51单片机电子密码锁doc.docx

1、51单片机电子密码锁doc 中北大学信息商务学院 课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 郑晓峰 学 号： 10050644X22 学生姓名： 梁一才 学 号： 10050644X30 学生姓名： 李 功 学 号： 10050644X32 学 院： 信息与通信工程 专 业： 电子信息工程 题 目：专业综合实践之单片机部分： 基于单片机的电子密码锁的设计王浩全指导教师： 职称: 教授 2014 年 1 月 10 日 中北大学信息商务学院课程设计任务书 2013/2014 学年第 1 学期学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 电子信息工程 学 生 姓 名： 郑晓峰 学 号： 10050644X22

2、 学 生 姓 名： 梁一才 学 号： 10050644X30 学 生 姓 名： 李 功 学 号： 10050644X32 课程设计题目： 专业综合实践之单片机部分： 基于单片机的电子密码锁的设计 起 迄 日 期： 2013年12 月30 日2014年1月 10 日 课程设计地点： 5院楼 201，510 实验室 指 导 教 师： 王浩全 下达任务书日期: 2013 年 12 月30日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：巩固掌握单片机工作原理及应用，提高编程能力。本课程设计主要针对电子信息工程专业课程体系设置的要求，安排的一种综合性的课程设计。一方面为了培养学生在查阅资料、复习、学习知识的基础

3、上，进行包括机、电系统的设计、计算、仿真、编程、调试等多个环节的综合能力培养；另一方面，也是对学生进行毕业设计前的一次大型练兵，进一步培养学生独立地分析、解决实际问题的实际能力。另外还培养学生用专业的、简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：用4|*4键盘组成0-9数字键、消除键、确认键等，用6位7段数码管组成显示电路；密码输入完毕按确认键，单片机将输入的密码与设定的密码比较，正确，绿色发光二极管亮，不正确红色发光二极管亮；3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：（1）提供核心器件的工作

4、原理与应用介绍；（2）提供用Protel设计的电路原理图，印刷板电路图；（3）提供用Multisim、MaxPlus、Proteus、Medwin、KeilC等软件对电路的仿真、编程与分析；（4）提供符合规定要求的课程设计说明书；（5）提供参考文献不少于15篇，且必须是相关的参考文献； 课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1 李朝青.单片机原理及接口技术(简明修订版)M.北京:北京航空航天大学出版社，19982 李全利.单片机原理及接口技术M.高等教育出版社，20033 PROTEL99 SE电路设计与制板M.机械工业出版社，20074 杨将新，李华军，刘到骏等.单片机程序设计及应用（从

5、基础到实践）J电子工业出版社，20065 Steven F.Barrett.Daneil J.Pack.Embedded SystemM.北京：电子工业出版社，20066 周立功.LPC900系列Flash单片机应用技术J.北京航空航天大学出版社, 20047 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程M.北京：电子工业出版社, 20055设计成果形式及要求：（1）电路原理图、程序、仿真结果、PCB图；（2）课程设计说明书；6工作计划及进度：2013年12月 30 日 2014年1 月 1 日：查阅资料；2014年:1 月 2 日 1 月 7 日：方案设计、实验验证；1 月 8 日 1 月 9 日

6、：完成课程设计说明书； 1 月 10 日：答辩。系主任审查意见： 签字： 年 月 日3系统硬件设计 63.1键盘设计 63.2.1 PROTEL 99 SE简介： 101 绪论1.1 引言随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的喜爱。锁是置于可启闭的器物上,用以关住某个确定的空间范围或某种器具的,必须以钥匙或暗码打开的扣件。锁具发展到现在已有若干年的历史了，人们对它的结构、机理也研究得很透彻，因此，不用钥匙就能打开的方法和工具也层出不穷。现代人类文明社会里

7、，由于社会中各种矛盾冲突十分剧烈，人们的思想道德观念，价值观念，文化修养水平等差异，群众中良莠不齐，善良的人们能够自觉规范自已的行为，“非礼不为”，虽无钥匙亦不会乱闯。然而，那些毫无道德观念的盗贼却想方设法利用高科技手段撬门开锁，使广大居民防不胜防。为什么会出现这种情况呢？因为传统锁具都存在致命的弱点：第一、 锁芯采用常见的铜、铝、锌等材料，抵抗不了强力破坏；第二、 锁具制作工艺，技术落后，无法阻止技术手段的开启。目前，市场上很多国内外的锁具，实际上都不具备真正的防盗功能。在惯偷面前，两根钢丝或几件简单的工具就可以把这些锁打开，有的惯偷甚至公开扬言：“没有我打不开的锁。”其实，不是他们多高明，

8、而是一般锁具技术原理太过简单。面对这一残酷的现状，新时代提出了锁具必须革命的迫切的要求。1.2 电子锁设计的意义的本设计特点 电子锁可以在日常生活和现代办公中，住宅与办公室的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存等多种场合使用。大大提高了主人物资的安全性，安全可以代替老式机械锁。目前使用的密码锁种类繁多，各具特色。本文从经济实用的角度出发，采用AT89C2051单机，研制了一款具有防盗自动报警功能的电子密码锁。该密码锁设计方法合理，简单易行，成本低，符合住宅、办公室用锁要求，具有一定的推广价值。（1）本设计为了防止密码被窃取要求在输入密码时在LCD屏幕上显示*号。（2）设计开

9、锁密码位六位密码的电子密码锁。（3）能够LCD显示在密码正确时显示PASSWORD OK，密码错误时显示PASSWORD ERROR，输入密码时显示INPUT PASSWORD。（4）实现输入密码错误超过限定的三次电子密码锁定。（5）44的矩阵键盘其中包括0-9的数字键和A-F的功能键（6）本产品具备报警功能，当输入密码错误时蜂鸣器响并且LED灯亮。（7）密码可以由用户自己修改设定（只支持6位密码），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 。2.系统设计2.1系统总设计结构图单片机AT89C51密码输入设备开锁机构单片机时钟电路数码管及LED灯显示图2-1系统

10、总设计结构图 本设计由主控芯片51单片机，单片机时钟电路，键盘，和开锁电路组成。单片负责控制整个系统的执行过程。2.2开锁机构 用户通过LCD提示信息，用键盘输入正确密码，从而达到开锁的目的。当用户输入的密码正确并且是在按下确定键的话，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。电路驱动和开锁两级组成。由D5、R1、T10组成驱动电路，其中T10可以选择普通的小功率三极管如9014、9018都可以满足要求。D5作为开锁的提示；由D6、C24、T11组成。其中D6、C24是为了消除电磁锁可能产生的反向高电压以及可能产生的电磁干扰。T11可选用中功率的三极管如8050

11、，电磁锁的选用要视情况而定，但是吸合力要足够且由一定的余量。 在本次设计中，基于节省材料的原则，暂时用发光二极管代替电磁锁，发光管亮，表示开锁；灭，表示没有开锁。 图2.3.5 密码锁开锁机构电路图2.2.1主控芯片AT89C51单片机的简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100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

12、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。主要特性： 与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定 1288位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路管脚说明： 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P1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

13、，它可以被定义为数据/地址的第八位。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。 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

14、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。 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： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写

15、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。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

16、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。 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。图2-3 AT89C51芯片图3系统硬件设计3.1键盘设计本设计就采用行列式键盘，同时也能减少键盘与单片机接口时所占用的I/O线的数目，在按键比较多的时候，通常采用这

17、样方法。 每一条水平（行线）与垂直线（列线）的交叉处不相通，而是通过一个按键来连通，利用这种行列式矩阵结构只需要N条行线和M条列线，即可组成具有NM个按键的键盘。 在这种行列式矩阵键盘非键盘编码的单片机系统中，键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。 44矩阵键盘的工作原理 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5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P1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，比如再多加一条线就可以构

18、成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。扫描原理 把每个键都分成水平和垂直的两端接入，比如说扫描码是从垂直的入，那就代表那一行所接收到的扫描码是同一个bit，而读入扫描码的则是水平，扫描的动作是先输入扫描码，再去读取输入的值，经过比对之后就可知道是哪个键被按下。 比如说扫描码送入01111111，前面的0111是代表此时扫描第一行P1.0列，而后面的1111是让读取的4行接脚先设为VDD，若此时第一行的第三列按键被按下，那读取的结果就会变成01111101（注意1111变成1101），其中LSB的第三个bit会由1变成0

19、，这是因为这个按键被按下之后，会被垂直的扫描码电位short，而把读取的LSB的bit电位拉到0，此即为扫描原理。 由于这种按键是机械式的开关，当按键被按下时，键会震动一小段时间才稳定，为了避免让8051误判为多次输入同一按键， 我们必须在侦测到有按键被按下，就Delay一小段时间，使键盘以达稳定状态，再去判读所按下的键，就可以让键盘的输入稳定。图3.8为键盘整体模框图： 图3-1 键盘整体模框图3.2电路图的绘制用PROTEL 99 SE绘制的完整电路图如下：图32 系统电路图八段数码管显示你的摩斯按键是否正确对应你要输入的数字密码。由于采取上电设置密码的编程方法复位键即密码修改键设置在门后

20、，要打开门才能修改密码。设置密码后若输入密码不对的前两次5秒报警，最后一次10分钟报警,摩斯按发错误除外(但有两秒报警，并且须全部密码重新输入)。本电路设置四位密码，由于每位数字键均由五位摩斯码构成则要输入20次摩斯码键！p0.0（绿色）“滴”显示，p0.4（红色）摩斯码按法错误或密码错误，p0.6（蓝色）表示该电路已设置了密码，等待输入密码进行比较。PROTEL绘制的PCB板：图33 系统PCB板图34 仿真结果3.2.1 PROTEL 99 SE简介：Protel99SE是Protel公司近10年来致力于Windows平台开发的最新结晶，能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的

21、所有分析、验证和设计数据管理。因而今天的Protel最新产品已不是单纯 的PCB（印制电路板）设计工具，而是一个系统工具，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。 最新版本的Protel软件可以毫无障碍地读Orcad、Pads、Accel(PCAD)等知名EDA公司设计文件，以便用户顺利过渡到新的EDA平台。Protel99 SE共分5个模块，分别是原理图设计、PCB设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。 4.软件设计4.1 系统软件设计整体思路一个应用系统要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展

22、的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单，如数字滤波，信号处理等。因此充分利用其内部丰富的硬件资源和软件资源，采用与C51系列单片机相对应的51汇编语言和结构化程序设计方法进行软件编程。程序设计语言有三种：机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言是机器唯一能“懂”的语言，用汇编语言或高级语言编写的程序（称为源程序）最终都必须翻译成机器语言的程序（成为目标程序），计算机才能“看懂”，然后逐一执行。高级语言是面向问题和计算过程的语言，它可通过于各种不同的计算机，用户编程时不必仔细了解所用的计算机的具体性能与指令系

23、统，而且语句的功能强，常常一个语句已相当于很多条计算机指令，于是用高级语言编制程序的速度比较快，也便于学习和交流，但是本系统却选用了汇编语言。原因在于，本系统是编制程序工作量不大、规模较小的单片机微控制系统，使用汇编语言可以不用像高级语言那样占用较多的存储空间，适合于存储容量较小的系统。4.2系统软件设计流程图 图41 系统程序设计结构图5 程序调试把写好的汇编语言程序的载入软件调试工具，检查软件是否有设法错误，再根据软件提示对本程序进行修改，直到没有错误再生成单片机能运行的机器码，再用51开发板把机器码写入单片机进行实际的程序调试，根据实际情况再对程序的不足加以修改，直到满足设计要求。5.1

24、 程序调试用到的软件调试本程序需要用到KEIL C515.2 KEIL C51简介Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。5.3 调试过程 首先打开

25、KEIL C51主程序，新建工程，新建文本框写入程序，保存，检查是否有语法错误，经反复检查无误后汇编，生成51单片机可执行的HEX文件。然后用51开发板相匹配的烧录软件把HEX文件写入单片机。图51 keil c51调试界面6 设计总结与展望实践是检验真理的唯一标准，当然也是检验学习成果的标准。在经过一段时间的学习之后，我们需要了解自己的所学应该如何应用在实践中，因为任何知识都源于实践，归于实践，所以要将所学的知识在实践中来检验。在做课程设计期间，在老师的指导下，通过自身的不断努力，无论是思想上，学习上，都取得了长足的发展和巨大的收获，现将工作总结如下：思想上，学会了用科学的精神去解决问题。很

26、多事情看起来是很简单的问题，但实际做起来去会发现有许多奥妙！这是因为其中蕴含着许多科学的问题。运用科学的方法去解决问题，这是我这次实训给我带来的思想上的改变。学习上，使自已在大学所以的知识在这次得到实践，学到一些书本上无法学到的经验，对电子元件有了进一步的认识。电子锁是信息化时代发展的产物，应时而生，我相信随着科技的不断发展，将来的电子锁一定更加完美，更加人性化，更加便宜，更加安全。参考文献1 李朝青.单片机原理及接口技术(简明修订版)M.北京:北京航空航天大学出版社，19982 李全利.单片机原理及接口技术M.高等教育出版社，20033 PROTEL99 SE电路设计与制板M.机械工业出版社

27、，20074 杨将新，李华军，刘到骏等.单片机程序设计及应用（从基础到实践）J电子工业出版社，20065 Steven F.Barrett.Daneil J.Pack.Embedded SystemM.北京：电子工业出版社，20066 周立功.LPC900系列Flash单片机应用技术J.北京航空航天大学出版社, 20047 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程M.北京：电子工业出版社, 2005附录本设计的程序：en bit p3.5;rs bit p3.3;display equ p0;speaker bit p2.6;led bit p2.7;open bit p2.0;returnbi

28、t bit 20h.1;ORG 0000h;LJMP start;ORG 000bh;LJMP intermit_t0;ORG 001bh;LJMP intermit_t1;ORG 0030h;start:MOV sp,#60h;lcall sys_initialization;main0: lcall strat_display;main:MOV 52h,#0;52h ；判断输入错误次数存储地址 setb led;setb tr0;lcall key;cjne a,#A,next1;LJMP set_password;next1: cjne a,#B,next2;LJMP input_pas

29、sword;next2: ajmp main;sys_initialization:clr led;clr open;clr speaker;MOV 34h,#1; MOV 35h,#1;MOV 36h,#1;MOV 37h,#1;MOV 38h,#1;MOV 39h,#1; ；存放初始密码MOV r7,#12;MOV r0,#40h;loop: MOV r0,#10h;inc r0;djnz r7,loop; ；密码键值存放区清零完毕lcall delay0_1s;MOV p0,#03h;call write_instruction; ；液晶软复位MOV p0,#01h;call write

30、_instruction;mov p0,#3fh;call write_instruction;mov p0,#0fh;call write_instruction;mov p0,#06h;call write_instruction; ；液晶初始化完毕mov r4,#10;mov tmod,#11h;mov th0,#0b0h;setb ea;setb et0; ;定时器t0，0.5s定时中断初始化完毕ret; ；系统初始化完毕intermit_t0:push acc;push psw;mov th0,#3ch;mov tl0,#0b0h;djnz r4,return;cpl led;mov r4,#10;return: pop psw;pop acc;reti;intermit_t1:push acc;push psw;mov th1,#9eh;mov tl1,#58h;djnz r4,return_t1;cpl led;cpl speaker;mov r4,#10;return_t1:pop psw;pop acc;reti; 键盘扫描key: call ks;jnz