LCD遥控密码锁的设计与制作毕业论文.doc
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1、 MECHANICAL&ELCTRICAL POLYTECHNIC 毕业设计论文 设计题目 LCD遥控密码锁的设计与制作 姓 名 班 级 指导老师 系 主 任 评 阅 人 2012 年5 月8 日 摘 要【摘要】随着科技的日益发展,电子密码控制系统已越来越符合人们的要求。本文介绍了基于单片机和串行EEPROM的智能密码控制系统,对系统硬件设计和软件实现进行了详细的描述。该系统采用AT89C51单片机和AT24C01串行EEPROM,通过AT89C51模拟I2C总线和AT24C02通讯,实现密码控制的功能。本文从经济实用的角度出发,采用美国Atmel公司的单片机AT89C51作为主控芯片与数据存
2、储器单元,结合外围的矩阵键盘输入、LCD液晶显示、报警、开锁等,用C语言编写主控芯片的控制程序与EEPROM读写程序相结合,设计了一款可以多次更改密码,具有报警功能的电子密码控制系统。这种电路设计具有防试探按键输入、智能控制上锁、开锁、报警、修改密码等多种功能。密码长度可变、保密性强、灵活性高。经实验证明,该密码控制系统具有设计方法合理,简单易行,成本低,安全使用等特点,符合车辆、办公室用锁要求,具有推广价值。关键词: 单片机;密码锁;遥控;EEPROM读写程序 目 录1 引 言31.1 选题背景31.2 LCD电子密码控制简介32 系统设计42.1 选题论证42.2 方案选择43硬件电路的设
3、计63.1 主控芯片 AT89S52简介63.1.1 AT89S52芯片简介63.1.2 AT89S52引脚功能说明73.2各部分电路元件介绍93.2.1 LCD1602液晶显示器93.2.2 1602主要技术参数93.2.3 LCD1602 基本操作程序103.2.4 晶体振荡器103.2.5 AT24C01串行EEPROM113.2.6 I2C总线说明123.3 硬件电路设计143.3.1 硬件系统框架设计143.3.2 晶振电路153.3.3 复位电路163.3.4 LCD液晶显示电路163.3.5 遥控部分电路164 软件设计194.1 主程序流程图194.2键功能程序流程图204.3
4、 密码修改程序流程图214.4 LCD液晶显示流程图21结束语24致谢25参考文献26附录27附录1 电路原理图27附录2 PCB板图28附录3 程序29LCD遥控密码锁的设计与制作1 引 言1.1 选题背景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,克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,出现了带微处理器的智能密码控制系统,它除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
5、全性、可靠性,应用日益广泛。1.2 电子密码控制简介电子密码控制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。电子密码控制不论性能还是安全性都已大大超过了机械类。其特点如下:1) 保密性好,编码量多,远远大于机械控制。随机开锁成功率几乎为零。2) 密码可变,用户可以随时更改密码,防止密码被盗,同时也可以避免因人员的更替而使控制的保密性下降。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) 无活动零件,不会磨损,寿命长。5) 使用灵活性好,不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁。6) 电子密码控制系统具有操作简单易行,一学即会的特点。2
6、系统设计2.1 选题论证 制作无线遥控密码锁可以用一片AT89S52,以单片机为核心通过编程来实现密码部分使用一片EEPROM实现掉电处理,遥控部分可以采用PT2262和PT2272之所以选择单片机编程是因为编程的灵活性可以弥补硬件电路的不足,EEPROM存储密码使整个系统更安全稳定。2.2 方案选择 方案一:用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路作为密码控制系统的核心控制,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10秒(一般情况下,用户不会超过10秒,若用
7、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2分钟,防止他人的非法操作 。采用数字电路设计方案时设计虽然简单,但控制的准确性和灵活性差。故不采用。方案二:由于单片机种类繁多,各种型号都有其一定的应用环境,因此在选用时要多加比较,合理选择,以期获得最佳的性价比。一般来说在选取单片机时从下面几个方面考虑:性能、存储器、运行速度、I/O口、定时/计数器、串行接口、模拟电路功能、工作电压、功耗、封装形式、抗干扰性、保密性,除了以上的一些还有一些最基本的,比如:中断源的数量和优先级、工作温度范围、有没有低电压检测功能、单片机内有无时钟振荡器、有无上电复位功能等。在开发过程
8、中单片机还受到:开发工具、编程器、开发成本、开发人员的适应性、技术支持和服务等等因素 。基于以上因素本设计选用单片机AT89S52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I/O端口,及其控制的准确性,实现基本的密码控制功能。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。当用户需要开锁时,先按键盘的数字键03输入密码。密码输完系统会自动判断密码正确与否,如果密码输入正确则开锁,不正确显示密码错误重新输入密码,当三次密码错误系统自动锁定并不接收任何输入;当用户需要修改密码时,先按下键盘设置键后输入原来的密码,只有当输入的原密码正确
9、后才能设置新密码。新密码输入无误后按确认键使新密码将得到存储,密码修改成功。可以看出方案二的控制灵活,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硬件电路的设计3.1 主控芯片 AT89S52简介 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有
10、效的解决方案。3.1.1 AT89S52芯片简介AT89S52具有以下标准功能: 8k字节Flash,256字节RAM,32 位I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16 位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。其主要功能特性: 兼容MCS-51指令系统 4k可反复擦写(1000次)Flash ROM3
11、2个双向I/O口 4.5-5.5V工作电压2个16位可编程定时/计数器 时钟频率0-33MHz全双工UART串行中断口线 128x8 bit内部RAM2个外部中断源 低功耗空闲和省电模式中断唤醒省电模式 3级加密软件设置空闲和省电功能 双数据寄存器指针 可以看出AT89C51提供以下标准功能:4K字节Flash闪速存储器,128字节内部RAM,32个I/O口线,两个数据指针,两个16位定时器/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,以及片内振荡器和时钟。同时, AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式时停止CPU的工作,但允许RAM,定
12、时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式是在RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到一个硬件复位。3.1.2 AT89S52引脚功能说明VCC:电源电压GND:地P0口:P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口,也即地址/数据总线复用口,作为输出口用时,每位能驱动8个TTL逻辑门电路,对端口写“1”可作为高阻抗输入端口。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,P0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。P1口:P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/
13、O口,P1的输出缓冲级可驱动(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的输出缓冲级可驱动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I。在访问位地址的外部数据存储器(如执行:MOVX Ri 指令)时,P2口线上的内(也即特殊功能寄存器,在整个访问期间不改变。Flash
14、 编程或校验时,P2也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。作输入端口时,被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流I。P3口除了作为一般的I/O口线外,更重要的用途是它的第二功能,P3口的第二功能如下表2。表2 为 P3口的第二功能端口功能第二功能端口引脚第二功能RXD(P3.0)串行输入口T0(P3.4)定时/计数器0外部输入TXD(P3.1)串行输出口T1(P3.5)定时/计数器1外部输入INT0(P3.2)外中断0WR(P
15、3.6)外部数据存储器写选通INT1(P3.3)外中断1RD(P3.7)外部数据存储器读选通表2RST:复位输入。当振荡工作时,RST引脚出现两个机器周期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。即使不再访问外部存储器,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出的正脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目地,要注意的是:当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH单元的D0位置位,可禁止ALE操作。该位置禁位后,只有一条MOVX 和MOVC指令ALE才会被
16、激活。此外,该引脚伎被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE无效。PSEN:程序储存允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89S51由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次PSEN有效,即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器,高有两次有效的PSEN信号。EA/VPP:外部访问允许。欲使CPU访问外部程序存储器(地址0000HFFFFH),EA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EA端状态。如EA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的编程电压VPP。XTA
17、L1:振荡器反相放大器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。3.2 各部分电路元件介绍 3.2.1 LCD1602液晶显示器1602型LCD的接口信号说明如表:编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2Data I/O2VDD电源正极10D3Data I/O3V0液晶显示偏压信号11D4Data I/O4RS数据/命令选择端(H/L)12D5Data I/O5R/W读写选择端(H/L)13D6Data I/O6E使能信号14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正极8D1Data I/O16BLK背光源负极3.2.2 1602主要技术参数
18、1602型LCD的主要技术参数如表3所示表3-6为 1602型LCD的主要技术参数显示容量芯片工作电压工作电流模块最佳工作电压字符尺寸16X2个字符4.55.52.0mA(5.0V)5.0V2.95X4.35(WXH)mm表33.2.3 LCD1602 基本操作程序 读状态:输入:RS=L,RW=L,E=H 输出:D0-D7=状态字读数据:输入:RS=H,RW=H,E=H 输出:无写指令:输入:RS=L,RW=L,D0-D7=指令码,E=高脉冲 输出:D0-D7=数据写数据:输入:RS=H,RW=L,D0-D7=数据,E=高脉冲 输出:无3.2.4 晶体振荡器晶体振荡器,简称晶振,其作用在于产
19、生原始的时钟频率,这个频率经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率。以声卡为例,要实现对模拟信号44.1kHz或48kHz的采样,频率发生器就必须提供一个44.1kHz或48kHz的时钟频率。如果需要对这两种音频同时支持的话,声卡就需要有两颗晶振。但是现在的娱乐级声卡为了降低成本,通常都采用SCR将输出的采样频率固定在48kHz,但是SRC会对音质带来损害,而且现在的娱乐级声卡都没有很好地解决这个问题。现在应用最广泛的是石英晶体振荡器。 石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器,石英晶体振荡器也称石英晶体谐振器,它用来稳定频率和选择频率,是一种可以取代LC谐振回路的晶体谐
20、振元件。石英晶体振荡器广泛地应用在电视机、影碟机、录像机、无线通讯设备、电子钟表、单片机、数字仪器仪表等电子设备中。为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。在单片机中为其提供时钟频率。石英晶体振荡器是利用石英晶体(二氧化硅的结晶体)的压电效应制成的一种谐振器件,它的基本构成大致是:从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片,它可以是正方形、矩形或圆形等),在它的两个对应面上涂敷上银层用作电极使用,在每个电极上各焊一根引线接到管脚上,再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器,简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装,也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。只要在晶体振子板极上施
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