电子产品设计总结.docx
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电子产品设计总结
（2010-2011学年）
题目电子密码锁的设计报告
学院信息学院
专业应用电子技术
班级10应电3+2
学号102030337102030333102030325
姓名杨光欢吴幼斌孙吴波
任课教师潘世华
完成日期2011年11月27日
摘要
本系统由单片机系统，矩阵键盘，LED显示和报警系统组成。
系统能完成开锁，超时报警，操作错误报警，输入状态显示，超次数锁定的功能。
除上述基本的密码功能外还具有调电存储，声光提示等功能，依据实际的情况还可以添加遥控功能。
本系统成本低廉。
功能实用。
关键词：
单片机、矩阵键盘、LED显示、报警系统
引言
在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码控制系统逐渐代替传统的机械式密码控制系统，客服了机械式密码控制的密码量少，安全性能差的缺点，使电子密码控制系统无论在技术上还是在性能上都大大提高了一步。
随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世，出现了带微处理的智能密码控制系统，它除了具有传统电子密码控制系统的功能外，还引入了智能化管理，专家分析系统等功能，从而使密码控制系统具有很高的安全性，可靠性，应用日益广泛。
1.任务分析
电子密码锁是采取电子监控电路，以电磁铁作为执行装置的机电一体化锁具，相比传统的机械锁具，电子锁不使用金属钥匙，保密性、精度都有很大的提高。
本项目是由AT89C52单片机系统，键盘电路，LCD显示，直流马达驱动开锁，时钟及EEPROM电路，电源电路，电源监控电路构成的。
系统能完成开锁、错误密码报警、超次锁定、修改密码等基本的功能。
除上述基本的密码锁功能外还具有掉电存储、声光提示等功能，依据实际情况还可以添加远程控制、用户分级管理等功能。
本系统成本低廉，功能实用。
本密码锁采用proteus进行电路图设计，经过元件选材，用万能实验版进行硬件焊接，以实现硬件部分。
软件部分用Keil进行设计编程以实现与硬件进行整合;密码锁有以下几个部分：
4*4矩阵键盘做输入设备，字符型LCD做输出设备以方便与用户进行人机交互，AT24C02芯片存放设置和修改的密码，用二极管进行对密码锁的仿真输出以实现密码锁功能的实现。
该系统具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。
2．方案初步设计
方案一：
采用数字电路控制
用以74LS12双JK触发器构成的数字逻辑电路作为密码锁的核心控制，共设了9个用户输入键，其中只有4个是有效的密码按键，其他的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入密码无效，需要重新输入；如果用户输入密码的时间超过10秒（一般情况下，用户不会超过10秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警20秒，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘两分钟，防止他人的非法操作。
采用数字电路设计的方案好处就是设计简单但控制的准确性和灵活性差。
故不采用。
方案二：
采用一种是用以AT89S51为核心的单片机控制方案
选用单片机AT89S51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IO端口，及其控制的准确性，实现基本的密码锁功能。
在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制，外接LCD1602显示器用于显示作用。
其原理图如下：
可以看出方案二控制灵活准确性好且保密性强还具有扩展功能，根据现实生活的需要，此次设计采用此方案。
3．产品详细设计
此次课题采用一种用以89C51为核心的单片机控制方案。
利用单片机灵活的汇编设计和丰富的IO端口，及其控制的准确性，进行电子密码锁的设计。
此次课题用单片机P1口与键盘相连，做输入口，P0口与显示器相连，做显示，P2口做显示扫描。
3.1密码锁总结构设计图
本方案选用AT89C52单片机作为处理器，再加上一些外围器件，构成AT89C52最小系统，单片机控制电路如图3所示：
图3-1密码锁总结构设计图
3.2主控芯片AT89C52单片机简介
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
基于AT89C2051的电子密码锁。
该密码锁主要是以下１０条特点：
（１）总共可以设置８位密码，每位的取值范围为１～８。
（２）用户可以自行设定和修改密码。
（３）按每个密码键时都有声音提示。
（４）若键入的８位开锁密码不完全正确，则报警５秒钟，以提醒他人注意。
（５）开锁密码连续错３次要报警１分钟，报警期间输入密码无效，以防窃贼多次试探密码。
（６）键入的８位开锁密码完全正确才能开锁，开锁时要有１秒的提示音。
（７）电磁锁的电磁线圈每次通电5秒，然后恢复初态。
（８）密码键盘上只允许有８个密码按键。
锁内有备用电池，只有内部上电复位时才能设置或修改密码，因此，仅在门外按键是不能修改或设置密码的。
（９）密码设定完毕后要有２秒的提示音。
（１０）成本低，硬件和软件都很简洁可靠，易于批量生产。
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
3.34*3键盘电路
通过动态扫描的方式实现按键的识别，在软件控制下实现按键的操作，使用4*4按键扫描，能够简洁、方便的进行0~9数字的设定及各功能键的设定，易于操作，程序编写易于实现在单片机的P1口。
键盘电路如图4所示：
图3-2键盘电路
3.4马达驱动电路
通过驱动电路控制电机的正转和反转，实现自动门的开锁和关锁。
本设计采用小型直流马达驱动锁具，马达驱动电路如图5所示：
图3-3马达驱动电路
3.5显示电路
显示电路采用的是SMC1602A液晶显示器来来显示时间、日期，一些人机交换信息，显示电路如图6所示：
图3-4LED显示电路
1602字符型LCD简介
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。
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10-13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10-13：
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。
3.6电源监控电路
主要是采用LM393实现电源监控，主要原理是将LM393作为比较器来用，正常时2脚电压高于3脚电压时LM393的1脚输入低电平。
当Vdd下降到6.6v时，LM393的1脚将输出高电平，经74LS14整形反相后输到单片机的P3.2脚可以实现低压报警，此时单片机做出断电保护。
电源监控电路如图7所示：
图3-5电源控制电路
3.7时钟及EEPROM电路
时钟芯片采用PHILIPS公司的PCF8563芯片实现，主要是为了显示日期，时间。
PCF8563是PHILIPS公司推出的一款工业级内含I2C总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片。
PCF8563的多种报警功能、定时器功能、时钟输出功能以及中断输出功能能完成各种复杂的定时服务，甚至可为单片机提供看门狗功能，是一款性价比极高的时钟芯片。
EEPROM采用ATMEL公司的AT14C02B芯片，主要作用是记录开锁时间，保存密码。
AT14C02B芯片1脚，2脚，3脚（A0，A1，A2分别接地）作为存取地址为（00H）。
时钟及EEPROM电路原理图如图8所示：
图3-6时钟及EEPROM电路
3.8电源电路
9V直流电压，经整流、滤波到Vdd（大约为10VDC），再经7805稳压到VCC（5VDC），电源电路如图9所示：
图3-7电源电路
四．调试和测试
4.1、测试指标
根据设计题目所要求的各基本功能进行分项测试。
4.2、测试仪器
◆万用表：
1个
◆时钟（秒表）：
◆直流稳压电源：
9v
4.3、LCD测试
测试开始将LCD编为测试状态下观看结果，结果显示显示屏点亮，光标闪烁。
显示方块测试完成。
4.4、整体电路测试
系统上电，刷写好程序即可开始测试，观测各按键是否能完成软件所要求的功能,时间调节和手动计数时候正常。
第一步CUP上电lcd显示（），过后显示日期，时间。
第二步CPU的复位按钮接通，。
屏显"PassWordinitOK"。
第三步按“#”键，待光标闪烁显示后输入密码，再按“#”键确认。
屏显“OPEN”，电机转动，接着按“0”，电机反转。
第三步试着修改密码，当密码修改完后，断开电路板一段时间，接着重复第一步和第三步，电路与电三步效果一样
第四步按“*”键，液晶屏背光亮，再按“#”键，待显示日期和时间后光标闪烁，输入修改时间后，退出后，观察发现时间可以使用。
第五步故意连续三次输入错误密码，发光二极管点亮，扬声器发出didi声屏幕显示“Passworderror!
”“KeyBoardlocked!
”，接着输入按键无效，过一分钟后恢复正常状态。
第六步将12脚接低电平lcd显示“powerlow”，并扬声器滴滴5声。
五．结论
课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程，考察学生在专业课的学习上知识和实践能力的全面发展。
随着科学技术发展的日新月异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说是无处不在。
因此作为二十一世纪的大学生来说掌握单片机的开发技术是时十分重要的。
通过这次单片机课程设计，让我新学了很多以前未曾在意过的知识，同时复习了很多学过的旧知识，锻炼了自己的动手能力和查阅资料，尤其是解决在实际中解决排查的能力。
我熟悉了使用Proteus使用的技巧，进一步掌握了单片机的汇编语言的编程技巧。
使我懂得了理论和实际相结合是很重要的，只有理论知识远远不够的，只有吧所学的理论知识与实际相结合起来，从理论中得出结论，才是真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
通过此次的实验过程，我收获良多，不仅在知识运用上有了显著的提高，而且在动手方面上也有了更深层次的进步。
参考文献
1.朱蓉，潘世华。
单片机技术与应用实训指导书。
宁波城市职业技术学院信息学院出版。
2.兰建花。
电子电路CAD技术与考证指导书。
宁波城市职业技术学院信息学院出版。
3．刘乐普。
微型计算机接口技术及应用{M}。
华中理工大学出版社，2000
附录
附1：
元器件明细表
0.01uF
CAP0.1UF
2
C4C14
12M
BCY-W2/D3.1
1
X1
1N4148
DIODE-0.4
4
D2D3D4D5
1N4007
DIODE-0.4
1
D1
32768
32.768MHZ
1
X2
8050
BCY-W3/D4.7
3
Q4Q5Q6
8550
BCY-W3/D4.7
3
Q1Q2Q3
AT24C02B（EEPROM芯片）
DIP-8
1
U3
AT89C52
DIP-40
1
U2
Cap
CAP0.1UF
7
C7C8C12C9C5C4C3
CAP
CAP
8
C15C16C13C11C6C10C1C2
LCD1
LED-1
1
LED
LM7805（三端稳压）
SFM-F3/Y2.3
1
U7
MHDR1X9
排阻10K
1
RPP
PCF8563（时钟芯片）
DIP-8
1
U1
Res2
AXIAL-0.4
21
R1-R21
SMC1602A
HDR1X16
1
*A1LCD
SN74LS14N
DIP-14/D19.7
1
U5
Speaker
蜂鸣器
1
BUZZER
SW-PB
按键
1
S1-S13
直流发达
HDR1X2
1
MG1
SW-SPST
按钮
1
S14
AC9VIN
接插件
1
CN2
LM393
DIP-8
1
U6
LED
发光二级管
2
D6D7
附2：
仪器设备清单
VC97数字万用表
直流稳压电源
附3：
附4：
产品
升级会员 