【正文】 ，存儲(chǔ) 器，顯示電路組成。I 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目名稱：基于 AT89S5 單片機(jī)的保險(xiǎn)箱報(bào)警器的設(shè)計(jì) 就讀學(xué)校： 中原工學(xué)院 專 業(yè)： 工業(yè)自動(dòng)化 學(xué)生名稱： 指導(dǎo)老師： 中原工學(xué)院繼續(xù)教育 院 2021 年 5 月 II 摘 要 隨著 人民生活水平日益提高 科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對 財(cái)產(chǎn)以及資料的安全保密要求也在不斷的提高，設(shè)計(jì)出一款擁 有較高的安全性能的保險(xiǎn)箱已成從事電子行業(yè)人員的一項(xiàng)重要任務(wù)，保險(xiǎn)箱的設(shè)計(jì)應(yīng)該改進(jìn)以往的設(shè)計(jì)思路，增加多項(xiàng)功能使其更安全更人性化， 為滿足人們對 保險(xiǎn)箱 的使用要求，增加其安全性，用密碼代替鑰匙 ，并且增加報(bào)警功能 的 保險(xiǎn)箱應(yīng)運(yùn)而生 。 電子 密碼 裝置 無論在技術(shù)上還是在性能上都有了大大的提高 ，從而 使保險(xiǎn)裝置 的安全性、可靠性 得到大幅度的提高 、應(yīng)用日益廣泛 ，人民對保險(xiǎn)裝置的需求得到滿足 。其中，單片機(jī)是核心處理模塊的核心部分，其主要任務(wù)是配合軟件來完成信息處理和記錄、控制調(diào)度其他部分正常工作、電器的控制、密碼校對和修改等工作。鍵盤電路的設(shè)計(jì)采用 44 行列鍵盤的形式，直接由 AT89S52 的 接 口的高、低字節(jié)構(gòu)成。該 保險(xiǎn)箱報(bào)警器 由于是由 AT89S51 芯片作為 CPU 因此可以采用編寫程序的方法使得該報(bào)警器具有智能化、人性化、再具體設(shè)計(jì)各個(gè)功能單元、 CPU 模塊、檢測模塊、報(bào)警模塊、過程大概如下檢測環(huán)境亮度、當(dāng)環(huán)境亮度變化時(shí)繼續(xù)檢測密碼輸入的情況、如果沒有輸入正確的密碼而此時(shí)報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警聲提示有被盜危險(xiǎn)、由于考慮到實(shí)際情況的復(fù)雜還加有震動(dòng)報(bào)警模塊 防止盜賊用暴力的方式開啟保險(xiǎn)箱、當(dāng) CPU 檢測到超過一定強(qiáng)度的震動(dòng)就立即發(fā)出報(bào)警提示、從該裝置的設(shè)計(jì)與制作過程完全符合分析、該保險(xiǎn)箱報(bào)警器 具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等優(yōu)點(diǎn) 。s living standards are improving the continuous development of science and technology, people39。 主要性能特點(diǎn) 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器； 128 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； 2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)、 2層中斷嵌套中斷； （ CPU） AT89S51 檢測電路 報(bào)警電路 振蕩電路 LCD1602 顯示 AT24C02 4 4 鍵盤輸入 電源輸入部分 基于單片機(jī)的保險(xiǎn)箱報(bào)警器的設(shè)計(jì) 2 5個(gè)中斷源； 2個(gè) 16 位可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 2個(gè)全雙工串行通信口； 看門狗（ WDT）電路； 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路； 與 MCS51兼容； 1全靜態(tài)工作： 0Hz33MHz； 1三級(jí)程序存儲(chǔ) 器 保密鎖定； 1可編程串行通道； 1低功耗的閑置和掉電模式。 GND： 電源地。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口 ： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址 “1” 時(shí) ，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口 ： P3 口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 I/O 口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。只有讀端口時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。除了 P1 口外 P0、 PP3口都還有其他的功能。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令時(shí) ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 EA/VPP： 外部程序存儲(chǔ)器訪問允許。注意 加密方式 1 時(shí)， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 XTAL1： 片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 硬件系統(tǒng)組成 如圖 1 所示，本系統(tǒng)的硬件部分主要由單片機(jī) AT89S5存儲(chǔ)芯片 AT24C0 4 4 矩陣鍵盤、 LCD160報(bào)警電路和 檢測 電路組成；其中 檢測 電路 是用光敏電阻、lm74電 阻電位器組成 ，而報(bào)警電路使用蜂鳴器。 基于單片機(jī)的保險(xiǎn)箱報(bào)警器的設(shè)計(jì) 4 記憶模塊 ： AT24C02 芯片作為記憶模塊的核心部分，作用是存儲(chǔ)用戶設(shè)置的有效開鎖密碼。并且 AT24C02 是一種非易失性存儲(chǔ)器，掉電后數(shù)據(jù)不會(huì)掉失，而且該存儲(chǔ)器內(nèi)數(shù)據(jù)保存壽命可以保證達(dá)到 100 年以上，功耗低，十分適合本設(shè)計(jì)使用。發(fā)光二極管 LED 有兩種狀態(tài) ， LED 亮表示密碼輸入正確 并且解除報(bào)警； 輸入密碼錯(cuò)誤 時(shí) LCD1602 會(huì)有相應(yīng)的提示 。當(dāng)輸入密碼錯(cuò)誤次數(shù)超過 3次后就發(fā)出聲音警報(bào)。顯示模塊的作用主要是顯示提示信息和輸入的密 碼，以方便用戶使用。考慮到本系統(tǒng)需要用到大量的按鍵，鍵盤模塊采用 4 4的 16 按鍵 矩陣鍵盤模式。當(dāng) LCD1602 為時(shí)鐘界面顯示時(shí)， S2為時(shí)設(shè)置鍵， S3 為分設(shè)置鍵， S4 為切換鍵；當(dāng)切換到密碼鎖界面顯示時(shí)， 16 個(gè)按鍵分為輸入數(shù)字鍵和功能鍵。 圖 21 4 4 矩陣鍵盤 復(fù)位電路 為確保系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。 基于單片機(jī)的保險(xiǎn)箱報(bào)警器的設(shè)計(jì) 6 圖 22 復(fù)位電路 振蕩電路 圖 23 所示為單片機(jī)晶體振蕩電路。多數(shù)情況下 電容取值在15pF30pF 左右，在本系統(tǒng)中取電容為 15pF。當(dāng)輸入密碼正確后， 該 I/O 口由高電平變?yōu)榈碗娖剑?三極管處于導(dǎo)通狀態(tài) 發(fā)光二極管點(diǎn)亮，表示驅(qū)動(dòng)了開鎖電路；當(dāng)輸入密碼錯(cuò)誤時(shí)， LED 連接的 I/O 口 任為高電平 ，發(fā)光二極管 處于熄滅狀態(tài) 。 基于單片機(jī)的保險(xiǎn)箱報(bào)警器的設(shè)計(jì) 7 圖 24 發(fā)光二極管 LED 電路 報(bào)警電路 本系統(tǒng)中的報(bào)警電路采用蜂鳴器，如圖 25所示。其中， R２ 阻值為 1kΩ 。 8550是 PNP 型中功率高頻三極管，最大耗散功率為 700mW，在此電路中起功率放大作用。 圖 26 電源輸入電路 圖 27 電源實(shí)物圖 AT24C02 存儲(chǔ)電路 按 I2C 總線電氣標(biāo)準(zhǔn)， AT24C02 與硬件接口如圖 28 所示。 基于單片機(jī)的保險(xiǎn)箱報(bào)警器的設(shè)計(jì) 9 圖 28 AT24C02 存儲(chǔ) 電路 LCD 1602 顯示電路 LCD1602 液晶顯示模塊基本技術(shù)： 1）、主要功能 A、 40通道點(diǎn)陣 LCD 驅(qū)動(dòng) 。 C、 輸入 /輸出信號(hào) :輸出 ,能產(chǎn)生 202 個(gè) LCD驅(qū)動(dòng)波形 。 D 、 通過單片機(jī)控制將所測的頻率信號(hào)讀數(shù)顯示出來 2）、技術(shù)參數(shù) 1 VSS 電源地 2 VDD 電源正極 3 VL 液晶顯示偏壓 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 5 R/W 讀 /寫選擇 6 E 使能信號(hào) 714 D0— D7 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 16 BLK 背光源負(fù)極 表 29 LCD1602 引腳接口說明表 該報(bào)警器的顯示模塊是采用 LCD1602 液晶顯示 ， LCD_01—— LCD_08 接到單片機(jī)的 P0 口， RS、 RW、 EN 接到 引腳、 R1 為調(diào)節(jié) LCD1602 的背光亮度。 LM741 的管腳圖如 212所示，其特點(diǎn)是電壓適應(yīng)范圍較寬，可在 177。18V 范圍內(nèi)選用；具有很高的輸入共模、差模電壓，電壓范圍分別為 177。30V ；內(nèi)含頻率補(bǔ)償和過載、短路保護(hù)電路；可通過外接電位器進(jìn)行調(diào)零，如附圖 212 所示。使用濕膜制版工藝制版 具體過程如下圖： 圖214 PCB 板 制作過程圖 裁板 拋光 刷油墨 烘烤 鉆孔 鍍錫 烘干 顯影 打印菲林 曝光 退膜 蝕刻 刷阻焊 基于單片機(jī)的保險(xiǎn)箱報(bào)警器的設(shè)計(jì) 13 第三章 軟件程序設(shè)計(jì) 軟件總設(shè)計(jì)流程圖 該保險(xiǎn)箱報(bào)警器的 軟件總設(shè)計(jì)流程圖如圖 31 所示。矩陣式鍵盤接口見圖 32所示，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。 開始 系統(tǒng)初始化 環(huán)境亮度檢測 鍵盤檢測 輸入密碼 密碼是否正確 num++ Num=3 密碼正確開啟保險(xiǎn)箱 是 否 否 暗 結(jié)束 蜂鳴器報(bào)警 是 蜂鳴器報(bào)警 亮 基于單片機(jī)的保險(xiǎn)箱報(bào)警器的設(shè)計(jì) 14 圖 32 4 4矩陣鍵盤 圖 32 為一個(gè) 4 4行列結(jié)構(gòu)，可以構(gòu)成 16個(gè)鍵的鍵盤。 矩陣鍵盤不僅在連接上比單獨(dú)式按鍵復(fù)雜，它的按鍵識(shí)別方法也比單獨(dú)式按鍵復(fù)雜。這兩種方法的基本思路是采用循環(huán)查循的方法，反復(fù)查詢按鍵的狀態(tài)，因此會(huì)大量占用 MCU 的時(shí)間，所以較好的方式是采用狀態(tài)機(jī)的方法來設(shè)計(jì)，盡量減少鍵盤查詢過程對 MCU 的占用時(shí)間。 JP0 JP0 JP0 JP04 為 4 根 行線，工作于輸出方式，由 MCU（掃描）控制其輸出的電平值。只要有低電平出現(xiàn)，則說明有鍵按下（實(shí)際編程時(shí)，還要考慮按鍵的消抖）。 (2)在確認(rèn)有鍵按下后，需要進(jìn)入確定具體哪一個(gè)鍵閉合的過程。如當(dāng)JP05 輸出低電平時(shí)（ JP05=0、 JP06= JP07= JP08=1），測到 JP02 的輸入為低電平（ JP01= JP02=0、 JP03= JP04=1），則可確認(rèn)按鍵 S3 處于閉合狀態(tài)。 (3)矩陣按鍵的識(shí)別僅僅是確認(rèn)和定位了行和列的交叉點(diǎn)上的按鍵，接下來還要考慮鍵盤的編碼，即對各個(gè)按鍵進(jìn)行編號(hào)。 基于單片機(jī)的保險(xiǎn)箱報(bào)警器的設(shè)計(jì) 15 顯示 子 程序 本系統(tǒng)使用 LCD1602 實(shí)現(xiàn)顯示，只 要參照 LCD1602 的使用手冊進(jìn)行初始化和程序編寫就可以顯示，即在程序編寫中添加 LCD1602 的驅(qū)動(dòng)程序。在時(shí)鐘界面時(shí)顯示時(shí)間的運(yùn)行，在密碼鎖界面時(shí)主要顯示提示信息和輸入的密碼，當(dāng)然，當(dāng)輸入密碼數(shù)字時(shí)，輸出不是顯示數(shù)字，而是用“ *”顯示代替。修改密碼時(shí)，如果連續(xù) 二 次輸入的舊密碼都不正確，報(bào)警電路響應(yīng)。 讀 /寫 AT24C02子程序 當(dāng)對 AT24C02 操作時(shí)，在總線空閑狀態(tài)下發(fā)送起始信號(hào)后，主器件向總線傳送第一個(gè)字節(jié)始器件的寫地址，第二個(gè)字節(jié)是要操作的器件內(nèi)部 RAM 地址，如果是寫操作，則在第三個(gè)字節(jié)傳送開始數(shù)據(jù)，最后是停止信號(hào)；如果是主器件向從器件的讀操作，第三個(gè)字節(jié)寫入從器件的地址，然后等待讀數(shù)據(jù)，最后是停止信號(hào)。 圖 33 AT24C02 管腳功 圖 基于單片機(jī)的保險(xiǎn)箱報(bào)警器的設(shè)計(jì) 16 該保險(xiǎn)箱報(bào)警器的密碼修改流程如下圖所示 ： 圖 34 密碼 修改 程序流程圖 開始 輸入舊密碼 判斷密碼 第一次 與第二次 新密碼輸入 判斷兩次輸入密碼是否一致 修改成功 否 是 否 是 結(jié)束 基于單片機(jī)的保險(xiǎn)箱報(bào)警器的設(shè)計(jì) 17 結(jié)論 通過本次的基于單片機(jī)的保險(xiǎn)箱報(bào)警器的設(shè)計(jì)與制作的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我明白，許多功能模塊與單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)合起來，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的保險(xiǎn)箱報(bào)警器。單片機(jī)控制的報(bào)警器符合電力電子新技術(shù)產(chǎn)品向“四化”方向發(fā)展的要求，即應(yīng)用技術(shù)的高頻化、硬件結(jié)構(gòu)的模塊化、軟件控 制的數(shù)字化、產(chǎn)品性能