单片机电子密码锁课程设计.docx

设计说明书内容基于单片机的电子密码锁设计一、设计要求和条件 1.1 设计要求 根据单片机开发板所提供的元件特性和硬件电路，编写相关的程序，通过实验开发板实现电子密码锁在LCD1602上显示的功能。1.搭建proteus仿真电路图平台，模拟单片机要实现的功能；2.焊接单片机系统开发板；3.编写程序，实现密码锁相关功能；4.下载并调试程序，实现密码锁的具体功能。 1.2 设计目的1.熟练掌握KEIL软件的使用方法；2.熟练掌握PROTEUS软件的使用方法；3.掌握单片机I/O接口的工作原理；4.掌握中断系统的工作原理；5.掌握液晶LCD1602的工作原理及编程方法；6.掌握蜂鸣器的编程使用；7.掌握行列式键盘的工作原理及编程使用方法；8.掌握单片机的ISP下载使用方法。 1.3 功能概述本设计是基于单片机的密码锁设计方案，根据要求，给出了该单片机密码锁的硬件电路和软件程序，同时给出了硬件设计方案、软件流程图、C语言源程序及详细注释等内容，由于单片机实验板上的矩阵键盘为3*3的，则规定0-5号键为数字键，6-8号键为功能键，其中该密码锁的具体功能介绍如下：(1) 按“8”号键则输入密码，初始密码为012345，在LCD1602上显示密码值为“*”（密码是保密的），输完6位后键盘就锁定，在LCD1602上显示密码是否正确，若输入的密码长度小于6位，则1602等待密码输入。(2) 若密码输入正确后，则绿色的发光二极管亮表示开锁，并且1602上显示“you are right!”，等待是否修改密码。(3)密码输入错误时显示“code is wrong”，接着会给你第二、第三次机会输入密码，如果三次密码都错误时，发出“叮咚”的报警声，且红色报警指示灯不停闪烁，按复位键清除报警。 (4)按“7”号键表示若密码不小心输入时，可以删除输入错误的密码。 (5)按“6”修改密码，要求输入原密码是正确的，然后按该键后，蓝色密码修改指示灯会亮，并且1602上会显示“Input new code”，输入正确要求再次输入，两次输入一致提示“Modify right!”并返回主菜单。两次不一致时提示“Modify error!”，然后返回主菜单。二、 硬件设计方案的论证本系统整体主要划分为五大模块，分别是由单片机最小系统、矩阵键盘、LCD显示、报警系统、指示灯电路等组成。单片机系统主要功能是对外部输入的数据进行处理，显示电路将所要操作的步骤显示出来，指导用户使用，报警电路是对输入错误密码时的警告报警。系统能完成开锁、密码输入错误报警、密码删除、修改用户密码基本的密码锁的功能。若依据实际的实验板情况还可以添加遥控和掉电保护功能。 2.1 总体方案设计本设计的具体总模块设计方案如下图（1）所示 图（1） 硬件总方案模块框图2.2 具体模块方案的设计1. 主控芯片的方案选择 方案一：采用硬件电路进行电子密码锁设计，比如使用 74LS112 双 JK 触发器构成的数字逻辑电路控制方案，该种方案可以实现基本功能，而且优点是不需要软件编程，但电路连接比较复杂，关键在于不易实现自行设置密码的要求。方案二：单片机中的STC89C51是具有高性能和低功耗优点的8位可编程控制器，内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器，可以通过软件编程来实现电子密码锁设计中的各项要求和功能，而且单片机的 I/O 口也足够使用，硬件电路连接比较简单。综上所述方案论证，本次电子密码锁系统设计的主控芯片选择 STC单片机的 STC89C51来完成，采集输入数据对其处理并发出相应的指令。2.键盘模块方案选择 方案一：可以选择独立连接式键盘。对于独立连接式键盘，其每个键都独立的接入一根数据线，平时所有的数据线都被连接成高电平，当任何一个键按下时，与之相连的数据线将被拉成低电平。这种方案在处理多个数据时编程和硬件连接电路会较复杂。方案二：选择矩阵行列式键盘作为输入模块。矩阵式行列式键盘由行线和列线组成，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，列线通过上拉电阻接到高电平。无按键动作时，列线处于高电平状态；有按键按下时，交点的行线列线接通，列线电平状态将由与此行线相连的行线电平决定。本次通过键盘输入的值有很多种，而矩阵式键盘节省了好多的 I/O 口，适用于按键数量较多的场合。综上且根据本次设计中的单片机实验板选择使用3*3矩阵键盘来完成输入密码值，此种键盘功能简单实用，如下图（2）所示 图（2）矩阵键盘3. 显示模块方案选择方案一：采用 LCD1602 作为主液晶显示器。此液晶屏能输入两行的字母或数字，功能比较简单，比较通用。本次设计中要显示输入密码的数据值和各功能的提示，使用 LCD1602 液晶来作为显示模块较直观形象。如图（3）所示，显示比较直观形象 图(3) LCD1602显示方案二：采用数码管来实时显示输入密码的数值，由于密码的个数为6硬件电路连接线路较复杂，连接管脚较多，而且观看起来不清晰、直观。基于以上两种方案比较，本次设计中采用方案一。4. 报警模块方案的选择方案一：采用1602显示特殊数字或字母来表示输入密码正确或者错误，这种方案也可以直观表示。 方案二：采用声和光两种方式的双重效果进行报警，如果密码输入错误报警灯闪烁而且蜂鸣器会报警，这样就能多角度进行密码错误报警。经过上述分析比较，使用方案二的声光报警来表示解锁失败,如图(4)所示 图(4) 报警电路设计5. 报警解除模块该模块用单片机最小系统中的复位功能，既可以节省了I/O管脚，还可以重新开始输入密码，此模块中的蜂鸣器的功能是当用户输入密码错误的次数超过了3次，蜂鸣器鸣笛报警，键盘处于锁定状态其电路图如图(5)所示 图(5)复位电路三、软件设计 软件的设计主要有主程序模块，键盘扫描模块，LCD1602显示模块，密码比较模块，开锁程序模块、报警模块等。 3.1 主程序模块主程序主要完成LCD初始化、检查有无按键按下、以及调用显示、密码修改程序等等。主程序的流程图如图(6)所示 图（6）主程序方框图3.2 开锁程序模块开锁程序流程图如图（8）所示。 图（7） 开锁子程序模块3.3 LCD1602显示模块本系统使用LCD1602实现显示，参照LCD1602的使用手册进行初始化和程序编写就可以显示，即在程序编写中添加LCD1602的驱动程序。这里的驱动程序主要包括：初始化函数、设置显示坐标、写字符函数及写字符串函数。在时钟界面时显示时间的运行，在密码锁界面时主要显示提示信息和输入的密码，当然，当输入密码数字时，输出不是显示数字，而是用“*”显示代替。LCD1602的部分读写控制时序程序如下图（8）所示： 图（8）LCD1602初始化3.4 键盘扫描与处理模块 该模块具备功能有：逐列扫描键盘确实被按键的具体位置、判断键盘上有无键按下、消除抖动、判断闭合的键是否释放等功能，该模块利用case语句来判断按键的按下与否，方法是：依次给行线送低电平，然后查所有列线状态，如果全为1，则所按下的键不在此列；如果不全为1，则所按下的键必在此列，而且是在与零电平行线相交的交点上的那个键。先给P2口赋值为fe，再对P2口扫描，再与f8相与，看是否相等，若等，则无键按下，不等，则有键按下，再判断在哪列。然后进行按键处理函数，其处理函数的流程图如图（9）所示、 图（9）按键功能程序四、 系统调试4.1 调试部分 采用先分别调试各单元模块，调通后再进行整机调试的方法，以提高调试效率。（1）键盘测试 在带有单片机的电路板上编程调试3*3矩阵键盘，使其在液晶上显示出键盘锁对应的数字及功能。利用仿真机调试成功后通过编程器将程序写入芯片中调试。（2）报警及开锁控制电路测试 通过矩阵键盘控制输入正确的开锁密码，锁灯亮；当连续输入三次的密码错误时，报警指示灯闪烁，蜂鸣器报警并锁死键盘。（3）显示电路测试 通过电位器对1602液晶的对比度和背光灯进行调整，使其在最适合的状态下工作。各功能模块均调通后，进行整机调试，其过程如下：将调好的各功能模块连接在一起，用函数信号发生器模拟电压信号，先用仿真机代替STC89C51 单片机进行模拟调试，对每一芯片的片选、启动进行检测，并对数据线也进行检测。调试成功后再将程序写到单片机中进行调试。4.2 软件调试部分 (1)KEI的编程,仿真,编译集成环境KEILUV3：将汇编语言源程序编译成*.hex文件。(2) STC-ISP-V4.83下载器：将C语言源程序编译成的*.hex文件在线下载到STC单片机中。(3) STC-ISP-V4.83使用说明： (I) 双击图标并出现下图画面(II)选择你需要的单片机型号；(III)打开“001.HEX”文件；(IV)选择你的串行口,这里选择COM1；(V)点击download/下载，即可实现自动下载编程。4.3 调试结果分析本系统以STC89C51 为核心部件，利用软件模块化编程，通过键盘控制和液晶显示实现了密码锁的功能、报警功能，并能防止多次试探密码，能实现本设计题目的基本要求。在设计时根据实验板的硬件连接尽量做到硬件电路简单稳定、减小电磁干扰和其他环境干扰，充分发挥软件编程的优点，减小因元器件精度不够引起的误差。本设计成功仿真实现了1602液晶显示、密码“*”的设置、密码设置，防止多次试探，报警等功能。并且采用C语言编写程序，具有很强的移植性，为系统增减和修改带了方便。在设计中也遇到了许多困难，例如对LCD1602的具体功能不熟悉，于是就在图书馆，网上收索相关资料来进行编程，对其功能模式有了进一步的理解。还有对3*3键盘扫描程序的编程，利用学过的4*4键盘编程的原理方法用了case语句来对其编程。由于时间有限和自身知识水平的限制，本系统还存在一些不够完善的地方，要作为实际应用还有许多具体细节问题需要解决。例如：扩展AT2402模块储存密码，红外报警探测技术，密码指纹识别技术，语音识别技术，图像识别技术等等。只有这样更能满足社会的发展和人民的需求。五、 模拟仿真结果 各模块的仿真结果如下图所示 图（10） Welcome界面 图（11）输入密码界面 图（12）开锁界面 图（13）修改密码界面 图（14）密码修改成功界面 图（15）报警界面 六、 设计心得这次实训的时间为两周，分三个阶段：第一，做电路仿真，原理图；第二，对单片机实验板进行焊接；第三，电路硬件调试。每一步都很认真做了，仿真还是第一次用到实际中，感觉有很大的收获。一般一次成功的板子是很少的，都要进过调试查错才可以得到一块完整的电路板。这一次做的电子密码锁及LCD显示。原理看似简单，但过程让我深深感受到再简单的电路图，理论与实际有一定的差入。在参考书的原理图经过了个人的改进，让功能更完善，特别是程序的调试，花的时间做多，也是最难的一个地方。我们最终的目的是应用而不是理论结果。我们学的理论知识都是比较先进的，但是由于平常少于把知识付诸于实践。通过本次设计，培养了创新意识和综合素质，更好地掌握了电子产品设计与制作的工艺和流程，提高个人基本能力、实验及设计能力和独立工作能力，基本知识更加牢固，会看图、会焊接安装、会测量、会查资。七、 参考文献1 杭和平. 单片机原理与应用. 北京：机械工业出版社，20082 李朝青. 单片机原理与接口技术.北京：航空航天出版社，20093宋彩利.单片机原理与C51编程 M. 西安交通大学出版社,2007附录I proteus仿真图附录II 实物显示 附录III 源程序#include <reg52.h>#define ulong unsigned long#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar temp,num,flag,r;uchar code table1=" welcome!(_)"/主界面uchar code table2="liu hai yan DIY"/主界面uchar code table3="*"/密码显示“*”uchar code table4="code is wrong!"/密码错误显示uchar code table5="you are right!"/开锁显示uchar code table6="the second time!"/第二次开锁显示uchar code table7="the last time!"/第三次开锁显示uchar code table8="Input new code:"/修改密码显示uchar code table9=" calling."/报警显示uchar code table12="Modify right!"/修改密码正确uchar code table10="password:"/输入密码uchar code table11=" "/删除密码显示uchar code table13="Input again:"/再次输入密码uchar code table14="Modify error!"/修改密码错误uchar init_pswd6=0,1,2,3,4,5;/初始化密码uchar pswd6=0;/放新修改的输入的密码sbit lcdrs=P10; / LCD 数据/指令（H/L）选择端 sbit lcdrw=P11;sbit lcden=P12; /LCD使能sbit P1_3=P13;/开锁指示灯sbit P1_4=P14;/修改密码指示灯sbit P1_5=P15;/报警指示灯sbit P2_7=P27; /蜂鸣器/*子函数声明*/void delay(uint z);void init();/初始化子函数void write_com(uchar com);/写指令子函数void write_data(uchar dat1);/写数据子函数uint keyscan();void mima();/密码处理子函数void mima1(); /修改密码函数void Alarm(uchar t);/报警函数/*液晶驱动*/void init() lcden=0; write_com(0x38); /设置1602显示，5x7点阵显示，8位数据接口 write_com(0x0e); /00001DCB，D(开关显示)，C(是否显示光标)，B(光标闪烁，光标不显示) write_com(0x06); /000001N0，N(地址指针+-1)write_com(0x01); /清屏指令 每次显示下一屏内容时，必须清屏write_com(0x80); /第一行显示 void write_com(uchar com) /写命令子函数 lcdrs=0; /低电平选择为 写指令 lcdrw=0; P0=com; /把指令写入P0口 delay(5); lcden=1; /开使能 delay(5); /读取指令 lcden=0; /关闭使能 void write_data(uchar dat1) /写数据子函数 lcdrs=1; /高电平选择为写数据 lcdrw=0; P0=dat1; /把数据写入P0口delay(5); lcden=1; /开使能 delay(5); /读取数据 lcden=0; /关闭使能 void delay(uint z) /延时子函数 z*1ms uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);uint keyscan() /键盘扫描程序P2=0xfe; /先选定第一行 temp=P2; temp=temp&0xf8; /列线全为1，行线为0while(temp!=0xf8)delay(15); / 延时去抖 temp=P2; temp=temp&0xf8; while(temp!=0xf8)temp=P2;switch(temp) /判断哪列按下 case 0xf6:num=0;flag=1;break;/第一列按下 case 0xee:num=1;flag=1;break;/第二列按下 case 0xde:num=2;flag=1;break;/第三列按下 while(temp!=0xf8) temp=P2; temp=temp&0xf8; P2=0xfd; /选定第二行，列线为1temp=P2;temp=temp&0xf8;while(temp!=0xf8) delay(15); temp=P2; temp=temp&0xf8; while(temp!=0xf8) temp=P2; switch(temp) /判断哪列按下 case 0xf5:num=3;flag=1;/第一列按下break;case 0xed:num=4;flag=1;/第二列按下break;case 0xdd:num=5;flag=1;/第三列按下break; while(temp!=0xf8) temp=P2; temp=temp&0xf8; P2=0xfb;/选定第三行temp=P2;temp=temp&0xf8;while(temp!=0xf8) delay(15);temp=P2;temp=temp&0xf8;while(temp!=0xf8)temp=P2;switch(temp) case 0xf3:num=6;flag=1;break;case 0xeb:num=7;flag=1;break;case 0xdb:num=8;flag=1;break;while(temp!=0xf8) temp=P2;temp=temp&0xf8; return(num); void main() uchar m=0,w=0; init(); /LCD初始化 write_com(0x80); /第一行显示 for(r=0;r<15;r+)write_data(table1r); delay(5);write_com(0x80+0x40);/第二行显示 for(r=0;r<15;r+)write_data(table2r); delay(5); write_com(0x0c); dokeyscan();while(num!=8); /等待开锁键按下 mima(); /密码输入处理函数while(pswdm=init_pswdm)&m<6)/密码比较m+;if(m>=6)/密码正确P1_3=0; /开锁指示灯亮keyscan(); while(flag=1&&num=6);/是否修改密码mima1(); /修改密码函数else/密码有误 m=0;write_com(0x80+0x40);/显示第二行for(r=0;r<14;r+)delay(20);write_data(table4r); delay(2000);init();for(r=0;r<16;r+)delay(20);write_data(table6r);delay(2000); mima();/密码输入处理函数while(pswdm=init_pswdm)&m<6)/再次比较m+;if(m>=6) P1_3=0; mima1();/修改密码函数else m=0;write_com(0x80+0x40);for(r=0;r<14;r+)delay(20); write_data(table4r);delay(2000); init(); for(r=0;r<14;r+) delay(20); write_data(table7r); delay(2000);mima();while(pswdm=init_pswdm)&m<6)/第三次比较m+;if(m>=6)P1_3=0;/密码正确，则开锁指示灯亮mima1();/密码修改函数 elseinit();write_com(0x80+0x40);for(r=0;r<13;r+)delay(20);write_data(table9r);write_com(0x0c); while(1) P1_5=P1_5;/报警指示灯闪烁delay(30); Alarm(90); Alarm(120); /产生“滴滴”声 void mima() /密码输入程序uchar w=0;init();for(r=0;r<9;r+)delay(20);write_data(table10r);do flag=0; keyscan();write_com(0x80+9+w);if(flag=1&&num<=5) pswdw=num; write_data(table3w); w+; /输入密码if(w=6) write_com(0x0c); if(flag=1&&num=7)/删除误输入的密码，即返回上一步. w-; /删除密码if(w=255) /删除完密码w=w+1;write_com(0x80+9+w);write_data(table11w+1);if(flag=1&&num<=5) pswdw=num; write_data(table3w); while(w<=5);/* 输入初始密码正确后，密码修改*/void mima1() uchar f=0,n=0,d=0;write_com(0x80+0x40);for(r=0;r<14;r+) delay(20);write_data(table5r);delay(2000);do num=9;/按键不显示，锁住按键keyscan();while(num!=6);if(flag=1&&num=6)init();P1_3=1;P1_4=0; for(r=0;r<15;r+) delay(20);write_data(table8r); write_com(0x0c); write_com(0x80+0x40+n);write_com(0x0e); /第一次输入修改密码/donum=9;/按键不显示，锁住按键keyscan();write_com(0x80+0x40+n); if(flag=1&&num<=5) init_pswdn=num; write_data(table3n); n+;if(n=6) write_com(0x0c);if(flag=1&&num=7)/删除误输入的密码，即返回上一步. n-;if(n=255)n=n+1;write_com(0x80+0x40+n);write_data(table11n);if(flag=1&&num<=5)/显示0-5键值 pswdn=num;write_data(table3n); while(n<=5);/第二次输入修改密码，并判断是否正确/init();for(r=0;r<12;r+) delay(20);write_data(table13r); do flag=0;/锁住按键 keyscan();write_com(0x80+0x40+d);if(flag=1&&num<=5) pswdd=num; write_data(table3d); d+; if(d=6) write_com(0x0c); if(flag=1&&num=7)/删除误输入的密码，即返回上一步. d-; if(d=255) d=d+1;write_com(0x80+0x40+d);write_data(table11d+1);if(flag=1&&num<=5) pswdd=num;write_data(table3d); while(d<=5); while(pswdf=init_pswdf)&f<6)/比较密码是否正确f+;if(f>=6)/密码正确 init();for(r=0;r<15;r+) delay(20); write_data(table12r); delay(5000); P1_4=1;/修改密码指示灯灭main();else init();for(r=0;r<15;r+) delay(20); write_data(table14r);delay(1000); main();/返回主界面 void Alarm(uchar t) /报警函数，产生“滴滴”声 uchar k,j;for(k=0;k<250;k+) P2_7=P2_7; for(j=0;j<t;j+);28