嵌入式-電子密碼鎖-設(shè)計報告

一、課題名稱電子數(shù)碼鎖二、課題功能描述隨著電子技術(shù)的發(fā)展，具有防盜報警等功能的電子密碼鎖代替密碼量少、安全性差的機(jī)械式密碼鎖已是必然趨勢。電子密碼鎖與普通機(jī)械鎖相比，具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)保密性好，防盜性強(qiáng)，可以不用鑰匙，記住密碼即可開鎖等。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(jī)械開關(guān)的閉合，完成開鎖、閉鎖任務(wù)的電子產(chǎn)品。它的種類很多，有簡易的電路產(chǎn)品，也有基于芯片的性價比較高的產(chǎn)品?，F(xiàn)在應(yīng)用較廣的電子密碼鎖是以芯片為核心，通過編程來實現(xiàn)的。其性能和安全性已大大超過了機(jī)械鎖，其特點(diǎn)如下1保密性好,編碼量多,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈子鎖。隨機(jī)開鎖成功率幾乎為零。2密碼可變。用戶可以經(jīng)常更改密碼，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(hù)。當(dāng)輸入密碼多次錯誤時，報警系統(tǒng)自動啟動。4電子密碼鎖操作簡單易行。三、電路原理1電原理圖2電路各單元原理說明、理論計算結(jié)果1AT89C51引腳圖2AT89C51引腳功能介紹單片機(jī)芯片AT89C51為40引腳雙列直插式封裝。其各個引腳功能介紹如下1VCC供電電壓；2GND接地；3P0口P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每個管腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳寫”1”時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。5P2口P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫”1”時，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時，P2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址”1”時，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。6P3口P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入”1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入時，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流ILL。7RST復(fù)位輸入端。當(dāng)振蕩器復(fù)位時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。8ALE/PROG當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。9PSEN外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取址期間，每個機(jī)器周期PSEN兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。10EA/VPP當(dāng)EA保持低電平時，訪問外部ROM；注意加密方式1時，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時，訪問內(nèi)部ROM。11XTAL1反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。12XTAL2來自反向振蕩器的輸出。3復(fù)位電路復(fù)位電路采用手動復(fù)位與上電復(fù)位相結(jié)合的方式。當(dāng)按下按鍵時，VCC通過R2阻給復(fù)位輸入端口一個高電平，實現(xiàn)復(fù)位功能，即手動復(fù)位。上電復(fù)位就是VCC和電容C構(gòu)成回路，該回路是一個對電容C充電和放電的電路，所以復(fù)位端口得到一個周期性變化的電壓值，并且有一定時間的電壓值高于CPU復(fù)位電壓，實現(xiàn)上電復(fù)位功能。4晶振電路XTAL1（X1）為反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2X2是來自反向振蕩器的輸出。按照理論上AT89C51使用的是12MHZ的晶振，但實測使用110592MHZ。所以設(shè)計者通常用的是110592MHZ。5七段數(shù)碼管數(shù)碼管使用條件A、段及小數(shù)點(diǎn)上加限流電阻B、使用電壓段根據(jù)發(fā)光顏色決定；小數(shù)點(diǎn)根據(jù)發(fā)光顏色決定C、使用電流靜態(tài)總電流80MA（每段10MA）；動態(tài)平均電流45MA峰值電流100MA上面這個只是七段數(shù)碼管引腳圖，其中共陽極數(shù)碼管引腳圖和共陰極的是一樣的。數(shù)碼管使用注意事項說明（）數(shù)碼管表面不要用手觸摸，不要用手去弄引角；（）焊接溫度度；焊接時間（）表面有保護(hù)膜的產(chǎn)品,可以在使用前撕下來。這類數(shù)碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，共陽極就是把所有LED的陽極連接到共同接點(diǎn)COM，而每個LED的陰極分別為A、B、C、D、E、F、G及DP（小數(shù)點(diǎn)）；共陰極則是把所有LED的陰極連接到共同接點(diǎn)COM，而每個LED的陽極分別為A、B、C、D、E、F、G及DP（小數(shù)點(diǎn)），如下圖所示。圖中的8個LED分別與上面那個圖中的ADP各段相對應(yīng)，通過控制各個LED的亮滅來顯示數(shù)字。那么，實際的數(shù)碼管的引腳是怎樣排列的呢對于單個數(shù)碼管來說，從它的正面看進(jìn)去，左下角那個腳為1腳，以逆時針方向依次為110腳，左上角那個腳便是10腳了，上面兩個圖中的數(shù)字分別與這10個管腳一一對應(yīng)。注意，3腳和8腳是連通的，這兩個都是公共腳。還有一種比較常用的是四位數(shù)碼管，內(nèi)部的4個數(shù)碼管共用ADP這8根數(shù)據(jù)線，為人們的使用提供了方便，因為里面有4個數(shù)碼管，所以它有4個公共端，加上ADP，共有12個引腳，下面便是一個共陰的四位數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（共陽的與之相反）。引腳排列依然是從左下角的那個腳（1腳）開始，以逆時針方向依次為112腳，下圖中的數(shù)字與之一一對應(yīng)。3電路仿真結(jié)果與數(shù)據(jù)（單片機(jī)仿真電路截圖、仿真結(jié)果截圖）單片機(jī)仿真電路使用的程序初始密碼001輸入顯示密碼正確，七段數(shù)碼管顯示YES，綠燈亮輸入錯誤密碼200密碼錯誤，七段數(shù)碼管顯示NO，錯誤次數(shù)為14軟件框圖、主程序流程圖、關(guān)鍵子程序代碼說明圖一軟件框圖圖二主程序流程圖關(guān)鍵子程序代碼說明CHARGE比較密碼CHOOSE檢測S11鍵，對值1DELAY_1MSUCHARI1MS延子程序VOIDDISPLAYM,N/顯示子函數(shù),M為顯示的字?jǐn)?shù)，N為相應(yīng)顯示的位選信號VOIDEND/密碼錯三次的狀態(tài)VOIDGIVE/賦予相應(yīng)的比較密碼值VOIDSHAOMIAO/比較密碼時按位顯示功能VOIDTIME0_INIT/計數(shù)器0的初值VOIDTIME0_INTINTERRUPT1/設(shè)定中斷產(chǎn)生時的狀態(tài)VOIDWEIXUAN/檢測S21按下,對原密碼值位選擇VOIDXCHOOSE/檢測S11鍵，檢測到S11按下,對于修改密碼的數(shù)1；VOIDXGIVE/賦予相應(yīng)修改后的密碼值VOIDXSHAOMIAO/比較密碼修改后按位顯示功能VOIDXWEIXUAN/檢測S21按下，對修改密碼值位選擇四、電路調(diào)試與測試數(shù)據(jù)1調(diào)試過程發(fā)生問題及其解決1延時時間分配問題；解決經(jīng)過不斷地計算、調(diào)試和實驗驗證得到了一個準(zhǔn)確的延時時間分配。2狀態(tài)跳轉(zhuǎn)問題；解決通過翻閱C語言教程和資料，以及在網(wǎng)絡(luò)上不斷地查找相關(guān)案例和程序語言，得到了一個相對理想的語言組合。3數(shù)組賦值問題（當(dāng)程序已成功的在硬件上成功實現(xiàn)的情況下，發(fā)現(xiàn)七段數(shù)碼管在仿真中因為是動態(tài)掃描，會產(chǎn)生以確定數(shù)值顯示的數(shù)會跟隨之后的其他數(shù)碼管顯示的數(shù)進(jìn)行變化）；解決在通過對數(shù)碼管的動態(tài)掃描時間進(jìn)行修改范圍從20US至20S，但發(fā)現(xiàn)不能解決；后來在經(jīng)過老師的回答后了解了鎖存器的作用，對于代碼進(jìn)行了修改。4檢測問題；解決首先通過肉眼進(jìn)行檢查對于電路板上硬件的焊接處是否存在虛焊和假焊，其次通過對萬用表的使用以確定電子元器件性能和功能上可靠性。2參數(shù)測試記錄9012放大器參數(shù)9012結(jié)構(gòu)PNP集電極發(fā)射極電壓30V集電極基電壓40V射極基極電壓5V集電極電流05A耗散功率0625W結(jié)溫150特怔頻率最小150MHZ放大倍數(shù)D6491E78112F96135G122166H144220I190300七段數(shù)碼管位選通信號數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示，是將所用數(shù)碼管的相同段（AG和P）并聯(lián)在一起，通過選位通信號分時控制各個數(shù)碼管的公共端，循環(huán)依次點(diǎn)亮各個數(shù)碼管。當(dāng)切換速度足夠快時，由于人眼的“視覺暫留”現(xiàn)象,LED燈會被全部點(diǎn)亮。圖54位選信號時序波形圖數(shù)碼管選通控制信號分別對應(yīng)3個數(shù)碼管的公共端，當(dāng)某一位選通控制信號為高電平時，其對應(yīng)的數(shù)碼管被點(diǎn)亮，因此通過控制選通信號就可以控制數(shù)碼管循環(huán)依次點(diǎn)亮。一個數(shù)碼管穩(wěn)定顯示要求的切換頻率要大于50HZ，那么3個數(shù)碼管則需要503150HZ以上的切換頻率才能看到不閃爍并且持續(xù)穩(wěn)定顯示的字符。五、實驗結(jié)論及改進(jìn)方案1實驗結(jié)論我們組的電子密碼鎖實驗是基于89C51芯片內(nèi)的比較器模塊以及RAM存儲器的功能上實現(xiàn)的。我們將初始密碼001放入RAM，將其與輸入密碼進(jìn)行比較，相同電子鎖打開，不同電子鎖不打開。2改進(jìn)方案因原始方案中沒有設(shè)計結(jié)果顯示，以至于輸入密碼后不易判斷電子鎖是否開啟。因此，我們在設(shè)計中加入了密碼反饋的內(nèi)容。在輸入密碼正確時，綠燈亮，七段數(shù)碼管顯示出YES的字樣；錯誤時，紅燈亮，七段數(shù)碼管顯示NO的字樣，蜂鳴器發(fā)出警報。六、實驗收獲與體會我們專業(yè)上學(xué)期開設(shè)了單片機(jī)課程，對單片機(jī)這門課程有了初步的了解，這次的單片機(jī)課程設(shè)計短學(xué)期給了我們進(jìn)一步了解并掌握單片機(jī)的機(jī)會，我們都感到非常的興奮。學(xué)習(xí)的過程中，幫助最大之一無疑是來自網(wǎng)絡(luò)。很多時候，通過網(wǎng)絡(luò)，我們都可以獲取到所需要的學(xué)習(xí)資料。但是，隨著我們學(xué)習(xí)的深入，我們會發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)提供的東西是有限度的，好像大部分的資料都差不多，或者說是適合大部分的初學(xué)者所需，而當(dāng)我們想進(jìn)一步提高時，卻發(fā)現(xiàn)能夠獲取到的資料越來越少，單片機(jī)資料中大部分不好使流水燈就是LED，液晶，而且只是功能性的演示。因此，我們小組四人都非常珍惜這次的單片機(jī)設(shè)計短學(xué)期，因為小組我們四人都對單片機(jī)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了濃厚的興趣，認(rèn)為單片機(jī)對自己在電子技術(shù)方面的學(xué)習(xí)有很大的幫助。雖然這次短學(xué)期只有短短的兩周的時間，但是我想只要我們小組用心學(xué)習(xí)，認(rèn)真準(zhǔn)備，共同探討，齊心協(xié)力，一定會有所收獲，希望老師也能對我們有所期待。以下是對這次單片機(jī)學(xué)習(xí)的總結(jié)（1）學(xué)習(xí)單片機(jī)沒有捷徑，不能指望兩三天就學(xué)會,要堅持不懈，重在積累。（2）單片機(jī)是一門應(yīng)用性和實踐性很強(qiáng)的學(xué)科，要多動手，多做實驗。（3）要學(xué)會參考別人的程序，減少自己琢磨的時間，迅速提高自己的編程能力。（4）碰到問題可以借助網(wǎng)絡(luò)來搜尋答案和對自己有幫助的問題,一定會有所收獲。（5）小組要團(tuán)結(jié)，小組之間要多交流。技術(shù)是靠不斷的積累和交流才會進(jìn)步的，封閉自守只會更加落后。致謝感謝黃老師和余老師的細(xì)心指導(dǎo)附錄1參考資料1陳梓城實用電子電路設(shè)計與調(diào)試；中國電力出版社20062高吉祥全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽培訓(xùn)教程；電子工業(yè)出版社200753閻石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）；高等教育出版社；19984高吉祥模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）；電子工業(yè)出版社出版社；20072程序代碼（要有注釋）INCLUDEINCLUDEDEFINEUINTUNSIGNEDINTDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARUCHARCODETABLE0XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90SBITS11P24/選數(shù)字鍵SBITS21P25/位選鍵SBITREDP10/紅燈SBITLEDP16/綠燈鍵SBITBELLP17/蜂鳴器UCHARA0/類似匯編語言中的A寄存器功能UCHARC0/設(shè)定雙鍵按下時的延時時間C5秒；UCHARENTER0/設(shè)定信號WRONGUCHARV1,V2,V3/輸入的密碼UCHARW10,W20,W31/默認(rèn)密碼UCHARWRONG0/設(shè)定信號WRONGUCHARRIGHT0/設(shè)定信號RIGHTUCHARKEYI0/設(shè)定信號KEYIUINTL0/設(shè)定延時循環(huán)值LUINTH0/設(shè)定延時循環(huán)值HUINTCOUNT0/設(shè)定VOIDTIME0_INIT/計數(shù)器0的初值TMOD0X01/設(shè)定計數(shù)器0工作方式1TH00X4C/TH0X4C00TL00X00IE0X82/設(shè)定中斷，EA1時鐘中斷TR01/開啟計數(shù)器0VOIDTIME0_INTINTERRUPT1/設(shè)定中斷產(chǎn)生時的狀態(tài)TH00X4CTL00X00/TH值重新載入COUNT/沒計完一次載入，COUNT加一IFCOUNT20COUNT0C/長度加1VOIDDELAY_1MSUCHARI/1MS延時函數(shù)UCHARX,JFORJ0JIJFORX0X148XVOIDDISPLAYM,N/顯示子函數(shù)P00XFFP20XFFP0TABLEMP2NDELAY_1MS5VOIDCHOOSE/檢測S11鍵，檢測到S11按下,變數(shù)P20XF7IFS11P20XF7IFS11P20XF7IFS11AIFA10A0DELAY_1MS200VOIDXCHOOSE/檢測S11鍵，檢測到S11按下,變數(shù)P20XF7IFS11DELAY_1MS20P20XF7IFS11DELAY_1MS20P20XF7IFS11DELAY_1MS20AIFA10A0DELAY_1MS200VOIDWEIXUAN/檢測S21,對原密碼值位比較P20XF7IFS21P20XF7IFS21P20XF7IFS21ENTERKEYI1DELAY_1MS200VOIDXWEIXUAN/修改值位檢測P20XF7IFS21DELAY_1MS20P20XF7IFS21DELAY_1MS20P20XF7IFS21DELAY_1MS20ENTERKEYI1DELAY_1MS200VOIDGIVE/賦予相應(yīng)的值IFENTER1KEYI0A0IFENTER2KEYI0A0IFENTER3KEYI0A0VOIDXGIVE/賦予相應(yīng)的密碼IFENTER1KEYI0A0IFENTER2KEYI0A0IFENTER3KEYI0A0VOIDSHAOMIAO/顯示功能IFENTER0DISPLAYA,0XFEIFENTER1DISPLAYV1,0XFEDISPLAYA,0XFDIFENTER2DISPLAYV1,0XFEDISPLAYV2,0XFDDISPLAYA,0XBFIFENTER3DISPLAYV1,0XFEDISPLAYV2,0XFDDISPLAYV3,0XBFVOIDXSHAOMIAO/顯示IFENTER0DISPLAYA,0XFEIFENTER1DISPLAYW1,0XFEDISPLAYA,0XFDIFENTER2DISPLAYW1,0XFEDISPLAYW2,0XFDDISPLAYA,0XBFIFENTER3DISPLAYW1,0XFEDISPLAYW2,0XFDDISPLAYW3,0XBFVOIDEND/密碼錯三次的狀態(tài)WHILE1P20XBCP10XF0P00XBFVOIDCHARGE/比較密碼IFENTER4IFV1W1A0WRONG0WHILEL100P00X91P20XFEDELAY_1MS4P0