单片机C语言程序设计课程设计密码锁.docx

1、单片机单片机 C 语言程序设计课程设计密码锁语言程序设计课程设计密码锁 单片机 C 语言程序设计课程设计密码锁 课程设计（论文）任务书 课程设计（论文）题目：单片机 C 语言程序设计课程设计 基本内容：利用实验室提供的实验仪器，自行选题设计一套硬件系统；采用单片机 C 语言编写程序，使之成为完整的设备。课程设计（论文）专题部分：题目：电子密码锁 基本内容：利用实验板上的 LCD显示屏、24C02 及 8279等资源设计电子密码锁系统，要求实现输入正确开锁，错误警告等相关功能。学生接受课程设计（论文）题目日期 第 20 周 指导教师签字：2013 年 7 月 18日 摘要 传统密码锁由于外形单一

2、并容易人为损坏，以无法满足人们对安全日益增长的需求。而电子密码锁因其具有使用方便，可靠性强，成本低廉，正逐步代替传统密码锁，被广泛应用于安全领域。本文设计了一种智能电子式密码锁，它以单片机为控制核心，配合输入模块，显示模块及报警模块共同完成了密码服务。控制部分使用 AT89C51 单片机，其价格低廉，功耗较低，配有足够的内部资源来完成电子密码锁的核心控制。使用 Intel公司的8279 芯片，管理 4*4 键盘，作为密码输入及功能选择的输入模块。显示模块利用RT12864LCD 显示器，以更加友好的界面完成人机交互。而报警模块利用 led等及蜂鸣器提示密码输入情况，并完成危机报警功能。电子密码

3、锁功能丰富，正确输入密码时，可进入欢迎界面，进行功能选择，如修改密码服务，可对原始通用密码进行修改，修改过程中需二次确认密码，两次输入相同才可修改成功，防止了因用户手误造成无法再次进入系统。退出功能保证用户在特殊情况下一键加锁，防止信息泄露。密码锁还配有三次报警功能和超时报警功能，当三次输入错误或第一次输入错误后，5s 内无法进入系统，密码锁将进入自锁状态，防止他人暴力破解密码。关键词：电子密码锁，单片机，24C02，LCD，RT12864Hz；第 1章 绪论 1 1.1设计目的 1 1.2 设计意义 1 1.3 设计要求 1 第 2章 总体设计方案 2 2.1设计思路 2 2.2系统设计总框

4、图 2 第 3章 硬件电路设计及简要描述 4 3.1 硬件设计原理图 4 3.2 内部资源的使用 4 3.3 单片机外围电路 5 3.3.1 复位电路的设计 5 3.3.2 时钟发生电路设计 6 3.4 密码锁控制电路 6 3.4.1 键盘管理芯片 8279 6 3.4.2 LCD显示电路 8 3.4.3 密码存储电路 9 3.4.4 蜂鸣报警电路 9 3.4 元件清单 10 第 4章 软件程序设计 11 4.1 程序流程图 11 4.2 系统初始化 12 4.3 按键识别设计 12 4.4 5s 定时设计 13 4.5 密码修改设计 14 参考文献 16 附录 电子密码锁系统程序源代码 17

5、 设计心得体会 32 第 1章 绪论 1.1设计目的(1)软件及硬件上进一步了解单片机的原理；(2)掌握、运用 C51 语言编程,提升 C51 编程能力；(3)熟练掌握 RT12864 液晶显示模块和 8279 键盘操作管理芯片；(4)熟悉 24C02 掉电存储功能。1.2 设计意义(1)深入了解了单片机 C51 语言的实际应用；(2)通过独立思考,独立操作切实提高自己的编程能力；(3)增强团队合作意识；(4)运用所学知识发现问题、分析问题、解决问题；1.3 设计要求 根据实验室提供的实验箱、计算机等设备由我们自行设计了电子密码锁系统，实现如下要求：基本要求：采用 24C02 或 IC 卡，设

6、置 6位密码，最多比较 3次，利用 LED灯显示密码输入正确与否。(1)利用 24C02 或 IC 卡，设置 6 位密码；(2)当密码输入正确后的密码后开锁，用红灯亮绿灯灭表示关锁，绿灯亮红灯灭表示开锁；(3)密码最多可以试输入三次，如果三次输入错误，红灯闪烁，并发报警警报。附加要求：第一次输入密码与开锁的时间超过 5s，红灯闪烁，并发报警警报。第 2章 总体设计方案 2.1设计思路 本设计主要由单片机、4*4键盘、LCD液晶显示屏和密码存储等部分组成。其中键盘用于输入数字密码和进行各种功能的实现。用户通过连接单片机的矩阵键盘输入密码，后经过单片机对用户输入的密码与之前保存的密码进行对比，从而

7、判断密码是否正确，然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者蜂鸣报警电路。2.2系统设计总框图 图 2.1 系统设计总框图 各模块功能如下 1、键盘输入控制模块：采用 8279管理键盘输入，有效节省了 I/O 口的资源。4*4键盘上的键分别用于密码输入和其他功能调用；2、密码存储模块：芯片 24C02 用于完成密码的掉电存储，使密码断电后得以保存；3、LCD液晶显示模块：采用芯片 RT12864Hz 实现液晶显示功能，用于实现友好的人机交互界面，提高了可读性，使用户对密码锁的运行情况一目了然；4、蜂鸣报警电路模块：通过 LED灯和压电蜂鸣器，对输错密码和输入超时实行报警；5、复位电路：完成系统的复

8、位；6、时钟电路：用于单片机的起振；7、内部定时模块：利用内部定时器 T0完成设计的附加要求。第 3章 硬件电路设计及简要描述 3.1 硬件设计原理图 硬件设计原理图如图 3.1：图 3.1 硬件设计原理图 3.2 内部资源的使用 此设计中我们使用了单片机内部定时计数器 T0提供计时功能，判断密码输入是否超时，如果超时，系统将锁死。8279的 IRQ端经反向器与 89C51 的外部中断 INT0 相连接，判断是否有按键按下，如果有按键按下，则处理器去执行相应的操作。P1的 P1.2 和 P1.3 用于模拟 24C02 的双线通讯接口，P1.0 和 P1.1 连接红绿指示灯，通过控制其亮灭及闪烁

9、状态，辅助显示密码输入情况。P1.4 连接蜂鸣器，用于密码锁锁死时的报警功能。3.3 单片机外围电路 3.3.1 复位电路的设计 复位是单片机的初始化操作。单片机启动运行时，都需要先复位，起作用是使CPU 和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。但是单片机本身不能自动进行复位，必须配合外部电路才能实现。该复位电路采用按键电平复位电路，当单片机在运行中，按下复位键 S0后松开，在 RST 引脚持续出现 24个振荡周期的高电平信号使单片机复位，实现上电开关复位的操作。如图 3.2 所示 图 3.2 复位电路图 3.3.2 时钟发生电路设计 时钟电路为单片机产生时序脉冲，单片机

10、所有运算与控制过程都是在同一的时序脉冲驱动下进行的，当采用内部时钟时，连接方法如图 3.3 所示，在晶振引脚XTAL1(19脚)和 XTAL2(18 脚)之间接一个 6MHZ晶振，两个引脚对地分别再接入一个电容即可产生所需的时钟信号，电容我们选取 30pF。图 3.3 时钟发生电路图 3.4 密码锁控制电路 3.4.1 键盘管理芯片 8279 为了节省 I/O口资源，我们没有使用传统的行扫描法管理键盘，而选择了 8279控制芯片，由 8279读入键盘键值，用键值来控制程序的执行。8279芯片是一种通用的可编程键盘、显示接口器件，能完成对 64位按键和 16位 LED显示器的管理1，但本次设计中

11、没有使用 LED 功能。8279有多种功能和多种工作模式，其功能和模式靠设定命令字来确定。8279的命令字近 10 种，在使用 8279 之前，借鉴了实验的相关程序23，本文设计中的接线是：IRQ接 INT0，采用中断方式，ALE 接 CLK。图 3.4 键盘管理电路图 8279各端口地址分配如下：按键的操作面板如图 3.5所示，共计 10个数字键和 6个功能键。图 3.5 密码锁操作面板 【0】【9】10 个数字键用来输入密码，另外 6个功能键分别是：【A】设置新密码键、【C】清零键、【E】确定键和【F】退出键。其中清零键的功能是清除当前输入的密码后重新输入。确认键的功能是确认当前输入的密码

12、。设置新密码键的功能是当密码输入正确时，可以重新修改密码。退出键的功能是退出到密码输入界面。表 3.1 按键功能表 按键 键名 功能说明 09 数字键 输入密码 A 设置新密码键 选择重置密码 C 清零键 密码清零 E 确认键 确认 F 退出键 退出 3.4.2 LCD显示电路 由 RT12864Hz，按键和保护电阻组成的外部扩展电路。其工作过程是通过单片机P3.6/WR 和 P3.7/RD接于 RT12864，采用并行数据通讯模式。图 3.6 液晶显示电路图 LCD显示器各端口地址分配如下：图 3.7 LCD显示器各端口地址分配 3.4.3 密码存储电路 因为考虑到密码锁的实际应用，要求掉电

13、时密码不会丢失，所以密码不储存在单片机的 RAM里，而是储存在外面扩展的 EEPROM 里，因此本文选用 AT24C02 芯片单片机通过串口通信。AT24C02 是 ATMEL公司生产的 I2C 串行 EEPROM 芯片45，存储量为 256字节。AT24C02 的操作时序符合标准的 I2C 规范。通过 SCLK（时钟线）和 SDA（数据线）两线分别与 89C51 的 P1.2 和 P1.3 相连，对芯片进行读写操作。SCLK为时号，SDA 传送双向数据信号。图 3.8 掉电存储电路图 3.4.4 蜂鸣报警电路 按照题目的要求，当连续三次密码输入错误时，系统蜂鸣报警，我们采用实验板上的压电式蜂

14、鸣器，当 P1.4 输出低电平时，三极管导通，蜂鸣器发音。图 3.9 蜂鸣报警电路图 3.5 元件清单 本次设计所用元件见表 3.2 表 3.2 元件清单 器件名称 数量 89C51 1个 8279 1个 6MHz 晶振 1个 RT12864Hz 1个 74ALS138 1个 74LS245 1个 74LS573 1个 74LS00 1个 74LS08 1个 AT24C02 1个 电阻 若干 按键 18个 第 4章 软件程序设计 4.1 程序流程图 根据设计要求，我们设计了如下的流程图，满足用户在任何时刻按下任何键均有反应。图 4.1 主程序流程图 说明：以上流程图仅显示了该密码锁的主要功能，

15、一些具体功能的实现在后文子程序中将做具体讲解。4.2 系统初始化 系统的初始化包括如下方面：1、8279的扫描模式为编码扫描；2、内部定时/计数器 T0的设定；3、液晶显示屏模式的设定。4.3 按键识别设计 在系统初始化并读取密码完成后，液晶显示界面 1“状态：closed任意键输入密码”，提示用户可以输入密码。此时程序即不断的扫描按键，检查是否有任意键被按下。如果有，则开始输入密码，此时液晶屏显示界面 2“密码:”在输入密码的时候，难免有输入错误的时候，我们特此设计了清零键，当输入密码时，检测到清零键的按下，我们将清除所有输入的密码，然后重新进入界面 2 重新输入密码，在六位密码输入结束后，

16、我们也设计了确定键，当检测到确定键按下时，开始密码比较。具体的流程图如 4.2所示 图 4.2 按键识别流程图 图 4.3 界面 1 图 4.4 界面 2 4.4 5s 定时设计 根据该设计的附加要求“第一次输入密码与开锁的时间超过 5s，红灯闪烁，并发报警警报”。我组对此的理解是在密码输入错误之后，重新输入密码到开锁的时间不超过 5s。利用 89C51 内部的定时器 T0，用中断方式进行管理，初值在系统初始化时已经设置好，采用定时器方式 1，每次定时 25ms，设置变量 time，每次定时中断，time自加，当第一次密码输入错误后，便打开定时器中断，只有在 5s 内开锁成功，中断才关闭，否则

17、将红灯闪烁并蜂鸣报警，显示为界面 3。图 4.5 界面 3 4.5 密码修改设计 为了丰富电子密码锁的功能，我们在完成设计的基本要求之外，额外增添了密码修改功能。即当用户密码输入正确后，可以进入界面 4功能选择模块，按下 A键便可修改密码，此时显示界面 5“新密码：”输入 6位密码后按确定键，这时显示界面6“再次输入：”，需要再次输入密码进行确认，若两次输入密码一致，则显示“Succeeded”新密码便改好了，若前后两次输入不一致，则显示“Type Error”，然后返回到功能选择界面 4。图 4.6 界面 4 图 4.7 界面 5 图 4.8 界面 6 图 4.9界面 7 参考文献 1.In

18、tel 8279 date sheet 2.张志，高大志，杨为民等微控制器原理及接口技术实验教程M沈阳：东北大学出版社，2004 3.闻绍飞C51 单片机实验指导书M沈阳：东北大学出版社，2000 4.马忠梅，籍顺心单片机的 C 语言应用程序设计M北京：北京航空航天大学出版社，2005 5.李朝青单片机原理及接口技术M北京：北京航空航天大学出版社，2008 附录 电子密码锁系统程序源代码#include#include#include /*Ports*/#define c8279 XBYTE0 x2021 /8279 命令端口#define d8279 XBYTE0 x2020 /8279 数

19、据端口#define wc_ad XBYTE0 x2070 /lcd 写命令端口#define wd_ad XBYTE0 x2071 /lcd 写数据端口#define rs_ad XBYTE0 x2072 /lcd 读状态端口#define rd_ad XBYTE0 x2073 /lcd 读数据端口/*Variable Statement*/sbit g_led=P10;/绿灯 sbit r_led=P11;/红灯 sbit SCL=P12;/24c02 时钟线 sbit SDA=P13;/24c02 数据线 sbit alm=P14;/蜂鸣报警 unsigned char bdata fl

20、ag=0 xff;/标志位变量 sbit key_flag=flag7;/按键标志 sbit enter_flag=flag6;/enter 键标志 sbit perr_flag=flag5;/密码错误标志 sbit terr_flag=flag2;/输入错误标志 sbit clr_flag=flag4;/清除标志 sbit re_flag=flag3;/返回退出标志 unsigned char xdata psave6;/存储的密码数组 unsigned char xdata pinput6;/输入的密码数组 unsigned char err_num=0;/密码输入错误次数 signed

21、char p_num=0;/密码位数 unsigned char err;/密码比较差值 unsigned char bdata status;/lcd 状态 sbit busy=status7;/lcd 忙状态 bdata char com_data;/24c02 读写数据 sbit h_bit=com_data7;/24c02 读写数据高位 sbit l_bit=com_data0;/24c02 读写数据地位 unsigned char com;/8279 读入键值 unsigned int time=0;/定时器中断计数/*Function Statement*/void ini_int

22、(void);void ini_8279(void);void Ini_all(void);void dis_1st(void);void c_start(void);void c_stop(void);void ack(void);void s_move(char a);void delay(int time);unsigned char rd_24c02(char a);void wr_24c02(char a,char b);void lcd_busy(void);void ini_lcd(void);void pos(unsigned char x,unsigned char y);v

23、oid dis(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char*s);void clr(void);void p_err(void);void dis_enter(void);void p_rst(void);void tm_err(void);void read_key(unsigned char*sr,unsigned char x,unsigned char y,unsigned char*s,unsigned char pos);void p_cmpr(unsigned char*pw1,unsigned char*pw2,unsigned

24、char flag);void int0(void)interrupt 0 using 1 c8279=0 x50;/读取 FIFI Ram 命令 com=d8279&0 x0f;/读取键值 if(com=0 x0e)enter_flag=0;/读入的是 enter键 if(com=0 x0c)clr_flag=0;/读入的是清除键 key_flag=0;void intT0(void)interrupt 1 using 2 TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)/256;/定时初值，100ms time+;/定时中断计数 if(time=100)/计数

25、 100次，到达 10s ET0=0;tm_err();/*Interrupt Enable*内部资源初始化程序*/void ini_int(void)EA=1;EX0=1;ET0=1;/开中断 TMOD=0 x01;/定时器模式 TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)/256;/定时器初值 PT0=1;/中断优先级，T0最高 /*All Initializing*整体初始化程序*/void Ini_all(void)clr();ini_lcd();/lcd初始化 ini_8279();/8279 初始化 ini_int();/内部资源初始化 key_f

26、lag=1;/按键标志位初始化 /*Menu 1 Display*显示初始界面*/void dis_1st(void)dis(0,1,状态:closed);/调用字符串显示程序 dis(0,2,任意键输入密码);/*Name Display*显示姓名*/void dis_name(void)dis(0,1,);/调用字符串显示程序 dis(0,2,，);/*8279 Initializing*8279初始化*/void ini_8279(void)c8279=0 x00;/编码扫描方式 /*24C02 Start*24C02 启动程序*/void c_start(void)SCL=0;_nop

27、_();SDA=1;_nop_();SCL=1;_nop_();SDA=0;_nop_();SCL=0;_nop_();/两线产生下降沿 /*24C02 Stop*24c02停止程序 */void c_stop()SCL=0;_nop_();SDA=0;_nop_();SCL=1;_nop_();SDA=1;/两线产生上升沿 _nop_();SCL=0;_nop_();/*Respond Function*24c02应答等待程序*/void ack()while(SDA);/等待 24c02 应答 SCL=0;_nop_();/*Data Shift Function*24c02串行输出移位程

28、序*a:移位写入的字符*/void s_move(char a)data unsigned char i;com_data=a;for(i=0;i8;i+)/8 位逐位写入 SCL=0;SDA=h_bit;SCL=1;com_data=com_data*2;/左移一位 SCL=0;_nop_();SCL=1;_nop_();/上升沿 /*Delay Function*延迟程序 */void delay(unsigned int time)int i;for(i=0;i=time;i+)i=i;/*Read Data From 24C02*从 24c02读数据*/unsigned char rd

29、_24c02(char a)data unsigned char i,command;c_start();/启动 24c02 command=0 xa0;s_move(command);/送写入指令 ack();/等待应答 s_move(a);/写入寄存器号 ack();c_start();command=0 xa1;s_move(command);/送读取指令 ack();SDA=1;for(i=0;i8;i+)/逐位读取数据 com_data=com_data*2;/左移一位 SCL=0;_nop_();SCL=1;_nop_();l_bit=SDA;/最低位写入 c_stop();ret

30、urn(com_data);/返回读取的数据 /*Write Data to 24C02*送 24c02数据 */void wr_24c02(char a,char b)unsigned char data command;c_start();/启动 24c02 command=0 xa0;s_move(command);/写入指令 ack();s_move(a);/写入寄存器号 ack();s_move(b);/写入数据 ack();c_stop();_nop_();/*LCD busy function*LCD忙状态检测程序 */void lcd_busy(void)do status=r

31、s_ad;/读取 LCD状态，最高位判断是否忙 while(busy);/*LCD Initializing*LCD初始化*/void ini_lcd(void)lcd_busy();wc_ad=0 x30;lcd_busy();wc_ad=0 x0C;lcd_busy();wc_ad=0 x01;lcd_busy();wc_ad=0 x02;lcd_busy();/*LCD Display Position Function*LCD显示位置指令写入程序*x：字符串显示位置 x坐标；y：字符串显示位置 y坐标*/void pos(unsigned char x,unsigned char y)

32、unsigned char temp;switch(y)/判断显示的行数 case 1:temp=0;break;case 2:temp=2;break;case 3:temp=1;break;case 4:temp=3;lcd_busy();wc_ad=0 x80+temp*0 x08+x;/计算指令代码，写入位置指令 /*LCD Display Function*LCD显示程序*x：字符串显示位置 x坐标；y：字符串显示位置 y坐标*s：显示的字符串 */void dis(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char*s)pos(x,y);/显

33、示位置指令写入 lcd_busy();while(*s!=0)/字符串是否结束 wd_ad=*s;/写入一个字符 s+;/指向下一个字符 /*LCD Clear Function*LCD屏幕清除程序*/void clr(void)wc_ad=0 x01;lcd_busy();/写入清除命令，等待写入结束 /*Password Failured*密码错误服务程序*/void p_err(void)clr();g_led=1;r_led=0;/密码错误，绿灯灭，红灯亮 dis(2,2,failed);/输入错误 delay(0 x6000);clr();if(err_num!=2)dis(0,2,Please ReEnter);/如果没到 3次输入，提示重新输入 delay(0 x6000);clr();/*Time Out*超时服务程序*超时，系统锁死*/void tm_err(void)c