PAGE11PAGE1基于單片機的電子密碼鎖課程設計湖南人文科技學院課程設計報告課程名稱:單片機原理及應用課程設計設計題目：電子密碼鎖系別：通信與控制工程系專業：10級自動化班級：自動化一班學生姓名:彭俊杰焦達富學號:1042110110421106起止日期:2012年12月24日~2013年1月6日指導教師:譚周文岳舟基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第1頁。教研室主任：岳舟基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第1頁。指導教師評語：指導教師簽名：年月日成績評定項目權重成績彭俊杰焦達富1、設計過程中出勤、學習態度等方面0.22、課程設計質量與答辯0.53、設計報告書寫及圖紙規范程度0.3總成績教研室審核意見：教研室主任簽字：年月日教學系審核意見：主任簽字：年月日 基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第2頁。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第2頁。摘要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，從而控制機械開關的閉合，完成開鎖、閉鎖任務的電子產品。本設計圍繞電子密碼鎖系統的設計與開發進行研究和實踐，詳細介紹了電子密碼鎖系統的整體結構。基于在系統可編程技術和STC89C52編譯器配有集成開發的新型電子密碼鎖的設計方案，闡述其工作原理和軟硬件設計，由單片機系統、矩陣鍵盤、LED顯示和報警系統組成的系統能完成開鎖、修改用戶密碼、報警基本的密碼鎖的功能。關鍵詞：STC89C52芯片;8255芯片;數碼管;keil軟件基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第3頁。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第3頁。目錄設計要求 11方案論證與對比 11.1方案一 11.2方案二 21.3方案對比與選擇 32硬件電路設計 32.1鍵盤電路設計 32.2LED顯示電路 42.3STC89C52芯片接口電路設計 42.48255A芯片接口電路設計 72.5AT24C08斷電存儲單元的設計 93系統軟件設計 103.1主程序設計 103.2鍵盤程序設計 113.3調電存儲服務程序 114系統功能測試 125詳細儀器清單 146總結與致謝 15參考文獻 16附錄一:8255A與LED的連接PCB板圖 17附錄二：8255A與鍵盤的連接PCB板圖 18附錄三：程序源代碼 19基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第4頁。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第4頁。PAGE1基于89C52的電子密碼鎖設計要求1、密碼的設定，此密碼是固定在程序存儲器ROM中，假設預設的密碼為“12345”共5位密碼。2、密碼的輸入：采用兩個按鍵來完成密碼的輸入，其中一個按鍵為功能鍵，另一個按鍵為數字鍵。在輸入過程中，首先輸入密碼的長度，接著根據密碼的長度輸入密碼的位數，直到所有長度的密碼都已經輸入完畢；或者輸入確認功能鍵之后，才能完成密碼的輸入過程。進入密碼的判斷比較處理狀態并給出相應的處理過程。1方案論證與對比1.1方案一系統采用一種以STC89C52為核心的單片機控制方案。利用單片機靈活的編程設計和豐富的IO端口，及其控制的準確性，不但能實現基本的密碼鎖功能，還能添加聲光提示等功能。其原理框圖如圖1所示。STC89C52STC89C52單片機8255A芯片LED鍵盤指示燈24C08基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第5頁。圖1單片機控制原理圖基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第5頁。1.2方案二系統采用數字電路控制。其原理框圖如圖2所示。圖2數字電路控制原理方框圖采用數字密碼鎖電路的好處就是設計簡單。用以74LS112雙JK觸發器構成的數字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設了9個用戶輸入鍵，其中只有4個是有效的密碼按鍵，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間超過40秒（一般情況下，用戶不會超過40秒，若用戶覺得不便，還可以修改）電路將報警80秒，若電路連續報警三次，電路將鎖定鍵盤5分鐘，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)，其中設置UPS電源是為了防止因為停電造成的密碼鎖電路失效，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、開鎖電路、執行電路、報警電路、鍵盤輸入次數鎖定電路。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第6頁。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第6頁。1.3方案對比與選擇通過比較以上兩種方案，顯然單片機方案二有較大的活動空間，不但能實現所要求的功能和在很大的程度上擴展功能，而且還可以方便的對系統進行升級，所以綜合考慮，我們選擇第二種方案。本方案采用一種是用以89C52為核心的單片機控制方案。利用單片機靈活的編程設計和豐富的I/O端口，及其控制的準確性，實現基本的密碼鎖功能。設計思路如下：（1）輸入密碼用矩形鍵盤，包括數字鍵和功能鍵；（2）LED數碼管顯示輸入密碼，用8255A驅動數碼管發光顯示數碼；（3）用發光二極管代替開鎖的電路，發光表示開鎖；（4）打開電源后，顯示器顯示“1”，表示密碼位數。按下功能鍵可選擇密碼位數，確認密碼位數后，再按數字鍵打出密碼；（5）密碼設置為“12345”，密碼正確后，發光二極管發光。若密碼錯誤，則會顯示“Error”。2硬件電路設計2.1鍵盤電路設計使用矩陣鍵盤，所以本設計就采用行列式鍵盤，同時也能減少鍵盤與單片機接口時所占用的I/O線的數目，每一條水平（行線）與垂直線（列線）的交叉處不相通，而是通過一個按鍵來連通，利用這種行列式矩陣結構只需要N條行線和M條列線，即可組成具有N×M個按鍵的鍵盤。本設計使用4×4矩陣鍵盤，如圖3所示。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第7頁。圖3鍵盤設計電路圖基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第7頁。2.2LED顯示電路本系統設計的顯示電路是為了給使用者以提示而設置的。本系統的顯示采用串行顯示的方式，用8051單片機經8255A擴展6位八段碼LED顯示器，用8255A的B口作為段碼（字形代碼）數據口，PA作為位控制端口。邏輯電路結構如圖4所示。圖4LED顯示設計電路圖2.3STC89C52芯片接口電路設計基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第8頁。STC89C52是MCS-51系列單片機的典型產品，以這一代表性的機型進行系統的講解。C52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等幾大單元及數據總線、地址總線和控制總線等三大總線，其內部結構如圖5所示，現在分別加以說明。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第8頁。圖5STC89C52芯片內部結構圖(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)STC89C52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，而不能用于存放用戶數據，所以，用戶能使用的RAM有256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)：STC89C52共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序、數據或表格。(4)定時/計數器：8051有三個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：STC89C52共有4組8位I/O口(P0、P1、P2和P3)，用于對外部數據的傳輸。(6)全雙工串行口：STC89C52內置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數據傳送，該串行口既可以用作異步通信收發器，也可以當同步移位器使用。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第9頁。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第9頁。(7)中斷系統：STC89C52具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、三個定時/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級的優先級別選擇。(8)時鐘電路：STC89C52內置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產生整個單片機運行的脈沖時序，但STC89C52單片機需外置振蕩電容。單片機的結構有兩種類型，一種是程序存儲器和數據存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結構，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數據存儲器合二為一的結構，即普林斯頓(Princeton)結構。INTEL的MCS-51系列單片機采用的是哈佛結構的形式，而后續產品16位的MCS-96系列單片機則采用普林斯頓結構。圖5是MCS-51系列單片機的內部結構示意圖。圖5(9)STC89C52的引腳說明基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第10頁。MCS-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直插DIP結構，下圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復用。引腳圖如圖6所示。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第10頁。圖6STC89C52的引腳圖2.48255A芯片接口電路設計8255A是40引腳雙列直插式芯片，片內有A,B,C3個8位I/O端口，可提供24條可編程輸入/輸出端口線。內部結構及引腳信號如圖7所示。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第11頁。圖78255A引腳信號圖基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第11頁。(1)內部結構8255A的內部結構由三部分電路組成：與CPU的接口電路、內部控制邏輯電路和與外設連接的輸入/輸出接口電路。與CPU的接口電路與CPU的接口電路由數據總線緩沖器和讀/寫控制邏輯組成。數據總線緩沖器是一個三態、雙向、8位寄存器，8條數據線D7～D0與系統數據總線連接，構成CPU與8255A之間信息傳送的通道，CPU通過執行輸出指令向8255A寫入控制命令或往外設傳送數據，通過執行輸入指令讀取外設輸入的數據。內部控制邏輯電路內部控制邏輯包括A組控制與B組控制兩部分。A組控制寄存器用來控制A口PA7～PA0和C口的高4位PC7～PC4；B組控制寄存器用來控制B口PB7～PB0和C口的低4位PC3～PC0。它們接收CPU發送來的控制命令，對A,B,C3個端口的輸入/輸出方式進行控制。輸入/輸出接口電路8255A片內有A,B,C3個8位并行端口，A口和B口分別有1個8位的數據輸出鎖存/緩沖器和1個8位數據輸入鎖存器，C口有1個8位數據輸出鎖存/緩沖器和1個8位數據輸入緩沖器，用于存放CPU與外部設備交換的數據。

(2)引腳信號RESET:復位輸入線，當該輸入端處于高電平時，所有內部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。CS:芯片選擇信號線，當這個輸入引腳為低電平時,即/CS=0時,表示芯片被選中，允許8255與CPU進行通訊;/CS=1時,8255無法與CPU做數據傳輸.RD:讀信號線，當這個輸入引腳為低電平時,即/RD=0且/CS=0時,允許8255通過數據總線向CPU發送數據或狀態信息，即CPU從8255讀取信息或數據。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第12頁。WR:寫入信號，當這個輸入引腳為低電平時,即/WR=0且/CS=0時,允許CPU將數據或控制字寫入8255。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第12頁。D0～D7:三態雙向數據總線，8255與CPU數據傳送的通道，當CPU執行輸入輸出指令時，通過它實現8位數據的讀/寫操作，控制字和狀態信息也通過數據總線傳送。PA0～PA7:端口A輸入輸出線，一個8位的數據輸出鎖存器/緩沖器，一個8位的數據輸入鎖存器。PB0～PB7:端口B輸入輸出線，一個8位的I/O鎖存器，一個8位的輸入輸出緩沖器。PC0～PC7:端口C輸入輸出線，一個8位的數據輸出鎖存器/緩沖器，一個8位的數據輸入緩沖器。端口C可以通過工作方式設定而分成2個4位的端口，每個4位的端口包含一個4位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號輸出或狀態信號輸入端口。A0,A1:地址選擇線,用來選擇8255的PA口,PB口,PC口和控制寄存器.當A0=0,A1=0時,PA口被選擇;當A0=0,A1=1時,PB口被選擇;當A0=1,A1=0時,PC口被選擇;當A0=1.A1=1時,控制寄存器被選；2.5AT24C08斷電存儲單元的設計斷電存儲單元的作用是在電源斷開的時候，存儲當前設定的信息。AT24C08是ATMEL公司的8KB字節的電可擦除存儲芯片，采用兩線串行的總線和單片機通訊，電壓最低可以到2.5V，額定電流為1mA，靜態電流10Ua(5.5V)，芯片內的資料可以在斷電的情況下保存40年以上，而且采用8腳的DIP封裝，使用方便。其電路如圖8所示。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第13頁。圖8斷電存儲單元電路圖基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第13頁。由于AT24C08的數據線和地址線是復用的，采用串口的方式傳送數據，所以只用兩根線SCL（移位脈沖）和SDA（數據/地址）與單片機傳送數據。每當設定一次單價，系統就自動調用存儲程序，將單價信息保存在芯片內；當系統重新上電的時候，自動調用讀存儲器程序，將存儲器內的單價等信息，讀到緩存單元中，供主程序使用。3系統軟件設計軟件的設計主要包括鍵盤鍵值的讀取，LED顯示程序，密碼比較程序和報警程序。3.1主程序設計主程序主要完成初始化、檢查有無按鍵按下、以及調用顯示等等，其流程圖如9所示。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第14頁。圖9主程序流程圖基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第14頁。3.2鍵盤程序設計鍵掃程序的過程為：開始時，先判斷是否有鍵閉合，無鍵閉合時，返回繼續判斷，有鍵閉合時，先去抖動，然后確定是否有鍵按下，若無鍵按下，則返回繼續判斷是否有鍵閉合，若有鍵按下，則判斷鍵號，然后釋放，若釋放按鍵完畢，則返回，若沒有釋放按鍵，則返回繼續釋放。其流程圖如圖10所示。YYN開始有鍵閉合否？去抖動確有鍵按下判斷鍵號釋放返回返回YNYN 圖10鍵盤程序流程圖3.3調電存儲服務程序基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第15頁。當比較密碼的時候，需要讀AT24C08程序，將存儲在芯片內的數據讀到RAM中，然后和輸入的密碼相比較。當修改密碼的時候，需要把輸入的密碼保存到AT24C08中，并實現斷電保護,其流程圖如圖11所示。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第15頁。圖1124C08程序流程圖4系統功能測試用到了KeilC軟件，集成調試環境，集成了編輯器、譯碼器、調試器，支持軟件模擬，支持項目管理功能強大的觀察窗口，支持所有的數據類型。樹狀結構顯示，一目了然，支持ASM（匯編）、C語言多模塊源程序混合調試，在直接修改、編譯、調試源程序，錯誤指令定位。功能很強大，用于對程序的調試和編輯。本系統的程序的編寫就是在KeilC軟件中完成的，當程序完成之后，生成HEX文件。再利用Proteus軟件進行仿真。經過仿真，程序符合題目的要求。下載至學習板后輸入數值調試結果如表1所示。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第16頁。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第16頁。表格SEQ表格\*ARABIC1系統測試結果輸入數值LED顯示指示燈0Error不亮12340Error不亮1234512345亮123456Error不亮123Error不亮15Error不亮基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第17頁。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第17頁。5詳細儀器清單表格SEQ表格\*ARABIC2儀器清單名稱參數和型號數量單片機STC89C521塊可編程I/O8255A1塊電阻1K9個10K9個數碼管共陽4位數碼管2個瓷片電容30PF2個晶振12M2個電解電容10uf2個開關16個單片機插座40腳1個基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第18頁。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第18頁。6總結與致謝因為前期制作學習板出現的一些問題和對于單片機知識的不熟悉導致在做課程設計中間走了很多的彎路，后面在老師的悉心指導下，以及同學之間的相互求教和討論中，終于成功的完成了此次的課程設計。在這次的設計中，讓我更加深入的懂得了匯編程序該如何形成一個系統，更加熟練的運用KeilC51軟件編寫程序,熟悉了protues仿真軟件的使用技能，豐富了各種器件常識，收獲了難得的實踐經驗。對于在單片機設計中出現的各種問題，我們先是顯得非常的茫然，哪怕是一個小小的錯誤，都會很難找到它錯的原因，更何況去解決它。但到了最后，因為對設計的流程已經完全熟悉后，找出錯誤的根源是更加的容易。并且在這次的設計中我們充分的體驗到了團隊的力量，這還是一些小是系統，如果對于更大些的設計，那團隊的作用會更大。分工合作是最好的做事原則。同時也加深了我們之間的友誼。這次設計過程中，體現出自己設計程序的能力以及綜合運用知識的能力，體會了學以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發現自己平時學習的不足和薄弱環節，從而加以彌補。在此感謝我們的指導老師.，老師的嚴謹細致、一絲不茍將是我工作、學習中的榜樣；老師教導和不拘一格的思路給了我很多新的啟發；這次設計的每個細節和每個數據，都離不開老師您的細心指導。而您開朗的個性和寬容的態度，幫助我能夠很順利的完成了這次課程設計。同時感謝幫助過我的同學們，謝謝你們對我的幫助和支持，讓我感受到同學之間純真的友誼。由于我的設計能力有限，在設計過程中難免出現錯誤，懇請老師們多多指教,我十分樂意接受你們的批評與指正。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第19頁。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第19頁。參考文獻[1]康華光.電子技術基礎數字部分（第五版）.華中科技電子技術組,2007[2]華成英.模擬電子技術基礎（第四版）.清華大學電子學教研組,2006[3]李光弟.單片機基礎（第三版）..北京航空航天大學出版社,2007[4]李鳳霞.C語言程序設計（第二版）.北京理工大學出版社,2008[5]樓然苗.單片機課程設計指導.北京航空航天大學出版,2007基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第20頁。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第20頁。附錄一:8255A與LED的連接PCB板圖基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第21頁。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第21頁。附錄二：8255A與鍵盤的連接PCB板圖基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第22頁。基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第22頁。附錄三：程序源代碼#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineNO_KEY_DOWN0XFF#defineSET0X28#defineUP0X18ucharxdataPA_at_0xD9FF,PB_at_0XDBFF,PC_at_0XDDFF, //定義外部變量，強制分配地址 EX_PORT_CON_at_0XDFFF; ucharcodeLED_CODE[]={0XA0,0XBB,0X62,0X2A,0X39,0X2C,0X24,0XBA, //LED段碼(0~9) 0X20,0X28};ucharcodeSECRATE[3]={12,34,56};uchardataINPUT_NUM[3]={0,0,0};uchardataDISPLAY_BUF[6];ucharcodeERROR[6]={0X64,0X77,0X77,0X27,0X77,0XFF};uchar*PP;ucharBIT_PLACE=0,COUNT=0,KEY,S=0,LENGH=1;bitX=0,Y=0;voidInput_Secret();voidDisplay();voidDelay(uintA);ucharKey_Scan();voidNum2_Buf();voidmain(){ EX_PORT_CON=0X81; PA=0XFE; PB=0XFF; EA=ET0=TMOD=1; TR0=1;基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第23頁。 TH0=0X3C;基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第23頁。 TL0=0XB2; PP=DISPLAY_BUF; BIT_PLACE=0; gotoSTART; while(1) { Display(); if(Key_Scan()==SET) {START: while(1) { Y=0; KEY=Key_Scan(); Display(); if(KEY==UP) { if(LENGH>=6)LENGH=1; elseLENGH++; } if(KEY==SET){Y=1;break;} } PP=DISPLAY_BUF; X=1; S=0; while(1) { Num2_Buf(); KEY=Key_Scan(); Display(); if((KEY==SET)||((S>=4)&&X)) { if(PP=ERROR)PP=DISPLAY_BUF; ///if(BIT_PLACE==0XFF){BIT_PLACE=0;} // else { if(BIT_PLACE<LENGH) {BIT_PLACE++;X=1;S=0;COUNT=0;} else { BIT_PLACE=0; X=0;基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第24頁。 if((SECRATE[0]==INPUT_NUM[0])&&(SECRATE[1]==INPUT_NUM[1])&&(SECRATE[2]==INPUT_NUM[2]))基于單片機的電子密碼鎖課程設計全文共27頁，當前為第24頁。 P1=0; else {PP=ERROR;P1=0XFF;BIT_PLACE=0;} INPUT_NUM[0]=INPUT_NUM[1]=INPUT_NUM[2]=0; break; } } } if(KEY==UP){Input_Secret();S=0;} } } }}voidInput_Secret(){ if((BIT_PLACE%2)) //在GE位 { if((INPUT_NUM[BIT_PLACE/2]%10)>=9)INPUT_NUM[BIT_PLACE