毕业设计(论文)基于AT89C51单片机密码锁设计.doc
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1、 摘要本毕业设计介绍了基于单片机电子密码锁的设计,该设计硬件主要由AT89C51最小系统、矩阵电路、LCD显示电路、电源电路和报警电路等几部分组成。软件主要由C语言编程。该密码锁由单片机技术,通过矩阵电路设置、修改密码、保护密码,并由LCD显示密码输入,从而实现对密码的设置、保护。关键词:AT89C51单片机; 密码; 报警; LCD Abstract The graduation design introduced electronic locks based on single chip design, this design hardware mainly by AT89C51 mini
2、mum system, the matrix circuit, LCD display circuit, the power supply circuit and alarm circuit to wait for a few parts. Software is mainly by the C programming language. This combination lock by single chip microcomputer, set up by the matrix circuit, cipher amending and password protection, and th
3、e LCD display password input, so as to achieve the password set, protectionKeywords: at89c51SCM; Password; Alarm;LCD目录1 绪论.11.1 密码锁的背景及意义.11.2 电子密码锁的发展趋势.11.3设计方案的确定.21.3.1 系统的内容及具体要求.21.3.2 总体方案的选定.22 系统组成与原理图.32.1 系统的组成.32.2 系统工作原理.43 系统硬件设计.53.1 AT89C51的简介.53.1.1 主要参数.53.1.2 引脚功能说明.63.1.3 单片机最小系统
4、.83.1.3.1晶振时钟电路.83.1.3.2复位电路的.93.2 液晶显示器LCD的简介.103.3 电源电路的.113.4 矩阵键盘.123.5 LCD显示电路.133.6 报警电路的.144 系统软件设计.15 4.1 软件设计的方框图.154.2 系统程序.165 总结与展望.26参考文献.27附录.28附录一.28附录二.29致谢.301 绪论1.1 密码锁的背景及意义 伴随着现在电子技术和科学技术的快速发展,随着单片机性能不断完善,性能价格比也随着显著提高,技术日趋完善。由于单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强及运算速度快等特点,因此在国民经济建设、军事及家用电
5、器等各个领域均得到了广泛的应用。本设计利用单片机及附加电子元器件实现数据采集和控制算法,来完成某一实际功能,检验并提高大学生对整体电路设计和把握能力,了解单片机系统设计流程,以及电路板的实际制作和调试能力。同时也加强对数字电路、单片机和微机原理等课程知识的实际应用能力,也为同类产品的进一步发展奠定理论和实践基础。随着科技水平的提高和人们安全意识的加强,对安全和个人的隐私的要求也就越来越高。机械锁自古以来就是把守护门的铁将军,人们对它要求甚高,既要安全可靠的防盗,又要使用方便,这也是制锁者长期以来研制的主题。伴随着电子技术的发展,各类电子产品应运而生,电子密码锁就是其中之一。据有关资料介绍,电子
6、密码锁的研究从20世纪30年代就开始了,在一些特殊场所早就有所应用。这种锁是通过键盘输入一组密码完成开锁过程。研究这种锁的初衷,就是为提高锁的安全性。由于电子锁的密钥量(密码量)极大,可以与机械锁配合使用,并且可以避免因钥匙被仿制而留下安全隐患。电子锁只需记住一组密码,无需携带金属钥匙,免除了人们携带金属钥匙的烦恼,而被越来越多的人所欣赏。1.2 电子密码锁的发展趋势现在,电子密码锁使用于各个领域,尤其在国民建设,和军事领域具有突出贡献。现在的密码锁内的信息包括了数字、字符、图形图像、人体生物特征和时间等,对电子锁的要求也越来越高。电子技术必是各国发展的优先技术。1.3 设计方案的确定1.3.
7、1 系统的内容及具体要求(1) 共设置8位密码,每位密码值范围0-9;(2) 用户可以自行设定和修改密码;(3) 按每个密码键时都有声音提示;(4) 开锁密码连续错3次需报警30S,报警期间输入密码无效,以防止窃贼多次试探密码。1.3.2 课题方案的选定方案一:采用数字电路控制 采用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3秒(一般情况下,用户不会超过3秒,若用户觉得不便,还可以修改)电路将报警60秒,
8、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。采用数字电路设计的方案好处就是设计简单但控制的准确性和灵活性差。故不采用。方案二:采用一种是用以AT89C51为核心的单片机控制方案选用单片机AT89C51 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IO端口,及其控制的准确性,实现基本的密码锁功能。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,外接蜂鸣器用于输错三次密码报警,发光二级管用于提示作用。因为此方案灵活多变,灵活性好,内容丰富且保密性强、还具有扩展功能。因此选择者方案。2系统的组成及原理图2.1 系统的组成
9、如图1所示系统框图:主要由电源电路、矩阵电路、单片机最小系统、报警电路、显示电路等几部分组成。其中矩阵电路用于输入数字的密码和进行各种功能的实现。可以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自己保存的密码进行对比,从而判断密码是否正确,然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者报警电路控制开锁还是报警。LCD则是显示密码的输入进程的,输入正确则会显示开锁成功,同时发光二级管灯亮。电源电路提供电压电流保证。从而使系统电路顺利工作。图1 系统原理方框图 2.2 系统工作原理如图2所示电路原理图,是以单片机为主要控制中心,外部连接LCD1602,矩阵键盘电路,电源电路,报警电路,
10、复位电路等。其中P3.0P3.7口接矩阵键盘电路,XTAL1和XTAl2接晶振电路,P2.0口接报警电路,P0口接LCD显示电路,RST接复位电路。每个电路都是由单片机控制,从而实现系统的功能。图2 电路原理图 3 系统硬件设计3.1 AT89C51单片机系统At89c51是美国公司atmel在1944年以EEPROM技术与Inter公司的80C51内核的使用权进行交换,然后将flash技术与80C51内核相结合,形成了片内带有flash存储器的AT89C51系列的单片机。AT89C51单片机继承了原来单片机的原有功能,而且完全兼容。并且在此基础上增加了一些新的功能,如看门狗定时器WDT、IS
11、P(在系统编程也叫在线编程)及SPI串行接口技术等。片内flash存储器允许在线(+5)电擦除。电写入或使用编程器对其重复编程。此外AT89C51系列单片机的还有具有功耗小,价格低廉,在线的EEPROM可以实现在线编程且可以重复编程,因此受到很多单片机爱好者欢迎。 3.1.1 主要参数(1) 与MCS-51 兼容(2) 4K字节可编程闪烁存储器 (3) 寿命:1000写/擦循环 (4) 数据保留时间:10年 (5) 全静态工作:0Hz-24Hz (6) 三级程序存储器锁定 (7) 128*8位内部RAM (8) 32可编程I/O线 (9) 两个16位定时器/计数器 (10) 5个中断源(11)
12、 可编程串行通道(12) 低功耗的闲置和掉电模式(13) 片内振荡器和时钟电路3.1.2 引脚功能说明 单片机引脚如图3所示 图3 单片机各引脚图40个引脚按其功能科分为三类:(1) 电源及时钟引脚-Vcc、GND;XTAL1、XTAL2。(2) 控制引脚-/PSEN、ALE/PROG、/EA/Vpp、RST(3) I/O口引脚-P0、P1、P2、P3、为四个8为位I/O口的外部引脚下面结合图2一一介绍各引脚的功能(1) 电源引脚(1)Vcc(40)脚:接+5V电源(2)GND(20):接地(2) 时钟引脚(1)XTAL1(19):片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路的输入端,当使用片内振荡器
13、时,该引脚连接外部石英晶体和微调电容,当采用外部接时钟源时,该引脚接外部的时钟振荡器的信号。(2) XTAL2(18):片内振荡器的反相放大器的输出端,当使用片内振荡器时,该引脚连接外部石英晶体和微调电容;当采用外部时钟源时、该引脚悬空。(3) 控制引脚此类引脚提供控制信号,有的引脚还具有复用功能。RST(9):复位信号输入端,高电平有效。再次引脚加上持续时间大于2个机器周期的高电平,就可以使单片机复位。在单片机正常工作时,此引脚应为小于且等于0.5V的低电平。/EA/Vpp(31):/EA为该引脚第一功能,既外部程序存储器访问允许控制端。当/EA引脚接高电平时,在PC值不超过0FFF时,将自
14、动转向读取片外60KB(1000H-FFFFH)程序存储器空间中的程序。当/EA引脚接低电平时,只读取外部程序存储器中的内容,读取的地址范围为0000HFFFFH,片内的4KBFlash程序存储器不起作用。Vpp为该引脚的第二功能,既在对片内的Flash进行编程时,Vpp引脚接入编程变压。/PROG、ALE(30):ALE为CPU访问外部程序存储器或外部数据存储器提供一个地址锁存信号,将低8位地址锁存在片外的地址锁存器中。/PROG为该引脚的第二功能,即在片内Flash存储器编程时,此引脚作为编程脉冲的输入端。/PSEN(29):片外程序存储器的读选通信号,低电平有效。4.1.2.3 并行I/
15、O引脚P0:8位,漏极开路的双向I/O口。当AT89C51扩展外部存储器及I/O接口芯片时,P0口作为地址总线及数据总线的分时复用端口。P0口也可作为通用的I/O使用,但需加上拉电阻,这时为准双向口。P1:8位,Pl 是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口,Pl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“l”,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),Flash编程和程序校验期间,Pl接收低8位地址。P2 :8位,P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向IO 口,P2 的输出
16、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MOVXDPTR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MOVXRi 指令)时,P2 口线上的内容(也即特殊功能寄存器(SFR)区中P2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 :8位,P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I0 口
17、。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。P3口除了作为一般的I0口线外。此外,P3口还有一些特殊功能,如下所示:1) P3.0 RXD(串行输入口) 2) P3.1 TXD(串行输出口)3) P3.2 /INT0(外部中断0)4) P3.3 /INT1(外部中断1)5) P3.4 T0(记时器0外部输入)6) P3.5 T1(记时器1外部输入)7) P3.6 /WR(外部数据存储器写选通)8) P3.7 /RD(外部数据存储器读选通)3.1.3 单片机最小系统3.1.3.1晶振时钟电路AT89C51 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器,引脚XTAL1和XT
18、AL2 分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的 片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。实现电路如图4所示 图4 晶振电路 用了两个30PF的电容,12MHZ的晶振构成内部振荡电路。3.1.3.2复位电路通常单片机的基本复位方法:一个是上电复位,一个是开关复位(也就是手动复位)本设计采用开关复位的方法。复位电路如图5所示图5 复位电路 电路由一开关,一极性电容和一电阻构成。按键后:电容器被短路放电、RST直接和VCC相连,就是高电平,此时进入“复位状态”。松手后:电源开始对电容器充电,此时,充电电流在电阻上,形成高电平送到RST,仍然是“复位状态”;稍后,充电结束,电流
19、降为0,电阻上的电压也将为0,RST降为低电平,开始正常工作。3.2 液晶显示器LCD的简介(1) LCD基本原理: 液晶体液晶板上排列着若干57 或510 点阵的字符显示位,每个显示位可显示1 个字符,从规格上分为每行8、16、20、24、32、40 位,有一行、两行及四行三类。 工作电路它由KS0066、KS0065 及几个电阻电容组成。KS0065 是扩展显示字符用的(例如:16 个字符1 行模块就可不用KS0065,16 个字符2 行模块就要用1 片KS0065)接口方面,有8 条数据,三条控线。可与微处理器或微控制相连,通过送入数据和指令,就可使模块正常工作。 LCD 驱动器和控制器
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