基于5单片机的电子密码锁课程设计报告

单片机原理与应用 课程设计报告 题 目 基于51单片机的电子密码锁设计 系 别 物理与电子工程学院 专 业 电子信息科学与技术 学生姓名 学 号 班 级 12月26日 摘要 电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完毕开锁、闭锁任务的电子产品。在保密性、操作的以便性、密码的可变性、和某些自动化的功能上已经远远超过了机械密码锁。因此其应用非常广泛。并且由于其使用微型计算机的特质，导致其可以灵活的挂载电子化设备，例如界面和谐的显示设备，以便快捷的输入设备等。本文简要简介了一种基于AT89C51单片机的电子密码锁设计，重要采用汇编程序完毕整个软件的设计，可以实现简易的电子密码锁功能。 核心词：44矩阵键盘；AT89C51；密码锁；单片机 目录一、绪论 3二、系统所要完毕的功能3三、系统总体方案设计 4四、硬件电路设计 6 4.1单片机最小系统6 4.2 键盘电路设计6 4.3 LCD显示电路8 4.4 开锁电路8五、软件设计 9六、系统调试13七、心得体会13参照文献14附 录 15源程序清单 15实物图 23一、绪论 在平常的生活和工作中, 住宅与部门的安全防备、单位的文献档案、财务报表以及某些个人资料的保存多以加锁的措施来解决。若使用老式的机械式钥匙开锁，人们常需携带多把钥匙, 使用极不以便, 且钥匙丢失后安全性即大打折扣。随着科学技术的不断发展，人们对平常生活中的安全保险器件的规定越来越高。为满足人们对锁的使用规定，增长其安全性，用密码替代钥匙的密码锁应运而生。密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等长处。在安全技术防备领域，具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐替代老式的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺陷，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世，浮现了带微解决器的智能密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化管理、专家分析系统等功能，从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性，应用日益广泛。随着人们对安全的注重和科技的发展，许多电子智能锁（指纹辨认、IC卡辨认）已在国内外相继面世。但是这些产品的特点是针对特定的指纹和有效卡，只能合用于保密规定的箱、柜、门等。并且指纹识辨认器若在公共场合使用存在容易机械损坏，IC卡还存在容易丢失、损坏等特点。加上其成本较高，一定限度上限制了此类产品的普及和推广。鉴于目前的技术水平与市场的接受限度，电子密码锁是此类电子防盗产品的主流。 二、系统所要完毕的功能基于以上思路，本文重要简介一种使用 STC公司的 STC11F16XE单片机电子密码锁的设计，其重要具有如下功能： 1、密码确认功能：密码通过矩阵键盘输入，若密码输入对的，则将通过驱动口发出高电平信号作为机械制动开锁的根据完毕开锁功能。同步在主界面上显示：“The keywords is ok！” 2、密码设立功能：单片机刚刚上电复位后会通过LCD1602界面提示设立密码：“Please set the keywords！”并且设立的密码是可反复的，程序运营中可再次通过输入相应密码然后修改。3、在密码输入错误时系统会通过LCD1602界面提示密码输入错误字符:“The keywords is false!”同步不做开锁动作。 4、本次设计中运用一只LED替代机械制动系统，灯亮表达开锁，灯灭表达闭锁。在本次的设计中，具体实现系统设计的过程如下： 1、完毕硬件的设计。通过PROTEL99SE绘制单片机最小系统板和矩阵键盘的原理图和PCB幅员，然后通过实验室的腐蚀液腐蚀出来，焊上元件，下载测试程序调试。1、 完毕软件的设计。通过Keil uVision3软件，编辑好源汇编程序，然后编译和修改直到编译器通过为止。2、 把编译好的HEX文献下载到单片机内部运营，通过查找系统功能上的局限性和可修改的地方，然后回过去修改源文献，最后成型。 三、系统总体方案设计方案一：采用数字电路控制。运用数字电路的逻辑运算功能，然后设计成电子密码锁，也可以完毕系统的设计，甚至直接用FPGA完毕设计就更加以便了。但是如果用FPGA完毕则显得非常的挥霍，由于，FPGA一方面价格昂贵，另一方面用功能如此强大的芯片制作功能如此简朴的系统是一种耗费资源的行为，极不可取，故这里不采用此方案。方案二：采用DSP芯片TMS320F2812完毕电子密码锁的设计。由于DSP芯片在逻辑运算和数学运算上的强大，完毕电子密码锁的设计非常容易，并且容易实现。但是DSP芯片TMS320F2812的价格昂贵，故此处不采用此方案。方案三：采用51系列单片机STC11F16XE为核心来完毕控制方案，然后实现电子密码锁的设计。我们可以运用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口，及其控制的精确性，不仅能实现基本的密码锁功能，还能添加调电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能。其原理如图31所示。89S51单片机矩阵键盘控制输入错误锁定键盘延时报警控制电路AT24C02掉电存储开锁控制电路批示电路串口显示电路图31单片机控制方案通过比较以上三种方案，单片机方案有较大的活动空间，不仅能实现所规定的功能并且能在很大的限度上扩展功能，并且还可以以便的对系统进行升级，因此我们采用第三种方案。设计的效果场景如下：1、输入密码用矩形键盘，涉及数字键、字母键和功能键。2、用液晶显示屏LCD1602显示字符和操作界面。3、用发光二极管替代开锁的电路，发光表达开锁，熄灭表达闭锁。4、打开电源后，显示屏显示“Please set the keywords！”提示顾客设立密码，顾客可以在此时输入一种8位的密码。输入至8位后系统自动跳转到另一界面，显示字符“The keywords set ok！”5、在完毕上面的环节后，系统再次跳换到另一种界面：“Please input the keywords！”此时系统提示顾客输入对的的密码以完毕开锁的功能。顾客此时可以通过矩阵键盘来完毕输入密码的功能。输入位数为8位数。6、若输入密码对的则系统会显示：“The keywords is ok！” ，同步点亮LED灯完毕开锁。否则系统将显示“The keywords is false!”并且不做任何动作。在本次设计中，硬件重要完毕单片机最小系统和矩阵键盘的设计，软件重要由矩阵键盘子程序、显示初始化程序、显示字符子程序、数据比较子程序、数据寄存子程序和子程序调度主程序等构成。四、硬件电路设计4.1、单片机最小系统设计单片机的最小系统中涉及外接晶振、复位电路和P0口的上拉电阻。其原理图如图4.1所示： 图4.1 单片机最小系统4.2、键盘电路设计本设计中使用矩阵键盘作为输入设备，它最大的长处就是可以减少单片机I/O总线的占用，节省资源，并且可以产大量的不同组输入数据。在按键比较多的时候，一般采用这样措施。其原理如图4.2所示： 。 图4.2 矩阵键盘原理图每一条水平（行线）与垂直线（列线）的交叉处不相通，而是通过一种按键来连通，运用这种行列式矩阵构造只需要N条行线和M条列线，即可构成具有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，键盘解决程序一方面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，下一步就要辨认哪一种按键按下。对键的辨认一般有两种措施：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4.2所示的44键盘，阐明线反转的工作原理。一方面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。措施是：向行线输出全扫描字00H，把所有列线置为低电平，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。判断键盘中哪一种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。措施是：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，并且是在与零电平行线相交的交点上的那个键。本次电路的设计中，矩阵键盘的具体的功能设计如表3.1： 表4.1 按键功能按 键键 名功 能 说 明19键数 字 键输 入 密 码A-F键字母键输入密码4.3、LCD显示电路 由于LCD1602的引脚中有一种对比调节电压，因此电路设计中重要就是对它串联可调电阻和对背光灯串联可调电阻的设计。这里我们采用P0口的并口总线和LCD1602数据总线相相应。控制线采用P2.2、P2.3、P2.4三个位构成，分别控制RS、RW和E。在程序中用指令EQU定义。由于显示电路比较简朴，故不截图单独阐明。4.4、开锁电路在本次设计中，基于节省材料的原则，临时用发光二极管替代电磁锁，发光管亮，表达开锁；灭，表达没有开锁。电路图如3.3所示。当P2.0口输出低电平时，二极管发光，表达开锁。 图4.3 开锁电路五、软件设计5.1、软件设计思路电子密码锁工作的重要过程是LCD1602液晶显示屏提示开始输入密码，通过矩阵键盘输入密码，同步由液晶显示屏显示输入的状况，到输入完毕后系统自动作出判断，作出开锁或闭锁解决。密码的设定，在本设计中的程序中输入的密码是保存在30H46H中的。在输入过程中，一方面输入密码的长度，接着根据密码的长度输入密码的位数，直到所有长度的密码都已经输入完毕；或者输入确认功能键之后，才干完毕密码的输入过程。进入密码的判断比较解决状态并给出相应的解决过程。5.2 各个子程序的设计 1、键盘扫描子程序键盘扫描流程图如图4.2.1 图5.1 键盘扫描流程图键盘扫描子程序如下：KEY1: MOV A,P1 /键盘程序入口 ORL A,#0F0H CPL A JZ KEY1 ACALL DELAY10MS MOV A,P1 ORL A,#0F0H CPL A JZ KEY1 MOV P1,#7FH / 确认有键按下 MOV P1,#7FH MOV A,P1 ORL A,#0F0H CPL A JNZ CHULI1 / 开始多种相应解决 MOV P1,#0BFH MOV A,P1 ORL A,#0F0H CPL A JNZ CHULI2 MOV P1,#0DFH MOV A,P1 ORL A,#0F0H CPL A JNZ CHULI3 MOV P1,#0EFH MOV A,P1 ORL A,#0F0H CPL A JNZ CHULI42、液晶显示初始化程序初始化程序重要完毕多种显示功能的配备： MOV P0,#01H /显示程序入口 初始化 ACALL ENABLE MOV P0,#38H ACALL ENABLE MOV P0,#0FH ACALL ENABLE MOV P0,#06H ACALL ENABLE MOV P0,80H3、液晶显示部分程序液晶显示程序重要完毕读时序和写时序的功能：ENABLE: CLR RS CLR RW CLR E ACALL DELAY10MS SETB E RETDAT1: SETB RS CLR RW CLR E ACALL DELAY10MS SETB E RET 其中，ENABLE子程序重要完毕对LCD1602的写控制的功能，DAT1子程序重要完毕对其的写数据的功能。4、数据比较判断子程序 BIJIAO: ACALL DELAY MOV P0,#01H ACALL ENABLE ACALL PLEASE ACALL INPUT ACALL PASSWORD MOV R3,#8 MOV R1,#2AH ACALL MAIN CLR C MOV A,20H SUBB A,2AH JNZ ZHONGZHI MOV A,21H SUBB A,2BH JNZ ZHONGZHI MOV A,22H SUBB A,2CH JNZ ZHONGZHI MOV A,23H SUBB A,2DH JNZ ZHONGZHI MOV A,24H SUBB A,2EH JNZ ZHONGZHI MOV A,25H SUBB A,2FH JNZ ZHONGZHI MOV A,26H SUBB A,30H JNZ ZHONGZHI MOV A,27H SUBB A,31H JNZ ZHONGZHI 此子程序根据输入的密码自动和设立的密码进行比对，并且根据其与否相等作出判断而跳转至不同的其她的子程序中去做相应的操作。六、系统调试 本次调试采用实物调试。一方面设计电子密码锁的源程序，源程序通过汇编后，生成的目的文献下载到单片机内部，运营并做操作后查看和预期成果与否同样。通过不断地修改，效果见附页。其中重要涉及了开机界面的显示，输入密码对的后的显示，提示输入密码的界面显示和开锁后的效果。 七、心得体会实践是检查真理的唯一原则，固然也是检查学习成果的原则。在通过一段时间的学习之后，我们需要理解自己的所学应当如何应用在实践中，由于任何知识都源于实践，归于实践，因此要将所学的知识在实践中来检查。 这次课程设计终于顺利完毕了，由于我们对于单片机的应用并不熟悉，因此，我们请了硕勋励志班的优秀同窗给我们进行指引。虽然教师并不规定做出实物，但硕勋班的那位同窗觉得要在实践中我们才干学到更多，理解的更全面。因此，我们在那位同窗的指引下做出了实物，虽然并不完美，但却比理论学习的更多，实践是检查真理的唯一原则。固然我们在设计中也遇到了诸多问题，仿真软件不熟悉，指令指针应用不熟悉，实务操作就更是困难，真正体现出书到用时方恨少，我们女生在实践方面的劣势也严重的凸显出来。开始的时候，几乎是寸步难行，编程，操作什么的都要靠硕勋班同窗细心地解释指引，慢慢地才生疏地上手了，在这里要诚挚的感谢硕勋励志班的同窗，耐心的指引我们。其实始终到最后作品出来了，我们也没有真正地理解了所有的东西，只是明白了许多零零散散的概念，这也证明了没有什么是可以容易学到的。这次我们最大的心得就是要想真正地学习某一方面的东西，就必须全心全意心无旁骛地朝着这个方向走下去。 在做设计期间，在励志班同窗的指引下，通过自身的不断努力，无论是思想上，学习上，都获得了长足的发展和巨大的收获。顾起本次单片机课程设计，至今我们感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到诸多诸多的的东西，同步不仅可以巩固了此前所学过的知识，并且学到了诸多在课本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我们懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才干真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过多种各样的问题，同步在设计的过程中发现了自己的局限性之处，对此前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，对单片机汇编语言掌握得不好，通过这次课程设计之后，一定把此前所学过的知识重新温故。参照文献1 李朝青.单片机原理及接口技术(简要修订版)M.北京:北京航空航天大学出版社，19982 李全利.单片机原理及接口技术M.高等教育出版社，3 PROTEL99 SE电路设计与制板M.机械工业出版社，4 杨将新，李华军，刘到骏等.单片机程序设计及应用（从基本到实践）J电子工业出版社，7 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程M.北京：电子工业出版社, 附录源程序清单 ORG 0000H RS EQU P2.2 RW EQU P2.3 E EQU P2.4 AJMP START ORG HDB 30H,31H,32H,33H,34H,35H,36H,37HDB 38H,39H,41H,42H,43H,44H,45H,46H ORG 0030HSTART: MOV DPTR,#H /系统初始化 MOV SP,#60H MOV R3,#8 MOV R1,#20H SETB P2.0 MOV P0,#01H /显示程序入口 初始化 ACALL ENABLE MOV P0,#38H ACALL ENABLE MOV P0,#0FH ACALL ENABLE MOV P0,#06H ACALL ENABLE MOV P0,80H ACALL ENABLE ACALL PLEASE ACALL SEET ACALL PASSWORD ACALL MAIN ACALL XIANSHI1 ACALL BIJIAO AJMP $MAIN: MOV P1,#0FHKEY1: MOV A,P1 /键盘程序入口 ORL A,#0F0H CPL A JZ KEY1 ACALL DELAY10MS MOV A,P1 ORL A,#0F0H CPL A JZ KEY1 MOV P1,#7FH / 确认有键按下 MOV P1,#7FH MOV A,P1 ORL A,#0F0H CPL A JNZ CHULI1 / 开始多种相应解决 MOV P1,#0BFH MOV A,P1 ORL A,#0F0H CPL A JNZ CHULI2 MOV P1,#0DFH MOV A,P1 ORL A,#0F0H CPL A JNZ CHULI3 MOV P1,#0EFH MOV A,P1 ORL A,#0F0H CPL A JNZ CHULI4CHULI1: MOV P1,#07FH /键值生成程序部分 MOV A,P1 JNB ACC.0,C1Z1 JNB ACC.1,C1Z2 JNB ACC.2,C1Z3 JNB ACC.3,C1Z4C1Z1: MOV A,#3 AJMP WANCC1Z2: MOV A,#7 AJMP WANCC1Z3: MOV A,#11 AJMP WANCC1Z4: MOV A,#15 AJMP WANCCHULI2: MOV P1,#0BFH MOV A,P1 JNB ACC.0,C2Z1 JNB ACC.1,C2Z2 JNB ACC.2,C2Z3 JNB ACC.3,C2Z4C2Z1: MOV A,#2 AJMP WANCC2Z2: MOV A,#6 AJMP WANCC2Z3: MOV A,#10 AJMP WANCC2Z4: MOV A,#14 AJMP WANCCHULI3: MOV P1,#0DFH MOV A,P1 JNB ACC.0,C3Z1 JNB ACC.1,C3Z2 JNB ACC.2,C3Z3 JNB ACC.3,C3Z4C3Z1: MOV A,#1 AJMP WANCC3Z2: MOV A,#5 AJMP WANCC3Z3: MOV A,#9 AJMP WANCC3Z4: MOV A,#13 AJMP WANCCHULI4: MOV P1,#0EFH MOV A,P1 JNB ACC.0,C4Z1 JNB ACC.1,C4Z2 JNB ACC.2,C4Z3 JNB ACC.3,C4Z4C4Z1: MOV A,#0 AJMP WANCC4Z2: MOV A,#4 AJMP WANCC4Z3: MOV A,#8 AJMP WANCC4Z4: MOV A,#12 AJMP WANCWANC: MOV R1,A /键值显示程序 INC R1 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A ACALL DAT1 DJNZ R3,MM1MM0: AJMP ZUIHOUMM1: AJMP MAINZUIHOU: RETXIANSHI1: MOV P0,#01H ACALL ENABLE /清屏 MOV P0,#50H /P ACALL DAT1 MOV P0,#41H /A ACALL DAT1 MOV P0,#53H /S ACALL DAT1 MOV P0,#53H /S ACALL DAT1 MOV P0,#57H /W ACALL DAT1 MOV P0,#4FH/O ACALL DAT1 MOV P0,#52H/R ACALL DAT1 MOV P0,#44H/D ACALL DAT1 MOV P0,#2DH/- ACALL DAT1 ACALL SEET MOV P0,#2DH ACALL DAT1/- MOV P0,#4FH ACALL DAT1/O MOV P0,#4BH ACALL DAT1/K MOV P0,#21H ACALL DAT1/! ACALL DELAY MOV P0,#01H/清屏 ACALL ENABLE RETDELAY10MS:MOV R0,#5DEL1: MOV R4,#192DEL2: MOV R2,#255 DJNZ R2,$ DJNZ R4,DEL2 DJNZ R0,DEL1 RETDELAY: MOV 30H,#50DY1: MOV 31H,#200DY2: MOV 32H,#200 DJNZ 32H,$ DJNZ 31H,DY2 DJNZ 30H,DY1 RETBIJIAO: ACALL DELAY MOV P0,#01H ACALL ENABLE ACALL PLEASE ACALL INPUT ACALL PASSWORD MOV R3,#8 MOV R1,#2AH ACALL MAIN CLR C MOV A,20H SUBB A,2AH JNZ ZHONGZHI MOV A,21H SUBB A,2BH JNZ ZHONGZHI MOV A,22H SUBB A,2CH JNZ ZHONGZHI MOV A,23H SUBB A,2DH JNZ ZHONGZHI MOV A,24H SUBB A,2EH JNZ ZHONGZHI MOV A,25H SUBB A,2FH JNZ ZHONGZHI MOV A,26H SUBB A,30H JNZ ZHONGZHI MOV A,27H SUBB A,31H JNZ ZHONGZHITRUE: MOV P0,#01H ACALL ENABLE /清屏 MOV P0,#50H /P ACALL DAT1 MOV P0,#41H /A ACALL DAT1 MOV P0,#53H /S ACALL DAT1 MOV P0,#53H /S ACALL DAT1 MOV P0,#57H /W ACALL DAT1 MOV P0,#4FH/O ACALL DAT1 MOV P0,#52H/R ACALL DAT1 MOV P0,#44H/D ACALL DAT1 MOV P0,#2DH/- ACALL DAT1 MOV P0,#49H/I ACALL DAT1 MOV P0,#53H ACALL DAT1/S MOV P0,#2DH ACALL DAT1/- MOV P0,#4FH ACALL DAT1/O MOV P0,#4BH ACALL DAT1/K MOV P0,#21H ACALL DAT1/! CLR P2.0/ LCALL DELAY AJMP EDDZHONGZHI: MOV P0,#01H ACALL ENABLE /清屏 MOV P0,#50H /P ACALL DAT1 MOV P0,#41H /A ACALL DAT1 MOV P0,#53H /S ACALL DAT1 MOV P0,#53H /S ACALL DAT1 MOV P0,#57H /W ACALL DAT1 MOV P0,#4FH/O ACALL DAT1 MOV P0,#52H/R ACALL DAT1 MOV P0,#44H/D ACALL DAT1 MOV P0,#2DH/- ACALL DAT1 MOV P0,#49H/I ACALL DAT1 MOV P0,#53H ACALL DAT1/S MOV P0,#2DH ACALL DAT1/- MOV P0,#46H ACALL DAT1 MOV P0,#61H ACALL DAT1 MOV P0,#6CH ACALL DAT1 MOV P0,#53H ACALL DAT1 MOV P0,#65H ACALL DAT1 SETB P2.0EDD: AJMP BIJIAO RETPLEASE: MOV P0,#50H/P ACALL DAT1 MOV P0,#6CH /L ACALL DAT1 MOV P0,#65H /e ACALL DAT1 MOV P0,#61H /a ACALL DAT1 MOV P0,#73H /s ACALL DAT1 MOV P0,#65H /e ACALL DAT1 MOV P0,#2DH /- ACALL DAT1 RETINPUT: MOV P0,#69H / i ACALL DAT1 MOV P0,#6EH /n ACALL DAT1 MOV P0,#70H /p ACALL DAT1 MOV P0,#75H /u ACALL DAT1 MOV P0,#74H /t ACALL DAT1 MOV P0,#2DH /- ACALL DAT1 RETPASSWORD: MOV P0,#50H /P ACALL DAT1 MOV P0,#41H /A ACALL DAT1 MOV P0,#53H /S ACALL DAT1 MOV P0,#0C0H ACALL ENABLE MOV P0,#53H /S ACALL DAT1 MOV P0,#57H /W ACALL DAT1 MOV P0,#4FH/O ACALL DAT1 MOV P0,#52H/R ACALL DAT1 MOV P0,#44H/D ACALL DAT1 MOV P0,#21H ACALL DAT1 RETSEET: MOV P0,#73H ACALL DAT1 MOV P0,#65H ACALL DAT1 MOV P0,#74H ACALL DAT1 RETCHU: ACALL PLEASE ACALL INPUT ACALL PASSWORD RETENABLE: CLR RS CLR RW CLR E ACALL DELAY10MS SETB E RETDAT1: SETB RS CLR RW CLR E ACALL DELAY10MS SETB E RET硬件实物图