【正文】 （2011屆）?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料題 目 名 稱：基于單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì) 學(xué) 院（部）：電氣與信息工程學(xué)院 專 業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù) 學(xué) 生 姓 名：李淵 班 級(jí)：電子0821學(xué)號(hào)08395202102指導(dǎo)教師姓名：周維龍 職稱 講師 職稱 最終評(píng)定成績(jī)： 湖南工業(yè)大學(xué)教務(wù)處 （2011屆）?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)學(xué) 院（部）：電氣與信息工程學(xué)院 專 業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù) 學(xué) 生 姓 名：李淵 班 級(jí)： 電子0821 學(xué)號(hào)08395202102指導(dǎo)教師姓名：周維龍 職稱 講師 職稱 最終評(píng)定成績(jī) 2011 年 6月摘要本次設(shè)計(jì)使用AT89C51實(shí)現(xiàn)一基于單片機(jī)的電子密碼鎖。本系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)、矩陣鍵盤、LED顯示和報(bào)警系統(tǒng)組成。系統(tǒng)能完成開(kāi)鎖、超次鎖定、修改用戶密碼基本的密碼鎖的功能。除上述基本的密碼鎖功能外，還具有溫度顯示、時(shí)間顯示等功能，依據(jù)實(shí)際的情況還可以添加遙控功能。本系統(tǒng)成本低廉，功能實(shí)用。隨著人們生活水平的提高，電子密碼防盜鎖作為防盜衛(wèi)士的作用日趨重要。電子密碼防盜鎖用密碼代替鑰匙，不但省去了佩戴鑰匙的煩惱，也從根本上解決了普通門鎖保密性差的缺點(diǎn)。隨著人們生活水平的提高，如何實(shí)現(xiàn)家庭防盜這一問(wèn)題也變的尤其的突出，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由于其構(gòu)造的簡(jiǎn)單，被撬的事件屢見(jiàn)不鮮，機(jī)械鎖的這些弊端為一種新型的鎖電子密碼鎖，提供了發(fā)展的空間。隨著人們對(duì)安全的重視和科技的發(fā)展，許多電子智能鎖已在國(guó)內(nèi)外相繼面世。但是這些產(chǎn)品的特點(diǎn)是針對(duì)特定的指紋和有效卡，只能適用于保密要求的箱、柜、門等。而且指紋識(shí)識(shí)別器若在公共場(chǎng)所使用存在容易機(jī)械損壞，IC卡還存在容易丟失、損壞等特點(diǎn)。加上其成本較高，一定程度上限制了這類產(chǎn)品的普及和推廣。電子鎖由于其保密性高，使用靈活性好，安全系數(shù)高，受到了廣大用戶的歡迎。鑒于目前的技術(shù)水平與市場(chǎng)的接收程度，電子密碼鎖是這類電子防盜產(chǎn)品的主流。關(guān)鍵詞: 單片機(jī)AT89C51 LED顯示 矩陣鍵盤 自動(dòng)報(bào)警目錄1摘要………………………………………………………………12方案的比較與論證………………………………………………23系統(tǒng)模塊電路的設(shè)計(jì)……………………………………………4…………………………………………………………4………………………………………………4 ..1單片機(jī)的最小系統(tǒng)模塊……………………………………………………..4 ..2波形產(chǎn)生模塊………………………………………………………………..5 ..3鍵盤模塊……………………………………………………………………..8 ..4顯示模塊……………………………………………………………………..9 ..5電源模塊……………………………………………………………………11 ..6溫度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)…………………………………………………………13 ..7開(kāi)鎖電路和報(bào)警電路模塊…………………………………………………144系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………15 ……………………………………………………...15 ……………………………………………………...155總結(jié)………………………………………………………………166致謝………………………………………………………………187參考文獻(xiàn)…………………………………………………………188附錄………………………………………………………………192方案比較與論證方案一：采用數(shù)字電路控制。其原理方框圖如圖1所示。圖1 數(shù)字密碼鎖電路方案采用數(shù)字密碼鎖電路的好處就是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。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(gè)用戶輸入鍵，其中只有6個(gè)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(dòng)清零，原先輸入的密碼無(wú)效，需要重新輸入；若電路連續(xù)報(bào)警三次，電路將鎖定鍵盤10秒，防止他人的非法操作。電路由兩大部分組成：密碼鎖電路和備用電源(UPS)，其中設(shè)置UPS電源是為了防止因?yàn)橥ｋ娫斐傻拿艽a鎖電路失效，使用戶免遭麻煩。密碼鎖電路包含：鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測(cè)、開(kāi)鎖電路、執(zhí)行電路、報(bào)警電路、鍵盤輸入次數(shù)鎖定電路。方案二：以AT89C51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，還能添加溫度顯示、時(shí)間顯示甚至添加遙控控制功能。通過(guò)比較以上兩種方案，單片機(jī)方案有較大的活動(dòng)空間，不但能實(shí)現(xiàn)所要求的功能而且能在很大的程度上擴(kuò)展功能，而且還可以方便的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，所以我們采用后一種方案。3系統(tǒng)模塊電路的設(shè)計(jì)3．1 系統(tǒng)總框圖密碼輸入電路顯示電路單片機(jī)密碼檢測(cè)電路時(shí)鐘電路報(bào)警電路數(shù)據(jù)鎖存電路溫度傳感器開(kāi)鎖電路 圖2系統(tǒng)框圖3．2系統(tǒng)的模塊電路設(shè)計(jì)3．2．1 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊AT89C51是一種低功耗，高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和系統(tǒng)可編程Flash,使得AT89SC51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活，超有效地解決方案。AT89C51是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器， AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。圖3 AT89C51管腳圖 3．2．2時(shí)鐘電路模塊采用專用時(shí)鐘芯片DS1302，該芯片性能簡(jiǎn)介如下：DS1302的結(jié)構(gòu)及工作原理 ：DS1302 是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，～。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。 （1） 引腳功能及結(jié)構(gòu) 圖1示出DS1302的引腳排列,其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1＋，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí)，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源。RST是復(fù)位/片選線，通過(guò)把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過(guò)程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc≥，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細(xì)說(shuō)明。SCLK始終是輸入端。 圖4 DS1302的管腳圖（2） DS1302的控制字節(jié) DS1302 的控制字如圖2所示?？刂谱止?jié)的最高有效位(位7)必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入DS1302中，位6如果為0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)。位5至位1指示操作單元的地址。最低有效位(位0)如為0表示要進(jìn)行寫操作，為1表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開(kāi)始輸出。 圖5 DS1302的控制字節(jié)（3） 數(shù)據(jù)輸入輸出(I/O) 在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開(kāi)始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位到高位7。 （4） DS1302的寄存器 DS1302有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式,其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見(jiàn)表1。 圖6 日歷,時(shí)間寄存器及其控制字此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。 DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié)，其命令控制字為C0H～FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個(gè)字節(jié)，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。 （5） DS1302與單片機(jī)連接如圖7所示：圖7 DS1302與單片機(jī)連接圖3．2．3鍵盤模塊使用矩陣鍵盤，所以本設(shè)計(jì)就采用行列式鍵盤，同時(shí)也能減少鍵盤與單片機(jī)接口時(shí)所占用的I/O線的數(shù)目，在按鍵比較多的時(shí)候，通常采用這樣的方法。其原理如圖8所示:圖8 矩陣鍵盤每條水平(行線)與垂直線（列線）的交叉處不相通，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N條行線和M條列線，即可組成具有N*M個(gè)按鍵的鍵盤。在這種行列式矩陣鍵盤非鍵盤編碼的單片機(jī)系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(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，下一步就要識(shí)別哪一個(gè)按鍵按下。對(duì)鍵的識(shí)別通常有兩種方法：一種是常用的逐行掃描法；另一種是速度較快的線反轉(zhuǎn)法。對(duì)照?qǐng)D8所示的4*4鍵盤，說(shuō)明線反轉(zhuǎn)個(gè)工作原理。首先辨別鍵盤中有無(wú)按鍵按下，由單片機(jī)I/O口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來(lái)判斷。方法是：向列線輸出全掃描字00H，把全部列線置為低電平，然后將行線的電平狀態(tài)讀入累加器A中。如果有按鍵按下，總會(huì)有一根行線電平被拉至低電平從而使行線不全為1。判斷哪個(gè)鍵被按下：~，~，若有，則證明有鍵按下，記下低的端口。然后，~，~，如有，則證明端口與上次的一個(gè)為地的端口交叉位置的鍵被按下。按鍵鍵名功能說(shuō)明0——9鍵數(shù)字鍵輸入密碼*鍵重設(shè)密碼鍵設(shè)定新密碼D鍵確定鍵比較密碼C鍵清除鍵使顯示器清零B鍵開(kāi)啟鍵開(kāi)啟鍵盤A鍵關(guān)閉鍵關(guān)閉鍵盤鍵調(diào)整鍵調(diào)整時(shí)間3．2．4顯示模塊電子密碼鎖系統(tǒng)中，需要現(xiàn)實(shí)的信息較少，因此采用七段LED數(shù)碼顯示管作為顯示器。數(shù)據(jù)傳輸采用串行方式，在經(jīng)過(guò)74HC164串行移位器把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成8位并行數(shù)據(jù)，用以驅(qū)動(dòng)七段LED數(shù)碼顯示管。由于74HC164芯片中，沒(méi)有數(shù)據(jù)鎖存器，串行數(shù)據(jù)每到達(dá)一位，都會(huì)直接送到七段顯示管中，造成所有數(shù)據(jù)都會(huì)經(jīng)過(guò)其短線是數(shù)碼管的每一個(gè)LED燈，是數(shù)據(jù)顯示不穩(wěn)定。因此在74HC164串行移位寄存器和七段數(shù)碼顯示管之間，加入數(shù)據(jù)鎖存器（74273芯片），以穩(wěn)定數(shù)碼顯示管的數(shù)據(jù)顯示。在按下開(kāi)啟按鍵后，顯示器處于開(kāi)啟狀態(tài)，同理只有按下關(guān)閉鍵后顯示器處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)需要對(duì)密碼鎖進(jìn)行開(kāi)鎖時(shí)，按下鍵盤上的開(kāi)鎖鍵后利用鍵盤上的數(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