【正文】 單片機(jī)密碼鎖課程設(shè)計(jì)報(bào)告 —— 湖南師大本科生課程設(shè)計(jì) i 目 錄 引言 ??????????? ??????? ? ???? 1 設(shè)計(jì)要求 ????????? ??? ???? ? ???? 2 硬件 電路設(shè)計(jì) ?????? ??? ???? ??? ??? 3 設(shè)計(jì)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(jì) ???????? ??? ?????? ? ??? 13 總結(jié) ????? ?????? ??? ????????? 15 參考文獻(xiàn) ????????? ? ???????? ???? ? ? 16 附 件一：電路原理圖 及 作品 實(shí)物圖 ???? ??????? ? ? 17 附件二：程序清單 ??????? ??? ?????????? 18 單片機(jī)密碼鎖課程設(shè)計(jì)報(bào)告 —— 湖南師大本科生課程設(shè)計(jì) 1 引言 單片機(jī)密碼鎖課程設(shè)計(jì)報(bào)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(jī)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(shí)現(xiàn)家庭防盜這一問題也變的尤其的突出，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由于其構(gòu)造的簡單， 安全性能低，無法滿足人們的需要。針對(duì)這 些鎖具給人們帶來的不便若使用機(jī)械式鑰匙開鎖，為滿足人們對(duì)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(yùn)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(jī)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(jià)比較高的產(chǎn)品?，F(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(shí)現(xiàn)的。其性能和安全性已大大超過了機(jī)械鎖 。其特點(diǎn)如下： 1) 保密性好 ， 編碼量多 ， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈子鎖。隨機(jī)開鎖成功率幾乎為零。 2) 密碼可變 ， 用戶可以 隨時(shí) 更改密碼，防止密碼被盜 ，同時(shí)也可以避免因人員的更替而使鎖的密級(jí)下降。 3) 誤碼輸入保護(hù) ， 當(dāng)輸入密碼多次錯(cuò)誤時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)。 4) 無活動(dòng)零件，不會(huì)磨損，壽命長。 5) 使用靈活性好，不像機(jī)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(xué)即會(huì)。 隨著電子元件的進(jìn)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(qiáng)大，使用更加方便，安全保密性更強(qiáng)，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(shí)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(duì)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(shí)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(yán)的金庫，需要使用復(fù)合信息密碼的電子防盜鎖，這樣對(duì)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(kuò)展的可能，使產(chǎn)品多樣化，對(duì)用戶而言是“千挑百選、自得其所”。可以看出組合使用電子信息是電子密碼鎖以后發(fā)展的趨勢(shì)。 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(chǔ)、聲光提示等功能，依據(jù)實(shí)際的情況還可以添加其他功能。本系統(tǒng)成本低廉，功能實(shí)用。 關(guān)鍵詞 單片機(jī) 密碼鎖 課程設(shè)計(jì) 報(bào)警 單片機(jī)密碼鎖課程設(shè)計(jì)報(bào)告 —— 湖南師大本科生課程設(shè)計(jì) 2 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)的密碼鎖 。 設(shè)計(jì)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(cuò)誤時(shí) 數(shù)碼管或 LCD 提示錯(cuò)誤信息，并且紅色的 LED 亮；三次輸入錯(cuò)誤后，揚(yáng)聲器報(bào)警； 設(shè)計(jì)報(bào)告要求 說明設(shè)計(jì)作品的功能、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍； 方案對(duì)比，確定方案。 電路設(shè)計(jì)、電路工作原理、技術(shù)指標(biāo)測試； 編程方法、程序框圖及關(guān)鍵程序清單。 課程設(shè)計(jì)總結(jié)。 單片機(jī)密碼鎖課程設(shè)計(jì)報(bào)告 —— 湖南師大本科生課程設(shè)計(jì) 3 硬件電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)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(gè)用戶輸入鍵，其中只有 4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，原先輸入的密碼無效，需要重新輸入；如果用戶輸入密碼的時(shí)間超過 10秒（一般情況下，用戶不會(huì)超過 10秒，若用戶覺得不便，還可以修改）電路將報(bào)警 20秒，若電路連續(xù)報(bào)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(jì)的方案好處就是設(shè)計(jì)簡單但控制的準(zhǔn)確性和靈活性差。故不采用。 方案二：采用以單片機(jī)為核心的控制方案 由于單片機(jī)種類繁多，各種型號(hào)都有其一定的應(yīng)用環(huán)境，因此在選用時(shí)要多加比較，合理選擇，以期獲得最佳的性價(jià)比。一般來說在選取單片機(jī)時(shí)從下面幾個(gè)方面考慮：性能、 存儲(chǔ)器、運(yùn)行速度、 I/O 口、定時(shí) /計(jì)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(jí)、工作溫度范圍、有沒有低電壓檢測功能、單片機(jī)內(nèi)有無時(shí)鐘振蕩器、有無上電復(fù)位功能等。在開發(fā)過程中單片機(jī)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(jì)選用單片機(jī) STC89C52作為本設(shè)計(jì)的核心元件，利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的 I/O端口，及其控制的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)基本的密碼鎖功能 。在單片機(jī)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(chǔ)，外接 LCD1602顯示器用于顯示作用。當(dāng)用戶需要開鎖時(shí)，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(rèn)鍵，如果密碼輸入正確則開鎖，不正確顯示密碼錯(cuò)誤重新輸入密碼，當(dāng)三次密碼錯(cuò)誤則發(fā)出報(bào)警；當(dāng)用戶需要修改密碼時(shí)，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(rèn)鍵使新密碼將得到存儲(chǔ)，密碼修改成功。 可以看出方案二控制靈活準(zhǔn)確性好且保密性強(qiáng)還具有擴(kuò)展功能，根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活的需要此次設(shè)計(jì)采用此方案 。 單片機(jī)密碼鎖課程設(shè)計(jì)報(bào)告 —— 湖南師大本科生課程設(shè)計(jì) 4 主要元器件 簡介 主控芯片 單片機(jī) STC89C52 宏基公司生產(chǎn)的 STC89 系列單片機(jī)，高速、低功耗、新增在系統(tǒng)／在應(yīng)用可編程 (ISP，IAP)功能 。 特點(diǎn)： 40 個(gè)引腳， 8k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 512 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） ， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出 （ I/O） 口， 5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷， 2 個(gè)16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 STC89C52 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模 式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時(shí)計(jì)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(fù)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(fù)用口，作為 輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL邏輯門電路，對(duì)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(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 Flash 編程時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1口： P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4個(gè) TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“ 1” ,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè) 引腳被外部信號(hào)校驗(yàn)期間，P1接收低 8位地址。 P2口： P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“ 1” ,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 I。在 單片機(jī)密碼鎖課程設(shè)計(jì)報(bào)告 —— 湖南師大本科生課程設(shè)計(jì) 5 訪問８位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行： MOVX @Ri 指令）時(shí)， P2口線上的內(nèi)（也即特殊功能寄存器，在整個(gè)訪問期間不改變。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 也接收高位地址和其它控制信號(hào)。 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(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4個(gè) TTL邏輯門電路。對(duì) P3口寫入“ 1”時(shí)，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(shí)，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(fù)位輸入。當(dāng)振蕩工作時(shí)， RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期上高電平將使單片機(jī)復(fù)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(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， 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(chǔ)器， ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6輸出的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目地，要注意的是：第當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE脈沖。如有必要，可通過對(duì)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(huì)被激活。此外，該引腳伎被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE無效。 PSEN：程序儲(chǔ)存 允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) STC89C52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，高有兩次有效的 PSEN信號(hào)。 EA/VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 公訪問外部程序存儲(chǔ)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(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)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(chǔ)器中的指令。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí) ,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(shí)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(jī)密碼鎖課程設(shè)計(jì)報(bào)告 —— 湖南師大本科生課程設(shè)計(jì) 6 外部存儲(chǔ)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(chǔ)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(qiáng)、數(shù)據(jù)不易丟失、體積小等特點(diǎn)。而且他是采用了 I2C總線式進(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動(dòng)加 1，以實(shí)現(xiàn)對(duì)下一個(gè)存儲(chǔ)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(shí)間，一次操作可寫入多達(dá) 8個(gè)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(shí)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(shí)別每個(gè)器件。 AT24C02正是運(yùn)用了 I2C規(guī)程，使用主／從機(jī)雙向通信，主機(jī) (通常為單片機(jī) )和從機(jī) (AT24C02)均可工作于接收器和發(fā)送器狀態(tài)。主機(jī)產(chǎn)生串行時(shí)鐘信號(hào) (通過 SCL引腳 )并發(fā)出控制字，控制總線的傳送方向，并產(chǎn)生開始和停止的條件。無論是主機(jī)還是從機(jī)