1、設計說明書內容基于單片機的電子密碼鎖設計一、設計要求和條件1.1 設計要求根據(jù)單片機開發(fā)板所提供的元件特性和硬件電路，編寫相關的程序，通過實驗開發(fā)板實現(xiàn)電子密碼鎖在LCD1602上顯示的功能。1 .搭建proteus仿真電路圖平臺，模擬單片機要實現(xiàn)的功能；2 .焊接單片機系統(tǒng)開發(fā)板；3 .編寫程序，實現(xiàn)密碼鎖相關功能；4 .下載并調試程序，實現(xiàn)密碼鎖的具體功能。1.2 設計目的1 .熟練掌握KEIL軟件的使用方法；2 .熟練掌握PROTEU歆件的使用方法；3 .掌握單片機I/O接口的工作原理；4 .掌握中斷系統(tǒng)的工作原理；5 .掌握液晶LCD1602的工作原理及編程方法；6 .掌握蜂鳴器的編程

2、使用；7 .掌握行列式鍵盤的工作原理及編程使用方法；8 .掌握單片機的ISP下載使用方法。1.3 功能概述本設計是基于單片機的密碼鎖設計方案，根據(jù)要求，給出了該單片機密碼鎖的硬件電路和軟件程序，同時給出了硬件設計方案、軟件流程圖、C語言源程序及詳細注釋等內容，由于單片機實驗板上的矩陣鍵盤為3*3的，則規(guī)定0-5號鍵為數(shù)字鍵，6-8號鍵為功能鍵，其中該密碼鎖的具體功能介紹如下：(1)按“8”號鍵則輸入密碼，初始密碼為012345,在LCD1602上顯示密碼值為*”(密碼是保密的)，輸完6位后鍵盤就鎖定，在LCD1602上顯示密碼是否正確，若輸入的密碼長度小于6位，則1602等待密碼輸入。(2)若

3、密碼輸入正確后，則綠色的發(fā)光二極管亮表示開鎖，并且1602上顯示“youareright!”，等待是否修改密碼。設計說明書內容(3)督碼輸入錯誤時顯示“codeiswrong,接著會給你第二、第三次機會輸入密碼，如果三次密碼都錯誤時，發(fā)出“叮咚”的報警聲，且紅色報警指示燈不停閃爍，按復位鍵清除報警。(4) 按“7”號鍵表示若密碼不小心輸入時，可以刪除輸入錯誤的密碼。(5) 按“6”修改密碼，要求輸入原密碼是正確的，然后按該鍵后，藍色密碼修改指示燈會亮，并且1602上會顯示“Inputnewcode，輸入正確要求再次輸入，兩次輸入一致提示“Modifyright!”并返回主菜單。兩次不一致時提示

4、“Modifyerror!”，然后返回主菜單。二、硬件設計方案的論證本系統(tǒng)整體主要劃分為五大模塊，分別是由單片機最小系統(tǒng)、矩陣鍵盤、LCD顯示、報警系統(tǒng)、指示燈電路等組成。單片機系統(tǒng)主要功能是對外部輸入的數(shù)據(jù)進行處理，顯示電路將所要操作的步驟顯示出來，指導用戶使用，報警電路是對輸入錯誤密碼時的警告報警。系統(tǒng)能完成開鎖、密碼輸入錯誤報警、密碼刪除、修改用戶密碼基本的密碼鎖的功能。若依據(jù)實際的實驗板情況還可以添加遙控和掉電保護功能。2.1 總體方案設計本設計的具體總模塊設計方案如下圖(1)所示3中鍵盤輸入模塊數(shù)據(jù)采集單片機控制M元密碼輸入LC匚顯示模塊聲光報警模塊修改密碼指示燈模塊圖(1)硬件總方

5、案模塊框圖2.2 具體模塊方案的設計1 .主控芯片的方案選擇方案一：采用硬件電路進行電子密碼鎖設計，比如使用74LS112雙2設計說明書內容JK觸發(fā)器構成的數(shù)字邏輯電路控制方案，該種方案可以實現(xiàn)基本功能，而且優(yōu)點是不需要軟件編程，但電路連接比較復雜，關鍵在于不易實現(xiàn)自行設置密碼的要求。方案二：單片機中的STC89C51是具有高性能和低功耗優(yōu)點的8位可編程控制器，內核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器，可以通過軟件編程來實現(xiàn)電子密碼鎖設計中的各項要求和功能，而且單片機的I/O口也足夠使用，硬件電路連接比較簡單。綜上所述方案論證，本次電子密碼鎖系統(tǒng)設計的主控芯片選擇STC單片機的STC89C5

6、1來完成，采集輸入數(shù)據(jù)對其處理并發(fā)出相應的指令。2 .鍵盤模塊方案選擇方案一：可以選擇獨立連接式鍵盤。對于獨立連接式鍵盤，其每個鍵都獨立的接入一根數(shù)據(jù)線，平時所有的數(shù)據(jù)線都被連接成高電平，當任何一個鍵按下時，與之相連的數(shù)據(jù)線將被拉成低電平。這種方案在處理多個數(shù)據(jù)時編程和硬件連接電路會較復雜。方案二：選擇矩陣行列式鍵盤作為輸入模塊。矩陣式行列式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上，行、列分別連接到按鍵開關的兩端，列線通過上拉電阻接到高電平。無按鍵動作時，列線處于高電平狀態(tài)；有按鍵按下時，交點的行線列線接通，列線電平狀態(tài)將由與此行線相連的行線電平決定。本次通過鍵盤輸入的值有很多種，而矩陣

7、式鍵盤節(jié)省了好多的I/O口，適用于按鍵數(shù)量較多的場合。綜上且根據(jù)本次設計中的單片機實驗板選擇使用3*3矩陣鍵盤來完成輸入密碼值，此種鍵盤功能簡單實用，如下圖（2）所示0123-4l1,-5圖（2）矩陣鍵盤設計說明書內容3 .顯示模塊方案選擇方案一：采用LCD1602作為主液晶顯示器。此液晶屏能輸入兩行的字母或數(shù)字，功能比較簡單，比較通用。本次設計中要顯示輸入密碼的數(shù)據(jù)值和各功能的提示，使用LCD1602液晶來作為顯示模塊較直觀形象。如圖(3)所示，顯示比較直觀形象圖(3)LCD1602顯示方案二：采用數(shù)碼管來實時顯示輸入密碼的數(shù)值，由于密碼的個數(shù)為6硬件電路連接線路較復雜，連接管腳較多，而且觀

8、看起來不清晰、直觀。基于以上兩種方案比較，本次設計中采用方案一。4 .報警模塊方案的選擇方案一：采用1602顯示特殊數(shù)字或字母來表示輸入密碼正確或者錯誤，這種方案也可以直觀表示。方案二：采用聲和光兩種方式的雙重效果進行報警，如果密碼輸入錯誤報警燈閃爍而且蜂鳴器會報警，這樣就能多角度進行密碼錯誤報警。經過上述分析比較，使用方案二的聲光報警來表示解鎖失敗，如圖(4)所示4設計說明書內容5 .報警解除模塊該模塊用單片機最小系統(tǒng)中的復位功能，既可以節(jié)省了I/O管腳，還可以重新開始輸入密碼，此模塊中的蜂鳴器的功能是當用戶輸入密碼錯誤的次數(shù)超過了3次，蜂鳴器鳴笛報警，鍵盤處于鎖定狀態(tài)其電路圖如圖（5）所示

9、上工一L_J*-* ：-QF占1三.-曰占-* 11-* 1* =，-I1-=*-圖（5）復位電路三、軟件設計軟件的設計主要有主程序模塊，鍵盤掃描模塊，LCD1602顯示模塊，密碼比較模塊，開鎖程序模塊、報警模塊等。3.1 主程序模塊主程序主要完成LCD初始化、檢查有無按鍵按下、以及調用顯示、密碼修改程序等等。主程序的流程圖如圖（6）所示設計說明書內容系統(tǒng)初始化進入W61comm界面8號鍵按下？開鎖子程序否密碼正旃A第二次輸入密碼是否旦否輸入新容碼第三次輸入密碼二次輸入密碼否一JF-?是y入相同?設置新型碼成功啟動聲光報警是百復位鍵技下?返叵Welcome界面圖（6）主程序方框圖設計說明書內容

10、3.2 開鎖程序模塊開鎖程序流程圖如圖（8）所示圖（7）開鎖子程序模塊3.3 LCD1602顯示模塊本系統(tǒng)使用LCD1602實現(xiàn)顯示，參照LCD1602的使用手冊進行初始化和程序編寫就可以顯示，即在程序編寫中添加LCD1602的驅動程序。這里的驅動程序主要包括：初始化函數(shù)、設置顯示坐標、寫字符函數(shù)及寫字符用函數(shù)。在時鐘界面時顯示時間的運行，在密碼鎖界面時主要顯示提示信息和輸入的密碼，當然，當輸入密碼數(shù)字時，輸出不是顯示數(shù)字，而是用“*”顯示代替。LCD1602的部分讀寫控制時序程序如下圖（8）所示：設計說明書內容開使設置顯示模式開顯示延時程序關閉顯示設置第一行顯示位置延時程序顯示第一行內容清屏

11、程序設置第二行顯示位置延時程序顯示第二行內容圖（8）LCD1602初始化3.4鍵盤掃描與處理模塊該模塊具備功能有：逐列掃描鍵盤確實被按鍵的具體位置、判斷鍵盤上有無鍵按下、消除抖動、判斷閉合的鍵是否釋放等功能，該模塊利用case語句來判斷按鍵的按下與否，方法是：依次給行線送低電平，然后查所有列線狀態(tài)，如果全為1,則所按下的鍵不在此列；如果不全為1,則所按下的鍵必在此列，而且是在與零電平行線相交的交點上的那個鍵。先給P2口賦值為fe,再對P2口掃描，再與f8相與，看是否相等，若等，則無鍵按下，不等，則有鍵按下，再判斷在哪列。然后進行按鍵處理函數(shù)，其處理函數(shù)的流程圖如圖（9）所示設計說明書內容四、系

12、統(tǒng)調試4.1 調試部分采用先分別調試各單元模塊，調通后再進行整機調試的方法，以提高調試效率。(1)鍵盤測試在帶有單片機的電路板上編程調試3*3矩陣鍵盤，使其在液晶上顯示出鍵盤鎖對應的數(shù)字及功能。利用仿真機調試成功后通過設計說明書內容編程器將程序寫入芯片中調試。(2)報警及開鎖控制電路測試通過矩陣鍵盤控制輸入正確的開鎖密碼，鎖燈亮；當連續(xù)輸入三次的密碼錯誤時，報警指示燈閃爍，蜂鳴器報警并鎖死鍵盤。(3)顯示電路測試通過電位器對1602液晶的對比度和背光燈進行調整，使其在最適合的狀態(tài)下工作。各功能模塊均調通后，進行整機調試，其過程如下：將調好的各功能模塊連接在一起，用函數(shù)信號發(fā)生器模擬電壓信號，先

13、用仿真機代替STC89C51單片機進行模擬調試，對每一芯片的片選、啟動進行檢測，并對數(shù)據(jù)線也進行檢測。調試成功后再將程序寫到單片機中進行調試。4.2 軟件調試部分(1)KEI的編程,仿真,編譯集成環(huán)境KEILUV3:將匯編語言源程序編譯成*hex文件。STC-ISP-V4.83下載器：將C語言源程序編譯成的*.hex文件在線下載到STC單片機中。(3) STC-ISP-V4.83使用說明:(I)雙擊圖標并出現(xiàn)下圖畫面-|src-isr.Kithticu匕加工的叫，狡木女持tijszSilsCQ(ICUTt選擇單片機型M立件徭Ihew。汴Fij.t工證也IsiCWTSmm3000IF卵地癥加。C

14、CDrO0CO13CQ皿口soC000030COOBO*JIOOCODOCQ皿口&CrjoccrraioocosotOOCC9DCOOCOt)步驟OpenFile/打開文件宸件范圍內未歷耳域灑:6超蛤麗班加0校士卻I：-R打正件前活匚爆產色處空包空隹Gtcp5/SelectCOMFkirL泮5第a石遑舞串行口最與波特軍COM：|6Stt二是寓波特塞I一1請云武說言鼠任沈忘京更星荷雙吟軍-品優(yōu)蜥車.針硝(II)選擇你需要的單片機型號；(111) 打開“001.HEX”文件；(IV)選擇你的串行口，這里選擇COM1(V)點擊download/下載，即可實現(xiàn)自動下載編程。4.3 調試結果分析10設計

15、說明書內容本系統(tǒng)以STC89C51為核心部件，利用軟件模塊化編程，通過鍵盤控制和液晶顯示實現(xiàn)了密碼鎖的功能、報警功能，并能防止多次試探密碼，能實現(xiàn)本設計題目的基本要求。在設計時根據(jù)實驗板的硬件連接盡量做到硬件電路簡單穩(wěn)定、減小電磁干擾和其他環(huán)境干擾，充分發(fā)揮軟件編程的優(yōu)點，減小因元器件精度不夠引起的誤差。本設計成功仿真實現(xiàn)了1602液晶顯示、密碼“*”的設置、密碼設置，防止多次試探，報警等功能。并且采用C語言編寫程序，具有很強的移植性，為系統(tǒng)增減和修改帶了方便。在設計中也遇到了許多困難，例如對LCD1602的具體功能不熟悉，于是就在圖書館，網上收索相關資料來進行編程，對其功能模式有了進一步的理

16、解。還有對3*3鍵盤掃描程序的編程，利用學過的4*4鍵盤編程的原理方法用了case語句來對其編程。由于時間有限和自身知識水平的限制，本系統(tǒng)還存在一些不夠完善的地方，要作為實際應用還有許多具體細節(jié)問題需要解決。例如：擴展AT2402模塊儲存密碼，紅外報警探測技術，密碼指紋識別技術，語音識別技術,圖像識別技術等等。只有這樣更能滿足社會的發(fā)展和人民的需求。五、模擬仿真結果各模塊的仿真結果如下圖所示.RPI1,Cf:-95ngi.BWziWFWKLtdl-HfcU圖（10）Welcome界面XTALIMr1*r*.41fDXFADaPC.IUADIX-AL2pnarADipdstaoisRETFtja

17、aijP23A1IP7VA1MUF工與明11PZj&AlfrPZ.WAVp-irrsBtrmairn,rF34TTI叮后即f7P-jSF.TFSTflTFT3-闋11yslcone!（-LiuraiyanDLV-0密碼012345設計說明書內容叩m.o口4D.1皿wn后心FDJMD7F1四磔F=.*PH承1UPH*l弋，PZSH13FTJWA.UPZJffl.t5I口1RX國KTE3rgnrrrPIEPTSTI叫.MEP3.TIKF自一*目一,產mu一LCD1-1gCO,一.M|7|F85SWQrd米出海由，湖二ATmn上PE.h:m-圖（11）輸入密碼界面HJJI:AA.o-口上i/Q；RI

18、-初始密碼0i2M55pc5vuro*douirer.i9hli_LH-ii.XTAL3ui-,oimn*viun4,aUr0LLiFifcr，.,PD.VA&1PCIHRDNXTx隆KT*L!FflTARilPD.A.D.-四口?？谂cna串口聞四口專RBTPQirADTL.1h4-PZ.ISPNNAItlPZAtlPZ.fc-AliZFXSfRnPEjaAl4KJMtfpseFALEET-J=LA-O-oMm2p1.ifrasxF1ZMJP1.*P1F1MF3J3TRXBFsjfflmPS-iOUpjjErriF3.UTpm才Ji.圖（12）開鎖界面12./EE-J3riIT-圖（13）修改

19、密碼界面aea3JcTALfBB值B,7rZBflETEKn.JT31JiiKTAUFDDTADaPO.1iLfi.Df*DJTAD?XTA12FOJihD3，口心MPDSTACSFDlDGfDTfAD?P2帕P2IfW工ar凡1口11m*2JTA1i!RLEJP2.JA1ZKUJM13PZ-9A14P2.rft1SP1UTZP3BXP:f1irrawriEMraaWTnrF1工P14F3.W10P1.伊、斯加rijP3.TTOTTIts-TE.Is=nklvIM5J/.buul-J慳P23ACP23A11”馱七P：冊座naiMP3.m15設計說明書內容附錄II實物顯示16設計說明書內容附錄I

20、II源程序#include#defineulongunsignedlong#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharuchartemp,num,flag,r;ucharcodetable1=welcome!(A_A);/Z主界面ucharcodetable2=liuhaiyanDIY;/Z主界面密他錯誤顯示ucharcodetable3=*;/Z密碼顯示“*ucharcodetable4=codeiswrong!;/ucharcodetable5=youareright!;/開鎖顯示第三次開鎖顯示ucharcodetable6=thesecon

21、dtime!;/第二次開鎖顯示ucharcodetable7=thelasttime!;/ucharcodetable8=Inputnewcode:;/修改密碼顯示ucharcodetable9=calling.;/報警顯示ucharcodetable12=Modifyright!;/修改密碼正確ucharcodetable10=password:;/輸入密碼ucharcodetable11=;/刪除密碼顯示ucharcodetable13=Inputagain:;/再次輸入密碼ucharcodetable14=Modifyerror!;/修改密碼錯誤/放新修改的輸入的密碼數(shù)據(jù)/指令（H/L）

22、選擇端使能ucharinit_pswd6=0,1,2,3,4,5;/初始化密碼ucharpswd6=0;sbitlcdrs=P1A0;/LCDsbitlcdrw=P1A1；sbitlcden=P1A2;/LCDsbitP1_3=P1A3;/sbitP1_4=P1A4;/sbitP1_5=P1A5;sbitP2_7=P2A7;開鎖指示燈修改密碼指示燈/報警指示燈/蜂鳴器17設計說明書內容子函數(shù)聲明*/液晶驅動*/*voiddelay(uintz);voidinit();/初始化子函數(shù)voidwrite_com(ucharcom);/寫指令子函數(shù)voidwrite_data(uchardat1);

23、/寫數(shù)據(jù)子函數(shù)uintkeyscan();voidmima();/密碼處理子函數(shù)voidmima1();/修改密碼函數(shù)voidAlarm(uchart);/報警函數(shù)/*voidinit()lcden=0;write_com(0x38);/設置1602顯示，5x7點陣顯示，8位數(shù)據(jù)接口write_com(0x0e);/00001DCB,D(開關顯示)，C(是否顯示光標)，B(光標閃爍，光標不顯示)write_com(0x06);/000001N0,N(地址指針+-1)write_com(0x01);/清屏指令每次顯示下一屏內容時，必須清屏write_com(0x80);/第一行顯示voidwri

24、te_com(ucharcom)/寫命令子函數(shù)lcdrs=0;/低電平選擇為寫指令lcdrw=0;P0=com;/把指令寫入P0口delay(5);lcden=1;/開使能delay(5);/讀取指令lcden=0;/關閉使能寫數(shù)據(jù)子函數(shù)voidwrite_data(uchardat1)/18設計說明書內容lcdrs=1;/高電平選擇為寫數(shù)據(jù)lcdrw=0;P0=dat1;/把數(shù)據(jù)寫入P0口delay(5);lcden=1;/開使能delay(5);/讀取數(shù)據(jù)lcden=0;/關閉使能)voiddelay(uintz)/延時子函數(shù)z*1msuintx,y;for(x=z;x0;x-)for(y

25、=110;y0;y-);)uintkeyscan()/P2=0xfe;/temp=P2;temp=temp&0xf8;/while(temp!=0xf8)delay(15);/temp=P2;temp=temp&0xf8;鍵盤掃描程序先選定第一行列線全為1,行線為0延時去抖while(temp!=0xf8)temp=P2;switch(temp)/判斷哪列按下case0xf6:num=0;flag=1;break;/第一列按下case0xee:num=1;flag=1;break;/第二列按下case0xde:num=2;flag=1;break;/第三列按下)while(temp!=0xf8

26、)temp=P2;19設計說明書內容temp=temp&0xf8;)P2=0xfd;/選定第二行，列線為1temp=P2;temp=temp&0xf8;while(temp!=0xf8)delay(15);temp=P2;temp=temp&0xf8;while(temp!=0xf8)temp=P2;switch(temp)/判斷哪列按下case0xf5:num=3;flag=1;/第一列按下break;case0xed:num=4;flag=1;/第二列按下break;case0xdd:num=5;flag=1;/第三列按下break;)while(temp!=0xf8)temp=P2;te

27、mp=temp&0xf8;)P2=0xfb;/選定第三行temp=P2;temp=temp&0xf8;20設計說明書內容while(temp!=0xf8)delay(15);temp=P2;temp=temp&0xf8;while(temp!=0xf8)temp=P2;switch(temp)case0xf3:num=6;flag=1;break;case0xeb:num=7;flag=1;break;case0xdb:num=8;flag=1;break;while(temp!=0xf8)temp=P2;temp=temp&0xf8;return(num);voidmain()ucharm=

28、0,w=0;init();/LCD初始化write_com(0x80);/第一行顯示for(r=0;r15;r+)write_data(table1r);delay(5);write_com(0x80+0x40);/第二行顯示for(r=0;r15;r+)write_data(table2r);21設計說明書內容delay(5);)write_com(0x0c);dokeyscan();while(num!=8);/等待開鎖鍵按下mima();/密碼輸入處理函數(shù)while(pswdm=init_pswdm)&m=6)/密碼正確P1_3=0;/開鎖指示燈亮keyscan();while(flag

29、=1&num=6);/是否修改密碼mima1();/修改密碼函數(shù)else/密碼有誤m=0;write_com(0x80+0x40);/顯示第二行for(r=0;r14;r+)delay(20);write_data(table4r);delay(2000);init();for(r=0;r16;r+)delay(20);write_data(table6r);delay(2000);mima();/密碼輸入處理函數(shù)22設計說明書內容while(pswdm=init_pswdm)&m=6)P1_3=0;mima1();/修改密碼函數(shù)elsem=0;write_com(0x80+0x40);for

30、(r=0;r14;r+)delay(20);write_data(table4r);delay(2000);init();for(r=0;r14;r+)delay(20);write_data(table7r);delay(2000);mima();while(pswdm=init_pswdm)&m=6)P1_3=0;/密碼正確，則開鎖指示燈亮mima1();/密碼修改函數(shù)elseinit();write_com(0x80+0x40);for(r=0;r13;r+)delay(20);23設計說明書內容write_data(table9r);)write_com(0x0c);while(1)P

31、1_5=P1_5;/報警指示燈閃爍delay(30);Alarm(90);Alarm(120);/產生“滴滴”聲)voidmima()/密碼輸入程序ucharw=0;init();for(r=0;r9;r+)delay(20);write_data(table10r);)doflag=0;keyscan();write_com(0x80+9+w);if(flag=1&num=5)pswdw=num;write_data(table3w);w+;/輸入密碼if(w=6)write_com(0x0c);24設計說明書內容)if(flag=1&num=7)/刪除誤輸入的密碼，即返回上一步w-;/刪除

32、密碼if(w=255)/刪除完密碼w=w+1;write_com(0x80+9+w);write_data(table11w+1);if(flag=1&num=5)pswdw=num;write_data(table3w);)while(w=5);)/*輸入初始密碼正確后，密碼修改*Ivoidmima1()ucharf=0,n=0,d=0;write_com(0x80+0x40);for(r=0;r14;r+)delay(20);write_data(table5r);delay(2000);donum=9;/按鍵不顯示，鎖住按鍵keyscan();while(num!=6);if(flag=1&num=6)25設計說明書內容i