（0x0f）;//显示光标，闪烁
}
if（num1==2）
{
write_com（0x80+0x40+0x08）;//数据指针移到到分钟的个位处
}
if（num1==3）
{
write_com（0x80+0x40+0x05）;//数据指针移到到小时的个位处
}
if（num1==4）
{
num1=0;//清零
write_com（0x0c）;//重新显示
TR0=1;//重新启动计时
}
}
}
if（num1!
=0）//按下K2则选择时/分/秒加1
{
if（K2==0）
{
delay（5）;
if（K2==0）
{
while（!
K2）;
if（num1==1）
{
delay（20）;
miao++;
if（miao==60）
miao=0;
write_sfm（10,miao）;
write_com（0x80+0x40+0x0a）;
}
if（num1==2）
{
fen++;
if（fen==60）
fen=0;
write_sfm（7,fen）;
write_com（0x80+0x40+0x07）;
}
if（num1==3）
{
shi++;
if（shi==24）
shi=0;
write_sfm（4,shi）;
write_com（0x80+0x40+0x04）;
}
}
}
}
if（num1!
=0）
if（K3==0）//按下K3则选择时/分/秒减1
{
delay（5）;
if（K3==0）
{
while（!
K3）;
if（num1==1）
{
delay（20）;
miao--;
if（miao==-1）
miao=59;
write_sfm（10,miao）;
write_com（0x80+0x40+0x0a）;
}
if（num1==2）
{
fen--;
if（fen==-1）
fen=59;
write_sfm（7,fen）;
write_com（0x80+0x40+0x07）;
}
if（num1==3）
{
shi--;
if（shi==-1）
shi=23;
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