青島理工大學青島理工大學 畢畢 業業 論論 文文 題目 題目 基于單片機的電子密碼鎖設計基于單片機的電子密碼鎖設計 學生姓名 學生姓名 范小鳳范小鳳 學生學號 學生學號 201089084201089084 院系名稱 院系名稱 機電工程系機電工程系 專業班級 專業班級 機電一體化機電一體化 104104 指導教師 指導教師 武傳艷武傳艷 2013 年年 06 月月 15 日日 畢業設計任務書畢業設計任務書 專業 機電一體化 班級 104 姓名 范小鳳 下發日期 2013 3 1 題目基于單片機的電子密碼鎖設計 專題單片機應用 主 要 內 容 及 要 求 主要內容 1 繪制系統的整體框架圖 確定總體方案 2 基于單片的電子密碼鎖 硬件電路設計 3 主要元器件選擇 4 單片機控制系統軟件設計 5 進行仿真調試及運行結果分析 要求 1 輸入密碼時在 LCD 屏幕上顯示 號 2 輸入密碼錯誤超過三次電子密碼鎖延時鎖定 3 當輸入密碼錯誤時蜂鳴器響并且 LED 燈亮 4 密碼可以由用戶自己修改設定 技 術 參 數 要求 1 AT89S51 單片機 2 LCD1602 顯示器 3 4 4 矩陣鍵盤 進 度 及 完 成 日 期 2013 年 4 月 1 日 2013 年 4 月 19 日 查閱國內外文獻 上交開題報告 2013 年 4 月 22 日 2013 年 5 月 10 日 系統方案選擇與論證 軟硬件設計 2013 年 5 月 13 日 2013 年 5 月 24 日 主要參數計算及元器件選擇 上交中期審核表 2013 年 5 月 27 日 2013 年 6 月 05 日 完成畢業設計說明書的撰寫 上交初稿 2013 年 6 月 06 日 2013 年 6 月 15 日 根據老師意見進行修改完善 2013 年 6 月 16 日 2013 年 6 月 20 日 論文打印 完成答辯 PPT 準備答辯 系主任簽字日期教研室主任簽字日期指導教師簽字日期 指 導 教 師 評 語 文章篇幅完全符合學院規定 內容完整 層次結構安排科學 主要觀點突 出 邏輯關系清楚 該生查閱文獻資料能力強 能全面收集關于考試系統的資 料 寫作過程中能綜合運用考試系統知識 全面分析考試系統問題畢業論文 綜合運用知識能力強 并有一定的個人見解 總體講 該生論文語言表達流暢 格式完全符合規范要求 參考了較為豐 富的文獻資料 其時效性較強 未發現抄襲現象 指導教師 年 月 日 青島理工大學畢業論文評閱意見表 論文題目基于單片機的電子密碼鎖設計 評 分評價 項目 評價標準 A 級 滿分 ABCDE 10987 6 文獻 資料 利用 能力 能獨立地利用多種方式查閱中外文 獻 能正確翻譯外文資料 能正確 有效地利用各種規范 設計手冊等 10 19 2017 1815 1613 14 12 綜合 運用 能力 研究方案設計合理 設計方法科學 技術線路先進可行 理論分析和計 算正確 動手能力強 能獨立完成 論文 能綜合運用所學知識發現和 解決實際問題 研究結果客觀真實 20 37 4032 3628 3125 27 24 論文 質量 論文結構嚴謹 邏輯性強 語言文 字表準確流暢 格式 圖 表規范 有一定的學術水平或實際價值 40 1513 1411 1210 9 創新 能力 有較強的創新意識 所做工作有較 大突破 論文有獨到見解 15 1513 1411 1210 9 工作 量 工作量飽滿 圓滿完成了任務書所 規定的各項任務 15 總分 是否同意將該論文提交答辯 是 否 具體評閱及修改意見 針對單片機的電壓和電源電壓之間的壓差調節沒有注意 應對這方面設計加以補充 對論文沒有多少獨到的見解 缺乏創新 有待于進一步的學習和研究 評閱人 年 月 日 注 1 請按照 A 級標準 評出論文各項目的具體得分 并填寫在相應項目的評分欄中 2 計算出總分 若總分 60 分 論文質量 24 分 建議不能提交論文評閱乃至答辯 該論文須限期修改合格后重新申請答辯 3 評閱意見欄不夠可另附頁 答 辯 委 員 會 評 語 周 記論文圖 紙答 辯總 評 5 65 30 百分制等級制 答辯委 員會主 席簽字 日 期 評 定 成 績 青島理工大學畢業論文 摘 要 在日常的生活和工作中 住宅與部門的安全防范 單位的文件檔案 財務報表以及 一些個人資料的保存多以加鎖的辦法來解決 隨著科學技術的不斷發展 人們對日常生 活中的安全保險器件的要求越來越高 為滿足人們對鎖的使用要求 增加其安全性 用 密碼代替鑰匙的密碼鎖應運而生 密碼鎖具有安全性高 成本低 功耗低 易操作 記 住密碼即可開鎖等優點 本系統由AT89S51單片機系統 4 4矩陣鍵盤 LCD1602顯示和報警系統等組成 具 有設置 修改六位用戶密碼 超次報警 超次鎖定 密碼錯誤報警等功能 除上述基本 的密碼鎖功能外 依據實際的情況還可以添加遙控功能 本系統成本低廉 功能實用 關鍵詞 AT89S51 LCD1602 電子密碼鎖 4 4矩陣鍵盤 青島理工大學畢業論文 I ABSTRACT With the continuous development of science and technology people s Daily life safety insurance device of demand is higher and higher To meet the requirements of people on the use of the lock to increase its safety using the password instead of the key combination lock arises at the historic moment Combination lock with high safety low cost low power consumption easy operation remember the password lock etc This system is made up of AT89S51 4 4 matrix keyboard LCD1602 display and alarm system etc It has the function of setting up and modify password locking the system if exceeds the max times Alarm etc Besides the above basic combination lock function according to the actual circumstance also can add function of remote control The system cost function and practical Keywords AT89S51 LCD1602 Electronic password lock 4 4 keyboard 青島理工大學畢業論文 目目 錄錄 第 1 章 緒論 2 1 1 電子密碼鎖背景及簡介 2 1 2 電子密碼鎖發展趨勢 3 1 3 本設計主要實現的目標 4 第 2 章 總體設計方案的確定 5 2 1 電子密碼鎖設計的具體要求 5 2 2 總體設計方案選定 5 第 3 章 電子密碼鎖系統的工作原理 7 3 1 系統的基本工作原理 7 3 2 系統總體設計框圖 7 3 3 系統各單元簡單介紹 8 第 4 章 系統硬件設計 9 4 1 系統總體框圖 9 4 2 單片機的介紹 9 4 2 1 主要特性 9 4 2 2 引腳功能說明 10 4 2 3 89S51 相對于 89C51 的新功能 12 4 2 4 單片機硬件資源的分配 12 4 3 液晶顯示 LCD1602 的介紹 13 4 3 1 LM1602 字符型模塊的性能 13 4 3 2 LCD1602 的基本原理 13 4 4 復位電路的設計 15 4 5 晶振電路的設計 17 4 6 開鎖機構設計 19 4 7 鍵盤設計 20 4 8 顯示電路設計 22 4 9 PROTEUS仿真電路 23 第 5 章 系統軟件設計 25 5 1 主程序模塊 25 5 2 鍵盤掃描及識別子程序 26 5 3 系統模塊密碼設置子程序 27 5 4 程序調試 28 第 6 章 總結 31 青島理工大學畢業論文 I 致 謝 33 參考文獻 34 附 錄 35 附錄 電子密碼鎖整體設計圖 35 附錄 電子密碼鎖程序源代碼 36 附錄 MODERN COMBINATION LOCK 49 附錄 現代密碼鎖 52 青島理工大學畢業論文 0 前前 言言 隨著人們生活水平的提高 如何實現家庭防盜這一問題也變的尤其的突出 傳統的 機械鎖由于其構造的簡單 被撬的事件屢見不鮮 電子鎖由于其保密性高 使用靈活性 好 安全系數高 受到了廣大用戶的喜愛 鎖是置于可啟閉的器物上 用以關住某個確定 的空間范圍或某種器具的 必須以鑰匙或暗碼打開的扣件 鎖具發展到現在已有若干年的 歷史了 人們對它的結構 機理也研究得很透徹 因此 不用鑰匙就能打開的方法和工 具也層出不窮 現代人類文明社會里 由于社會中各種矛盾沖突十分劇烈 人們的思想 道德觀念 價值觀念 文化修養水平等差異 群眾中良莠不齊 善良的人們能夠自覺規 范自已的行為 非禮不為 雖無鑰匙亦不會亂闖 然而 那些毫無道德觀念的盜賊卻 想方設法利用高科技手段撬門開鎖 使廣大居民防不勝防 為什么會出現這種情況呢 因為傳統鎖具都存在致命的弱點 第一 鎖芯采用常見的銅 鋁 鋅等材料 抵抗不了強力破壞 第二 鎖具制作工藝 技術落后 無法阻止技術手段的開啟 目前 市場上很多國內外的鎖具 實際上都不具備真正的防盜功能 在慣偷面前 兩根鋼絲或幾件簡單的工具就可以把這些鎖打開 有的慣偷甚至公開揚言 沒有我打 不開的鎖 其實 不是他們多高明 而是一般鎖具技術原理太過簡單 面對這一殘酷的 現狀 新時代提出了鎖具必須革命的迫切的要求 當前雖然許多智能鎖 如指紋辨別 IC 卡識別 已相繼問世 但這類產品是針對特定 指紋或有效卡 只能適用于保密要求高且僅供個別人使用的箱 柜 房間等 另外 卡 片式的 IC 卡易丟失和損壞 加上其成本較高 在一定程度上限制了這類產品的普及和推 廣 電子密碼鎖具有安全性能高 成本低 功耗低 操作簡單等優點使其作為防盜衛士 的角色越來越重要 現有國內市場上的電子密碼鎖有的是通過購買一些產品模塊再開發 不具備自主知識產權 有的是自主研發的 但其功耗與成本都比較高 不具備廣泛的應 用價值 為了克服這些缺點 從經濟實用角度出發 采用單片機 AT89S5l 與低功耗 CMOS 型 E2PROM AT24C02作為主控器件與數據存儲器單元 設計一款可更改密碼 具 有報警 實時監控和遠程管理功能的電子密碼鎖 該電子密碼鎖體積小 易于開發 成 本較低 安全性高 能將其存儲的現場歷史數據及時上報給上位機系統 實現網絡實時 監控 方便管理人員及時分析和處理 青島理工大學畢業論文 1 第1章 緒論 1 1 電子密碼鎖背景及簡介 隨著電子技術和計算機技術的飛速發展 單片機性能不斷完善 性能價格比顯著提 高 技術日趨完善 由于單片機具有體積小 重量輕 價格便宜 功耗低 控制功能強 及運算速度快等特點 因而在國民經濟建設 軍事及家用電器等各個領域均得到了廣泛 的應用 本設計利用單片機及附加電子元器件實現數據采集和控制算法 來完成某一實際功 能 檢驗并提高同學對整體電路設計和把握能力 了解單片機系統設計流程 以及電路 板的實際制作和調試能力 同時也加強對數字電路 單片機和微機原理等課程知識的實 際應用能力 也為同類產品的進一步發展奠定理論和實踐基礎 隨著人們生活水平的提高和安全意識的加強 對安全的要求也就越來越高 鎖自古 以來就是把守護門的鐵將軍 人們對它要求甚高 既要安全可靠的防盜 又要使用方便 這也是制鎖者長期以來研制的主題 隨著電子技術的發展 各類電子產品應運而生 電 子密碼鎖就是其中之一 據有關資料介紹 電子密碼鎖的研究從 20 世紀 30 年代就開始 了 在一些特殊場所早就有所應用 這種鎖是通過鍵盤輸入一組密碼完成開鎖過程 研 究這種鎖的初衷 就是為提高鎖的安全性 由于電子鎖的密鑰量 密碼量 極大 可以 與機械鎖配合使用 并且可以避免因鑰匙被仿制而留下安全隱患 電子鎖只需記住一組 密碼 無需攜帶金屬鑰匙 免除了人們攜帶金屬鑰匙的煩惱 而被越來越多的人所欣賞 電子鎖的種類繁多 例如數碼鎖 指紋鎖 磁卡鎖 IC 卡鎖 生物鎖等 但較實用的還 是按鍵式電子密碼鎖 20 世紀 80 年代后 隨著電子鎖專用集成電路的出現 電子鎖的體積縮小 可靠性提 高 成本較高 是適合使用在安全性要求較高的場合 且需要有電源提供能量 使用還 局限在一定范圍 難以普及 所以對它的研究一直沒有明顯進展 目前 在西方發達國家 電子密碼鎖技術相對先進 種類齊全 電子密碼鎖已被廣 泛應用于智能門禁系統中 通過多種更加安全 更加可靠的技術實現大門的管理 在我 青島理工大學畢業論文 2 國電子鎖整體水平尚處于國際上 70 年代左右 電子密碼鎖的成本還很高 市場上仍以按 鍵電子鎖為主 按鍵式和卡片鑰匙式電子鎖已引進國際先進水平 現國內有幾個廠生產 供應市場 但國內自行研制開發的電子鎖 其市場結構尚未形成 應用還不廣泛 國內 的不少企業也引進了世界上先進的技術 發展前景非常可觀 希望通過不斷的努力 使 電子密碼鎖在我國也能得到廣泛應用 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 它的種類很多 有簡易的電路產品 也有基于芯 片的性價比較高的產品 現在應用較廣的電子密碼鎖是以芯片為核心 通過編程來實現 的 其性能和安全性已大大超過了機械鎖 其特點如下 1 保密性好 編碼量多 遠遠大于彈子鎖 隨機開鎖成功率幾乎為零 2 密碼可變 用戶可以隨時更改密碼 防止密碼被盜 同時也可以避免因人員的更 替而使鎖的密級下降 3 誤碼輸入保護 當輸入密碼多次錯誤時 報警系統自動啟動 4 無活動零件 不會磨損 壽命長 5 使用靈活性好 不像機械鎖必須佩帶鑰匙才能開鎖 6 電子密碼鎖操作簡單易行 一學即會 1 2 電子密碼鎖發展趨勢 電子密碼鎖應用于金融業 其根本的作用是 授權 即被 授權 的人才可以存 取錢 物 廣義上講 金融業的 授權 主要包括以下三種層次的內容 1 授予保管權 如使用保管箱 保險箱和保險柜 2 授予出入權 如出入金庫 運鈔車和保管室 3 授予流通權 如自動存取款 目前 金融行業電子密碼鎖的應用主要集中在前兩個層面 上 下面將介紹幾種在金融行業中使用較多的電子密碼鎖以及它們的技術發展方向 當 然 以上所說的授權技術再高超 都必須由精良的 鎖具 擔當承載結構部件 實現開 啟 閉鎖的功能 而且承擔實體防護作用 抵抗住或盡量延遲破壞行為 讓電子密碼鎖 軟 硬不吃 一般情況下 鎖具防盜的關鍵是鎖身外殼 閉鎖的部件的強度 鎖止 型式 配合間隙和布局 提高電子密碼鎖之防護能力的必然途徑是報警 在金融業的許 青島理工大學畢業論文 3 多場所有人值守 有電視監控 具有報警功能 可以綜合物理防范和人力防范兩種作用 報警的前提是具備探測功能 根據電子密碼鎖的使用場所和防護要求 可選擇多種多樣 的探測手段 在中國的城市金融業中 實現聯網報警已經成為對各金融網點的基本要求 根據國內外的實踐經驗 金融業實行安全防范風險等級很有必要 即依據使用的防盜報 警器材的性能 安裝布局和人員值守狀況等 可以評估被防護物或區域的防護能力 得 出風險等級 其中 電子密碼鎖的性能至關重要 由于數字 字符 圖形圖像 人體生物特征和時間等要素均可成為鑰匙的電子信息 組合使用這些信息能夠使電子密碼鎖獲得高度的保密性 如防范森嚴的金庫 需要使用 復合信息密碼的電子密碼鎖 這樣對盜賊而言是 道高一尺 魔高一丈 組合使用信 息也能夠使電子密碼鎖獲得無窮擴展的可能 使產品多樣化 對用戶而言是 千挑百選 自得其所 1 3 本設計主要實現的目標 本設計采用單片機為主控芯片 結合外圍電路 組成電子密碼鎖 用戶想要打開鎖 必先通過提供的鍵盤輸入正確的密碼才能將鎖打開 密碼可以由用戶自己修改設定 鎖 打開后才能修改密碼 修改密碼之前必須再次輸入密碼 在輸入新密碼時候一定輸對 以防止誤操作 青島理工大學畢業論文 4 第 2 章 總體設計方案的確定 2 1 電子密碼鎖設計的具體要求 1 本設計為了防止密碼被竊取要求在輸入密碼時在 LCD 屏幕上顯示 號 2 設計開鎖密碼位六位密碼的電子密碼鎖 3 能夠 LCD 顯示在密碼正確時顯示 PASSWORD OK 密碼錯誤時顯示 PASSWORD ERROR 輸入密碼時顯示 INPUT PASSWORD 4 實現輸入密碼錯誤超過限定的三次電子密碼鎖定 5 4 4 的矩陣鍵盤其中包括 0 9 的數字鍵和 A F 的功能鍵 6 本產品具備報警功能 當輸入密碼錯誤時蜂鳴器響并且 LED 燈亮 7 密碼可以由用戶自己修改設定 只支持6位密碼 修改密碼之前必須再次輸入密 碼 在輸入新密碼時候需要二次確認 以防止誤操作 2 2 總體設計方案選定 方案一 采用數字電路控制 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 10 秒 一般情況下 用戶不會超過 10 秒 若用戶覺得不便 還可以修改 電路 將報警 20 秒 若電路連續報警三次 電路將鎖定鍵盤 2 分鐘 防止他人的非法操作 采 用數字電路設計的方案好處就是設計簡單但控制的準確性和靈活性差 故不采用 方案二 采用一種是用以 AT89S51 為核心的單片機控制方案 由于單片機種類繁多 各種型號都有其一定應用環境 因此在選用時要多加比較 合理選擇 以期獲得最佳的性價比 一般來說在選取單片機時從下面幾個方面考慮 性 能 存儲器 運行速度 I O 口 定時 計數器 串行接口 模擬電路功能 工作電壓 功耗 封裝形式 抗干擾性 保密性 除了以上的一些的還有一些最基本的比如 中斷 源的數量和優先級 工作溫度范圍 有沒有低電壓檢測功能 單片機內有無時鐘振蕩器 有無上電復位功能等 在開發過程中單片機 青島理工大學畢業論文 5 還受到 開發工具 編程器 開發成本 開發人員的適應性 技術支持和服務等等因素 基于以上因素本設計選用單片機 AT89C51 作為本設計的核心元件 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 在單片機的外圍 電路外接輸入鍵盤用于密碼的輸入和一些功能的控制 外接 AT24C02 芯片用于密碼存儲 外接 LCD1602 顯示器用于顯示作用 當用戶需要開鎖時 先按鍵盤開鎖鍵之后按鍵盤的 數字鍵 0 9 輸入密碼 密碼輸入完后按下確認鍵 如果密碼輸入正確則開鎖 不正確顯 示密碼錯誤重新輸入密碼 當三次密碼錯誤則發出報警 當用戶需要修改密碼時 先按 下鍵盤設置鍵后輸入原來的密碼 只有當輸入的原密碼正確后才能設置新密碼 新密碼 輸入無誤后按確認鍵使新密碼將得到存儲 密碼修改成功 如圖 2 1 所示 圖 2 1 單片機控制密碼鎖原理圖 由上面兩個方案比較得出 方案一是采用 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 采用數字電路設計的方案好處就是設計簡單但控制的準確性和 靈活性差 方案二使用單片機 AT89S51 作為本設計的核心元件 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 實現基本的密碼鎖功能 根據密碼鎖的的要 求靈活 可靠性的出選擇方案二比較可靠 輸入密碼 單片機微控制器 密碼正確 開鎖驅動電路 電磁鎖 N Y 青島理工大學畢業論文 6 第 3 章 電子密碼鎖系統的工作原理 3 1 系統的基本工作原理 電子密碼鎖系統主要由 AT89S51 單片機 矩陣鍵盤 復位電路 晶振電路 顯示器 電路 密碼錯誤報警控制電路 開鎖控制電路 LED 指示電路等部分組成 其中矩陣鍵 盤用于輸入數字密碼和進行各種功能的實現 由用戶通過連接單片機的矩陣鍵盤輸入密 碼 密碼經過顯示電路進行顯示 后經過單片機對用戶輸入的密碼與自己保存的密碼進 行對比 從而判斷密碼是否正確 然后控制引腳的高低電平傳到開鎖電路或者報警電路 控制開鎖還是報警 實際使用時只要將單片機的負載由繼電器換成電子密碼鎖的電磁鐵 吸合線圈即可 當然也可以用繼電器的常開觸點去控制電磁鐵吸合線圈 本系統共有兩部分構成 即硬件部分與軟件部分 其中硬件部分由 AT89S51 單片機 矩陣鍵盤 復位電路 晶振電路 顯示器電路 密碼錯誤報警控制電路 開鎖控制電路 LED 指示電路等部分組成 軟件部分對應的由主程序 初始化程序 LCD 顯示程序 鍵 盤掃描程序 啟動程序 關閉程序 健功能程序 密碼設置程序和延時程序等組成 3 2 系統總體設計框圖 利用單片機 AT89S51 作為本設計的核心元件 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 實現基本的密碼鎖功能 根據密碼鎖的靈活 可靠性的要 求 故得出如圖 3 1 所示的電子密碼鎖系統的總框圖 青島理工大學畢業論文 7 矩陣 鍵盤 控制 AT89S51 單片機 復位電路 晶振電路 顯示電路 密碼錯誤報警控制電路 LED 指示電路 開鎖控制電路 圖 3 1 系統總體設計框圖 3 3 系統各單元簡單介紹 電子密碼鎖系統主要由 AT89S51 單片機 矩陣鍵盤 復位電路 晶振電路 顯示器 電路 密碼錯誤報警控制電路 開鎖控制電路 LED 指示電路等部分組成 1 AT89S51 單片機 是電子密碼鎖系統的總體控制部分 2 晶振電路 就是為單片機提供 能量 單片機每條指令的運行都是嚴格按照 機器周期來執行的 機器周期就是由晶振電路提供的 3 矩陣鍵盤 用于輸入數字密碼和進行各種功能的實現 4 復位電路 利用復位電路把電路恢復到起始狀態 5 顯示器電路 用于提示信息的顯示及密碼的顯示 6 密碼錯誤報警控制電路 用于密碼輸入錯誤時的報警 7 開鎖控制電路 密碼輸入正確時實現開鎖 8 LED 指示電路 配合開鎖機構 起到一定的提示作用 青島理工大學畢業論文 8 第 4 章 系統硬件設計 4 1 系統總體框圖 系統總電路框圖如圖 4 1 所示 包含鍵盤控制電路模塊 實現電路模塊 開鎖控制電 路模塊 LED 指示電路模塊 報警控制電路模塊 以及單片機的最小系統模塊 矩陣 鍵盤 控制 AT89S51 單片機 復位電路 晶振電路 顯示電路 密碼錯誤報警控制電路 LED 指示電路 開鎖控制電路 圖 4 1 系統總電路框圖 4 2 單片機的介紹 AT89S51 是美國 ATMEL 公司生產的低功耗 高性能 CMOS8 位單片機 片內含 4k bytes 的可系統編程的 Flash 只讀程序存儲器 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性 存儲技術生產 兼容標準 8051 指令系統及引腳 它集 Flash 程序存儲器 既可在線編程 ISP 也可用傳統方法進行編程及通用 8 位微處理器于單片芯片中 ATMEL 公司的功 能強大 低價位 AT89S51 單片機可為您提供許多高性價比的應用場合 可靈活應用于各 種控制領域 所以我們優先選用的 AT89S51 單片機 青島理工大學畢業論文 9 4 2 1 主要特性主要特性 與MCS 51兼容 4K字節可編程閃爍存儲器 壽命 1000寫 擦循環 數據保留時間 10年 全靜態工作 0Hz 24Hz 三級程序存儲器鎖定 128 8位內部RAM 32可編程I O線 兩個16位定時器 計數器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內振蕩器和時鐘電路 4 2 2 引腳功能說明 圖4 2 單片機引腳圖 青島理工大學畢業論文 10 Vcc 電源電壓 GND 接地 P0口 P0口是一組8位漏極開路型雙向I 0口 也即地址 數據總線復用口 作為輸 出口用時 每位能驅動8個TTL邏輯門電路 對端口寫 1 可作為高阻抗輸入端用 在訪 問外部數據存儲器或程序存儲器時 這組口線分時轉換地址 低8位 和數據總線復用 在訪問期間激活內部上拉電阻 在F1ash編程時 P0口接收指令字節 而在程序校驗時 輸出指令字節 校驗時 要求外接上拉電阻 P1口 Pl 是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I O口 Pl的輸出緩沖級可驅動 吸收或 輸出電流 4個TTL邏輯門電路 對端口寫 l 通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平 此時可作輸入口 作輸入口使用時 因為內部存在上拉電阻 某個引腳被外部信號拉低 時會輸出一個電流 IIL Flash編程和程序校驗期間 Pl接收低8位地址 P2 口 P2 是一個帶有內部上拉電阻的8 位雙向I O 口 P2 的輸出緩沖級可驅動 吸收或輸出電流 4 個TTL邏輯門電路 對端口寫 1 通過內部的上拉電阻把端口 拉到高電平 此時可作輸入口 作輸入口使用時 因為內部存在上拉電阻 某個引腳被 外部信號拉低時會輸出一個電流 IIL 在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數據 存儲器 例如執行MOVX DPTR指令 時 P2口送出高8位地址數據 在訪問8 位地址 的外部數據存儲器 如執行MOVX Ri 指令 時 P2 口線上的內容 也即特殊功能寄 存器 SFR 區中P2寄存器的內容 在整個訪問期間不改變 Flash編程或校驗時 P2 亦接收高位地址和其它控制信號 P3 口 P3 口是一組帶有內部上拉電阻的8 位雙向I 0 口 P3 口輸出緩沖級可驅動 吸收或輸出電流 4 個TTL邏輯門電路 P3口除了作為一般的I 0口線外 更重要的用 途是它的第二功能 如下表所示 P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗 的控制信號 RST 復位輸入 當振蕩器工作時 RST引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片 機復位 WDT 溢出將使該引腳輸出高電平 設置SFR AUXR的DISRT0 位 地址8EH 可打開或關閉該功能 DISRT0位缺省為RESET輸出高電平打開狀態 ALE PROG 當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時 ALE 地址鎖存允許 輸出 脈沖用于鎖存地址的低8位字節 即使不訪問外部存儲器 ALE 仍以時鐘振蕩頻率的1 6 輸出固定的正脈沖信號 因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的 程序儲存允許 輸出是外部程序存儲器的讀選通信號 當AT89S51 PSENPSEN 青島理工大學畢業論文 11 由外部程序存儲器取指令 或數據 時 每個機器周期兩次有效 即輸出兩個脈沖 PSEN 當訪問外部數據存儲器 沒有兩次有效的信號 PSEN VPP 外部訪問允許 欲使CPU僅訪問外部程序存儲器 地址為 EA 0000H FFFFH 端必須保持低電平 接地 需注意的是 如果加密位LB1被編程 EA 復位時內部會鎖存端狀態 如EA端為高電平 接Vcc端 CPU則執行內部程序存儲 EA 器中的指令 F1ash存儲器編程時 該引腳加上 12V的編程電壓Vpp XTALl 振蕩器反相放大器及內部時鐘發生器的輸入端 XTAL2 振蕩器反相放大器的輸出端 4 2 3 89S51相對于89C51的新功能 1 ISP在線編程功能 這個功能的優勢在于改寫單片機存儲器內的程序不需要把芯 片從工作環境中剝離 是一個強大易用的功能 2 最高工作頻率為33MHz 89C51的極限工作頻率為24MHz 就是說S51具有更高 的工作頻率 從而具有了更快的計算速度 3 具有雙工UART串行通道 4 內部集成看門狗計時器 不再需要像C51那樣外接看門狗計時器單元電路 5 雙數據指示器 6 電源關閉標識 7 全新的加密算法 這使得對于89S51的解密變為不可能 程序的保密性大大加強 這樣就可以有效地保護知識產權不被侵犯 8 兼容性方面 向下完全兼容51全部字系列產品 9 程序存儲器寫入方式 二者的寫入程序的方式不同 89C51只支持并行寫入 同 時需要VPP燒寫高壓 89S51則支持Isp在線編程寫入技術 串行寫入 速度更快 穩定性 更好 燒寫電壓也僅僅需要4 5V即可 10 電源范圍 89S51電源范圍寬達4 5 5V 而89C51在低于4 8V和高于5 3V的時 候則無法正常工作 11 燒寫壽命更長 89S51標稱的1000次 實際最少是1000 10000次 這樣更有利 于初學者反復燒寫 降低學習成本 綜上所述本設計選定AT89S51 4 2 4 單片機硬件資源的分配 P0 0 P0 7用于LCD液晶顯示作用 青島理工大學畢業論文 12 P2 6 P2 7用于蜂鳴器和報警燈的控制 P2 0用于開鎖電路的控制 P1 0 P1 7用于鍵盤電路的控制 P3 3 P3 5用于LCD顯示模塊的控制端口的控制 4 3 液晶顯示LCD1602的介紹 4 3 1 LM1602字符型模塊的性能 重量輕 100g 體積小 3 次 延時 1 分鐘 返 回 開 門 密碼設置子程序 圖 5 1 主程序的流程圖 5 1 主程序模塊 主程序主要是完成系統初始化 設置中斷向量 檢查有無鍵按下 以及調用顯示等 等 主程序部分如下所示 青島理工大學畢業論文 25 en bit p3 5 將 lcd 的 en 管腳連接到單片機的 p3 5 口 rw bit p3 4 將 lcd 的 rw 管腳連接到單片機的 p3 4 口 rs bit p3 3 將 lcd 的 rs 管腳連接到單片機的 p3 3 口 display equ p0 將 lcd 的顯示端口連接到 p0 口上 speaker bit p2 6 蜂鳴器連接到 p2 6 口 led bit p2 7 與蜂鳴器共同作用的 led 燈連到 p2 7 口 open bit p2 0 開鎖電路的控制端連接到 p2 0 口 returnbit bit 20h 1 ORG 0000h 程序開始地址 LJMP start ORG 000bh LJMP intermit t0 ORG 001bh LJMP intermit t1 ORG 0030h start MOV sp 60h lcall sys initialization 調用子程序 sys initialization 5 2 鍵盤掃描及識別子程序 鍵盤采用查詢的方式 放在主程序中 當沒有按鍵按下的時候 單片機循環主程序 一旦有按鍵按下 便轉向相應的子程序處理 處理結束再返回 其程序流程如圖5 2所示 鍵盤部分程序如下 key 鍵盤程序名稱 call ks 調用子程序 ks 青島理工大學畢業論文 26 jnz k1 判斷是否有鍵按下 jmp key 跳回鍵盤程序 ks mov p1 0f0h mov a p1 xrl a 0f0h ret 圖 5 2 鍵盤掃描程序流程圖 青島理工大學畢業論文 27 5 3 系統模塊密碼設置子程序 由于設計是分模塊化進行 所以子程序是整體軟件系統的組成部分 子程序不但可 以使程序化整為零 使其復雜簡單化 同時也方便閱讀 修改等 每個功能模塊都有它 自己的子程序 在本設計中是用LCD顯示數據 所以就要用到顯示子程序 設計中用的 是矩陣鍵盤 所以就用到鍵盤掃描子程序 例如還有顯示初始化子程序 LCD忙檢測子 程序 關閉狀態顯示子程序 開鎖狀態顯示子程序 密碼輸入及修改狀態顯示子程序 密碼輸入錯誤后的提示子程序等 圖5 3為密碼修改子程序流程圖 選擇模式 舊密碼輸入 新密碼輸入 存入緩存 再次輸入新密碼 兩次新密碼比較 再次輸新密碼 返回 Y N 圖 5 3 設置密碼子程序 5 4 程序調試 在硬件支持的環境下 用Proteus設計好的電路 Keil編好的程序編譯成芯片可識別的 S51文件 利用PC機寫進Proteus程序圖芯片 青島理工大學畢業論文 28 內進行仿真測試 并對其出現的錯誤進行修改 由圖5 4 圖5 8可看出最終調試成功 圖 5 4 keil 編譯程序成功 圖 5 5 keil 生成 hex 文件 青島理工大學畢業論文 29 圖 5 6 proteus 調用 keil 的 hex 文件進行仿真 w1 w2 w3 w4 w5 w6 w7 w8 D7 14 D6 13 D5 12 D4 11 D3 10 D2 9 D1 8 D0 7 E 6 RW 5 RS 4 VSS 1 VDD 2 VEE 3 LCD2 LM016L 圖 5 7 仿真成功密碼正確 NPN R4 100R D2 LED GREEN p2 0 圖 5 8 密碼正確綠燈亮 青島理工大學畢業論文 30 第 6 章 總結 很多人把畢業論文作為一個艱難的任務 但是從我的角度來看 我很喜歡這樣的設 計 在大學的三年里我最喜歡的也是設計課程 所以我不會把它當做是一個任務 我只 把它當做是一個興趣 設計可能是一個繁瑣的過程 當我設計調試出來的時候 那一份 喜悅是無法形容的 在整個硬件設計和軟件設計中按部就班是最好的設計方法 做一步調試一步 如果 把東西一次做完再調試 如果調試結果失敗 要檢查出問題難度就會更高 在我們日常 生活和工作中也應該按部就班 本次設計的設計步驟 1 顯示電路 2 鍵盤電路 3 開鎖電路 4 報警電路 5 復位電路 6 密碼設置 7 繼續完善各電路 整個設計最大的問題就是顯示電路問題 顯示電路原本是一個很簡單的電路 首先 是軟件出現問題 用簡單的右移動態顯示會顯示亂碼 是因為內存單元出現混亂 內存 單元的內容先顯示了再賦值 這樣會使數碼管顯示亂碼 其實是硬件問題 菊花鏈造成 了很大的干擾 在焊接前應該做好元件的分布 合理分布電路板 在本次設計中 讓我 深刻體會到 Proteus 仿真和硬件調試是有一定的區別 在設計過程中我學到了很多東西 學會如何使用 Proteus wave6000 一些仿真軟件 學會如何使用單片機開發板 硬件繪圖 很多硬件的使用方法 連接方法 畢業論文完 成之后 還以寫一份畢業論文總結報告 這對自己來說 是一個總結 也是一個提醒 因為畢業論文的完成 既為大學三年劃上了一個完美的句號 也為將來的人生之路做好 了一個很好的鋪墊 開始是搜集資料 在指導老師的指點下 通過各種渠道開始準備工作 通過網絡 圖書館搜集相關學術論文 核心期刊 書籍等 通過一個月的深入學習 搜集了一大堆 青島理工大學畢業論文 31 與畢業設計相關的資料 摒棄了一些無關緊要的內容 保留了有參考價值的資料作為備 用 在這段時期 我整天出入圖書館 在常見的搜索引擎中 我了解到一些相關的知識 同時特意瀏覽了大量的外文網站 并將這些內容列成提綱 便于以后查詢 以減少后期 工作量 接下來 我開始對所搜集的資料進行整理 分析研究 并制作了課題研究的方案及 網站設計規劃 開題報告完成之后隨即進入緊張而有序的寫作及設計之中 根據取其精 華 去其糟粕的原則 我撰寫了初稿 并加入了自己新穎的見解 特別是在制作網站的 過程中 吸取其它外文網站的優點 并加入自己的創新點 在此期間 我多次與武老師 電話或短信以及利用 QQ E mail 進行溝通 聽取老師好的建議 積極采納 老師將初稿修改后及時反饋給我 看了之后才發現論文中的論文漏洞很多 特別是 論文的格式 而就設計的網站規劃來說 提出了幾點建議 如不要全盤覆蓋課本上的知 識 用一個章節作為典型來表達你的創新點就可以了 至此 我發現 要干好一件事并 非那么簡單 但也不是很難 敷衍了事是萬萬不可的 對待任何事情都要認真去思考 用思想來完成任務 一篇優秀的論文不是寫出來的 而是修改出來的 這需要的是耐心 還要用心 在 網站的制作過程中 我遇到的問題很多 有些是在自己技術所在范圍之外 每當無法實 現自己的想法或者運行不下去的時候 我就會出現浮躁的情緒 但是我沒有放棄 而是 適時地調節自己的心態 在同學老師的幫助下 完成了初次的設計 越是不懂的東西才 要去學 在學習的過程中你會收獲很多 其中一點就是互相學習是最好的學習途徑 在 學習之后你會感覺到很有成就感 這也是我在完成網站制作之后體會到的 在整個畢業論文設計的過程中我學到了做任何事情所要有的態度和心態 首先我明 白了做學問要一絲不茍 對于出現的任何問題和偏差都不要輕視 要通過正確的途徑去 解決 在做事情的過程中要有耐心和毅力 不要一遇到困難就打退堂鼓 只要堅持下去 就可以找到思路去解決問題的 在工作中要學會與人合作的態度 認真聽取別人的意見 這樣做起事情來就可以事倍功半 青島理工大學畢業論文 32 致 謝 本論文在寫作過程中 得到了武老師的真誠幫助和指導 寫作初期在我對畢業論文 的寫作幾乎一無所知的時候 武老師幫助我整理思路并且告訴我可以查找資料的方法和 途徑 是我在以后的寫作中有一個清晰地思路 在寫作過程中又對我一個又一個問題給 與了精心的指導還在我困惑的時候給了我鼓勵 使我恢復了信心抱著積極的態度完成了 論文 武傳艷老師嚴肅的科學態度 嚴謹的治學精神 精益求精的工作作風 深深地感 染和激勵著我 在此謹向武老師致以誠摯的感謝和最崇高的敬意 感謝所有幫助過我的老師 家長 朋友們 正是由于他們的幫助和支持我才能克服 一個又一個的困難和疑惑 直至本文的順利完成 三年的大學生活不知不覺中就要結束了 在這段難忘的生活中 有我許多美好的回 憶 我的心中 除了不舍 還是不舍 我想 有許多人是我要用一輩子去銘記的 在這份大學的最后一頁里 我要感謝的人很多 首先要感謝我的學校 感謝這三年 中教給我的做人道理 讓我從一個懵懂得高中生變成熟 還要感謝論文指導老師武老師 在她的指導下我完成了論文 老師多次詢問研究過程 并為我指點迷津 幫助我開拓思 路 武老師一絲不茍的作風 嚴謹求實的態度 踏踏實實的精神 不僅授我以論文 而 且教會我做事嚴謹的道理 給以終生受益無窮之道 我從心里感謝她 還要感謝各科任 課老師 他們從大一把我們迎進來 到現在把我們送走 在這三年里一直照顧我們的學 習和生活 所以在這里一定要特別感謝他們 當然 還要感謝我的舍友們 在我完成論 文的過程中給予我幫助和鼓勵 也是他們陪我度過了這三年的大學生活 對于他們千言 萬語匯成一句話 感謝一路有你們相伴 現在即將揮別我的學校 老師 同學 還有我三年的大學生活 雖然依依不舍 但 是對未來的路 我充滿了信心 最后 感謝在大學期間認識我和我認識的所有人 有你 們的伴隨 才有我大學生活的豐富多彩 絢麗多姿 青島理工大學畢業論文 33 參考文獻 01 何宏主編 單片機原理與接口技術 北京 國防工業出版社 2006 07 02 楊西明 朱騏主編 單片機編程與應用入門 北京 機械工業出版社 2004 06 03 先鋒工作室編著 單片機程序設計實例 北京 清華大學出版社 2003 01 04 謝宜仁主編 單片機實用技術問答 北京 人民郵電出版社 2003 02 05 梁麗 電子密碼鎖的計算機仿真設計 計算機仿真 2005 06 房小翠 王金鳳編著 單片機實用系統設計技術 北京 國防工業出版社 1999 06 07 各種網絡教程及其他 08 王寬仁 可靠安全的智能密碼鎖 電子技術應用 2001 09 李捷 陳典濤 陳建華 等 一種基于單片機的電子密碼鎖的設計 J 農機化研究 2004 5 10 董繼成 能防止多次試探密碼的單片機密碼鎖 國外電子元器件 2004 3 11 趙益丹 徐曉林 周振峰編著 電子密碼鎖的系統原理 設計程序及流程圖 嘉興學院學報 2003 15 12 張培仁 基于 C 語言編程 MCS 51 單片機原理與應用 北京 清華大學出版社 2002 12 13 李朝清 PC 機及單片機數據通信技術 北京 北京航空航天大學出版社 1999 14 路而紅 專用集成電路設計與電子設計自動化 北京 清華大學出版社 2004 15 劉文濤 MCS 51單片機培訓教程 C51 版 電子工業出版社 2005 8 16 王為青 程國鋼 單片機Keil Cx51 應用開發技術 人民郵電出版社 2007 2 17 范風強 蘭嬋麗 單片機語言C51應用實戰集錦 電子工業出版社 2003 3 18 龔運新 單片機 C 語言開發技術 清華大學出版社 2006 10 19 邵貝貝 單片機嵌入式應用的在線開發方法 清華大學出版社 2006 3 20 王宜懷 單片機原理及其嵌入式應用教程 北京希望電子出版社 2002 8 青島理工大學畢業論文 34 附 錄 附錄 電子密碼鎖整體設計圖 w1 w2 w3 w4 w5 w6 w7 w8 w8 w7 w6 w5 w4 w3 w2 w1 l1 l2 l3 l4 h4 h3 h2 h1 h4 h3 h2 h1 l4l3l2l1 w1 w2 w3 w4 w5 w6 w7 w8 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0 0 AD0 39 P0 1 AD1 38 P0 2 AD2 37 P0 3 AD3 36 P0 4 AD4 35 P0 5 AD5 34 P0 6 AD6 33 P0 7 AD7 32 P1 0 T2 1 P1 1 T2EX 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 5 T1 15 P2 7 A15 28 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 U1 AT89C52 DIL40 12MHz C1 33p C2 33p vcc X2 CRYSTAL R2 1k LS1 SPEAKER D7 14 D6 13 D5 12 D4 11 D3 10 D2 9 D1 8 D0 7 E 6 RW 5 RS 4 VSS 1 VDD 2 VEE 3 LCD2LM016L Q1 NPN R3 1k p2 0 Q2 NPN RL1 G4W 1114P 12V R4 100R D2 LED GREEN p2 0 D1 LED RED 10k 10k 10k 10k10k10k10k10k 147A 0852 3 FE 9 B 6 DC C3 22u R9 100R 青島理工大學畢業論文 35 附錄 電子密碼鎖程序源代碼 en bit p3 5 rw bit p3 4 rs bit p3 3 display equ p0 speaker bit p2 6 led bit p2 7 open bit p2 0 returnbit bit 20h 1 ORG 0000h LJMP start ORG 000bh LJMP intermit t0 ORG 001bh LJMP intermit t1 ORG 0030h start MOV sp 60h lcall sys initialization main0 lcall strat display