江西理工大學應用科學學院江西理工大學應用科學學院 微機控制系統課程設計報告微機控制系統課程設計報告 題題 目 目 簡易電子密碼鎖簡易電子密碼鎖 姓姓 名 名 學學 號 號 專業班級 專業班級 指導教師 指導教師 完成時間 完成時間 設計報告綜合測試平時總評 格式 10 分 內容 10 分 圖表 5 分 功能測試 35 分 答辯 20 分 考勤 20 分 指導教師簽名 目錄目錄 摘要 1 第一章 系統概述 2 第二章 基本功能設計 3 2 1 實驗任務 3 2 2 基本設計要求 3 2 2 1 基本要求 3 2 2 2 發揮部分 3 2 3 主要元件介紹 3 2 3 1 P89C51 芯片 3 2 4 系統框圖 5 第三章 硬件設計 5 3 1 硬件電路的設計 5 3 1 1 硬件工作接線口 5 3 1 2 LED 顯示器結構與原理 5 3 1 3 復位電路 7 3 1 4 振蕩電路 7 3 1 5 按鍵設置 8 3 1 6 報警器和發光二極管 9 3 2 硬件電路圖 9 第四章 軟件設計 11 4 1 系統軟件設計 11 4 1 1 密碼開鎖功能 12 第五章 系統 PROTUSE 仿真圖 13 第六章 設計總結 16 參考文獻 17 附錄 18 摘要 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得尤其的突 出 傳統 的機械鎖 由于其構造的簡單 被撬的事件也屢見不鮮 因此 人們在日常生活中越來 越越離不開密碼的使用 在人們對安全的重視和科技的發展的同時 許多電子智能鎖 指紋識別 IC 卡辨認 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 鑒于目前的技術 水平和市場的接收程度 電子密碼鎖是這類電子防盜產品的主流 基于以上思路 本次 設計使用 PHILIPS 公司的 P89C51 實現 基于單片機的電子密碼鎖的設計 關鍵字 P89C51 單片機 密碼 電子鎖 with the improvement of people living standards how to achieve security of this family also changed particularly prominent the traditional mechanical lock because of its simple structure the incident was nothing n ew therefore more and more people in their daily life is inseparable from the use of passwords as people attach importance to security and the develop ment of technology at the moment many Electronic smart lock fingerprint I C card identification has been published at home and abroad However these p roducts are characterized by specific and effective fingerprint cards can o nly apply to the confidentiality requirements of the box counter doors an d so on And fingerprint recognition knowledge for use in public places if t here easily damaged machinery C card there are still easily lost damaged and so on Coupled with its high cost to some extent limited the popularit y of such products and promotion Given the current level of technology and the market reception of electronic code lock is such a mainstream electronic anti theft products Based on the above ideas this design uses the P89C51 PHILIPS achieve an electronic password based SCM lock design Key words P89C51 SCM password electronic locks 第一章第一章 系統概述系統概述 本次設計使用 P89C51 單片機實現簡易電子密碼鎖的設計 其主要具有如下功能 1 設 8 置位密碼 密碼通過鍵盤輸入 此時黃燈亮 若密碼正確則綠燈亮 2 密碼可以由用戶自己修改設定 綠燈亮后后才能修改密碼 在輸入新密碼時候需要確 認 以防止誤操作 3 報警 鎖定鍵盤功能 密碼輸入錯誤紅色發光二極管和蜂鳴器會出現錯誤提示 若密 碼輸入錯誤次數超過 3 次 蜂鳴器報警并且鎖定鍵盤 電子密碼鎖的設計主要由三部分組成 3 4 矩陣鍵盤接口電路 密碼鎖的控制電路 輸出數碼顯示電路 另外系統還有 LED 提示燈 報警蜂鳴器等 密碼鎖設計的關鍵問題是實現密碼的輸入 確認 更改等功能 1 密碼輸入功能 按下數字鍵 輸入密碼長度 2 密碼確認功能 當按下確認鍵時 表示密碼輸入完成 3 密碼設置功能 將輸入的值作為新的密碼 主要的設計實施過程 首先 選用單片機 P89C51 以及選購其他電子元器件 第二步 使用 DXP 2004 設計硬件電路原理圖 并設計 PCB 圖完成人工布線 后因時間和材料準備不充分 所 以沒做出實物 第三步 使用 Keil uVision4 軟件編寫單片機的 C 語言程序 仿真 軟 件調試 第四部 使用 PROTEUS 軟件進行模擬軟 硬件調試 最后 聯合軟 硬件調 試電路板 完成本次設計 第二章第二章 基本功能設計基本功能設計 2 12 1 實驗任務實驗任務 通過對本題目的設計掌握單片機控制系統設計的相關方法與技巧 用 P89C51RC2HBP 設計一個簡單電子密碼鎖 完成密碼的識別功能 2 22 2 基本設計要求基本設計要求 2 2 1 基本要求 1 設置 0 9 十個按鍵和一個設置 確認按鍵 當系統正常工作時可通過設置 確認按鍵修改密碼 使用時初始密碼為 12345678 隨后可任意設置密碼 2 當密碼輸入正確時 用一個發光二極管和蜂鳴器作為指示 當密碼輸入錯誤 時 則提示密碼輸入錯誤 3 當密碼連續輸入錯誤 3 次后鎖定鍵盤 鎖定時間為 1 分鐘 2 2 2 發揮部分 不改變硬件電路 增加蜂鳴器音樂輸入功能 即編出三種音樂分別對應密碼輸入正 確 輸入錯誤和鍵盤鎖定三種狀態 2 3 主要元件介紹 2 3 1 P89C51 芯片 P89C51RB2 RC2 RD2 具有 16K 32K 64K 并行可編程的非易失性 FLASH 程序 存儲器 并可實現對器件串行在系統編程 ISP 和在應用中編程 IAP 在系統編程 ISP In System Programming 當 MCU 安裝在用戶板上時允許用戶下載新的代碼 在應用中編 程 IAP In Application Programming MCU 可以在系統中獲取新代碼并對自己重新編 程 這種方法允許通過調制解調器連接進行遠程編程片內 ROM 中 固化的默認的加載程 序 Boot Loader 允許 ISP 通過 UART 將程序代碼裝入 Flash 存儲器而 Flash 代碼中 則不需要加載程序對于 IAP 用戶程序擦除和重編程 Flash Memory 的操作是通過使用片內 ROM 中的標準程序該器件的 1 個機器周期由 6 個時鐘周期組成因此運行速度是傳統 80C51 的 2 倍一個 OTP 配置位可讓用戶選擇傳統 的 12 時鐘周期該系列單片機是 80C51 微控制器的派生器件是采用先進 CMOS 工藝 制造 的 8 位微控制器 指令系統與 80C51 完全相同有 4 組 8 位 I O 口 3 個 16 位定時 計數器 多個中斷源 4 個中斷優先級嵌套中斷結構個增強型 UART 片內振蕩器及時序電路新增的 特性使得 89C51RB2 RC2 RD2 成為功能更強大的微控制器更好地支持應用于脈寬調制高 速 I O 遞增 遞減計數能力如電機控制等場合 圖 2 1 P89C51 的 DIP 封裝及管腳功能 2 4 系統框圖 圖 2 2 系統框圖 第三章第三章 硬件設計硬件設計 3 1 硬件電路的設計 3 1 1 硬件工作接線口 P0 口接數碼管 用來顯示按鍵是否按下 P1 口接報警器和發光二極管 P3 口接 3x4 矩陣鍵盤 分別為 0 9 和設置 確認按鍵 3 1 2 LED 顯示器結構與原理 LED 顯示塊是由發光顯示二極管顯示字段的顯示器件 在單片機中我們通常用七段 LED 這種顯示共有共陰極和共陽極兩種 本設計是用共陰極 如圖 3 1 所示 P89C51 CPU 顯示 鍵盤 報警器和發光二極管 復位 晶振 圖 3 1 LED 數碼顯示部分 表 3 1 LED 顯示塊 通常的七段顯示塊中共有 8 個發光二極管 其中 7 個發光二極管構成七筆字形 8 一個發光二極管構成小數點 七段顯示塊與單片機接口非常容易 只要將一個 8 位并行 輸出與顯示塊的發光二極管引腳相連即可 8 位并行輸出口輸出不同的字節數據即可獲 得不同的數字或字符 通常將控制發光二極管的 8 位字節數據稱為段選碼 顯示字 符 共陰極段選碼 顯示字 符 共陰極段選碼 03FHA77H 106HB7CH 25BHC39H 34FHD5EH 466HE79H 56DHF71H 67DH 707H 87FH 96FH 3 1 3 復位電路 圖 3 2 復位電路 時鐘電路工作后 在 REST 管腳上加兩個機器周期的高電平 芯片內部開始進行初 始復位 如圖 3 2 3 1 4 振蕩電路 圖 3 3 振蕩電路 本設計晶振選擇頻率為 12MHZ 電容選擇 22pF 如圖 3 3 所示 3 1 5 按鍵設置 按鍵方式有獨立式和行列式兩種 本設計是采用行列式 共設置 12 個按鍵 能 減少鍵盤與單片機接口時所占用的 I O 線的數目 如圖所示 S1 S10 分別為 0 9 數字 按鍵 S11 為設置 確認按鍵 如圖 3 4 當沒有鍵按下時 行線和列線之間是不相連的 若第 N 行與第 M 列的鍵被按下 那么第 N 行與第 M 列的線就被接通 本系統的鍵盤掃描方法是利用 P3 口的低四位作為行掃描線 P3 口的高四位作為列 回掃線 具體實施方法為 先使 P3 0 口輸出低電平 P3 口其他口輸出高電平 然后對 P3 4 P3 5 P3 6 三個口分別作判斷 若此三口都為高電平 則沒有鍵按下 若有鍵 按下 P3 4 P3 5 P3 6 三個口必定有一個口輸入為低電平 再判斷 P3 4 P3 5 P3 6 哪個口為低電平則可判斷按鍵在哪列上 如 P3 4 P3 5 P3 6 沒有 低電平 再使 P3 1 為低電平 其他口為高電平 依次掃描下去 找到按鍵所在的行 再判斷 P3 口的高四位哪一位為低 便可知道鍵在哪一列上 圖 3 4 按鍵設置 3 1 6 報警器和發光二極管 圖 3 5 報警器與發光二極管 如果按下設置 確認按鍵 則黃燈亮 當密碼輸入正確時 綠燈亮 輸入密碼錯誤 時 紅燈亮且蜂鳴器響 當第三次輸入錯誤時 鎖定鍵盤一分鐘 3 2 硬件電路圖 圖 3 6 硬件電路 Protel 圖 圖 3 6 硬件電路 PCB 圖 圖 3 7 硬件電路 PCB 3D 圖 第四章第四章 軟件設計軟件設計 本系統程序部分使用 C 語言編寫 C 語言是一種高級程序設計語言 它的優點是簡 潔明了 可移植性高 主要完成 先按下設置 確認鍵輸入密碼 系統會將所輸入與系統密碼進行比對 若輸入密碼正確則綠燈亮 然后可以任意設置密碼 每設置完一次都要按確認鍵 期間操作出現失誤 紅燈亮蜂鳴器響 操作錯誤超過 3 次 系統會鎖定鍵盤一分鐘 并報警用以防止惡意試探密碼 4 1 系統軟件設計 本系統軟件設計由主程序 初始化程序 數碼顯示程序 鍵盤掃描程序 鍵功能程 序 密碼設置程序 EEPROM讀寫程序和延時程序等組成 主要程序設計流程圖如下 所示 圖 4 1 程序設計流程圖 輸入密碼 正確嗎 黃燈亮 紅燈亮 蜂鳴器 響 三次 錯誤 開始 設置 確認鍵 綠燈亮 設置 確認 鍵 輸入新密碼 鎖鍵盤一分鐘 結束 圖4 2 開鎖流程圖 4 1 1 密碼開鎖功能 本系統使用數組 PASSW 存儲密碼 系統初始化對數組賦值 PASSW 1 2 3 4 5 6 7 8 輸入密碼的時候 先將輸入的每一位密碼分別放置在數 組 PASST 中 然后再將 PASST 與 PASSW 的每一位分別對照 若每一位都相等 密 碼檢查通過 初始化 按設置鍵 輸入密碼 確認程序 所輸入密碼 正確 Y 開鎖程序 開鎖程序 輸入次數加 1 次數 3 報警程序 返回 N Y N 第五章第五章 系統系統 PROTUSEPROTUSE 仿真圖仿真圖 圖 5 1 PROTUES 仿真圖 圖 5 2 PROTUES 仿真加載 HEX 文件 在下圖中 當按下設置 確認鍵時 黃燈亮 然后輸入密碼 如密碼輸入正確 則 綠燈亮 如輸入錯誤 紅燈亮且蜂鳴器響 當出現三次錯誤時 同時要鎖定鍵盤一分鐘 經調試 所需要的功能都能實現 圖 5 3 按下設置 確認鍵黃燈亮 圖 5 4 密碼正確時綠燈亮 圖 5 5 當密碼錯誤時紅燈亮 圖 5 6 設置新密碼時黃燈綠燈同時亮 第第 6 章章 設計總結設計總結 通過這次課程設計 掌握了單片機的一些基本知識 并將計算機控制以及所有關知 識聯系起來 本來有些原理還是懵懂的 但是在找電子密碼鎖的基本知識時 我發現只 有動手做才會掌握一些技巧 通過這次的設計 我們熟悉并熟練掌握了 Protel 和 Protues 的技巧 在 C 語言程序設計中 學到了如何使用 C 語言對單片機進行編寫程序 熟悉了使用 KEIL 軟件 并且加深了對單片機的編程技巧 在做這個設計的過程中 我遇到了不少的問題 這鍛煉了我們篩選 查閱資料 并 將理論結合到自己的設計中的能力 一步一步的排除故障原因 找到故障的原因并解決 故障 這次的設計使我們對模擬電子 數字電子知識加深了了解 尤其是在對電路進 行調試以及對 C 語言程序的編寫和調試的時候 出現了很多這些方面的問題 通過對以 往知識的復習鞏固 將問題解決 在此設計中 學到了很多知識 不僅對于技術有了更深入的學習 而且對于一個項 目的完成的工作時序 任務分配也有了一定的了解 通過這次課程設計使我懂得了理論 與實際相結合是很重要的 只有理論知識是遠遠不夠的 只有把所學的理論知識與實踐 相結合起來 從理論中得出結論 才能真正為社會服務 從而提高自己的實際動手能力 和獨立思考的能力 這次課程設計終于順利完成了 在設計中遇到了些問題 最后在老師和各位同學的 辛勤指導下終于解決了 我們學得到很多實用的知識 在此表示感謝 同時 對給過我 們幫助的所有同學和指導老師再次表示忠心的感謝 參考文獻參考文獻 1 當方 微型計算機控制技術 M 中國水利水電出版社 2001 年 2 胡漢才 單片機原理及其借口技術 M 清華大學出版社 1996 年 3 趙新民 智能儀器設計基礎 M 哈爾濱工業大學出版社 1999 年 4 潘新 民王 燕芳 微型計算機控制技術 M 電子工業出版社 2003 年 5 李鐘實 實用電子報警器精選百例 M 北京 科技技術文獻出版社 2002 年 6 陳愛弟 Protel99se 實用培訓教程 M 人民郵電出版社 2000 年 7 閻石 數字電子技術基礎 M 高等教育出版社 1998 年 8 童詩白 模擬電子技術基礎 M 高等教育出版涉 1998 年 附錄附錄 1 1 源程序源程序 include define uchar unsigned char define uint unsigned int uchar i j num temp wrong uchar passw 1 2 3 4 5 6 7 8 uchar passt 0 0 0 0 0 0 0 0 uchar code table 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f 0 x77 0 x7c 0 x39 0 x5e 0 x79 0 x71 0 x76 0 x79 0 x38 0 x3f 0 bit lockflag bit editflag bit cmpflag bit pressflag sbit alarm P1 3 sbit rled P1 0 sbit gled P1 1 sbit yled P1 2 uint t0 a uchar right void delay uint z uint x y for x z x 0 x for y 110 y 0 y void lock TMOD 0 x01 TH0 65536 50000 256 TL0 65536 50000 256 ET0 1 EA 1 TR0 1 while 1 if t00 a rled rled delay 1000 else alarm 0 rled 1 TR0 0 t0 0 break void timer0 interrupt 1 TH0 65536 50000 256 TL0 65536 50000 256 t0 uchar keyscan P3 0 xfe temp P3 temp P3 while temp 0 xf0 delay 50 if temp 0 xf0 temp P3 switch temp case 0 xee num 0 pressflag 1 1110 1110 break case 0 xde num 1 pressflag 1 1101 1110 break case 0 xbe num 2 pressflag 1 1010 1110 break case 0 x7e num 3 pressflag 1 0111 1110 break while temp 0 xf0 temp P3 temp temp P3 0 xfd temp P3 temp P3 while temp 0 xf0 delay 50 if temp 0 xf0 tem