基于單片機(jī)的電子密碼鎖創(chuàng)新課程設(shè)計(jì)

1、電子與信息工程學(xué)院創(chuàng)新課程設(shè)計(jì)報(bào)告（ 2013 2014 學(xué)年 第 一 學(xué)期）課程名稱： Project4 _ 班 級(jí)： 電子1001 學(xué) 號(hào)： 1402100129 姓 名： 朱德濤 指導(dǎo)教師： 毛錢萍 2013 年 12 月課程設(shè)計(jì)題目： 基于單片機(jī)的電子密碼鎖的設(shè)計(jì)目的與任務(wù)：本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)為主控芯片，結(jié)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，密碼輸入錯(cuò)誤有提示，為了提高安全性，當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤三次將報(bào)警。密碼可以由用戶自己修改設(shè)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(shí)候需要二次確認(rèn)，以防止誤操作。內(nèi)容和要求

2、：內(nèi)容： 該課題設(shè)計(jì)是一個(gè)用單片機(jī)控制的電子密碼鎖，基本功能是：首先設(shè)置鎖的初始密碼，輸入密碼時(shí)LCD顯示*。密碼通過鍵盤輸入，輸入結(jié)束后系統(tǒng)自動(dòng)驗(yàn)證，密碼正確鎖開；密碼錯(cuò)誤，返回輸入界面，連續(xù)三次輸入錯(cuò)誤，蜂鳴器報(bào)警，鍵盤鎖定。再次輸入密碼正確后，進(jìn)入修改密碼界面，輸入新密碼，需要輸入兩次密碼，兩次一樣才能修改成功，密碼保存在存儲(chǔ)器中。要求：1. 根據(jù)功能要求，選擇合適的單片機(jī)型號(hào)。2. 根據(jù)要求能夠完成系統(tǒng)的各個(gè)功能，鍵盤輸入，密碼修改，密碼輸入正確開鎖，輸入錯(cuò)誤報(bào)警，LCD顯示，密碼存儲(chǔ)等。3.合理選擇元器件，完成各個(gè)模塊功能的設(shè)計(jì) 。4. 功能擴(kuò)展，可以在LCD上加入時(shí)間，溫度的顯示，

3、或者考慮加入紅外遠(yuǎn)程控制的密碼鎖。5.設(shè)計(jì)出硬件電路原理圖。搭建硬件電路，編寫程序，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。設(shè)計(jì)內(nèi)容一、設(shè)計(jì)原理 該課程設(shè)計(jì)是要實(shí)現(xiàn)一個(gè)用單片機(jī)控制的電子密碼鎖，其基本功能有以下幾個(gè)：首先設(shè)置鎖的初始密碼，輸入密碼時(shí)LCD顯示*。密碼通過鍵盤輸入，輸入結(jié)束后系統(tǒng)自動(dòng)驗(yàn)證，密碼正確鎖開；密碼錯(cuò)誤，返回輸入界面，連續(xù)三次輸入錯(cuò)誤，蜂鳴器報(bào)警，鍵盤鎖定。再次輸入密碼正確后，進(jìn)入修改密碼界面，輸入新密碼，需要輸入兩次密碼，兩次一樣才能修改成功，密碼保存在存儲(chǔ)器中。系統(tǒng)由硬件部分與軟件部分兩部分構(gòu)成。其中硬件部分由單片機(jī)、鍵盤輸入電路、密碼存儲(chǔ)電路、復(fù)位電路、晶振電路、LCD顯示電路、報(bào)警電路、繼

4、電器模擬開鎖電路組成。軟件部分對(duì)應(yīng)的由主程序、初始化程序、LCD顯示程序、鍵盤掃描程序、啟動(dòng)程序、關(guān)閉程序、鍵功能程序、密碼設(shè)置程序、EEPROM讀寫程序和延時(shí)程序等組成。其原理框圖如圖1所示。AT89S52鍵盤輸入復(fù)位電路密碼存儲(chǔ)晶振電路電源輸入顯示電路報(bào)警電路開鎖電路 圖1二、電路總體構(gòu)成下圖是設(shè)計(jì)電路的總體電路圖 圖2電路由單片機(jī)、矩陣鍵盤、lcd1602液晶顯示、報(bào)警電路、開鎖電路和24c02密碼存儲(chǔ)等部分組成。其中矩陣鍵盤用于輸入數(shù)字密碼和進(jìn)行各種功能的實(shí)現(xiàn)。由用戶通過連接單片機(jī)的矩陣鍵盤輸入密碼，后經(jīng)過單片機(jī)對(duì)用戶輸入的密碼與24c02保存的密碼進(jìn)行對(duì)比，從而判斷密碼是否正確，然后

5、控制單片機(jī)各引腳的高低電平從而傳到開鎖電路或者報(bào)警電路控制開鎖還是報(bào)警，實(shí)際使用時(shí)只要將單片機(jī)的負(fù)載由繼電器換成電子密碼鎖的電磁鐵吸合線圈即可，當(dāng)然也可以用繼電器的常開觸點(diǎn)去控制電磁鐵吸合線圈。三、各個(gè)部分組成電路1、單片機(jī)復(fù)位和晶振電路單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后PC0000H，使單片機(jī)從第個(gè)單元取指令。無(wú)論是在單片機(jī)剛開始接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。在復(fù)位期間（即RST為高電平期間），P0口為高阻態(tài)，P1P3口輸出高電平；外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)PSEN無(wú)效。地址鎖存信號(hào)ALE也為高電平。AT89S5

6、2引腳XTAL1和XTAL2與晶體振蕩器及電容C1、C2按圖所示方式連接。晶振、電容C1C2及片內(nèi)與非門（作為反饋、放大元件）構(gòu)成了電容三點(diǎn)式振蕩器，振蕩信號(hào)頻率與晶振頻率及電容C1、C2的容量有關(guān)，但主要由晶振頻率決定，范圍在033MHz之間，電容C1、C2取值范圍在530pF之間。根據(jù)實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)中采用12MHZ做為系統(tǒng)的外部晶振。電容取值為22pF。電路如圖3所示： 圖32、鍵盤輸入電路本設(shè)計(jì)采用的是4*4矩陣式按鍵鍵盤，它由行線和列線組成，也稱行列式鍵盤，按鍵位于行列的交叉點(diǎn)上，密碼鎖的密碼由鍵盤輸入完成，與獨(dú)立式按鍵鍵盤相比，要節(jié)省很多I/O口。本設(shè)計(jì)中使用的這個(gè)4*4鍵盤不但能

7、完成密碼的輸入還能作特別功能鍵使用，比如修改密碼功能等。鍵盤的每個(gè)按鍵功能在程序設(shè)計(jì)中已經(jīng)編寫好。矩陣鍵盤采用“行列”掃描法，行掃描法又稱逐行掃描查詢法，是一種最常用的按鍵掃描方法，如下圖所示，開始時(shí)把行線P2.0-P2.3置為低電平，然后掃描列線，如果有一行列線為低電平，則去抖后判斷是否還有一行列線為低電平，如果還有，則這條列線為低電平，同時(shí)處在這條行線中的按鍵為低電平，然后判斷是哪個(gè)按鍵按下，如果列線全部為高電平，則表示沒有按鍵按鍵按下。電路如圖4所示： 圖43、密碼存儲(chǔ)電路用EPROM芯片AT24C02存儲(chǔ)密碼。AT24C02是美國(guó)Atmel公司的低功耗CMOS型E2PROM，內(nèi)含256

8、8位存儲(chǔ)空間，通過單片機(jī)對(duì)24c02芯片進(jìn)行密碼存儲(chǔ)，存儲(chǔ)好密碼后，通過按鍵輸入密碼與存儲(chǔ)芯片里面的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)數(shù)據(jù)是否一致，來執(zhí)行相應(yīng)的操作，還可以根據(jù)按鍵操作來執(zhí)行是否更換數(shù)據(jù)。電路如圖5所示：（注：sck接單片機(jī)P3.4口，sda接單片機(jī)P3.3口） 圖54、LCD顯示電路本設(shè)計(jì)的顯示部分由液晶顯示器LCD1602取代普通的數(shù)碼管來完成。開始時(shí)顯示器將一直處于初始狀態(tài)，當(dāng)需要對(duì)密碼鎖進(jìn)行開鎖時(shí)，按下數(shù)字鍵09輸入密碼，每按下一個(gè)數(shù)字鍵后在顯示器上顯示一個(gè)*，最多顯示6位。當(dāng)密碼輸入完成時(shí)，如果輸入的密碼正確的話， LCD上顯示“Unlock OK！”，單片機(jī)其中P3.6口會(huì)輸出低電

9、平，使三極管導(dǎo)通，電磁鐵吸合，電子密碼鎖被打開，如果密碼不正確，LCD顯示屏?xí)@示“Error！”，P3.6口輸出的是高電平，電子密碼鎖不能被打開。通過LCD顯示屏，可以清楚的判斷出鎖所處的狀態(tài)。電路如圖6所示：(注：RS接P3.0口，RW接P3.1口，E接P3.2口) 圖65、報(bào)警電路：報(bào)警部分由蜂鳴器及外圍電路組成，加電后不發(fā)聲，當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤三次時(shí)，單片機(jī)的P3.5口輸出低電平，三極管導(dǎo)通執(zhí)行蜂鳴器報(bào)警聲子程序發(fā)出聲音報(bào)警。電路如圖7所示：（注：buz接單片機(jī)P3.5口） 圖76、開鎖電路：開鎖用戶通過鍵盤任意設(shè)置密碼，并儲(chǔ)存在at24c02中作為鎖碼指令。開鎖步驟如下：首先按下鍵盤數(shù)字

10、鍵09輸入密碼，由單片機(jī)內(nèi)部操作進(jìn)行密碼比對(duì)。當(dāng)用戶輸入一密碼后，單片機(jī)自動(dòng)識(shí)碼，如果識(shí)碼不符，則提示錯(cuò)誤，如果超過三次則報(bào)警。如果正確，系統(tǒng)使單片機(jī)P3.6口輸出低電平發(fā)出信號(hào)，經(jīng)三極管放大后，由繼電器驅(qū)動(dòng)電磁閥動(dòng)作將鎖打開，可在電路中接led顯示開鎖狀態(tài)。電路如圖8所示：（jdq接單片機(jī)P3.6口） 圖8 四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)由主程序、初始化程序、LCD顯示程序程序、鍵盤掃描程序、輸入密碼開鎖程序、密碼修改程序、EEPROM讀寫程序和延時(shí)程序等組成。主要程序設(shè)計(jì)流程圖如下所示：1、 主程序流程圖如圖9所示： 先執(zhí)行初始化程序，然后啟動(dòng)程序，執(zhí)行鍵盤掃描程序，根據(jù)各個(gè)功能鍵執(zhí)行相

11、應(yīng)的功能。 開始初始化鍵盤程序啟動(dòng)程序鍵盤掃描鍵功能程序結(jié)束關(guān)閉程序 圖92 、輸入密碼開鎖程序流程圖如圖10所示：先執(zhí)行初始化程序，用按鍵輸入密碼，與存儲(chǔ)器內(nèi)的密碼比較，若密碼一致，則執(zhí)行開鎖程序；若密碼不一致，輸入次數(shù)加一，當(dāng)次數(shù)達(dá)到三次時(shí)，則執(zhí)行報(bào)警程序。初始化按開鎖鍵輸入密碼確認(rèn)程序所輸入密碼正確？Y 開鎖成功開鎖程序輸入次數(shù)加1次數(shù)3?報(bào)警程序返回NoYN 圖103、修改密碼程序流程圖如圖11所示：先執(zhí)行輸入密碼開鎖程序，若密碼正確，可以進(jìn)入選擇選擇修改密碼界面，若密碼輸入不正確三次，則報(bào)警。進(jìn)入修改密碼界面后，輸入新密碼，新密碼要輸入兩次，兩次一樣才能設(shè)置成功。修改密碼程序程序初始

12、化按下設(shè)置鍵輸舊密碼確認(rèn)程序所輸入舊密碼正確？輸新密碼確認(rèn)程序設(shè)置成功輸入次數(shù)加1次數(shù)3?報(bào)警程序NYNY鎖定確認(rèn)程序再次輸新密碼兩次新密碼輸入相同？NY圖11五、硬件電路實(shí)物圖：1、開機(jī)后的初始畫面：圖122、密碼輸入錯(cuò)誤后的畫面： 圖13 3、密碼輸入正確后的畫面： 圖144、選擇修改密碼畫面：圖15六、參考文獻(xiàn)：1 李廣弟，朱月秀，冷祖祁. 單片機(jī)基礎(chǔ)M.(第三版) 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20072 康華光，陳大欽，張林. 電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分)M.(第五版) 北京：高等教育出版社，20063 李全利. 單片機(jī)原理及接口技術(shù)M. 北京：高等教育出版社，20034 楊將新，李華軍

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