单片机简易电子防盗门

信息与电气工程学院课程设计说明书2010 /2011学年第二学期课程名称 ： 单片机应用课程设计 题 目 ： 简易电子防盗门 专业班级 ： 自动化0801 学生姓名 ：曾达通学 号： 080410130指导教师 ：王静爽、杨怡君、韩昱、郭伟 设计周数 ： 二 周 设计成绩 ：2011 年 6 月 24 日目录1课程设计目的与要求 21.1设计目的21.2技术要求32.课程设计正文.32.1 系统分析与实施32.2 硬件部分.4 STC90C52AD功能参数介绍4 时钟电路与复位电路的设计.6 LED显示电路驱动设计.7 按键电路单元.8 蜂鸣器电路单元.93、程序流程图.94、系统调试.114.1硬件及软件调试过程11 4.2错误及其分析115、心得体会.12附录一、设计原理图13用户手册：初始密码为000；键盘数字排列：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 确认 改密键盘第四行：用户用于扩展如果两次输入密码错误：红灯亮并且蜂鸣器响、持续十秒如果密码输入正确：绿灯亮1、 课程设计目的与要求1.1设计目的单片机原理及应用是一门专业技术基础课,是一门实践性很强的课程,单片机课程设计要求将所学的理论知识通过实践加强理解和认识,提高学生们的单片机接口电路的设计能力和实践动手能力。课程设计让我熟练掌握了课本上的一些理论知识,课程设计也是一个学习新知识,巩固加深所学课本理论知识的过程。她培养了我们综合运用知识的能力,独立思考和解决问题的能力。加深我们对单片机原理与应用课程的理解。1.2技术要求电源打开后,显示器显示000,000为默认内定密码；上电黄灯亮,输入号码,再按确定开门键 。若号码正确,则门会打开用二极管绿灯亮表示,两次输入密码错误时红灯亮,蜂鸣器报警。还可实现密码修改功能。当输入默认内定密码,门锁打开后,按下修改密码键,再依次按下三位数字,再按下确认键,即可修改为新的密码。 110个数字输入键,1个确定开锁键,1个重设密码键； 23个指示灯；1个报警蜂鸣器； 3三个数码管2、课程设计正文2.1 系统分析与实施本设计主要由单片机、矩阵键盘、数码管和密码存储等部分组成。其中矩阵键盘用于输入数字密码和进行各种功能的实现。由用户通过连接单片机的矩阵键盘输入密码,后经过单片机对用户输入的密码与自己保存的密码进行对比,从而判断密码是否正确,然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者报警电路控制开锁还是报警,实际使用时只要将单片机的负载由继电器换成电子密码锁的电磁铁吸合线圈即可,当然也可以用继电器的常开触点去控制电磁铁吸合线圈。本系统共有两部分构成,即硬件部分与软件部分。其中硬件部分由电源输入部分、键盘输入部分、密码存储部分、复位部分、晶振部分、显示部分、报警部分、开锁部分组成,软件部分对应的由主程序、初始化程序、LCD显示程序、键盘扫描程序、启动程序、关闭程序、建功能程序、密码设置程序、EEPROM读写程序和延时程序等组成STC90C52AD键盘输入复位电路密码存储电路晶振电路电源输入显示电路报警电路开锁电路2.2 硬件部分 STC90C52AD的功能参数介绍STC90C52AD是由宏晶公司生产的高性能八位单片机。如图一所示。该芯片采用FLASH存储技术,内部具有8KB字节快闪存存储器,采用DIP封装,是目前在中小系统中应用最为普及的单片机。 STC90C52AD可构成真正的单片机最小应用系统,缩小系统体积,增加系统的可靠性,降低系统的成本。只要程序长度小于8K,四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程,而且擦写时间仅需10毫秒,仅为8751/87C51的擦除时间的百分之一,与8751/87C51的12V电压擦写相比, 不易损坏器件,没有两种电源的要求,改写时不拔下芯片, 图一适合许多嵌入式控制领域。工作电压范围2.7V6V,全静态工作,工作频率宽在0Hz24MHz之间,比8751/87C51等51系列的6MHz12MHz更具有灵活性,系统能快能慢。STC90C52AD芯片提供三级程序存储器加密,提供了方便灵活而可靠的硬加密手段,能完全保证程序或系统不被仿制。P0口是三态双向口,通称数据总线口,因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。STC90C52AD单片机为40引脚芯片如图一所示,在本设计中,主要用到P0口、P2口、P1.0口及P3.0、P3.1、P3.2口。 P0口可作为通用I/O口,但须外接上拉电阻,所以在设计显示数码管我们避免了使用P0口这样大大简化了动态显示电路。P1口：8位、双向I/0口,内部含有上拉电阻。P1口可作普通I/O口。输出缓冲器可驱动四个TTL负载；用作输入时,先将引脚置1,由片内上拉电阻将其抬到高电平。P1口的引脚可由外部负载拉到低电平,通过上拉电阻提供电流。在FLASH并行编程和校验时,P1口可输入低字节地址。在串行编程和效验时,P1.5/MO-SI,P1.6/MISO和P1.7/SCK分别是串行数据输入、输出和移位脉冲引脚。 P2口：具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P2口用做输出口时,可驱动4各TTL负载；用做输入口时,先将引脚置1,由内部上拉电阻将其提高到高电平。若负载为低电平,则通过内部上拉电阻向外部输出电流。在FLASH并行编程和校验时,P2口可输入高字节地址和某些控制信号。P3口：具有内部上拉电阻的8位双向口。P3口用做输出口时,输出缓冲器可吸收4各TTL的灌电流；用做输入口时,首先将引脚置1,由内部上拉电阻抬位高电平。若外部的负载是低电平,则通过内部上拉电阻向输出电流。在本设计中,P3口作为时间设置的4按键输入,因为有上拉电阻,所以可以通过按键直接接地,简化了电路。在与FLASH并行编程和校验时,P3口可输入某些控制信号。P3口除了通用I/O口功能外,还有替代功能如表1所示。单片机使用宏晶公司支持串口下载程序ISP的单片机,为STC90C52AD课程设计配发的小电路板ISP-MCU Basic circuit电路原理图见下图。该板作为课程设计的核心电路板使用,板上有单片机及附属电路,RS-232通信驱动电路,高低电平测试电路等。课程设计电路中需要的其他电路在此基础上扩展,通过插孔连接。课程设计配发的小电路板ISP-MCU Basic circuit电路原理图见下图。表1P3口的第二功能端口引脚各个功能P3.0RXDP3.1TXDP3.2INT0P3.3INT1P3.4T0P3.5T1P3.6WRP3.7RD。每各引脚可吸收8各TTL的灌电流。作为输入时,首先应将引脚置1。P0也可用做访问外部程序存储器和数据存储器时的低8位地址/数据总线的复用线。在该模式下,P0口含有内部上拉电阻。在FLASH编程时,P0口接收代码字节数据；在编程效验时,P0口输出代码字节数据。时钟电路与复位电路的设计时钟电路是计算机最核心的部分,它控制着计算机的工作。MCS-51单片机允许的时钟频率典型值为12MHZ。80C51单片机内部有一个高增益反相放大器,用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1,输出端为XTAL2,分别是80C51的19脚和18脚。在XTAL1和XTAL2两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。石英晶振起振后要能在XTAL2线输出一个3V左右的正弦波,使MCS-51片内的OCS电路按石英晶振相同的频率自激振荡。通常,OCS的输出时钟频率fosc为0.5MHZ-16MHZ,典型值为12MHZ,电容器C1和C2通常取30pF左右,对振荡频率有微调作用。调节它们可以达到微调振荡周期fosc的目的。单片机的RST管脚为主机提供一个外部复位信号输入端口。复位信号是高电平有效,高电平有效的持续时间应为2个机器周期以上。单片机的复位方式有上电自动复位和手工复位两种。图2-2所示是51系列单片机常用的上电复位电路,只要Vcc上升时间不超过1ms,它们都能很好的工作。复位后,单片机内各部件恢复到初始状态。RET按键可以选择专门的复位按键,也可以选择轻触开关。LED显示电路驱动设计 单片机应用系统中,通常都需要进行人机对话。这包括人对应用系统的状态干预与数据输入,以及应用系统向人们显示运行状态与运行结果。显示器,键盘电路就是用来完成人机对话活动的人机通道。 LED显示器的驱动是一个非常重要的问题,采用CD4511驱动数码管,在应用系统中,设计要求不同,使用的LED显示器的位数不同,因此生产厂家就生产了多种位数,尺寸,型号不同的LED显示器,采用动态显示方式。图4-3为本系统LED显示电路,P1口的低四位送4511输入端,P1.4 P1.5 P1.6分别控制三个数码管的位选4511真值表按键电路单元每一条水平行线与垂直线列线的交叉处不相通,而是通过一个按键来连通,利用这种行列式矩阵结构只需要N条行线和M条列线,即可组成具有NM个按键的键盘。在这种行列式矩阵键盘非键盘编码的单片机系统中,键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。当确认有按键按下后,下一步就要识别哪一个按键按下。对键的识别通常有两种方法：一种是常用的逐行扫描查询法；另一种是速度较快的线反转法。对照图九所示的4*3键盘,说明线反转个工作原理。首先辨别键盘中有无键按下,有单片机I/O口向键盘送全扫描字,然后读入行线状态来判断。方法是：向行线输出全扫描字00H,把全部列线置为低电平,然后将列线的电平状态读入累加器A中。如果有按键按下,总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为1。判断键盘中哪一个键被按下使通过将列线逐列置低电平后,检查行输入状态来实现的。方法是：依次给列线送低电平,然后查所有行线状态,如果全为1,则所按下的键不在此列；如果不全为1,则所按下的键必在此列,而且是在与零电平行线相交的交点上的那个键。 蜂鸣器电路单元 蜂鸣器通过PNP三极管触发,当输入密码错误两次,即会报警。3程序流程图开始 扫描键盘判断有没有键按下记录下所按的键的数值 YESNO判断三个数值是否全部按下并且确认键是否按下键师傅按下比较所记录的三个数和程序里现在的密码是否相等YESNO绿灯亮NO判断是否是第二次密码按下错误蜂鸣器响 并且红灯亮 持续十秒YESNOYESNO4系统调试 硬件调试：硬件调试是利用DVCC实验与开发系统、基本测试仪器万用表,检查用户系统硬件中存在的故障。硬件调试可分为静态调试与动态调试两步进行。静态调试：是在用户系统未工作时的一种硬件检测。第一步：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。第二步：用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点,再检测各种电源线与地线之间是否有短路现象。第三步：加电检测。给板加电,检测所有插座或是器件的电源端是否符合要求的值第四步：联机检查。因为只有用单片机开发系统才能完成对用户系统的调试。动态调试：是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障、器件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。由分到合是指首先按逻辑功能将用户系统硬件电路分为若干块,当调试电路时,与该元件无关的器件全部从用户系统中去掉,这样可以将故障范围限定在某个局部的电路上。当各块电路无故障后,将各电路逐块加入系统中,在对各块电路功能及各电路间可能存在的相互联系进行调试。由分到合的调试既告完成。由近及远是将信号流经的各器件按照距离单片机的逻辑距离进行由近及远的分层,然后分层调试。调试时,仍采用去掉无关元件的方法,逐层调试下去,就会定位故障元件了。软件调试：软件调试是通过对程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。可以利用仿真器加以调试,对系统单个单元进行调试,当单元电路成功后,在对整个程序调试,最后在用CPU芯片调试。4.1硬件及软件调试过程一 硬件 1 用万用表检测扩展电路的电源线和底线是否短路。 2 给蜂鸣器部分电路供电,给控制端口一个低电平,发光二极管亮并且蜂鸣器响证明这部分电路能正常工作。 3 查看数码管的各引脚与74LS245的引脚是否接触良好。 4 查看各个按键是否与P2正确连接。二 软件1 逐个选通数码管,让P1口输入共阴极的编码,看是否能正确显示。2 下载键盘扫描程序,让数码管显示相应的按键值,看能否正确显示。调试成功后,就可以正式的进行号码锁的程序编程了。4.2错误及其分析1 没有正确认识实验板,把电源线和地线短路。2 我们用的是共阴极数码管,位选时应该用PNP,控制公共端的导通与否,但是焊器件时焊的是NPN,导致调试时数码管不能选通。3 没有正确认识实验板,导致一排按键和电源线直接相连。5、心得在课设过程中我和组员王国瑞共同负责电路的焊接,有点难过的是我能力有限使得很多东西都没有靠自己做好,但是我觉得态度可以决定一切,虚心、耐心、毅力等都是必不可少的,遇到自己不会的一定要积极向同学老师学习。这次课程设计给我们带来了很大收获,重要的不是结果,而是艰苦而有意义的设计过程,是同学们互相合作、集思广益的团队精神,是不怕失败,耐得住性子,屡败屡战的艰苦奋斗精神和探求真理的顽强意志。一个人的能力和精力是有限的,但集体可以创造出更大的成果。无论单单对于这次课程设计还是为了以后步入工作岗位进行实践都是有很大好处的！单片机是很重要的一门课程,老师和一些工作的朋友都曾说过,如果学好一门单片机,就凭这个技术这门手艺找一个好工作也不成问题。尽管我们在课堂学到的内容很有限,但在以后的学习中单片机还需要好好的深入研究和学习,学好了单片机也就多了一项生存的本钱,以后我一定努力学习,提高自己的各项能力！最后感谢老师们的对我们的耐心教导,真的非常感谢,你们的耐心和细心让我们有了问更多问题的勇气,让我们学到了很多实用的东西,谢谢老师们,辛苦了！附录一课程设计评 语课程设计成 绩指导教师签字 年 月 日注：此表必须在同一页面。10 / 11