单片机课程设计报告基于单片机的电子密码锁.doc

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1、单片机课程设计报告 课题名称：基于单片机的电子密码锁学 校：系 别：机械电子工程系专 业：应用电子技术姓 名：学 号：指导教师：目录一 设计总说明- 3 -二 电子密码锁的系统设计- 4 -2.1设计方案论证与比较- 4 -2.2电子密码锁总体设计- 4 -三 硬件电路设计- 5 -3.1单片机AT89C51简介- 5 -3.2 44矩阵键盘- 5 -3.3 震荡电路- 6 -3.4 外部存储器电路- 6 -3.5 1602LCD液晶显示- 7 -3.6 LED及蜂鸣器- 7 -3.7完整电路图及元器件清单- 8 -四 软件程序设计- 9 -4.1程序设计流程图- 9 -4.2 电子密码锁源程

2、序- 10 -五 仿真调试- 15 -5.1 使用Keil生成hex文件- 15 -5.2 使用Proteus仿真过程- 16 -六 总结与体会- 19 -七 参考文献及PCB封装图- 19 -7.1 参考文献- 19 -7.2 PCB封装图- 20 -一 设计总说明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

3、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。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，按键确

4、实按下，发出提示音。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。（3） 断电后密码可保存。电子密码锁的设计主要由三部分组成：44矩阵键盘接口电路、密码锁的控制电路、密码存储电路、输出显示电路。另外系统还有LED提示灯，蜂鸣器等。密码锁设计的关键问题是实现密码的输入、清除、更改、开锁等功能：（1） 密码输入功能：按下一个数字键，依次输入密码。（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并保存。（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

5、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Proteus Pro7.7设计硬件电路原理图，并设计PCB图完成布线。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。第四部，使用PROTEUS软件进行模拟软、硬件调试，完成本次课程设计。摘要（关键词）：电子密码锁 AT89C51 44矩阵键盘 密码输入与修改二 电子密码锁的系统设计2.1设计方案论证与比较方案一：卡片式电子密码锁。卡片式电子密码锁,它利用光电耦合的方式，将密码信息从打孔的形式做在卡片上 ,只要将卡片插入锁内，就能将锁打开。

6、如果卡片上密码信息不对,密码锁发出报警声。这种方法是需要卡片做为钥匙，容易被盗和被仿制，安全性不高。方案二：磁卡式电子密码锁，具有功能强、故障率低、可靠性高和工作寿命长等优点，但这种方法的缺点是磁卡容易消磁，对用户造成不必要的麻烦。方案三：用AT89C51设计的多功能密码锁。以单片机作为微控制器，可以实现基于以上优点，本系统选用该方案作为设计方案。按键有效指示、输入错误、控制开锁、错误报警、密码修改等功能，工作稳定可靠，保密性高，实用性强。2.2电子密码锁总体设计51单片机44键盘LCD外部存储器扬声器晶振电路发光二极管等图2-1系统原理框图三 硬件电路设计3.1单片机AT89C51简介AT8

7、9C51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的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128bytes的随机存取数据序存器（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，AT89C51单片机为许多嵌入式控制系统提供了一种灵活行高且价廉的方案。主要特性: 与MCS-51 兼容 4K字节可编程FLASH存储器(寿命：1000写/擦循环) 全静态工作：0Hz-24KHz 三级程序存储器保密锁定 128*8位内部RAM 32条可编程I/O线 两个16

8、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 图3-1 AT89C51引脚图3.2 44矩阵键盘如图3-2所示，本系统采用44矩阵键盘，16个按键分为输入数字键：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9；功能键确定、上锁、修改密码、保存密码、CLR。 图图图3-2 44 矩阵键盘3.3 震荡电路 图 3-3 振荡电路本设计晶振选择频率为12MHZ，电容选择30pF如图3-3。经计算得单片机工作机器周期为：12（112M）=1us。3.4 外部存储器电路为了保证用户密码在系统掉电时不会丢失，本系统采用AT24C04的EEPROM存储器来存储用户密码。电擦

9、除可编程只读存储器EEPROM(Electrically Erasable PROM)是近年来开始被广泛使用的一种只读存储器，它能在应用系统中进行在线改写，并能在掉电的情况下保存数据而不需保证电源，因而完全符合系统的设计要求。虽然EEPROM的擦除时间较长，但这不影响整个系统的功能。在本系统，用户设定的密码就存于EEPROM AT24C04中。AT24C04与单片机之间采用I2C总线通讯方式。 图3-4 24C04A外部存储器3.5 1602LCD液晶显示 图3-5 LCD液晶显示主要技术参数显示容量芯片工作电压工作电流最佳工作电压字符尺寸162个字符4.55.5V2.0mA(5.0V)5.0

10、V3.954.35mm3.6 LED及蜂鸣器图3-6 LED开锁提示 如图，LED模拟锁的开关状态。若LED亮，表示密码正确，开锁。 图 3-7 蜂鸣器 按键按下，密码锁打开等动作实现时发出提示音。3.7完整电路图及元器件清单 图3-8 仿真电路图元器件规格/型号数量单片机AT89C511存储器24C04A1LCDLM016L1晶振CRYSTAL1瓷片电容CAP2电解电容CAP-ELEC电阻RES2电阻排RESPACK-81发光二级管LED-YELLOW1蜂鸣器SOUNDER1按钮BUTTON16 表3-9 元件清单四 软件程序设计程序主要完成：开始时LCD显示“Your Password”提

11、示输入密码，输入密码后按下确认键，系统会将所输入与系统密码进行比对。若输入密码正确则显示“Unlock OK”开锁，然后可以选择上锁或者修改密码，如果密码错误则显示“ERROR”。开锁后，按下上锁键，系统上锁并返回，选择修改密码则可以对系统进行修改密码操作。4.1程序设计流程图开始输入密码正确否？开锁判断按键上锁键修改密码键上锁结束输入新密码修改密码YesNo 图4-1 程序设计流程图 4.2 电子密码锁源程序/-Main.c-/名称：电子密码锁/-/ 当输入0-9中的数字时可以输入密码，不超过6位，输入完成后按下A/ 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：B上锁

12、 C重新输入密码 D保存新密码 E清除。/ 重设密码时要求先输入正确的密码成功开锁。/-#include #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define Delay4us();/上次按键和当前按键序号，该矩阵中序号范围为0-15,16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 UserPassword1

13、0 = ;/用户输入的密码void LCD_Init();/液晶初始化void Display_String(uchar * str, uchar LineNo);/在液晶指定行显示字符串void IIC_24C04_Init();/IIC初始化void Beep();/蜂鸣器uchar RecString (uchar Slave,uchar Subaddr,uchar *Buffer,uchar N);/从IIC读取数据uchar SendString (uchar Slave,uchar Subaddr,uchar *Buffer,uchar N);/向IIC写入数据uchar Keys

14、_Scan();/键盘扫描，返回键盘号0-15sbit LED_OPEN =P27;/开锁亮灯sbit BEEP =P37;/蜂鸣器/-/ 延时/-void DelayMS(uint x)uchar i;while (x-) for (i = 0;i 120; i+);/-/ 蜂鸣器子程序/-void Beep()uchar i;for (i = 0;i 100; i+)DelayMS(1); BEEP = BEEP;BEEP=0;/-/ 清除密码/-void Clear_Password()UserPassword0 = 0;DSY_BUFFER0 = 0;/-/ 主程序/-void mai

15、n() uchar i = 0; uchar IIC_Password10; uchar IS_Valid_User = 0; P0 = 0xFF; P1 = 0xFF; P2 = 0xFF; TMOD = 0x02; /T0设置为8位自动重装模式 TH0 = 175; TL0 = 175; TR0 = 1; /启动T0 DelayMS(10); LCD_Init(); /初始化LCD IIC_24C04_Init(); /初始化24C04 Display_String(Title_Text,0x00); /在第1行显示标题 RecString(0xa0, 0 , IIC_Password,

16、6); IIC_Password6 = 0; while(1) P1 = 0xF0; if(P1 != 0xF0) KeyNo = Keys_Scan(); /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: case 9: 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( ,0x40); UserPasswordi = KeyNo + 0; UserPasswo

17、rdi+1 = 0; DSY_BUFFERi = *; DSY_BUFFERi+1 = 0; Display_String(DSY_BUFFER,0x40); i+; break; case 10: /按A键开锁 if (strcmp(UserPassword,IIC_Password) = 0) LED_OPEN = 0; /点亮LED Clear_Password(); Display_String(Unlock OK! ,0x40); IS_Valid_User = 1; else LED_OPEN =1; /关闭LED Clear_Password(); Display_String(

18、ERROR ! ,0x40); IS_Valid_User = 0; i = 0; break; case 11: /按B键上锁 LED_OPEN =1; Clear_Password(); Display_String(Title_Text,0x00); Display_String( ,0x40); 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(No rights !,0x40); else i = 0; Display_St

19、ring(New Password: ,0x00); Display_String( ,0x40); break; case 13: /按D键保存新密码 if ( !IS_Valid_User ) Display_String(No rights !,0x40); else SendString(0xa0, 0 , UserPassword, 6); /重新读入刚写的密码 RecString(0xa0, 0 , IIC_Password, 6); IIC_Password6 = 0; i = 0; Display_String(Title_Text,0x00); Display_String(

20、Password Saved! ,0x40); break; case 14: /按E键消除所有输入 i = 0; Clear_Password(); Display_String( ,0x40); 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 /- 24C04.c -/ 24C04 IIC 读/写程序/-sbit SCL = P32;/串行时钟sbit SDA = P33;/串行数据/-/ 起始位/-void Start()SDA = 1; S

21、CL = 1; Delay4us();SDA = 0; Delay4us(); SCL = 0;/-/ 停止位/-void Stop()SDA = 0; SCL = 1; Delay4us(); SDA = 1; Delay4us(); SCL = 0;/-/ IIC总线初始化/-void ACK()SDA = 0; SCL = 1; Delay4us(); SCL = 0; SDA =1;/-/ 发送非应答信号/-void NO_ACK()SDA = 1; SCL =1; Delay4us(); SCL = 0; SDA = 0;/-/ 从芯片读取1字节/-uchar RecByte()uc

22、har i,rd;rd = 0x00;SDA = 1;/置数据线为输入方式for(i = 0;i 8; i+)SCL = 1; rd = 1; rd|=SDA; Delay4us();SCL = 0; Delay4us();SCL = 0;Delay4us();return rd;/-/ 向芯片发送1字节/-uchar SendByte(uchar wd)uchar i;bit ack0;for(i = 0;i 8;i+)/循环移入8位SDA = (bit)(wd & 0x80);_nop_(); _nop_(); SCL = 1; Delay4us(); SCL = 0 ;wd = 1;De

23、lay4us();SDA = 1;/释放总线并准备读取应答SCL = 1;Delay4us();ack0 = !SDA;/0表示无应答SCL = 0;Delay4us();return ack0;/返回应答/-/ 发送多字节数据函数/-uchar SendString(uchar Slave,uchar Subaddr,uchar *Buffer,uchar N)uchar i;Start();if (!SendByte(Slave)return 0;/器件地址if (!SendByte(Subaddr) return 0;/器件子地址Start();if (!SendByte(Slave +

24、 1) return 0;/器件地址，读操作for (i = 0; i 4 0x0F;/对 0-3行分别附加起始值 0,4,8,12switch (Tmp)case 1: KeyNo += 0; break;case 2: KeyNo += 4; break;case 4: KeyNo += 8; break;case 8: KeyNo += 12;return KeyNo; 五 仿真调试5.1 使用Keil生成hex文件 将上述代码经Keil生成hex文件以便Proteus仿真。Keil界面如下图： 图 5-1 Keil的使用5.2 使用Proteus仿真过程使用Proteus绘制原理图，然

25、后将上一步Keil生成的hex程序文件载入到单片机中，点击运行，过程大致如下：1.初始界面：LCD显示“Your Password.”,提示输入密码，如下图： 图 5-2 初始界面2.密码输入：输入密码，按确定键，如果正确，显示“Unlock OK!”并解锁。 图 5-3 密码正确 图 5-4 灯亮开锁输入密码，按确定键，如果错误，则显示“Error!”，不解锁。 图 5-5 密码错误 图 5-6 锁未开3.密码修改及保存：在密码输入正确，锁打开的情况下，按“修改密码”键，进入密码修改界面： 图 5-7 输入新密码输入新密码后，按“保存密码”键，保存新密码： 图 5-8 保存密码六 总结与体会

26、通过这次课程设计，让我复习了很多学过的旧知识，同时锻炼了自己的动手能力和查阅资料。尤其是解决在实际中解决排查问题的能力。1、 通过这次的设计，我熟悉了使用Proteus的技巧，熟悉并了解了一些电子元件。2、 在设计中，我学到了如何使用C语言对单片机进行编写程序，熟悉了使用KEIL软件，并且加深了对单片机的编程技巧。3、 在做这个设计的过程中，我遇到了不少的问题。这锻炼了我筛选、查阅资料，并将理论结合到自己的设计中的能力。一步一步的排除故障原因，找到故障的原因并解决故障。4、 这次的设计使我对模拟电子、数字电子知识加深了了解，尤其是在对电路进行调试的时候，出现了很多这些方面的问题，通过对以往知识的复习巩固，将问题解决。这次的设计有很多的不足，和现实的产品有很大的的差距，例如没有更好的加密方法，电动锁的部分在实物中使用一个LED代替等，还可以做得更好。最后，要感谢在这次课程设计过程中帮助我的老师同学们。七 参考文献及PCB封装图7.1 参考文献1 侯玉宝 陈忠平等.基于Proteus的51系列单片机设计与仿真