电子密码锁的设计与制作毕业论文.doc

本科毕业设计（2010届）题 目电子密码锁的设计学 院电子信息学院专 业电子信息工程班 级学 号学生姓名指导教师完成日期摘 要在日常的生活和工作中, 住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需携带多把钥匙, 使用极不方便, 且钥匙丢失后安全性即大打折扣。随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。鉴于目前的技术水平与市场的接收程度，电子密码锁成为了电子防盗产品的主流。基于以上思路，本次设计使用ATMEL公司的AT89C51实现一基于单片机的电子密码锁的设计，其主要具有以下功能：设置密码功能、用户密码修改功能、超时报警功能、液晶1602显示功能、4×4矩阵键盘输入等基本密码锁功能，还具备掉电存储于AT24C02以及声光提示等保护功能。另外，此系统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，比较适合当代市场的要求。关键词：AT24C02；AT89C51；电子密码锁；4×4矩阵键盘ABSTRACTIn our daily life and work, the security of house, company departments, document files, financial forms, as well as some personal information always used the lock to protect them. If people use the traditional mechanical key to lock out the door, people often need to take more than one key with themselves, which is inconvenient. And if we lose the key by careless, the security looks very easy to break out. With the continuous development of science and technology, peoples demand to the equipment of insurance and safety of daily life become more and more high. In order to meeting to the require- ments of the use of locks and increasing their security, the code lock with the pass- word replaced the key came into being .The code Locks have some advantages, such as safe, low cost, low power consumption, easy operation and so on. Given the current level of technology and the receive degree of market, the electronic code lock become the mainstream of the electronic anti-theft products.Based on the above ideas, this design used the AT89C51 made by ATMEL corpor- ation to produce a electronic code locks based on a single chip, which have the follow- ing main functions: establishment password function, user password revision function, overtime warning function, liquid crystal 1602 demonstration functions, 4×4 matrix keyboard input and so on basic electronic code lock function, but also has the power failure to save in protection functions and so on AT24C02 as well as acousto-optic prompt. Moreover, this system basis on actual situation may also be increased the remote control function. This system cost is inexpensive, the function is practical, satisfies completely request of suitable contemporary market.Keywords: AT89C51; AT24C02; the electronic code lock; 4×4 Matrix keyboard目 录摘 要1ABSTRACT2目 录31 引 言42 概述52.1 背景52.2 电子密码锁62.3 电子密码锁的特点62.4 电子密码锁的发展趋势73 方案论证与比较84 硬件设计104.1 主控电路设计114.1.1单片机AT89C51简介114.1.2单片机的最小系统124.1.2.1系统晶振电路的设计134.1.2.2系统复位电路的设计134.2 开锁驱动电路144.3 4x4矩阵键盘154.4 液晶显示电路的设计164.4.1 液晶显示简介174.4.2 1602字符型LCD简介184.4.3 LCD与单片机的接口电路204.5 电源电路设计225 软件设计235.1 软件编程环境的介绍Keil 简介235.2 软件的总体结构设计235.2 程序流程图245.3 系统程序介绍255.3.1 4x4矩阵键盘255.3.2 LCD显示程序设计265.3.3 存储模块24C02的读写程序设计296 系统的可靠性设计及综合调试316.1抗干扰措施316.2系统的综合调试33总结36致谢37参考文献38附录391 引 言在日常的生活和工作中, 住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需携带多把钥匙, 使用极不方便, 且钥匙丢失后安全性即大打折扣。随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世，出现了带微处理器的智能密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化管理、专家分析系统等功能，从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性，应用日益广泛。随着人们对安全的重视和科技的发展，许多电子智能锁（指纹识别、IC卡辨认）已在国内外相继面世。但是这些产品的特点是针对特定的指纹和有效卡，只能适用于保密要求的箱、柜、门等。而且指纹识识别器若在公共场所使用存在容易机械损坏，IC卡还存在容易丢失、损坏等特点。加上其成本较高，一定程度上限制了这类产品的普及和推广。鉴于目前的技术水平与市场的接收程度，电子密码锁是这类电子防盗产品的主流。基于以上思路，本次设计使用ATMEL公司的AT89C51实现一基于单片机的电子密码锁的设计，其主要具有如下功能：（1）设置6位密码，密码通过键盘输入，若密码正确，则将锁打开。（2）密码可以由用户自己修改设定（只支持6位密码），锁打开后才能修改密码。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。（3）报警功能。密码输入错误数码显示器会出现错误提示，若密码输入错误次数超过3次，蜂鸣器报警。电子密码锁的设计主要由三部分组成：4×4矩阵键盘接口电路、密码锁的控制电路、输出LCD1602显示电路。另外系统还有LED提示灯，报警蜂鸣器等。密码锁设计的关键问题是实现密码的输入、清楚、更改、开锁等功能：（1）密码输入功能：按下一个数字键，一个“”就显示在最右边的数码管上，同时将先前输入的所有“”向左移动一位。（2）密码清除功能：当按下清除键时，清除前面输入的所有值，并清除所有显示。（3）密码更改功能：将输入的值作为新的密码。（4）开锁功能：当按下开锁键，系统将输入与密码进行检查核对，如果正确锁打开，否则不打开。主要的设计实施过程：首先，选用ATMEL公司的单片机AT89C51，以及选购其他电子元器件。第二步，使用DXP 2004设计硬件电路原理图，并设计PCB图完成人工布线（后因PCB板损坏决定采用万能板焊接的方法）。第三步，使用Keil uVision3软件编写单片机的C语言程序、仿真、软件调试。最后，联合软、硬件调试电路板，完成本次毕业设计。2 概 述2.1 背景随着社会物质财富的日益增长，安全防盗已成为社会问题。而锁自古以来就是把守门户的铁将军，人们对它要求甚高，既要安全可靠地防盗，又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。目前国内，大部分人使用的还是传统的机械锁。然而，眼下假冒伪劣的机械锁泛滥成灾，互开率非常之高。所谓互开率，是各种锁具的一个技术质量标准，也就是1把钥匙能开几把锁的比率。经国家工商局、国家内贸局、中国消协等部门对锁具市场的调查，发现个别产品的互开率居然超标26倍。为何弹子锁的“互开率”会如此之高？据有关专家人士剖析，弹子锁质量好坏主要取决于弹子数量的多少以及弹子的大小，而弹子的多少和大小受一定条件的限制。此外，即使是一把质量过关的机械锁，通过急开锁，甚至可以在不损坏锁的前提下将锁打开。机械锁的这些弊端为一种新型的锁-电子密码锁，提供了发展的空间。2.2 电子密码锁电子锁是采取电子电路控制，以电磁铁或者卫星电机和锁体作为执行装置的机电一体化锁具，相比传统的机械锁具，电子所不使用金属钥匙，保密性、精度都有很大提高。电子锁的发明思路，源自古代发明的自动机械，例如古希腊数学家赫伦的液压自动门，中国古代诸葛亮的木牛流马，它们以重力或蒸汽压力驱动，最广泛的用途乃是用在古代墓道的地下机关。电子工业的诞生，使得以微小电量驱动机械成为可能，于是有了电子锁一日千里的跃进。2.3 电子密码锁的特点电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。其性能和安全性已大大超过了机械锁，特点如下：1保密性好,编码量多,远远大于弹子锁。随机开锁成功率几乎为零。2密码可变。 用户可以经常更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降。3误码输入保护。当输入密码多次错误时，报警系统自动启动。4. 电子密码锁操作简单易行，一学即会。2.4 电子密码锁的发展趋势目前，电子密码锁在国外已大量使用，技术已趋于成熟。在国内这种锁主要出现在保险柜、密码箱、高级宾馆等场所，家居用的较少，究其原因，我认为有以下几点：1.价格原因。现在普通的家庭买一把一般的机械锁，价格在几十到一两百左右，而电子密码锁的价格一般在300元以上，进口的甚至要几千元。买一把这样的锁对于一些家庭来说，是很难接受的。2厂商推广的力度不够。电子密码锁属于高科新产品，许多的用户根本不知道有这种锁，更不用说拿它与传统的机械锁作比较。而一般的商场也不会经营这种产品，用户即使想买也难以买到。3密码锁自身的不便以及人们的习惯和意识问题。机械锁普及已久，人们已经习惯了用一把钥匙开一把锁，如果换成密码锁，不符合习惯。而且，每次开门时都要输入密码，除了需要记忆密码外，还要担心密码被人看见带来的麻烦。此外，用户还会担心电子锁的电源断电问题，即万一停电或是电池耗尽，会不会打不开锁而进不了屋。诸如此类的问题给用户带来了很多的不便，再加上大部分人对“互开锁”、“急开锁”现象不了解，对机械锁的安全问题没有足够的重视，使得人们在选择家用锁的时候更倾向于购买传统的机械锁。4国内的技术不够成熟。对一个小康家庭而言，买一把价钱在一千元以内的国产的电子密码锁，并不是什么难事。但是人们都希望买一把可靠性、安全性好的锁，如果买回一把电子锁，没用多久就坏了，那还不如买机械锁方便。至于进口的锁，价钱昂贵，一般用户难以接受。目前在国内，电子锁还未大批量生产，我认为技术不成熟是一个主要的原因。以上几个方面的原因，为电子密码锁的推广带来了许多的困难。但是，由于电子密码锁在安全等许多方面的优势，必将被社会所接受而与机械锁平分秋色。对于电子锁的生产厂家而言，我认为，在提高技术的同时，应该加强宣传的力度，比如在一些条件好的社区推广这种锁，搞一些试点。还可以将电子密码锁安装在防盗门上，和防盗门一齐销售，这样会更容易被用户接受。另外，在防盗门外观的设计上，应该做到美观、方便，界面要尽量符合用户的习惯，如果进一步降低价格，提高性价比，效果会更好。3 方案论证与比较设计本课题时构思了两种方案：一种是用以AT89C51为核心的单片机控制方案；另一种是用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路控制方案。考虑到数字电路方案原理过于简单，而且不能满足现在的安全需求，所以本文采用前一种方案。方案一：采用数字电路控制。其原理方框图如图31所示。图3-1 数字密码锁电路方案采用数字密码锁电路的好处就是设计简单。用以74LS112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，其它的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无效，需要重新输入；如果用户输入密码的时间超过40秒（一般情况下，用户不会超过40秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警80秒，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘5分钟，防止他人的非法操作。电路由两大部分组成：密码锁电路和电源电路，其中设置电池电源电路是为了防止因为停电造成的密码锁电路失效，使用户免遭麻烦。密码锁电路包含：键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输入次数锁定电路。方案二：采用一种是用以AT89C51为核心的单片机控制方案。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，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加调电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能。其原理如图3-2所示。延时报警控制电路89C51单片机AT24C02掉电存储LCD1602显示电路矩阵键盘控制开锁控制电路指示电路图3-2单片机控制方案通过比较以上两种方案，单片机方案有较大的活动空间，不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能，而且还可以方便的对系统进行升级，所以我们采用后一种方案。4 硬件设计系统的总体设计电路图主要包括AT89C51的单片机的最小系统电路、开锁机构即继电器启动电路、4x4矩阵键盘输入电路、24C02的掉电存储电路以及1602液晶显示电路。系统的设计功能总体框图以及系统的总体设计电路图如图4-1、4-2所示：89C51单片机AT24C02掉电存储LCD1602液晶显示电路矩阵键盘控制单片机电源电路延时报警控制电路开锁控制电路led指示电路图4-1总体设计框图图4-2系统的设计总体电路图4.1 主控电路设计 4.1.1单片机AT89C51简介 AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM ),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。AT89C51提供以下标准功能:4k字节闪速存储器，128字节内部RAM, 32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可以降至OHz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式：空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。2.引脚功能说明Vcc：电源电压。GND：接地。 PO口：PO口是一组8位漏极开路型双向I/0口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，PO口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。Pl口:P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级叫可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻时把端口拉到高电平，此时叫可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级叫可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOVX DPTR指令)时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器(如执行MOVX RI指令)时，P2口线的内容(也即特殊功能寄存器(SFR )区中 R2寄存器的内容)，在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级叫可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流(IIL)。P3口除了作为一般的I/0口线外，更重要的用途是它的第二功能。P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST:复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG()：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲(P()R()O()G() )。如有必要，可通过对特殊功能寄存器(SFR) 区中的8FH单元的DO位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。P()S()E()N()程序储存允许(P()S()E()N()输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89S 51由外部程序存储器取指令(或数据)时，每个机器周期两次P()S()E()N()有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的P()S()E()N()信号不出现。E()A()/Vpp：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为OOOOH-FFFFH), E()A()端必须保持低电平(接地)。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存E()A()端状态。如E()A()端为高电平(接Vcc端)，CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp,当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。4.1.2单片机的最小系统单片机的最小系统必须包括复位电路、晶振电路、电源电路以及主要单片机这几部分，最小系统的原理图如图4-3所示：4-3智能系统的最小系统4.1.2.1系统晶振电路的设计AT89C51系列单片机可以工作于6MHz、12MHz等频率下，这一频率产生于一个石英晶体振荡器，用于驱动AT89C51系列单片机8。因此，我们针对AT89C51单片机，设计的晶振电路如图4-2所示，设计中采用12MHz的石英晶体和两个容值为30PF的电容。Y1(晶振)直接跨接在AT89C51的XTAL1、XTAL2两端，其中C9、C10为起振电容。图4-4晶振电路4.1.2.2系统复位电路的设计单片机AT89C51作为主控芯片，控制整个电路的运行。单片机外围需要一个复位电路，复位电路的功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤消复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。该设计采用含有电阻的复位电路，复位电路可以有效的解决电源毛刺和电源缓慢下降(电池电压不足)等引起的问题，在电源电压瞬间下降时可以使电容迅速放电，一定宽度的电源毛刺也可令系统可靠复位。复位是单片机的初始化操作，使CPU及各专用存储器处于一个确定的初始状态，其中把PC的内容初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序，除了系统的正常开机(上电)复位外，当程序运行出错或操作错误使系统处于死循环状态时，为摆脱困境，可按复位键进行复位，复位电路由片外和片内两部分电路组成11。AT89C51的RST引脚为复位引脚，只要在RST引脚上出现两个机器周期以上的高电平，即可实现复位。复位通常有上电复位和按键复位两种方法。本设计采用的是按键复位，当按下按键后，电容被短路，RST引脚就处于高电平，就可以达到复位的目的。复位电路如图4-5。图4-5 复位电路4.2 开锁驱动电路通过单片机送给开锁执行机构，电路驱动电磁锁吸合，从而达到开锁的目的。其原理如图4-6所示。单片机微控制器开锁驱动电路电磁锁密码正确？Y返回N图4-6密码锁开锁机构示意图当用户输入的密码正确而且是在规定的时间（普通用户要求在12s内输入正确的密码，管理员要求在5s输入正确的密码）输入的话，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，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。如图4-7。图4-7密码锁开锁驱动电路图4.3 4x4矩阵键盘使用矩阵键盘，所以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，通常采用这样方法。其原理如图4-8所示。图4-8 行列式键盘原理电路图每一条水平（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N×M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。如图4-8、4-9所示，用AT89C51的并行口P2接4×4矩阵键盘，以P2.0P2.3作输入线，以P2.4P2.7作输出线；在LCD1602上显示每个按键的“0F”序号。对应的按键的序号排列如图4-9所示。接着输入最大6位数的密码，当密码输入完后，按下确认键，进行密码比较，然后给出相应的信息。在输入密码过程中，当数字输入超过6个时，给出报警信息。在密码输入过程中，若输入错误，可以利用“DEL”键删除刚才输入的错误的数字。图4-9 4×4行列式键盘的按键功能分布图4.4 液晶显示电路的设计显示器是各种仪器设备的重要组成部分,是仪器设备与人对话的一种重要形式,它告诉人们机器的运行状态、数据处理结果、提示操作人员下一步要进行的操等。显示器件在本设计中选用1602字符型液晶。液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：1)、显示质量高。由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。2)、数字式接口液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。3)、体积小、重量轻液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。4)、功耗低相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。4.4.1 液晶显示简介液晶显示原理液晶显示的原理是利用液晶的物理特性， 通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域13。液晶显示器的分类液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。液晶显示器各种图形的显示原理:线段的显示：点阵图形式液晶由M×N个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16×8=128个点组成，屏上64×16个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。字符的显示：用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由6×8或8×8点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。汉字的显示：汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、5右边为2、4、6根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到32B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字。4.4.2 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，1602型字符液晶能够显示16*2=32个字符。一般1602字符型液晶实物如图4-9所示14。图4-9 1602字符型液晶显示器实物图本设计采用的1602字符型液晶的引脚功能图如表4-1所示。表4-1 引脚接口说明表其中：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714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。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，单片机通过指令来指定显示坐标并显示所希望的内容，各个指令功能如表4-2所示15。表4-2 控制命令表4.4.3 LCD与单片机的接口电路本系统设计的显示电路是为了给使用者以提示而设置的。从上面的介绍可知,该LCD有16个管脚，八个数据线、三个控制线和五个电源背光管理线。这些管脚可以直接和单片机相连,如图4-10为LCD与单片机的接口电路。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，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”。 电路设定：当程序检测在5分钟内没有按键操作的时候，就关闭显示。这个功能使用程序来实现的，一旦没有按键动作就启动一个定时器，检测在5分钟内没有按键动作的时候，启动一个程序，关闭显示，这样可以达到节省电能的目的。图4-10 LCD与单片机的接口电路显示器主显示几个字符，给用户提供指示见图411所示。2-OFF-图411 a关闭状态1-888-图411 b 开锁状态-图411 c 密码输入及修改状态SRERRO图411 d 密码输入错误后的提示-K-LOC图411 e密码在规定的时间内输入错误次数超过3次后的锁定状态4.5 电源电路设计1电源部分用到了7805组成稳压电路部分，7805 系列为 3 端正稳压电路,TO-220 封装，能提供多 种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保 护电路。带散热片时，输出电流可达 1A。虽然是固定稳压电 路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。2引脚说明1输入，INPUT 2地，GND 3输出，OUTPUT TO-2203主要特点 输出电流可达 1A （1）输出电压有：5V （2）过热保护 （3）短路保护 （4）输出晶体管 SOA 保护 （5）输出电流可达 1A（6）VI输入电压(VO=518V) 35V （7）RJC热阻（结到壳） 5/W （8）RJA热阻（结到空气） 65/W （9）TOPR工作结温范围 0125 （10）极限值（Ta=25）4在用到7805的时候应该注意到以及遇到的问题：（1）7805的分类：7805的输出电压都是+5v,问题在于不同型号的7805输出的电流大小不一样的，78L05输出的是100mA，78M05输出的是500Ma, 78H05输出的是3.0A,我们常用的7805的型号及时7805输出电流时1.0A.(2)在用到7805的时候一定要注意散热问题，就是外加散热片的，在本次设计过程中，由于操作不慎，烧过一片7805。这个一定要注意散热。5电源部分的原理图如图4-12所示。图4-12电源电路5 软件设计5.1 软件编程环境的介绍Keil 简介单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提