畢業(yè)設計密碼鎖控制系統(tǒng)

1、畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計計題目 密碼鎖控制器 系別 專業(yè) 班級 姓名 學號 指導教師 日期 I設計任務書設計題目：設計題目：密碼鎖控制器密碼鎖控制器設計要求：設計要求：1.密碼鎖設為 6 位十進制數密碼，并通過 6 位 LED 顯示出來，將密碼存放于串行 EEPROM 中，密碼通過 09 十個數字鍵設定和修改，另有 3 個功能鍵，分別作為：密碼設置鍵、開鎖確認鍵、復位鍵。2. 上電開機后，顯示提示符“P.”,此時若在開鎖的狀態(tài)下可設置密碼；如果在關鎖的狀態(tài)下可開鎖。3. 開鎖時，如果密碼輸入錯誤，則報警器響起，按復位鍵可重新輸入密碼。設計進度要求：設計進度要求：第一周：圖書館查閱資料；第二周：查閱

2、資料并開始思考總體思路；第三周：設計硬件電路，繪制電路圖；第四周：繪制軟件框圖，編寫部分程序；第五周：仿真軟件中調試程序；第六周：論文編寫完成并上交；第七周：修改論文；第八周：畢業(yè)論文答辯； 指導教師（簽名）：指導教師（簽名）： II摘要設計以單片機為核心部件的密碼所控制器，擴展 74LS273 作為 LED 顯示器字段口，位選由 P1.0-P1.5 控制，LED 七段數碼管作為密碼顯示用，按下密碼設置鍵開始設置密碼，密碼通過 09 十個數字鍵設定和修改，用開鎖確認鍵打開密碼鎖，在密碼輸入錯誤時按復位鍵重新輸入密碼。設計又分為硬件設計和軟件設計兩部分，硬件設計主分為 CPU 的選用，各種擴展模

3、塊的選用，各種電子元件的選用。軟件設計包含了主程序、鍵盤掃描子程序、數字處理程序、開鎖程序、密碼設置程序等程序的設計與編寫。本次設計中所設計的密碼鎖具有系統(tǒng)簡單，實用性強，成本低，使用維護方便，軟件功能強，運行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。關鍵詞：單片機，密碼鎖，密碼，報警，開鎖I目錄摘要 .II目錄 .32 總體方案設計 .62.1 總體框圖設計 .62.2 顯示控制方案.62.3 鍵盤控制方案 .72.4 軟件總體設計方案.82.5 電路原理圖.93 所選硬件系統(tǒng)介紹 .103.1 AT89C51 單片機的簡介 .103.2 AT89C51 單片機的引腳 .113.3 AT89C51 單片機復位方式 .

4、133.4 M24C01 的功能 .133.5 74LS244 的功能 .143.6 74LS273 的功能 .143.7 鍵盤接口工作原理.153.8 七段 LED 顯示工作原理 .164 軟件設計 .184.1 主程序模塊 .184.2 鍵盤掃描子程序模塊 .194.3 數字處理程序模塊 .204.4 開鎖程序.214.5 密碼設置程序.225 系統(tǒng)調試 .235.1 在偉福中的調試.235.2 在 KEIL中的調試.246 結 論 .27致謝 .28參考文獻 .2911 前 言計算機系統(tǒng)已明顯地朝巨型化、單片化、網絡化三個方向發(fā)展。巨型化發(fā)展的目的在于不斷提高計算機的運算速度和處理能力，

5、以解決復雜系統(tǒng)計算和高速數據處理，比如系統(tǒng)仿真和模擬、實時運算和處理。單片化是把計算機系統(tǒng)盡可能集成在一塊半導體芯片上，其目的在于計算機微型化和提高系統(tǒng)的可靠性，這種單片計算簡稱單片機。單片機的內部硬件結構和指令系統(tǒng)主要是針對自動控制應用而設計的所以單片機又稱微控制器 MCU（Micro Controller Unit） 。用它可以很容易地將計算機嵌入到各種儀器和現場控制設備中，因此單片機又叫做嵌入式微控制器（Embedded MCU） 。單片機自 20 世紀 70 年代問世以來，以其鮮明的特點得到迅猛發(fā)展，已廣泛應用于家用電器、智能玩具、智能儀器儀表、工業(yè)控制、航空航天等領域，經過 30 多

6、年的發(fā)展，性能不斷提高，品種不斷豐富，已經形成自動控制的一支中堅力量。據統(tǒng)計，我國的單片機年容量已達 13 億片，且每年以大約 16的速度增長，但相對于國際市場我國的占有率還不到 1。這說明單片機應用在我國有著廣闊的前景。對于從事自動控制的技術人員來講，掌握單片機原理及其應用已經成為必不可少的學習任務。單片機經過 30 多年的發(fā)展，已經形成一個規(guī)格齊全、品種繁多的大家族，用戶有非常大的選擇余地。下面為讀者簡單介紹目前市面上常見的主流單片機。 單片機的應用十分廣泛，在工業(yè)控制領域、家電產品、智能化儀器儀表、計算機外部設備，特別是機電一體化產品中，都有重要的用途。其主要的用途可以分為以下方面。顯示

7、：通過單片機控制發(fā)光二極管或是液晶，顯示特定的圖形和字符。機電控制：用單片機控制機電產品做定時或定向的動作。檢測：通過單片機和傳感器的聯合使用，用來檢測產品或者工況的意外發(fā)生。通信：通過 RS-232 串行通信或者是 USB 通信，傳輸數據和信號?？茖W計算：用來實現簡單的算法。那么單片機是不是解決上述應用的唯一選擇呢？淡然不是！目前，在自動控制中，一般有三種選擇，分別是嵌入式微機、DSP 和單片機。2單片機最明顯的優(yōu)點是價格便宜，從幾元人民幣到幾十元人民幣。這是因為這類芯片的生產量很大，技術也很成熟。其次，單片機的體積也遠小于其他兩種方案。單片機本身一般用 40 引腳封裝，當然功能多一些的單片

8、機也有引腳比較多的，如 68 引腳，功能少的只有 10 多個或20 多個引腳，有的甚至只有 8 只引腳。當然，單片機無論在速度還是容量方面都小于其他兩種方案，但是在實際工作中并不是任何需要計算機的場合都要求計算機有很高的性能。例如，控制電冰箱的控制器就不需要使用嵌入式系統(tǒng)，用一片 51 就可以輕松實現。所以應用的關鍵是看能否夠用，是否有很好的性能價格比。51 系列的單片機已經面世十多年，依然沒有被淘汰，還在不斷發(fā)展中，這就說明是他有廣闊的應用前景。我們的密碼所控制器就是以單片機為核心設計的，本設計采用的是 ATMEL 公司的 AT89C51 芯片，此芯片根據了充分的靜止 CMOS 控制器與三級

9、節(jié)目記憶鎖，共有32 條 I/O 線, 2 定時計數器， 6 個中斷來源，4 K 閃存, 128 個字節(jié)在芯片RAM。隨著社會的發(fā)展，密碼所控制器也在不斷的發(fā)展，最早的有 4 位密碼的密碼鎖控制器，發(fā)展到 6 位，甚至可以設計出具有語音功能（聲控） 、紅外線感應功能等先進的密碼鎖控制器。在這里，我們設計的是一個可以設置 6 位密碼的密碼所控制器。32 總體方案設計2.12.1 總體框圖總體框圖設計設計 密碼鎖控制器的總體設計框圖如圖 2.1 所示。AT89C51最小應用系統(tǒng)按鍵電路晶振電路復位電路LED動態(tài)顯示圖 2.1 總體設計框圖2.22.2 顯示控制方案顯示控制方案再構成多位 LED 顯

10、示時，點亮數碼管的方式有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示方式：LED 的靜態(tài)顯示是指當數碼管顯示某一字符時，相應段的發(fā)光二極管處于恒定地導通或截止狀態(tài)，直到顯示另一字符為止。靜態(tài)顯示方式各位可獨立顯示。由于各位分別由一個 8 位 I/O 接口控制段選碼，故在同一時間里，每一位顯示的字符可以各不相同。這種顯示方式接口，較小的電流即可獲得較高的亮度，且占用 CPU 時間少，編程簡單，便于監(jiān)測和控制。4動態(tài)顯示方式：LED 動態(tài)顯示就是利用單片機依次輸出每一位數碼管的段選碼和對應于該位數碼管的位選控制信號，一位一位輪流點亮各七段數碼管。對每位數碼管來說，每隔一段時間點亮一次，如此循環(huán)。利用人眼的“視

11、覺暫留”效應，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人一同時顯示的感覺。在動態(tài)顯示方式中，同一時刻，只有一位 LED 數碼管在顯示，其他各位是關閉的。在段選碼和位選碼每送出一次后，應保持 1ms 左右，這個時間應根據實際情況而定。不能太小，因為發(fā)光二極管從導通到發(fā)光有一定的延時，導通時間太小，發(fā)光太弱人眼無法看清。但也不能太大，因為畢竟要受限制于臨界閃爍頻率，而且此時間越長，占用 CPU 時間也越多。在這里我們選用動態(tài)顯示方案，74LS273 作為 LED 顯示器字段口，位選由AT89C51 中 P1.0P1.5 控制。2.2 動態(tài)顯示電路圖2.32.3 鍵盤控制方案鍵盤控制方案鍵盤分為獨立式鍵盤和行

12、列式鍵盤，獨立式鍵盤接口電路配置靈活，硬件結構簡單，工作可靠但每個按鍵必須占用一跟 I/O 接口線，I/O 接口線浪費較大，在單片機應用系統(tǒng)中，有時只需要幾個簡單的按鍵向系統(tǒng)輸入信息，可將按鍵直接在一根 I/O 接口線上，故只在按鍵數量不多時采用。而行列式鍵盤每條行線與列線在交5叉處不直接相通，而是通過一個按鍵加以連接，當按鍵較多時可采用行列式鍵盤以節(jié)省 I/O 接口。本設計選用獨立式鍵盤。2.3 獨立式鍵盤電路圖2.42.4 軟件總體設計方案軟件總體設計方案 對于軟件我們的設計思路是：1. 要有鍵盤掃描子程序，按下的功能鍵和數字鍵的掃描后，送數字鍵處理程序、開鎖程序、密碼設定程序進行下一步動

13、作。并對功能鍵和復位鍵設置有效的標志以便于應用。2要有數字處理程序，以下是數字處理程序，將 6 位密碼放入 40H45H 單元，并調用顯示子程序。3. 要有開鎖程序，開鎖程序首先判斷密碼是否為 6 位，如不是，重新掃描按鍵。如是 6 位，將密碼進行逐位比較，密碼正確則開鎖，密碼錯誤報警并復位，重新設置密碼。4. 要有密碼設置程序，將 6 位密碼寫入 M24C01 中后鎖死密碼鎖并調用顯示子程序顯示密碼。5要有顯示子程序，當鍵入一個數值或符號時顯示程序要把這個鍵入的數字或字符顯示出來。62.52.5 電路原理圖電路原理圖2.3 電路原理總圖73 所選硬件系統(tǒng)介紹3.13.1 AT89C51AT8

14、9C51 單片機的簡介單片機的簡介 AT89C51 是 MCS-51 系列單片機的典型產品，我們就這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講解。AT89C51 單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數據存儲器(RAM)、定時/計數器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數據總線、地址總線和控制總線等三大總線，現在我們分別加以說明：3.1 單片機內部結構示意圖1、中央處理器 中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是 8 位數據寬度的處理器，能處理 8 位二進制數據或代碼，CPU 負責控制、指揮和調度整個單元系統(tǒng)協調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。2、數據存儲器(RAM) AT89C5

15、1 內部有 128 個 8 位用戶數據存儲單元和 128 個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數據，用戶只能訪問，而不能8用于存放用戶數據，所以，用戶能使用的 RAM 只有 128 個，可存放讀寫的數據，運算的中間結果或用戶定義的字型表。3、程序存儲器(ROM)AT89C51 共有 4KB 掩膜 ROM，最大可擴展 64K 字節(jié)，用于存放用戶程序，原始數據或表格。4、定時/計數器：89S51 有兩個 16 位的可編程定時/計數器，以實現定時或計數產生中斷用于控制程序轉向。5、并行輸入輸出(I/O)口：89S51 共有 4 組 8 位 I/O 口(P0、 P1、P2

16、 或 P3)，用于對外部數據的傳輸。6、中斷系統(tǒng)89S51 具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇。3.23.2 AT89C51AT89C51 單片機的引腳單片機的引腳AT89C51 單片機內部總線是單總線結構,即數據總線和地址總線是公用的. 89S51 有 40 條引腳, 與其他 51 系列單片機引腳是兼容的. 這 40 條引腳可分為 I/O接口線、電源線、控制線、外接晶體線 4 部分. AT89C51 單片機為雙列直插式封裝結構, 如圖 3.2 所示.主要特性：1、與 MCS-51 兼容 2、4K 字節(jié)可編

17、程閃爍存儲器3、壽命：1000 寫/擦循環(huán) 4、數據保留時間：10 年5、全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz 6、三級程序存儲器鎖定7、128*8 位內部 RAM 8、32 可編程 I/O 線9、兩個 16 位定時器/計數器 910、5 個中斷源11、可編程串行通道 12、低功耗的閑置和掉電模式13、片內振蕩器和時鐘電路圖 3.2 AT89C51 引腳分配圖 AT89C51 單機的電源線有以下兩種：（1） VCC：+5V 電源線。電源線 （2） GND：接地線。AT89C51 單片機的外接晶體引腳有以下兩種: （1）XTAL1：片內振蕩器反相放大器的輸入端和內部時鐘工作的輸入端。采用內部振蕩器時，它

18、接外部石英晶體和微調電容的一個引腳。（2） XTAL2：片內振蕩器反相放大器的輸出端，接外部石英晶體和微調電容的另一端。采用外部振蕩器時，該引腳懸空。外接晶體引腳。 控制線 AT89C51 單片機的控制線有以下幾種：（1） RST：復位輸入端，高電平有效。（2） ALE/PROG：地址鎖存允許/編程線。10（3） PSEN：外部程序存儲器的讀選通線。（4） EA/Vpp：片外 ROM 允許訪問端/編程電源端。 3.33.3 AT89C51AT89C51 單片機復位方式單片機復位方式單片機在開機時或在工作中因干擾而使程序失控，或工作中程序處于某種死循環(huán)狀態(tài)，在這種情況下都需要復位. 復位的作用是

19、使中央處理器 CPU 以及其他功能部件都恢復到一個確定的初始狀態(tài),并從這個狀態(tài)重新開始工作.AT89C51 單片機的復位靠外部電路實現,信號由 RESET(RST)引腳輸入,高電平有效,在振蕩器工作時,只要保持 RST 引腳高電平兩個機器周期,單片機即復位. 復位后,PC 程序計數器的內容為 0000H,片內 RAM 中內容不變. 復位電路一般有上電復位、手動開關復位和自動復位電路 3 種,如圖 3.3 所示.a.上電復位電路 b. 手動復位電路 c. 自動復位電路圖 3.3 單片機復位電路由于設計所需，我們在這里選用手動式復位電路。由外部擴展 M24C01 設定功能鍵控制手動式復位電路。3.

20、43.4 M24C01M24C01 的功能的功能串行 EEPROM 用 M24C01，引腳含義如下：E0、E1、E2：芯片的地址輸入端；SDA：串行數據輸入/輸出端；SCL：串行時鐘輸入端WC：寫保護輸入端，當該端為低電平時不允許向芯片寫數據。11圖 3.4 M24C01 管腳圖3.53.5 74LS24474LS244 的功能的功能 74LS244 是一種史密特觸發(fā)的 8 位三態(tài)緩沖器，抗干擾性好。它的引腳封裝圖如圖 3.4 所示。74LS244 的主要性能如下： 三態(tài)輸出驅動總線。抑制噪聲設計。典型邏輯延時為 10.5ns（輸出狀態(tài)不改變）/12ns（輸出狀態(tài)改變） ?？焖偈鼓転?12ns

21、.在較低功耗下具有很強的驅動能力。圖 3.5 74LS244 管腳圖3.63.6 74LS27374LS273 的功能的功能74LS273 為 8D 鎖存器。當它的使能端信號有效且觸發(fā)端信號有效時，輸入D1D8 端的數據被鎖存到 8D 觸發(fā)器中并形成輸出 Q1Q8。74LS273 的引腳封裝如圖 3.5 所示。12圖 3.6 74LS273 管腳圖74LS273 在這里作為 LED 顯示器字段口。3.73.7 鍵盤接口工作原理鍵盤接口工作原理在單片機應用系統(tǒng)中，常用鍵盤作為輸入設備，通過它將數據、內存地址、命令及指令等輸入到系統(tǒng)中，來實現簡單的人機通信。3.7.13.7.1 按鍵開關的去除抖動

22、功能按鍵開關的去除抖動功能目前, MCS51 單片機應用系統(tǒng)上的按鍵常采用機械觸點式按鍵,它在斷開、閉合時輸入電壓波形如圖 3.6 所示.可以看出機械觸點在閉合及斷開瞬間均有抖動過程,時間長短與開關的機械特性有關,一般為 510ms。由于抖動，會造成被查詢的開關狀態(tài)無法準確讀出。例如，一次按鍵產生的正確開關狀態(tài)，由于鍵的抖動，CPU 多次采集到底電平信號，會被誤認為按鍵被多次按下，就會多次進行鍵輸入操作，這是不允許的。為了保證 CPU 對鍵的一次閉合僅在按鍵穩(wěn)定時作一次鍵輸入處理，必須消除產生的前沿（后沿）抖動影響。后沿前沿識別區(qū)安鍵過程圖 3.7 按鍵過程133.7.23.7.2 獨立式鍵盤

23、的接口電路獨立式鍵盤的接口電路獨立式鍵盤的接口電路：在單片機應用系統(tǒng)中，有時只需要幾個簡單的按鍵向系統(tǒng)輸入信息。這時，可將每個按鍵直接接在一根 I/O 接口線上，這種連接方式的鍵盤稱為獨立式鍵盤。如圖 3.7 所示，每個獨立按鍵單獨占有一根 I/O 接口線，每根 I/O 接口線的工作狀態(tài)不會影響到其他 I/O 接口線。這種按鍵接口電路配置靈活，硬件結構簡單，但每個按鍵必須占用一根 I/O 線，I/O 接口線浪費較大。故只在按鍵數量不多時采用這種按鍵電路。在此電路中，按鍵輸入都采用低電平有效。上拉電阻保證了按鍵斷開時，I/O接口線有確定的高電平。當 I/O 接口內部有上拉電阻時，外電路可以不配置

24、上拉電阻。圖 3.8 獨立式鍵盤電路3.83.8 七段七段 LEDLED 顯示工作原理顯示工作原理數碼管結構：數碼管由 8 個發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構成，通過不同的組合可用來顯示數字 0 9、字符 A F 及小數點“” 。數碼管的外形結構如圖 2.7（a）所示。數碼管又分為共陰極和共陽極兩種結構，分別如圖 2.7（b）和圖 2.7（c）所示。LED 顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的 MCS-51 單片機輸出設備。單片機應用系14統(tǒng)常采用七段 LED 數碼管作為顯示器，這重顯示器具有耗電低、配置靈活、線路簡單、安裝方便、耐轉動、價格低廉且壽命長等優(yōu)點。因此應用比較廣泛。LED 數碼管顯示器可以

25、分為共陰極和共陽極兩種結構：R8R8+5Vabcdefgdpabcdefgdpe1d2GND3c4dp5b6a7GND8f9g10dpabcdefg(a)(b)(c)(a)外形結構 (b)共陰極 （c）共陽極圖 3.9 數碼管結構圖在這里我們選用共陰極結構。共陰極數碼管的 8 個發(fā)光二極管的陰極（二極管負端）連接在一起。通常，公共陰極接低電平（一般接地） ，其它管腳接段驅動電路輸出端。當某段驅動電路的輸出端為高電平時，則該端所連接的字段導通并點亮。根據發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數字或字符。此時，要求段驅動電路能吸收額定的段導通電流，還需根據外接電源及額定段導通電流來確定相應的限流電阻。共陽

26、極數碼管的工作原理與共陰極的正好相反。154 4 軟件設計軟件設計4.14.1 主程序模塊主程序模塊主程序初始化和按鍵控制，首先分別將數據單元進行初始化清 0，然后將功能鍵和復位鍵原有標志清除，將密碼讀出單元初始化，并鎖定報警器和密碼鎖，同時顯示出提示符“P”, 再調用掃描子程序，如此周而復始的循環(huán)，如圖 4.1 所示。圖 4.1 主程序流程圖164.2 鍵盤掃描子程序鍵盤掃描子程序模塊模塊圖 4.2 鍵盤掃描程序流程圖CHKEY: CLR P2.5 MOVX A,R0 CPL A JZ TZ1 LJMP KEY0174.34.3 數字處理程序模塊數字處理程序模塊圖 4.3 數字處理程序流程圖

27、CHECK: INC 47H MOV A,47H CJNE A,#07H,TRAN DEC 47H LCALL DISPLAY LJMP JANTRAN: LCALL NEXT LCALL DISPLAY LCALL DISPLAY LJMP CHKEY184.4 開鎖程序開鎖程序圖 4.4 開鎖程序流程圖OPEN: MOV A,47H CJNE A,#06H,JCHECK LJMP CMPJHECK: LCALL DISPLAY LJMP CHKEY CMP: MOV R0,#35H MOV R2#6 MOV R1,#45HC1: MOV A,R1 XRL A,R0 JNZ C3 DEC R

28、1 DEC R0 DJNZ R2,C1 MOV R5,#7194.54.5 密碼設置程序密碼設置程序圖 4.5 密碼設置程序流程圖 EPASS: MOV A,47H CJNE A,#06H,ERR LCALL WRITE SETB P1.7 LCALL DISPLAY LJMP PEDERR: SETB 21HPED: RET 205 系統(tǒng)調試5.15.1 在偉福中的調試在偉福中的調試完成了硬件的設計、制作和軟件編程之后，要使系統(tǒng)能夠按設計意圖正常運行，必須進行系統(tǒng)調試。系統(tǒng)調試包括硬件調試和軟件調試兩個部分。不過，作為一個單片機系統(tǒng)，其運行是軟硬件相結合的，因此，軟硬件的調試也是絕對不可能分

29、開的。首先在偉福中進行調試，打開偉福仿真軟件的界面，對仿真器進行參數設置。圖 5.1 仿真器的選擇我們所選的是8751的仿真器，在目標生成文件中選擇生成BIN和HEX文件（即二進制和十六進制文件）其設置如圖5.2所示，設置完成后點“好”就可以了。21圖 5.2在偉福中輸入程序后并編譯之后，出現一些輸入錯誤和程序編寫錯誤。在經過一番修改之后，糾正了這些錯誤終于編譯成功。最后，將文件保存在以自己學號或姓名命名文件夾下。5.25.2 在在 KeilKeil 中的調試中的調試在偉福內調試通過以后，再在Keil中下載到實驗箱上進行驗證，顯現出所要求的效果。而在Keil中也要進行一些參數的設置，首先打開K

30、eil仿真軟件，首先要新建一個項目，點菜單ProjectNew Project，在彈出的對話框中選擇保存的路徑并輸入項目名稱“密碼鎖”后保存，然后在彈出新的項目窗口中選擇參數，其參數的設置如下，由于我們使用的是Atmel公司的芯片，所以要選Atmel后確定。如圖5.3所示：22圖5.3在彈出的對話框中選擇AT89C51這個芯片，確定。如圖5.4所示：圖5.4然后開始設置它的參數值，如圖5.5所示：23圖5.5在Xtal中輸入頻率為110592MHZ，然后再選Debug這個標簽，選中第二個Use復選框后點擊Setting在彈出的對話框中選擇Baudrate這一項，設置它的參數為38400，后OK。如圖5.6所示：圖5.6把以上的參數設置完成以后把程序添加進來編譯，編譯通過后接上實驗箱進行驗顯。246 結 論依據本論文設