【正文】 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 電子密碼鎖控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 張思雨 班級(jí) B 電氣 094 學(xué)號(hào) 0910601410 指導(dǎo)教師 張?zhí)m紅 完成日期 2021 年 6 月 10 日 鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（ 2021） 1 目錄 1 課題設(shè)計(jì)目標(biāo) ..................................................... 2 2 總體設(shè)計(jì)方案 ..................................................... 2 設(shè)計(jì)思路 .................................................... 2 方案確立 .................................................... 2 3 硬件電路方框圖 ................................................... 2 單片機(jī)及其最小系統(tǒng) .......................................... 3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) ......................................... 3 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) ......................................... 3 密碼鎖電路 .................................................. 4 按鍵電路的設(shè)計(jì) ......................................... 4 LCD 顯示電路 ........................................... 5 4 程序設(shè)計(jì) ......................................................... 7 模塊介紹 .................................................... 7 5 課程設(shè)計(jì)總結(jié) ..................................................... 8 6 參考文獻(xiàn) ......................................................... 9 7 附 錄 ........................................................... 10 附錄一 總電路原理圖 ............................................ 10 附錄二：電子密碼鎖的 PCB 圖 ..................................... 11 附錄三：電子密碼鎖的實(shí)物圖 ..................................... 12 附錄四：元器件清單 ............................................. 14 附錄五 源程序清單 .............................................. 15 鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（ 2021） 2 1 課題設(shè)計(jì)目標(biāo) 本設(shè)計(jì)采用 MCS51 系列單片機(jī) AT89S52 作為主控芯片，結(jié)合外圍電路，設(shè)計(jì)密碼鎖控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)： 2 總體設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)思路 該電路是一種采用以 AT89S52為核心的單片機(jī)控制方案。 利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的 IO端口，及其控制的準(zhǔn)確性，不但能實(shí)現(xiàn)基本的密碼鎖功能，還能根據(jù)實(shí)際需要添加調(diào)電存儲(chǔ)、聲光提示功能。 方案確立 (1)為了實(shí)現(xiàn)密碼的保密性，采用一個(gè) 44 的矩陣式鍵盤(pán)可以任意設(shè)置用戶密碼，從 而提高了密碼的保密性。 (2)采用 LCD 顯示單元，提高了可讀性 ,提供良好的人機(jī)界面。 3 硬件電路方框圖 電路由兩大部分組成： AT89S51 單片機(jī)及其外圍電路和密碼鎖電路。 密碼鎖電路包含：矩陣鍵盤(pán)輸入、 LCD指示電路、報(bào)警控制電路、 AT24C02掉電存儲(chǔ)電路。其原理方框圖如圖 。 鍵盤(pán)輸入模塊開(kāi)鎖電路密碼存儲(chǔ)模塊晶振電路ＡT89Ｃ52L C D 顯示模塊復(fù)位電路 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（ 2021） 3 單片機(jī)及其最小系統(tǒng) 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)啟運(yùn)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，其作用是使 CPU 和系統(tǒng)中其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始 工作。因而，復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。但單片機(jī)本身是不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn)。該復(fù)位電路采用按鍵電平復(fù)位式復(fù)位電路。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵 S 后松開(kāi)，在復(fù)位引腳 RET（ 9 腳）腳持續(xù)出現(xiàn) 24 個(gè)振蕩器脈沖周期（即 2個(gè)機(jī)器周期）的高電平信號(hào)將使單片機(jī)復(fù)位。也能使 RST 為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位的操作。如圖 所示。 圖 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)序脈沖，單片機(jī)所有運(yùn)算與控制過(guò)程都是在統(tǒng)一的時(shí)序脈沖的驅(qū)動(dòng)下的進(jìn)行的 ，如果單片機(jī)的時(shí)鐘電路停止工作（晶振停振），那么單片機(jī)也就停止運(yùn)行了。當(dāng)采用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，連接方法如下圖所示，在晶振引腳 XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）引腳之間接入一個(gè) 晶振，兩個(gè)引腳對(duì)地分別再接入一個(gè)電容即可產(chǎn)生所需的時(shí)鐘信號(hào)，電容的容量一般在幾十皮法，如 20PF。如圖 。 鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（ 2021） 4 C1C2Y1X T A L 1X T A L 2 圖 時(shí)鐘電路 密碼鎖電路 按鍵電路的設(shè)計(jì) 為了加強(qiáng)密碼的保密性，采用一個(gè) 44 的矩陣式鍵盤(pán)可以任意設(shè)置用戶密碼（ 116 位長(zhǎng)度），從而提高了密碼的保密性， 同時(shí)也能減少與單片機(jī)接口時(shí)所占用的 I/O 口線的數(shù)目，節(jié)省了單片機(jī)的寶貴資源，在按鍵比較多的時(shí)候，通常采用這種方法。其原理圖如圖 。 圖 矩陣鍵盤(pán)電路 鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（ 2021） 5 每一行與每一列的交叉處不相同，而是通過(guò)一個(gè)按鍵來(lái)連通，利用這種行列式矩陣結(jié)構(gòu)只需要 N根行線與 M 根列線，即可組成具有 N M 個(gè)按鍵的矩陣鍵盤(pán)。 在這種行列式矩陣鍵盤(pán)編碼的單片機(jī)系統(tǒng)中，鍵盤(pán)處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認(rèn)有無(wú)按鍵按下的程序段。 當(dāng)確認(rèn)有按鍵按下后，下一步就是要識(shí)別哪一個(gè)按鍵被按下。對(duì)鍵的識(shí)別方法通常有兩種：一種是通用的組行掃描 查詢法；另一種是速度較快的線反轉(zhuǎn)法。 此系統(tǒng)中，我們采用線反轉(zhuǎn)法。首先辨別鍵盤(pán)中有無(wú)按鍵被按下，在單片機(jī)I/O 口向鍵盤(pán)送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來(lái)判斷。具體方法是：向行線輸出全掃描字 00H，把全部列線置成低電平，然后將列線的電平狀態(tài)讀入累加器 A中。如果有按鍵被按下，總會(huì)有一根行線電瓶被拉至低電平從而使行線不全為 1。 判斷鍵盤(pán)中哪一個(gè)按鍵被按下通常是通過(guò)將列線逐列至低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。方法是：依次給列線送低電平，然后檢查所有行線狀態(tài)，如果全為 1，則所按下的按鍵不在此列；如果不全為 1，則所按下的 按鍵必在此列，而且是在與零電平行線相交的交點(diǎn)上的那個(gè)按鍵。 10 個(gè)數(shù)字鍵用來(lái)輸入密碼，另外 2個(gè)功能鍵分別是：確認(rèn)、取消。其中退格鍵的功能是當(dāng)輸入密碼錯(cuò)誤的時(shí)候，清除前面已經(jīng)輸入的數(shù)據(jù)，重新輸入。確認(rèn)鍵的功能是確認(rèn)輸入的密碼。 按鍵功能表 按鍵 鍵名 功能說(shuō)明 09鍵 數(shù)字鍵 輸入密碼 E鍵 確認(rèn) 確認(rèn)密碼 F鍵 退格 退出 LCD 顯示電路 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的顯示電路是為了給使用者以提示而設(shè)置的。 因?yàn)橄到y(tǒng)具有賬戶管理系統(tǒng)，使用 LCD 可以為用戶提供更友好的人機(jī)界面，故選用 LCD1602 作為 顯示器件 。開(kāi)鎖時(shí)，按下鍵盤(pán)上的開(kāi)鎖按鍵后，利用鍵盤(pán)上的數(shù)字鍵 0－ 9輸入密碼，每按下一個(gè)數(shù)字鍵后在顯示器上顯示一個(gè) *，輸入多少位就顯示多少個(gè) *。當(dāng)密碼輸入完成時(shí)，按下確認(rèn)鍵，如果輸入的密碼正確的話， LCD 顯示“ＯＫ”，單片機(jī)其中 引腳會(huì)輸出低電平，使三極管 T2 導(dǎo)通，電磁鐵吸合，繼電器開(kāi)關(guān)跳轉(zhuǎn)，電子密碼鎖被打開(kāi)，如果密碼不正確， LCD 顯示屏?xí)@示“Ｅ nter 鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（ 2021） 6 please”， 輸出的是高電平，電子密碼鎖不能打開(kāi)。通過(guò) LCD 顯示屏，可以清楚地判斷出密碼鎖所處的狀態(tài)。 圖 顯示器電路 顯示 器主要用于顯示以下幾個(gè)字符，指示如圖 所示。 圖 （ a） 開(kāi)機(jī)狀態(tài) 圖 (b) 等待輸入狀態(tài) 圖 (c) 密碼輸入正確狀態(tài) eA l oW H l n e r p l e D a s e E t O K 鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（ 2021） 7 4 程序設(shè)計(jì) 模塊介紹 本設(shè)計(jì)將密碼鎖軟件分為以下幾個(gè)模塊 (程序見(jiàn)附錄程序清單 )： （ 1）主程序模塊 主程序主要完成系統(tǒng)及外圍電路的初始化，控制 LCD 根據(jù)按鍵操作進(jìn)行各個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)密碼鎖的人機(jī)交互界面。 （ 2）鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)及鍵盤(pán)輸入 程序 主要包括鍵盤(pán)掃描的程序，根據(jù)按鍵的布局進(jìn)行符合操作習(xí)慣的鍵值映射，鍵盤(pán)操作到數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。 （ 3） LCD1602 驅(qū)動(dòng) 包括液晶屏的初始化程序和字符顯示，字符串顯示等基本函數(shù)，供主程序調(diào)用 （ 4） AT24C02 存取程序 包括 I2C 總線的讀寫(xiě)時(shí)序模擬控制及讀寫(xiě)程序 主程序流程圖如圖 所示： 開(kāi)始系統(tǒng)初始化密碼輸入顯示菜單二鍵盤(pán)掃描顯示菜單一 啟動(dòng)