【正文】 單片機密碼鎖課程設(shè)計報告 —— 湖南師大本科生課程設(shè)計 i 目 錄 引言 ??????????? ??????? ? ???? 1 設(shè)計要求 ????????? ??? ???? ? ???? 2 硬件 電路設(shè)計 ?????? ??? ???? ??? ??? 3 設(shè)計方案的選擇 ??????????????? ?? 3 主要元器件簡介 ??????????????? ?? 4 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ??????????????? ??? 8 程序 設(shè)計 ???????? ??? ?????? ? ??? 13 總結(jié) ????? ?????? ??? ????????? 15 參考文獻 ????????? ? ???????? ???? ? ? 16 附 件一：電路原理圖 及 作品 實物圖 ???? ??????? ? ? 17 附件二：程序清單 ??????? ??? ?????????? 18 單片機密碼鎖課程設(shè)計報告 —— 湖南師大本科生課程設(shè)計 1 引言 單片機密碼鎖課程設(shè)計報告摘要 隨著電子產(chǎn)品向智能化和微型化的不斷發(fā)展，單片機已成為電子產(chǎn)品研制和開發(fā)中首選的控制器。 隨著人們生活水平的提高，如何實現(xiàn)家庭防盜這一問題也變的尤其的突出，傳統(tǒng)的機械鎖由于其構(gòu)造的簡單， 安全性能低，無法滿足人們的需要。針對這 些鎖具給人們帶來的不便若使用機械式鑰匙開鎖，為滿足人們對鎖的使用要求，增加其安全性，用密碼代替鑰匙的密碼鎖應(yīng)運而生。 電子密碼鎖是一種通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作，從而控制機械開關(guān)的閉合，完成開鎖、閉鎖任務(wù)的電子產(chǎn)品。它的種類很多，有簡易的電路產(chǎn)品，也有基于芯片的性價比較高的產(chǎn)品。現(xiàn)在應(yīng)用較廣的電子密碼鎖是以芯片為核心，通過編程來實現(xiàn)的。其性能和安全性已大大超過了機械鎖 。其特點如下： 1) 保密性好 ， 編碼量多 ， 遠遠大于彈子鎖。隨機開鎖成功率幾乎為零。 2) 密碼可變 ， 用戶可以 隨時 更改密碼，防止密碼被盜 ，同時也可以避免因人員的更替而使鎖的密級下降。 3) 誤碼輸入保護 ， 當輸入密碼多次錯誤時，報警系統(tǒng)自動啟動。 4) 無活動零件，不會磨損，壽命長。 5) 使用靈活性好，不像機械鎖必須佩帶鑰匙才能開鎖。 6) 電子密碼鎖操作簡單易行，一學即會。 隨著電子元件的進一步發(fā)展，電子密碼鎖也出現(xiàn)了很多的種類，功能日益強大，使用更加方便，安全保密性更強，由以前的單密碼輸入發(fā)展到現(xiàn)在的，密碼加感應(yīng)元件，實現(xiàn)了真真的電子加密，用戶只有密碼或電子鑰匙中的一樣，是打不開鎖的，隨著電子元件的發(fā)展及人們對保密性需求的提高出現(xiàn)了越來 越多的電子密碼鎖。 由于數(shù)字、字符、圖形圖像、人體生物特征和時間等要素均可成為鑰匙的電子信息，組合使用這些信息能夠使電子防盜鎖獲得高度的保密性，如防范森嚴的金庫，需要使用復合信息密碼的電子防盜鎖，這樣對盜賊而言是“道高一尺、魔高一丈”。組合使用 信息也能夠使電子防盜鎖獲得無窮擴展的可能，使產(chǎn)品多樣化，對用戶而言是“千挑百選、自得其所”?？梢钥闯鼋M合使用電子信息是電子密碼鎖以后發(fā)展的趨勢。 本系統(tǒng)由單片機系統(tǒng)、矩陣鍵盤、 LED 顯示和報警系統(tǒng)組成。系統(tǒng)能完成開鎖、超次鎖定、管理員解密、修改用戶密碼的功能。除 上述基本的密碼鎖功能外，還具有掉電存儲、聲光提示等功能，依據(jù)實際的情況還可以添加其他功能。本系統(tǒng)成本低廉，功能實用。 關(guān)鍵詞 單片機 密碼鎖 課程設(shè)計 報警 單片機密碼鎖課程設(shè)計報告 —— 湖南師大本科生課程設(shè)計 2 設(shè)計要求 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計一種基于單片機的密碼鎖 。 設(shè)計要求 1） 密碼用鍵盤輸入（ 4~8 位）； 2） 用戶可預(yù)置密碼（ 4~8 位），并永久保存； 3） 用 LED 數(shù)碼管或 LCD 顯示密碼值，密碼設(shè)置成功或開鎖后顯示“ ******”； 4） 密碼輸入成功后，開鎖（用綠色的 LED 亮）；密碼輸入錯誤時 數(shù)碼管或 LCD 提示錯誤信息，并且紅色的 LED 亮；三次輸入錯誤后，揚聲器報警； 設(shè)計報告要求 說明設(shè)計作品的功能、特點、應(yīng)用范圍； 方案對比，確定方案。 電路設(shè)計、電路工作原理、技術(shù)指標測試； 編程方法、程序框圖及關(guān)鍵程序清單。 課程設(shè)計總結(jié)。 單片機密碼鎖課程設(shè)計報告 —— 湖南師大本科生課程設(shè)計 3 硬件電路設(shè)計 設(shè)計方案的選擇 方案一：采用數(shù)字電路控制 用以 74LS112 雙 JK 觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設(shè)了 9 個用戶輸入鍵，其中只有 4 個是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，若按下干擾鍵，鍵盤輸入 電路自動清零，原先輸入的密碼無效，需要重新輸入；如果用戶輸入密碼的時間超過 10秒（一般情況下，用戶不會超過 10 秒，若用戶覺得不便，還可以修改）電路將報警 20 秒，若電路連續(xù)報警三次，電路將鎖定鍵盤 2 分鐘，防止他人的非法操作。 采用數(shù)字電路設(shè)計的方案好處就是設(shè)計簡單但控制的準確性和靈活性差。故不采用。 方案二：采用以單片機為核心的控制方案 由于單片機種類繁多，各種型號都有其一定的應(yīng)用環(huán)境，因此在選用時要多加比較，合理選擇，以期獲得最佳的性價比。一般來說在選取單片機時從下面幾個方面考慮：性能、 存儲器、運行速度、 I/O 口、定時 /計數(shù)器、串行接口、模擬電路功能、工作電壓、功耗、封裝形式、抗干擾性、保密性，除了以上的一些的還有一些最基本的比如：中斷源的數(shù)量和優(yōu)先級、工作溫度范圍、有沒有低電壓檢測功能、單片機內(nèi)有無時鐘振蕩器、有無上電復位功能等。在開發(fā)過程中單片機還受到：開發(fā)工具、編程器、開發(fā)成本、開發(fā)人員的適應(yīng)性、技術(shù)支持和服務(wù)等等因素。 基于以上因素本設(shè)計選用單片機 STC89C52 作為本設(shè)計的核心元件，利用單片機靈活的編程設(shè)計和豐富的 I/O 端口，及其控制的準確性，實現(xiàn)基本的密碼鎖功能 。在單片機的外圍電 路外接輸入鍵盤用于密碼的輸入和一些功能的控制，外接 AT24C02 芯片用于密碼的存儲，外接 LCD1602 顯示器用于顯示作用。當用戶需要開鎖時，先按鍵盤開鎖鍵之后按鍵盤的數(shù)字鍵 0－ 9 輸入密碼。密碼輸完后按下確認鍵，如果密碼輸入正確則開鎖，不正確顯示密碼錯誤重新輸入密碼，當三次密碼錯誤則發(fā)出報警；當用戶需要修改密碼時，先按下鍵盤設(shè)置鍵后 可以 設(shè)置新密碼。新密碼輸入無誤后按確認鍵使新密碼將得到存儲，密碼修改成功。 可以看出方案二控制靈活準確性好且保密性強還具有擴展功能，根據(jù)現(xiàn)實生活的需要此次設(shè)計采用此方案 。 單片機密碼鎖課程設(shè)計報告 —— 湖南師大本科生課程設(shè)計 4 主要元器件 簡介 主控芯片 單片機 STC89C52 宏基公司生產(chǎn)的 STC89 系列單片機，高速、低功耗、新增在系統(tǒng)／在應(yīng)用可編程 (ISP，IAP)功能 。 特點： 40 個引腳， 8k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 512 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） ， 32 個外部雙向輸入 /輸出 （ I/O） 口， 5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷， 2 個16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩器。 STC89C52 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模 式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。 STC89C52 芯片引腳 STC89C52 引腳 功能說明 ： Vcc：電源電壓 GND：地 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復用口，作為輸出口用 時，每位能驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端口。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 Flash 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 P1 口： P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“ 1” ,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外 部信號校驗期間，P1 接收低 8 位地址。 P2 口： P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動 4 個 TTL邏輯門電路。對端口寫“ 1” ,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 I。在 單片機密碼鎖課程設(shè)計報告 —— 湖南師大本科生課程設(shè)計 5 訪問８位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行： MOVX @Ri 指令）時， P2 口線上的內(nèi)（也即特殊功能寄存器，在整個訪問期間不改變。 Flash 編程或校驗時， P2 也接收高位地址和其它控制信號。 P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入“ 1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端口時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流 I。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能。 RST：復位輸入。當振蕩工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期上高電平將使單片機復位。WDT 益出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 SFR AUXR 的 DISRTO 位（地址 8EH）可打開或關(guān)閉該功能。 DISRTO 位缺省為 RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。 ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目地，要注意的是：第當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位禁位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會被激活。此外，該引腳伎被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效。 PSEN：程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 STC89C52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，高有兩次有效的 PSEN 信號。 EA/VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 公訪問外部程序存儲器（地址 0000H－ FFFFH）， EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復位時內(nèi)部會鎖存 EA端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 Flash 存儲器編程時 ,該引腳加上＋ 12V 的編程電壓 Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 單片機密碼鎖課程設(shè)計報告 —— 湖南師大本科生課程設(shè)計 6 外部存儲芯片 AT24C02(ATMLU830) AT24C02是美國 Atmel公司的低功耗 CMOS型 E2PROM，內(nèi)含 2568位存儲空間，具有工作電壓寬 (～ V)、擦寫次數(shù)多 (大于 10000次 )、寫入速度快 (小于 10 ms)、抗干擾能力強 、數(shù)據(jù)不易丟失、體積小等特點。而且他是采用了 I2C總線式進行數(shù)據(jù)讀寫的串行器件，占用很少的資源和 I／ O線，并且支持在線編程，進行數(shù)據(jù)實時的存取十分方便。 AT24C02中帶有的片內(nèi)地址寄存器。每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加 1，以實現(xiàn)對下一個存儲單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時間，一次操作可寫入多達 8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。 I2C總線是 一種用于 IC器件之間連接的二線制總線。他通過 SDA(串行數(shù)據(jù)線 )及 SCL(串行時鐘線 )兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個器件。 AT24C02正是運用了 I2C規(guī)程，使用主／從機雙向通信，主機 (通常為單片機 )和從機 (AT24C02)均可工作于接收器和發(fā)送器狀態(tài)。主機產(chǎn)生串行時