【正文】 EPROM 讀寫程序等組成。 復(fù)位電路 單片機復(fù)位的原理是，在時鐘電路開始工作后，在單片機的 RST 引腳施加 24 個時鐘振蕩電路（即兩個機器周期）以上的電平，單片機便可以實現(xiàn)復(fù)位。一般采用外部復(fù)位電路來進行單片機復(fù)位， RST 引腳保持 10ms 以上的高電平。在復(fù)位期間，單片機的ALE 引腳和 PSEN 引腳均輸出高電平。當(dāng) RST 引腳從高電平跳變?yōu)榈碗娖胶?，單片機便從0000H 單元開始執(zhí)行程序。 在實際應(yīng)用的電路中，一般采用既可以手動復(fù)位，又可以上電復(fù)位的電路，這樣可以人工復(fù)位單片機系統(tǒng)。上電復(fù)位部分的原理也是 RC 電路的充放電效應(yīng)。復(fù)位電路如圖 7，該電路在最簡單的復(fù)位電路下增加了手動復(fù)位按鍵，在接通電源瞬間，電容 C7上的電壓很小，復(fù)位下拉電阻上的電壓接近電源電壓，即 RST 為高電平，在電容充電的過程中 RST端電壓逐漸下降，當(dāng) RST 端的電壓小于某一數(shù)值后， CPU 脫離復(fù)位狀態(tài)，由于電容 C7足夠大，可以保證 RST 高電平有效時間大于 24個振蕩周期， CPU 能夠可靠復(fù)位。 桂林電子科技大學(xué) 課程 設(shè)計（論文）報告用紙 第 12 頁 共 56 頁 _____________________________________________________________________________________________________ 圖 7 復(fù)位電路 晶振電路 AT89C51 引腳 XTAL1 和 XTAL2 與晶振及電容 C C9 按照圖 8 所示連接。振蕩器用于產(chǎn)生單片機正常工作時所需的時鐘信號。單片機采用 CMOS 工藝，內(nèi)部包含一個振蕩器，當(dāng)然也允許采用外部振蕩器，由外部振蕩器產(chǎn)生時鐘信號來供內(nèi)部 CPU 運行使用。 單片機內(nèi)部包含一個高增益的單機反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別為片內(nèi)反相放大器的輸入端口和輸出端口，工作頻率為 033MHz。當(dāng)外接晶振的時候，電容值一般選擇 C1=C2=30pF， 所以本設(shè)計選擇了 30pF 的 C C9 電容，晶振采用 24MHz。 圖 8 晶振電路 鍵盤電路 由于本設(shè)計中需要輸入和更改密碼，因此不是和采用獨立按鍵，因為獨立按鍵會占用單片機過多的 I/O端口，所以使用了矩陣鍵盤的電路，提高 I/O 口利用率。本次使用了 4*4的矩陣鍵盤，也就是使用了 4 條行線和 4條列線，共占用 8個單片機引腳，即使桂林電子科技大學(xué) 課程 設(shè)計（論文）報告用紙 第 13 頁 共 56 頁 _____________________________________________________________________________________________________ 用了 P2 口。 16個按鍵分配為 10 個數(shù)字鍵和 6個功能鍵。如圖 9所示的矩陣鍵盤。 圖 9 矩陣鍵盤 LCD 顯示電路 由于要顯示相關(guān)的操作信息，例如當(dāng)需要對密碼鎖進行開鎖時，按下鍵盤上的數(shù)字鍵 0－ 9 輸入密碼，每按下一個數(shù)字鍵后在顯示器上顯示一個 *。 選擇 LCD1602 是比較好的選擇。其連接方式如圖 10 所示。如之前芯片介紹中所述， LCD1602 只使用了 8條數(shù)據(jù)線和 3條控制線。其中 P0 口連接 LCD 的 8個數(shù)據(jù)引腳（ D0D7），由于單片機的特殊性，P0 口就必須接上拉電阻，本設(shè)計中為了擴展的需求，已經(jīng)接了 4 個 10K 的上拉電阻，所以完全滿足需求。而 P1 口的 0,1,2 管腳，則是接 LCD的 RS、 R/W、 E（使能），即執(zhí)行相關(guān)的指令。 LCD 的 2與 3管腳與電源和可調(diào)電阻相連，則是為了調(diào)節(jié) LCD的顯示對比度。 圖 10 LCD顯示電路 DS1302 時鐘芯片電路 本 設(shè)計中，為了貼近生活實用，配置有單獨的時鐘芯片進行走時，選擇了也是常見桂林電子科技大學(xué) 課程 設(shè)計（論文）報告用紙 第 14 頁 共 56 頁 _____________________________________________________________________________________________________ 的時鐘芯片，即 DS1302。采用 SPI三線接口與 CPU 進行通信。而且在斷電的時候，有單獨的紐扣電池給 DS1302 供電，保障走時的準(zhǔn)確性。 如圖 11 DS1302 時鐘電路所示，芯片為 DIP8 的封裝 。由于是 SPI 總線驅(qū)動方式。它不僅要向寄存器寫入控制字，還需要讀取相應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)，所以其管腳 SCLK（串行時鐘）、 I/O（數(shù)據(jù)輸入輸出）、 CE（復(fù)位腳），對應(yīng)于單片機的 P1 口 4,5,6 管腳連接。其工作的時鐘信號由單獨的晶振提供，典型應(yīng)用是接 ，并接有 C5 和 C610pF電容。而在紐扣電池與管腳 8的連接上面還有 C03 和 C04 兩個電容，是為了達(dá)到電源濾波的作用，使得其更穩(wěn)定。 圖 11 DS1302 時鐘電路 AT24C08 存儲電路 在本 設(shè)計 中，為了更加好的存儲用戶所設(shè)定的密碼，選擇使用 EEPROM 器件。即使在斷電的情況下，也不會丟失數(shù)據(jù)。其 I2C 器件，串行數(shù)據(jù)線 SDA 和串行時鐘線 SCL 構(gòu)成的，即可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 AT24C08 作為存儲器件，器件地址的高 4 位固定為 1010。接下來的 3 位 A2 A1 A0 為器件的地址位用來定義哪個器件以及器件的哪個部分被主器件訪問，而控制字節(jié)的最低位為讀 /寫控制， 1為讀 0為寫。其電路連接為 A0， A1， A2，GND 管腳接地， WP 寫保護管腳可懸空或者接地（表示可以進行讀寫操作）， SCL（時鐘），SDA（數(shù)據(jù)）與單 片機的 P34， P35 口連接。如圖 12 AT24C08 電路所示。 本 設(shè)計是將密碼定義成數(shù)組的形式，數(shù)組 長度 為 8，所以密碼的長度必須小于等于8，密碼長度保存在 24C08 的 0xa0 單元，密碼中的每個數(shù)字則分別存在 0x0b0x12 單元。 圖 12 AT24C08 存儲電路 桂林電子科技大學(xué) 課程 設(shè)計（論文）報告用紙 第 15 頁 共 56 頁 _____________________________________________________________________________________________________ 報警電路 本 設(shè)計的報警電路采用了簡單的有源蜂鳴器 作為發(fā)聲元件 ，電路較為容易，用一個普通的 PNP8550 三極管驅(qū)動，如圖 13 報警電路所示。 完全滿足了使用上的需求 。首先是報警時音量分貝足夠大，密碼輸入錯誤達(dá)到三次時，發(fā) 出緊蹙的聲響 ，達(dá)到震懾非法進入的目的。同時，其發(fā)出的“滴”聲可以作為按鍵按下的提示音，給使用者帶來了操作上的指導(dǎo)，可以明確了解有按鍵按下。 圖 13 報警電路所示 開鎖電路 由于本次設(shè)計的重點在于本機的設(shè)計，對于專業(yè)性較強的電磁鎖了解并不是十分充分，因為同時還要考慮到電磁鎖吸和的力度及時間，加之鎖的成本較為昂貴，所以出于節(jié)約成本考慮及演示效果，選擇了使用繼電器外接一個 LED 燈來代替。 LED 燈亮 則表示輸入密碼正確，門鎖打開； LED 滅則表示門鎖。繼電器的電路連接如圖 14 所示。 圖 14 繼電器開鎖電路 桂林電子科技大學(xué) 課程 設(shè)計（論文）報告用紙 第 16 頁 共 56 頁 _____________________________________________________________________________________________________ TC35I GSM 模塊 作為本次設(shè)計的擴展功能， TC35I GSM 是一個單獨的模塊，其由獨立的 5V/2A 電源供電。它與單片機的連接是靠兩條串口線，即 P30（ RXD）， P31（ TXD）以及和一條 GND線（共地）， 單片機依靠串口與 GSM 模塊通信，其波特率為 9600bps，發(fā)送相關(guān)的 AT指令和信息，以達(dá)到發(fā)送 SMS 到用戶手機，實現(xiàn)報警和找回密碼功能。 由于 TC35I 是一個獨立出來 的模塊，因而本設(shè)計中并沒有繪制其原理圖和 PCB 圖，經(jīng)過查閱和搜索相關(guān)資料，在此也附上其模塊電路 ，如圖 15 所示 。 圖 15 TC35I GSM 模塊 電源模塊 本次設(shè)計中，既可以使用 5V 直流電進行供給，也可以使用 12V 的直流電源，因為板子上有 12V 轉(zhuǎn) 5V 的穩(wěn)壓電路。之所以多出這個設(shè)計，是因為可以更方便 地 給單片機供電，此外，因為多數(shù)密碼鎖的工作電壓在 12V，所以使用 12V電源可以給其正常工作。但由于電磁鎖比較昂貴，出于節(jié)約成本的考慮，暫時用 LED 代替。 圖 16 電源電路 如上圖 16所示，電源電路中使用了 AMS1117 穩(wěn)壓芯片，可將 12V 轉(zhuǎn)為 5V，而與其連接的電容，則是起了濾波的作用，使得電壓更為平滑。 4 軟件程序設(shè)計 本次設(shè)計的電子密碼鎖程序并不算特別復(fù)雜， 由幾個相關(guān)程序構(gòu)成 ，這包括主程序，桂林電子科技大學(xué) 課程 設(shè)計（論文）報告用紙 第 17 頁 共 56 頁 _____________________________________________________________________________________________________ 設(shè)置密碼程序，開門程序，找回密碼程序等等。在編寫程序的過程中，使用的是 Keil4軟件，因為常用的單片機程序設(shè)計編譯軟件都是使用它。 主程序流 程 圖 圖 17 主程序流程圖 桂林電子科技大學(xué) 課程 設(shè)計（論文）報告用紙 第 18 頁 共 56 頁 _____________________________________________________________________________________________________ 如圖 17 主程序流程圖，開始接上電源 ，程序進行初始化設(shè)置，這設(shè)置包含設(shè)置相關(guān)定時器初值，開中斷， LCD 顯示初始化等等。然后程序在一個 while 循環(huán)中不斷的循環(huán)，期間有滿足不同條件的 if 語句時，則跳轉(zhuǎn)至相關(guān)函數(shù)去執(zhí)行，如修改時間，修改密碼，開鎖，以完成不同的功能。 在主程序流程圖中，已經(jīng)盡可能的把整個主程序的運行過程給繪制出來了，如圖所示。 找回密碼程序 當(dāng)輸入密碼 錯誤 次數(shù)達(dá)到三次時，將會進入鍵盤鎖定和報警的一個狀態(tài)。而此時，只有用戶知道有一個按鍵未被鎖定，而是用于找回密碼所用的按鍵。當(dāng)按下這個按鍵的時候，屏幕將會顯示“ ask the question”的提示，詢問用戶問題的正確答案。 同時，單片機將存儲于內(nèi)部的正確答案以短信的形式發(fā)至用戶綁定的手機上，用戶手機收到短信后，根據(jù)內(nèi)容輸入至密碼鎖中，按下確認(rèn)鍵以確定。若正確，則會跳至一個新的界面，用戶可選擇是更改一個新的密碼還是更改提問的答案，并進入相關(guān)界面進行操作 ； 若所回答的答案是錯誤的，則返回鎖定等待的界面， 直到 鎖定時間走完方 ， 可再次嘗試輸入密碼。如圖 18 為 找回密碼程序流程圖。 N Y N Y N Y 圖 18 找回密碼程序流程圖 鍵盤掃描程序 鍵盤作為本次設(shè)計的輸入密碼的關(guān)鍵模塊，采用矩陣鍵盤和線反轉(zhuǎn)掃描方法，先將行線作為輸出線 , 列線作為輸入線 , 行線輸出全“ 0”信號 , 讀入列線的值 , 那么在閉合鍵所在的列線上的值必為 0；然后從列線輸出全“ 0”信號，再讀取行線的輸入值，閉開始 顯示問題 發(fā)送短信 輸入答案 正確？ 鍵 1？ 鍵 2？ 更改密碼 輸入 答案 鎖定鍵盤繼續(xù)等待 返回輸入密碼 桂林電子科技大學(xué) 課程 設(shè)計（論文）報告用紙 第 19 頁 共 56 頁 _____________________________________________________________________________________________________ 合鍵所在的行線值必為 0。這樣 ,當(dāng)一個鍵被按下時 , 必定可讀到一對唯一的行列值。再由這一對行列值可以求出閉合鍵所在的位置。然后確定鎖閉合鍵的鍵碼在 KeyTable中，在返回對應(yīng)的一個數(shù)字，方 便以后編程時使用，而不用記住麻煩的鍵碼。 code uchar KeysTable[] = {0xEE,0xDE,0xBE,0x7E,0xED,0xDD,0xBD,0x7D,0xEB,0xDB,0xBB,0x7B,0xE7,0xD7,0xB7,0x77,0x00}。 void delay_keyscan(void) {data uchar i,j。 for(i=0。i50。i++) for(j=0。j 150。j++)。} int KeyScan(void) {uchar i = 0。 data uchar value,temp1,temp2。 P2 = 0xF0。 temp1 = P2。 if((temp1amp。0xF0) != 0xF0) {delay_keyscan()。 temp1 = P2。 if((temp1amp。0xF0) != 0xF0) { P2 = 0x0F。 temp2 = P2。 value = temp1 | temp2。 while(P2 != 0x0F)。 for(i=0。i=15。i++) if(value == KeysTable[i]) {P2 = 0xFF。 return (i+1)。} } } else P2 = 0xFF。 return 0。 } Proteus 仿真 Proteus ISIS 是英國 Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows 操作 系統(tǒng)上，可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是： 實現(xiàn)了單片機仿真和數(shù)字電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真等等。并可在軟件中直接導(dǎo)入用 Keil 生產(chǎn)的 Hex 文件，使得單片機如同在真正環(huán) 境下工作一樣，以達(dá)到最好的仿真效果。以下附上在 Proteus上的仿真截圖。如圖 19所示。 桂林電子科技大學(xué) 課程 設(shè)計（論文）報告用紙 第 20 頁 共 56 頁 _____________________________________________________________________________________________________ 圖 19 Proteus 硬件仿真圖 5 總結(jié) 本文描述了以單片機 AT89C51 作為主控方案的電子密碼鎖設(shè)計，并對方案進行了 詳細(xì) 地 說明，包含對系統(tǒng)硬件的每一部分的組成及其一些主要工作原理 ； 在軟件部分，則也給出了相關(guān)主程序的流程圖和主要功能函數(shù)的流程圖。 在主要功能上，本次設(shè)計基本達(dá)到了要求，例如密碼正確開鎖，密碼三次輸入錯誤鎖定鍵盤和報警，時鐘顯示，找回密碼等等功能，但在某些地方依然有不足，比如 操作上不夠人性化，程序有時候不夠穩(wěn)定等等，有待進一步的改進。但也有明顯的考慮不足的地方，由于了解的專業(yè)知識尚淺，對課題的研究經(jīng)驗的不足，使得在技術(shù)的解決與運用上顯得粗糙了一些，此電路中也存在著依稀的問題，譬如說當(dāng)供電斷掉的時候，此時密碼鎖沒有后備電源進行供電，那么此時的門鎖處于關(guān)閉的狀態(tài)，用戶將無法自由進出，必須等待供電的恢復(fù)，若能加入一個電源檢測和自動切換電路就可很好解決此問題，但由于過于復(fù)雜，本設(shè)計并未加入。 此外， GSM 模塊僅僅用于發(fā)送功能，若是能用于接收用戶短信進行對密碼鎖操作，便可實現(xiàn)用戶遠(yuǎn)程操作 的目的，這樣將能更好的達(dá)到防盜的目的，可是由于對 GSM模塊了解尚淺，暫時無法實現(xiàn)這一功能。 關(guān)于本次畢業(yè)設(shè)計中的心得體會，感觸頗深， 特別是在調(diào)試上 體會 到一個設(shè)計由設(shè)想到變?yōu)槌善反_實需要 經(jīng)歷 很多困難，除了要自己獨立思考解決外，也少不了指導(dǎo)老師和同學(xué)們的支持與幫助。例如在制作電路板中的過程中，遇到了開關(guān)按下不通電， LCD上電后不顯示文字， DS1302 走時不準(zhǔn)，發(fā)短信亂碼等等問題，后面雖然一度感覺很想放棄，但還是慢慢解決了，開關(guān)問題原來是我使用了不同類型的六腳開關(guān)，與 PCB 中的封裝不一樣，后來將電源線路與 開關(guān)的另一腳用導(dǎo)線相連，就順利解決了。而 LCD 顯示問桂林電子科技大學(xué) 課程 設(shè)計（論文）報告用紙 第 21 頁 共 56 頁 _____________________________________________________________________________________________________ 題則是我使用了 P0 口，但是我的排阻不小心插反了，導(dǎo)致數(shù)據(jù)端無法傳輸數(shù)據(jù)置 LCD上。 DS1302 走時問題則是由于晶振引起的，之后更換新的晶振就成功解決了。類似上述的問題在制作與調(diào)試過程中遇到許多，這里就不再贅述了，但是這給了我在動手能力上的鍛煉。 通過本次畢業(yè)設(shè)計的