电子密码锁设计报告.doc

湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 单片机原理与应用 课 题 电子密码锁设计 专业班级 电子信息0801 学生姓名 学 号 指导老师 周向红、李晓秀、赵葵银 审 批 周向红 任务书下达日期 2011年 5月 9 日任务完成日期 2011年 5月 25 日设计内容与设计要求设计内容：以51系列单片机为核心，以开发板为平台；设计一个电子密码锁，要求能完成密码锁的基本功能：能完成密码的输入（4位）、显示；并确认，如正确，则开锁，反之，不开锁，重新输入密码；如3次输入密码错误，则报警。设计任务包括控制系统硬件设计和应用程序设计。设计要求：1）确定系统设计方案； 2）进行系统的硬件设计；3）完成必要元器件选择；4）开发板焊接及测试5）系统软件设计及调试；6）系统联调及操作说明7）写说明书主 要 设 计 条 件1、 MCS-51单片机实验操作台1台；2、 PC机及单片机调试软件，仿真软件proteus；3、 开发板1块； 4、 制作工具1套；5、系统设计所需的元器件。说 明 书 格 式目 录第1章、概述第2章、系统总体方案设计第3章 硬件设计第4章 软件设计及调试第5章 系统联调及操作说明第6章 总结参考文献 附录A 系统硬件原理图附录B 程序清单进 度 安 排设计时间分为二周第一周星期一、上午：布置课题任务，课题介绍及讲课。下午：借阅有关资料，总体方案讨论。星期二、分班级焊接开发板星期三、确定总体方案，学习与设计相关内容。星期四、各部分方案设计，各部分设计。星期五、设计及上机调试。星期六、设计并调试第二周星期一：设计及上机调试。星期二：调试，中期检查。星期三：调试、写说明书。星期四-星期五上午：写说明书、完成电子版并打印成稿。星期五下午：答辩。参 考 文 献1、 王迎旭编.单片机原理与应用M.机械工业出版社.2、 楼然苗编.51系列单片机设计实例M.北京航空航天大学出版社.3、 黄勤编.计算机硬件技术基础实验教程M.重庆大学出版社4、刘乐善编.微型计算机接口技术及应用M.华中科技大学出版社.5、陈光东编.单片微型计算机原理及接口技术M.华中科技大学出版社.目 录第1章 概述 .P7第2章 系统总体方案设计 .P8第3章 硬件设计 .P9第4章 软件设计及调试 .P12第5章 总结 .P15第6章 参考文献 .P15第7章 附录A 系统硬件原理图 .P16第8章 附录B 程序清单 .P16第1章 概 述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，完成开锁、闭锁任务的电子产品。它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。现在应用较广的数字密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。其性能和安全性已大大超过了机械锁。其特点是保密性好，随机开锁成功率几乎为零。密码可变，用户可以随时更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降。无活动零件，不会磨损，寿命长。使用灵活性好，不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁。数字密码锁操作简单易行，一学就会。本设计使用软件仿真，实现了既定的功能和要求，能使系统正确地开启密码锁和更改密码，而数码管能够正确地显示输入密码。本实验设计了16个开关按键，每次按下键需要检验是否确实按下，若是则输入密码；否则，就等待按键按下。关键字：AT89C51、7段LED数码管、74LS247、74LS138、与非门、4*4矩阵键盘等 第2章 系统总体方案设计3输入错误锁定键盘用以AT89S51为核心的单片机控制方案。利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口，及其控制的准确性，完成设计的要求和功能。其原理如图所示。矩阵键盘控制89S51单片机复位电路开锁控制电路3次输入错误延时报警电路串口显示电路单片机控制方案初步设计思路如下：输入密码用矩形键盘，包括数字键和功能键。LED数码管显示输入密码，用74JS247驱动数码管发光显示数码，用74LS138控制各位显示器分时进行显示。用发光二极管代替开锁的电路，发光表示开锁。输入密码错误次数超过3次，系统报警（用红色LED灯代替）。打开电源后，显示器显示“000000”，设原始密码为“123456”，只要输入此密码便了开门。这样可预防停电后再来电时无密码可用。按“#”键，清除显示器为“000000”。欲重新设定密码，先输入密码在按“*”。输入密码，再按“D”键。若密码与设定密码相同，则开门。否则显示器清为“000000”。第3章 硬件电路设计3.1 键盘电路设计使用矩阵键盘，所以本设计就采用行列式键盘，同时也能减少键盘与单片机接口时所占用的I/O线的数目，在按键比较多的时候，通常采用这样方法。其原理如下图： 矩阵键盘 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。对照图所示的44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。具体的功能设计如表：按键功能表按 键键 名功 能 说 明19键数 字 键输 入 密 码* 键重 设 密 码 键设 定 新 密 码D键确 定 键比 较 密 码# 键清 除 键使 显 示 器 清 零3.2 LED显示电路本系统设计的显示电路是为了给使用者以提示而设置的。本系统的显示采用串行显示的方式，只使用单片机的一个串行口，利用74LS247驱动数码管发光显示数码和74LS138控制位选信号，就可以完成单片机的显示功能，显示电路的电路原理图如图所示。LED显示为4位共阳极显示器，用P0.0P0.3接74LS247的A，B，C，D四端口，74LS247的输出口接LED的七段显示（输出端低电平有效）；而P0.4P0.6接74LS138的A，B，C三个输入口，74LS138的输出口接LED的位显示。通过软件实现数字和位控制。 LED显示电路3.3 开锁电路在本次设计中，基于节省材料的原则，暂时用发光二极管代替电磁锁，发光管亮，表示开锁；灭，表示没有开锁。电路图如下所示。当P2.0口输出低电平时，二极管发光，表示开锁。 开锁电路3.4报警电路报警模块由红色LED灯和单片机组成。当89C51的P2.1口输出为低电平时，红色LED灯亮，89C51输出为高电平时，红色LED灯处于熄灭状态。第四章 软件设计4.1软件设计思路电子密码锁工作的主要过程是LED数码管提示开始输入密码，通过键盘输入密码，同时LED显示密码输入情况，按下确认键后判断密码的正确性，作出开锁或报警处理。当输入密码连续输入错误3次时，系统报警。密码的设定，在此程序中密码是固定40H45H中，假设预设的密码为123456共6位密码。由于采用两个按键来完成密码的输入，那么其中一个按键为功能键，另一个按键为数字键。在输入过程中，首先输入密码的长度，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，才能完成密码的输入过程。进入密码的判断比较处理状态并给出相应的处理过程。4.2 各子程序设计 通过流程图来体现各个子程序的工作原理，及程序执行情况和功能。4.2.1 、键盘扫描子程序流程图：键盘扫描流程图4.2.2 、LED显示子程序流程图： LED显示流程图4.2.3、 密码比较和报警程序警流程图： 密码比较和报警流程4.2.4、延时子程序说明：我们的延时子程序通过软件延时，也就是先个两个寄存器分别赋予初值，然后减一之后判断是否为零，都为零时延时结束，不为零继续执行，从而实现延时。第五章 总结 第六章 参考文献1.王迎旭编.单片机原理与应用M.机械工业出版社.2.楼然苗编.51系列单片机设计实例M.北京航空航天大学出版社.3.黄勤编.计算机硬件技术基础实验教程M.重庆大学出版社4.刘乐善编.微型计算机接口技术及应用M.华中科技大学出版社.5.陈光东编.单片微型计算机原理及接口技术M.华中科技大学出版社.第七章 附录A 系统硬件原理图第八章 附录B 程序清单 ORG 0000H ；程序初始化及原始密码输入程序 MOV R7,#00H DJNZ R7,$ MOV R7,#10H MOV R6,#06H MOV R1,#35H MOV R5,#00HL1: MOV A,R7 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV R1,A DEC R1 INC R7 DJNZ R6,L1START: MOV P2,#0FFH ；键盘扫描程序 MOV R4,#06H MOV R0,#40HCLEAR: MOV R0,#00H INC R0 DJNZ R4,CLEARL2: MOV R3,#0F7H MOV R1,#00HL3: MOV A,R3 MOV P1,A MOV A,P1 MOV R4,A SETB C MOV R6,#04HL4: RLC A JNC KEYIN INC R1 DJNZ R6,L4 CALL DISP MOV A,R3 SETB C RRC A MOV R3,A JC L3 JMP L2KEYIN: MOV A,R1 ；判断键值程序 XRL A,#0BH JZ X3 MOV A,R1 XRL A,#0FH JZ X4 MOV R7,#10D1: MOV R6,#24 DJNZ R6,$ DJNZ R7,D1D2: MOV A,P1 XRL A,R4 JZ D2 MOV A,R1 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV R7,A MOV A,R7 XRL A,#0AH JZ SET0 MOV A,R7 XRL A,#0BH JZ START MOV A,R7 XRL A,#0CH JZ L2 MOV A,R7 XRL A,#0DH JZ L2 MOV A,R7 XRL A,#0EH JZ L2 MOV A,R7 XCH A,40H XCH A,41H XCH A,42H XCH A,43H XCH A,44H XCH A,45H CALL DISP JMP L2X3: JMP DISP2X4: JMP COMPDISP: MOV R0,#45H ；显示程序 MOV A,R0 ADD A,#50H MOV P0,A CALL DELAY DEC R0 MOV A,R0 ADD A,#40H MOV P0,A CALL DELAY DEC R0 MOV A,R0 ADD A,#30H MOV P0,A CALL DELAY DEC R0 MOV A,R0 ADD A,#20H MOV P0,A CALL DELAY DEC R0 MOV A,R0 ADD A,#10H MOV P0,A CALL DELAY DEC R0 MOV A,R0 ADD A,#00H MOV P0,A CALL DELAY RETSET0: MOV R2,#06H ；重设密码程序 MOV R0,#45H MOV R1,#35HE1: MOV A,R0 XCH A,R1 DEC R0 DEC R1 DJNZ R2,E1 CALL DELAYE2: JMP STARTCOMP: MOV R1,#45H ;密码比较 MOV R0,#35H MOV R2,#06H C1: MOV A,R1 XRL A,R0 JNZ C3 ;错误跳转 DEC R1 DEC R0 DJNZ R2,C1 CLR P2.0 MOV R1,#50 ;密码正确CC2: MOV R2,#100C2: MOV R6,#100 DJNZ R6,$ DJNZ R2,C2 DJNZ R1,CC2 JMP STARTC3: CLR P2.2 ;密码错误显示 MOV R1,#10 CC5: MOV R2,#100C5: MOV R6,#100 DJNZ R6,$ DJNZ R2,C5 DJNZ R1,CC5 INC 46H MOV A,46H CJNE A,#03H,CC4 ;错误是否有3次判断 MOV 46H,#00H ACALL K1CC4: JC C4C4: JMP START K1: SETB P2.2 MOV R0,#3K11: CLR P2.1 MOV R2,#20KK1: MOV R3,#50KK2: MOV R4,#100 DJNZ R4,$ DJNZ R3,KK2 DJNZ R2,KK1 RETDISP2: MOV R0,#35H ；清零程序 CALL DISP MOV A,P1 XRL A,R4 JZ DISP2 CALL DELAY JMP STARTDELAY: MOV R7,#93 ；延时子程序D3: MOV R6,#248 DJNZ R7,D3 RET ORG 0300HTABLE: DB 01H,02H,03H,0CH DB 04H,05H,06H,0DH DB 07H,08H,09H,0EH DB 0AH,00H,0BH,0FH DB 01H,02H,03H,04H,05H,06H END电气与信息工程系课程设计评分表项 目评 价设计方案的合理性与创造性开发板焊接及其调试完成情况硬件设计或软件编程完成情况*硬件测试及软件调试结果*设计说明书质量设计图纸质量答辩汇报的条理性和独特见解答辩中对所提问题的回答情况完成任务情况独立工作能力组织纪律性（出勤率）综合评分 指导教师签名：_ 日 期：_ 注：表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容； 此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。