毕业设计（论文）基于C51单片机的电子密码锁的设计.doc

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1、IVT-REJX-50 苏州工业园区职业技术学院 2011年03月20日毕业设计 2011 届设计名称： 基于C51单片机的电子密码锁的设计 专业名称： 应用电子技术 姓 名 ： 学 号 ： 班 级： 指导教师： 目 录第一章.引言 1 第二章.系统概述 2 2.1系统说明： 2 2.2功能简介： 2 第3章所需芯片简介 3 3.1基于51内核系列单片机简介 4 3.2AT89C51 6 3.3总体硬件设计 7 第4章 系统软件设计与调试 15 第5章软件仿真技术在单片机系统设计中的运用 16 5.1基于Proteus的系统仿真 18 结 论 19 致 谢20摘 要：单片机以其高可靠性、高性价

2、比、低电压、低功耗等一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围推广，广泛应用于工业控制系统，数据采集系统、智能化仪器仪表，及通讯设备、日常消费类产品、玩具等。并且已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各层次中，如车间流水线控制、自动化系统等、智能型家用电器（冰箱、空调、彩电）等，无不含有CPU控制器，即单片机。单片机实际上是一个硬件的芯片，通常很难直接和被控对象进行电气连接，必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能构成一个单片机应用系统。C51控制技术主要以MCS-51系列单片机为核心，以扩展输入、输出、显示、控制等外围电路组成的单片机应用系统为实训目的，以高级语言C语言

3、作为编程语言，完成单片机应用系统的设计和开发。MCS-51系列单片机编程语言目前常用的有两种，一种是汇编语言，另一种是C语言。C语言是一种通用 计算机程序设计语言，在国际上十分流行，它既可用来编写计算机的系统程序，也可以编写一般的应用程序。C语言既具有一般高级语言的特点，又能直接对计算机的硬件进行操作，表达和运算能力也很强，许多以前只能采用汇编语言来解决的问题现在都可以改用C语言来解决。随着科学技术的日新月异，对于便捷的加密防盗技术的要求也越来越高，原有的装置远远不能满足当前电子密码锁的需求。单片机电子密码锁设计的系统具有集成度高，可靠性好，安装方便等优点。单片机以其高可靠性、高性价比、低电压

4、、低功耗等一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围推广，广泛应用于工业控制系统，数据采集系统、智能化仪器仪表，及通讯设备、日常消费类产品、玩具等。本篇设计内容是基于51内核单片机的电子密码锁设计，以51单片机为核心，扩展了1602液晶，4*4矩阵键盘，已经继电器驱动电路，构成了电子密码锁的系统设计。程序采用汇编语言编写，具有结构明了，简单易懂编译方便等特点。关键词：单片机，电子锁，LM016L液晶基于C51单片机的电子密码锁的设计第一章.引言单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围推广，广泛应用于工业控制系统，数据采集系统、智能化仪器仪表，及通讯设备、

5、日常消费类产品、玩具等。单片机是一种控制芯片，一个微型的计算机，而加上晶振，存储器，地址锁存器，逻辑门，七段译码器（显示器），按钮（类似键盘），扩展芯片，接口等那是单片机系统。MCS51是指由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机。随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，电

6、子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的亲睐。第二章.系统概述2.1系统说明：利用4*4键盘组成0-9个数字以及A-F个字母，以及利用了LCD显示来完成一些列的功能。开始运行显示You Password.，C键可以用来设定你要的新密码，然后按D键保存。而F键是用来清除密码的。而B键是用来开锁的，如果正确会显示在第二行显示“Unlock OK!”，否则就显示在第二行显示“ERROR!”。2.2功能简介：）本题使用16*2（LM016L）LCD显示器2）开机时显示“You Password”3）键盘设计键盘值： 0123456789ABCDEFc.09为数字键,及其所对应的L

7、CD显示码；A.上锁键。B开门键：输入密码后，再按此键，经比较密码，正确则令电锁动作（P0.0）。并在第二行显示“Unlock OK!”。如错误则在第二行显示“ERROR!” F;清除键：按此键后，可以把输错的密码删掉；C 如果你要设定新密码，可以按此键 D 当你新密码完成后 。可以按此键保存。第3章所需芯片简介3.1基于51内核系列单片机简介MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品（如图1），与MCS-48单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令,指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或

8、其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍以MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。我们也以这一代表性的机型进行系统的讲解。MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品，其主要功能如下：4kbytes 程序存储器(ROM) 128bytes的数据存储器(RAM)32条I/O口线111条指令，大部分为单字节指令21个专用寄存器2个可编程定时/计数器5个中断源，2个优先级一个全双工串行通信口外部数据存储器寻址空间为 64kB外部程序存储器寻址空间为64kB逻辑操作位寻址功能双列直插40PinDIP封装单一+5V电源供电MCS-51以其典型的结构和完善

9、的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“名机”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。正因为其优越的性能和完善的结构，导致后来的许多厂商多沿用或参考了其体系结构，有许多世界大的电气商丰富和发展了MCS-51单片机，象PHILIPS、Dallas、ATMEL等著名的半导体公司都推出了兼容MCS-51的单片机产品，就连我国的台湾WINBOND公司也发展了兼容C51(人们习惯将MCS-51简称C51,如果没有特别声明，二者同指MCS-51系列单片机)的单片机品种。近年来C51获得了飞速的发展，C51的发源公司INTEL由于忙于开发PC及高端微处理器而无精

10、力继续发展自己的单片机，而由其它厂商将其发展，最典型的是PHILIPS和ATML公司，PHILIPS公司主要是改善其性能，在原来的基础上发展了高速I/O口，A/D转换器，PWM(脉宽调制)、WDT等增强功能，并在低电压、微功耗、扩展串行总线(I2C)和控制网络总线(CAN)等功能加以完善。 3.2 AT89C5151单片机AT89C51中文资料AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器， AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种

11、灵活性高且价廉的方案。1主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路2管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校

12、验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时

13、，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /I

14、NT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个A

15、LE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于

16、施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.3总体硬件设计系统总体的设计主要分4个部分：单片机以及最小系统，矩阵键盘，LM016L液晶显示模块如（图十）（图十）第4章 系统软件设计与调试一、C51源程序：;*; /名称：用1602LCD与24C04设计的电子密码锁/-/说明：初始密码由24C04.BIN设定为“876543”。/ 当输入09中的数字时可以输入密码，不超过6位，输入完成后按下B/ 键开锁，密码正确时LED点亮，液晶屏显示开锁成功。/ 其他键功能是：A上锁 C重新输入密码 D保存新密码 F清除/

17、重设密码时要求先输入正确的密码开锁成功。/-#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int/上次按键和当前按键序号，该矩阵中序号范围为015，16表示无按键uchar Pre_KeyNo=16, KeyNo=16;uchar code Title_Text=Your Password.; /标题字符串uchar DSY_BUFFER10=; /显示缓冲uchar UserPassword10=; /用户输入密码void LCD_Init();/void Display_String(uchar * s

18、tr,uchar LineNo);void Display_String(uchar x,uchar y,uchar *str);void IIC_24C04_Init();void Beep();uchar RecString(uchar Slave,uchar Subadder,uchar *Buffer,uchar N); /从IIC读取数据uchar SendString(uchar Slave,uchar Subadder,uchar *Buffer,uchar N); /从IIC写入数据uchar Keys_Scan(); /键盘扫描，返回键盘号015sbit LED_OPEN=P

19、27; /开锁灯亮sbit BEEP=P37; /蜂鸣器/-/延时/-void DelayMS(uint x)uchar i;while (x-) for (i=0;i120;i+);/-/蜂鸣器子程序/-void Beep()uchar i;for (i=0;i100;i+)DelayMS(1);BEEP=BEEP;/-/清除密码/-void Clear_Password()UserPassword0=0;DSY_BUFFER0=0;/-/ 主程序/-void main() uchar i = 0; uchar IIC_Password10;/=876543; uchar IS_Valid_

20、User = 0; P0 = 0xFF; P1 = 0xFF; P2 = 0xFF; DelayMS(10); LCD_Init(); /初始化LCD IIC_24C04_Init(); /初始化24C04 Display_String(0,0,Title_Text); /在第1行显示标题 /24C04的内容已由初始化BIN文件导入 /将24C04中预先写入的密码读入pass RecString(0xa0, 0 , IIC_Password, 6); IIC_Password6 = 0; while(1) P1 = 0xF0; if(P1 != 0xF0) KeyNo = Keys_Scan(

21、); /扫描键盘获取键序号KeyNo switch ( KeyNo ) case 0: case 1: case 2: case 3: case 4: case 5: case 6: case 7: case 8: if ( i= 5 ) /密码限制在6位以内 /如果i为0则执行一次清屏 if (i=0)Display_String(0,1, ); UserPasswordi = KeyNo + 0; UserPasswordi+1 = 0; DSY_BUFFERi = *; DSY_BUFFERi+1 = 0; Display_String(0,1,DSY_BUFFER); i+; brea

22、k; case 11: /按B键开锁 if (strcmp(UserPassword,IIC_Password) = 0) LED_OPEN = 0; /点亮LED Clear_Password(); Display_String(0,1,Unlock OK! ); IS_Valid_User = 1; else LED_OPEN =1; /关闭LED Clear_Password(); Display_String(0,1,ERROR! ); IS_Valid_User = 0; i = 0; break; case 10: /按A键上锁 LED_OPEN =1; Clear_Passwor

23、d(); Display_String(0,0,Title_Text);Display_String(0,1, ); i = 0; IS_Valid_User = 0; break; case 12: /按C键设置新密码 /如果是合法用户则提示输入新密码 if ( !IS_Valid_User )Display_String(0,1,No Rights! ); else i = 0; Display_String(0,0,New Password );Display_String(0,1, ); break; case 13: /按13键保存新密码 if ( !IS_Valid_User )

24、Display_String(0,1,No Rights! ); else SendString(0xa0, 0 , UserPassword, 6); for(i=0;i7;i+)IIC_Passwordi=UserPasswordi; /重新读入刚写的密码 / RecString(0xa0, 0 , IIC_Password, 6); / IIC_Password6 = 0; i = 0; Display_String(0,0,Title_Text); Display_String(0,1,Password Saved); break; case 15: /按F键消除所有输入 i = 0;

25、 Clear_Password(); Display_String(0,1, ); Beep(); DelayMS(100); P1= 0xF0; while (P1 != 0xF0); /如果有键未释放则等待 while (P1 = 0xF0); /如果没有再次按下按键则等待 RETFINI:NOPEND二、利用keil Uv2进行程序编译与调试1、如图7，keil Uv2的启动界面。图72、新建工程：点击projectnew project,然后选择保存地址。文件名Ley Look,然后选择单片机为AT89C51，生成工程文件。如图8图83、新建文件添加到工程：点击，生成，在此文件下编写程

26、序。写完程序将文件保存为.c文件。右击选择将.c文件添加到工程。如图9图94、编译并生成.C文件右击，单击进入设置界面，在OUTPUT选项卡下选中如图9，点击OK完成。图9第5章软件仿真技术在单片机系统设计中的运用5.1基于Proteus的系统仿真一、Proteus Professional界面介绍安装完 Proteus后，运行ISIS 6 Professional，会出现下面这个窗口：图12为方便介绍，我分别对窗口内各部分进行了说明（图7）。下面简单介绍各部分的功能：1.原理图编辑窗口（The Editing Window）顾名思义，它是用来绘制原理图的。蓝色方框内为可编辑区，元件要放到它里

27、面。注意，这个窗口是没有滚动条的，你可以用预览窗口来改变原理图的可视范围。 2、预览窗口（The Overview Window)它可以显示两个内容。一个是：当你在元件列表中选择一个元件时，它会显示该元件的预览图；另一个是：当你的鼠标焦点落在原理图编辑窗口时（即放置元件到原理图编辑窗口后或在原理图编辑窗口中点击鼠标后），它会显示整张原理图的缩略图，并会显示一个绿色的方框，绿色方框里面的内容就是当前原理图窗口中显示的内容，因此你可用鼠标在它上面点击来改变绿色方框的位置，从而改变原理图的可视范围。 图133.模型选择元件栏（Mode Selector Toolbar）主要模型（Main Modes

28、） 由左向右功能分别为：选择元件（components)（默认选择的） 、放置连接点 、放置标签（用总线时会用到） 、放置文本、用于绘制总线 、用于放置子电路 、用于即时编辑元件参数（先单击该图标再单击要修改的元件） 配件（Gadgets)由左向右功能分别为： 终端接口（terminala):有VCC、地、输出、输入等接口 器件引脚：用于绘制各种引脚 仿真图表（graph）：用于各种分析，如Noise Analysis 录音机 信号发生器（generators) 电压探针：使用仿真图表时要用到 电流探针：使用仿真图表时要用到 虚拟仪表：有示波器等 2D图形（2D Graphics）：由左向右功

29、能分别为：画各种直线 、画各种方框 、画各种圆 、画各种圆弧 、画各种多边形 、画各种文本 、画符号 、画原点等 4.元件列表（The Object Selector)用于挑选元件（components）、终端接口（terminals)、信号发生器（generators)、仿真图表（graph)等。举例，当你选择“元件（components）”，单击“P”按钮会打开挑选元件对话框，选择了一个元件后（单击了OK后），该元件会在元件列表中显示，以后要用到该元件时，只需在元件列表中选择即可。5.方向工具栏（Orientation Toolbar)旋转：旋转角度只能是90的整倍数。翻转：水平翻转和垂直

30、翻转。使用方法：先右键单击元件，再点击（左击）相应的旋转图标。6.仿真工具栏仿真控制按钮由左向右功能分别为：运行、单步运行 、暂停 、停止 结 论通过这次做毕业论文使自己对课本上的知识可以应用于实际，使的理论与实际相结合，加深自己对课本知识的理解，同时实习也段练了我个人的分析能力：能够充分利用图书馆去查阅资料，以及应用网络查阅资料，这样使我增加了许多课本以外的知识。能对protel 99、和ISIS 6 Professional等仿真软件操作，能达到学以致用。使我受益匪浅。对我们来说，理论与实际同样重要，这也是我在实习过程中领悟出来的。就像是硬件和软件二者缺一不可，相辅相成。只有充分掌握了，才

31、能达到最完美的成效。由于自己在实习。时间也不是很充裕，没多的时间能多多请教老师，解决些问题，自己有很多知识不是很扎实，在做的过程中只能自己再温习一遍老师上课讲的内容。大致又看了一遍，还有许多的不足，不够完美，请老师多多批评指正。希望以后能做的更好。致 谢由于经验的缺乏以及知识的有限，难免有许多考虑不周全的地方。如果没有老师的督促指导，以及同学们的帮助和图书馆的资料，想要顺利完成这次的毕业设计，想必是一件很难完成的事。 在这里首先要感谢我的指导老师-郭佳星老师。他平日里工作繁多，但他却在我论文的每个阶段给予了我悉心的指导。，使我能顺利的完成设计。其次要感谢在我做毕业论文中给我提供资料和帮助的同学们。使我克服了许多困难来完成此次毕业设计，培养了互帮互助的精神，使我们的友谊更上一层楼，彼此也掌握了更多的知识。在此我想说，因为有了你们的支持和鼓励，我的毕业设计才会顺利完成。最后我要特别感谢的是在三年的学习中指导过我的老师们，是他们交给了我丰富的知识、求职的技巧和做人的道理，对他们的感激之情是无法用言语表达的。