【基于單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)（論文）10000字】

引言當(dāng)今社會(huì)電子技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越快，生活中開(kāi)始出現(xiàn)了很多智能化的產(chǎn)品，智能化的產(chǎn)品方便了我么的生活。密碼鎖是我們生活普遍使用的設(shè)備，而且在很多的場(chǎng)合都使用電子密碼鎖的原理，如銀行的保險(xiǎn)箱、超時(shí)的儲(chǔ)物柜、小區(qū)的門(mén)禁系統(tǒng)都采用的是電子密碼鎖的原理設(shè)計(jì)而成的。因此了解電子密碼所的設(shè)計(jì)原理對(duì)我們開(kāi)發(fā)相關(guān)的產(chǎn)品具有重要的幫助意義。傳統(tǒng)的密碼鎖主要是機(jī)械形式的，機(jī)械形式的密碼鎖例如我們經(jīng)常使用的拉桿箱，拉桿箱上會(huì)有手動(dòng)撥動(dòng)密碼的鎖。這種方式的密碼鎖開(kāi)鎖或者關(guān)鎖的時(shí)候需要人工手動(dòng)的撥動(dòng)密碼，在使用的時(shí)候容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。電密碼鎖是目前比較流行的密碼鎖。電子密碼鎖的開(kāi)鎖方式有很多種如輸入密碼、指紋開(kāi)鎖、人臉識(shí)別開(kāi)鎖、虹膜開(kāi)鎖等多種方式。電子密碼鎖的產(chǎn)生可以說(shuō)給我們提供了很多的便利。電子密碼鎖在今后的一段時(shí)間內(nèi)將會(huì)在我們的生活中普遍的使用。根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求，決定采用電子技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)、液晶顯示技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的電子密碼鎖的功能，這款密碼鎖可以實(shí)現(xiàn)輸入密碼開(kāi)鎖的功能，連續(xù)3次輸入密碼錯(cuò)誤會(huì)報(bào)警，而且具有LCD1602液晶顯示密碼鎖的狀態(tài)功能，和修改密碼的功能。密碼鎖可以使用在家里的安全門(mén)上。在設(shè)計(jì)中主要的研究?jī)?nèi)容如下：（1）閱讀國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)，總結(jié)和課題相關(guān)的理論知識(shí)，將理論知識(shí)和設(shè)計(jì)結(jié)合一塊，根據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體的設(shè)計(jì)方案，明確研究的功能，在方案確定后對(duì)方案進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)證；（2）選擇可以滿足設(shè)計(jì)要求的硬件芯片，設(shè)計(jì)CPU的電路圖、傳感器檢測(cè)電路圖、控制報(bào)警電路圖等，并對(duì)電路圖紙進(jìn)行確定（3）使用C語(yǔ)言誰(shuí)密碼鎖的控制程序，在keil軟件中調(diào)試程序的功能；（4）在proteus仿真軟件中設(shè)計(jì)仿真電路，進(jìn)行系統(tǒng)功能的驗(yàn)證；（5）總結(jié)設(shè)計(jì)中的資料，撰寫(xiě)畢業(yè)論文。課題的研究方法是指，從拿到課題到課題設(shè)計(jì)完成這個(gè)過(guò)程中都采用的方法，本設(shè)計(jì)中將設(shè)計(jì)的方法分成如下部分：要明確課題實(shí)現(xiàn)的功能，確定系統(tǒng)的理論依據(jù)和理論研究方法（2）設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體的方案框圖，確保設(shè)計(jì)方案的正確性。（3）結(jié)合方案框圖，設(shè)計(jì)各個(gè)模塊的電路原理圖，并編寫(xiě)C語(yǔ)言程序。（4）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能驗(yàn)證和測(cè)試，驗(yàn)證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，根據(jù)設(shè)計(jì)資料撰寫(xiě)設(shè)計(jì)論文。完成了相關(guān)的理論和實(shí)踐設(shè)計(jì)之后，我們會(huì)總結(jié)設(shè)計(jì)中的資料進(jìn)行畢業(yè)論文的撰寫(xiě)，在論文撰寫(xiě)之前我們也要對(duì)論文結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體的規(guī)劃，本次論文寫(xiě)作的過(guò)程中按照如下的結(jié)構(gòu)進(jìn)行安排：第一部分，查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料，進(jìn)行系統(tǒng)的整體的方案分析、對(duì)比和方案的設(shè)計(jì)，確定系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能；第二部分，根據(jù)系統(tǒng)的功能，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體的方案的框圖，根據(jù)框圖進(jìn)行系統(tǒng)的功能分析、器件選擇等；第三部分，硬件電路設(shè)計(jì)，使用電路圖繪制軟件protel99se設(shè)計(jì)電路圖紙，并對(duì)圖紙的功能進(jìn)行分析；第四部分，軟件程序設(shè)計(jì)，結(jié)合功能設(shè)計(jì)程序流程圖，并結(jié)合程序流程圖采用C語(yǔ)言進(jìn)行程序的編寫(xiě)和調(diào)試；第五部分，進(jìn)行硬件電路和軟件程序的調(diào)試，通過(guò)proteus仿真軟件對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)行驗(yàn)證分析；結(jié)論部分，通過(guò)結(jié)論中的內(nèi)容對(duì)整個(gè)論文的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了說(shuō)明，說(shuō)明了設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能，以及在設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題和困難等。第1章密碼鎖整體方案設(shè)計(jì)1.1密碼鎖主要功能基于單片機(jī)的電子密碼鎖，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)輸入密碼開(kāi)鎖的功能。通過(guò)對(duì)密碼鎖的設(shè)計(jì)過(guò)程，熟悉了電子密碼鎖的功能原理。最終實(shí)現(xiàn)了密碼鎖的功能如下：（1）電子密碼鎖通過(guò)手動(dòng)輸入密碼，通過(guò)4x4的矩陣鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)密碼的輸入，密碼的位數(shù)為6位，如果輸入的密碼正確則會(huì)開(kāi)啟密碼鎖，輸入密碼錯(cuò)誤則不會(huì)開(kāi)啟密碼鎖；（2）可以對(duì)密碼鎖的開(kāi)鎖密碼進(jìn)行重置，并且設(shè)置密碼信息會(huì)自動(dòng)的保存到存儲(chǔ)芯片中；（3）在密碼鎖的使用過(guò)程中會(huì)有LCD1602液晶顯示功能，可以顯示當(dāng)前密碼鎖的狀態(tài)；（4）電子密碼鎖可以通過(guò)管理員密碼進(jìn)行密碼的重置，任意修改密碼；（5）當(dāng)輸入的密碼錯(cuò)誤次數(shù)超過(guò)3次的時(shí)候，密碼鎖會(huì)通過(guò)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。1.2總體概述本次根據(jù)設(shè)計(jì)需求，經(jīng)過(guò)文獻(xiàn)分析和查閱，總結(jié)了密碼鎖相關(guān)的設(shè)計(jì)原理，如下圖1-1是本次設(shè)計(jì)的密碼鎖的整體方案框圖。系統(tǒng)的方案框圖展示了系統(tǒng)的硬件組成，通過(guò)方案框圖可將硬件進(jìn)行模塊化的設(shè)計(jì)，這樣在設(shè)計(jì)的時(shí)候也會(huì)更加的清晰。圖1-1系統(tǒng)的整體框圖如上圖2-1所示，是整個(gè)密碼鎖的硬件方案框圖，在硬件框圖中可以看到電子密碼鎖的硬件組成，各個(gè)硬件模塊的組成和模塊硬件電路功能：電子密碼鎖的各個(gè)模塊電路功能介紹如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)：電子密碼鎖在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要選擇個(gè)核心控制器，用于存儲(chǔ)相關(guān)的控制程序，系統(tǒng)的所有的控制功能都是通過(guò)單片機(jī)處理器實(shí)現(xiàn)的，處理器就相當(dāng)于系統(tǒng)的大腦，起到協(xié)調(diào)控制的功能；STC89C52單片機(jī)就是一款核心控制器，可以在單片機(jī)中編寫(xiě)控制程序?qū)崿F(xiàn)密碼的統(tǒng)計(jì)和比較以及開(kāi)鎖控制功能；（2）晶振電路：由電容和晶振器件組成，輸出工作脈沖信號(hào)給單片機(jī)的晶振輸入引腳，保證單片機(jī)進(jìn)行工作；復(fù)位電路：是單片機(jī)工作不可缺少的電路之一，復(fù)位電路采用電阻、電容和復(fù)位按鍵設(shè)計(jì)而成?？梢詴r(shí)輸出復(fù)位信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)收到復(fù)位信號(hào)后會(huì)重新的初始化程序，這樣可以防止處理器的程序進(jìn)入死循環(huán)；電源模塊：主要通過(guò)電源芯片設(shè)計(jì)而成，為整個(gè)電子密碼鎖的電路提供電能；（5）4X4鍵盤(pán)：是整個(gè)電子密碼鎖的輸入裝置，用戶可以通過(guò)鍵盤(pán)輸出密碼信息等；（6）液晶模塊：LCD1602液晶是一種高亮度的顯示器件，在本次系統(tǒng)中用來(lái)顯示系統(tǒng)的密碼信息和密碼鎖的狀態(tài)信息；（7）繼電器模塊：通過(guò)繼電器設(shè)計(jì)密碼鎖的開(kāi)鎖驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)繼電器的接口實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖和關(guān)鎖的控制功能；（8）報(bào)警模塊：報(bào)警模塊的主要作用當(dāng)系統(tǒng)需要報(bào)警的時(shí)候會(huì)進(jìn)行報(bào)警；（9）存儲(chǔ)模塊：主要功能是存儲(chǔ)相關(guān)的密碼信息，并且具有掉電保存功能；1.3單元模塊方案選擇1.3.1單片機(jī)方案選擇電子密碼鎖中需要又一個(gè)期間可以進(jìn)行邏輯程序的運(yùn)行和控制，因此需要選擇一款可以進(jìn)行可編程邏輯的主控芯片，下面從兩個(gè)方案分別介紹。方案一：STC89C52RC單片機(jī)這是一款國(guó)內(nèi)的某個(gè)廠家生產(chǎn)的單片機(jī)，基于51內(nèi)核而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，具有非常高的性價(jià)比，這款單片機(jī)的結(jié)構(gòu)非常的簡(jiǎn)單，在編寫(xiě)程序的時(shí)候支持匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言，因此受到很多開(kāi)發(fā)者的歡迎[6]。STC89C52RC單片機(jī)FLSAH存儲(chǔ)器的大小為8K的空間，具有P0、P1、P2和P3四個(gè)端口，每個(gè)端口包括8位。STC89C52RC集成了豐富的功能，方便開(kāi)發(fā)者使用，包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、USART串口等多種功能。設(shè)計(jì)者在使用的時(shí)候可以任意配置，而且這款單片機(jī)的P3端口具有雙重的功能，第一個(gè)功能是普通的I/O端口的功能，第二個(gè)功能是中斷、串口的功能使用。STC89C52RC的工作電壓為3.3V-5.5V，封裝有貼片封裝和雙列直插封裝。最高可支持35MHz的晶振。方案二：采用MSP430系列單片機(jī)MSP430單片機(jī)是美國(guó)的TI公司研發(fā)和生產(chǎn)的單片機(jī)，MSP43單片機(jī)是一款低功耗的單片機(jī)，采用精簡(jiǎn)指令集進(jìn)行編程。而且MSP430單片機(jī)根據(jù)不同的型號(hào)可以劃分出多種的功能特點(diǎn)，MSP430內(nèi)部集成了A/D、D/A、串口USART、高速SIP總線接口、CAN總線接口等?？梢哉f(shuō)MSP430單片機(jī)的功能是非常強(qiáng)大的，廣泛的應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品和民用產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中。MSP430工作電壓為3.3V-5V之間，LQFP貼片封裝，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)芯片的焊接和調(diào)試可能會(huì)遇到麻煩[7]。而且價(jià)格上一般在20元左右。通過(guò)對(duì)方案一和方案二的對(duì)比分析，分析了兩款單片機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇了STC89C52單片機(jī)進(jìn)行電子密碼鎖的設(shè)計(jì)。如下圖1-2所示是單片機(jī)的實(shí)物圖。圖1-2單片機(jī)實(shí)物圖1.3.2按鍵方案選擇按鍵設(shè)備是給用戶提供一個(gè)可靠的人機(jī)輸入裝置，一般的人機(jī)輸入裝置都使用按鍵實(shí)現(xiàn)，按鍵的形式分為兩種，獨(dú)立按鍵和矩陣按鍵，下面對(duì)這兩種按鍵進(jìn)行詳細(xì)的介紹：方案一：獨(dú)立形式按鍵獨(dú)立按鍵是一種非常簡(jiǎn)單的按鍵，也是使用的比較多的按鍵，獨(dú)立按鍵的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，只有兩個(gè)引腳，當(dāng)按鍵按下后兩個(gè)引腳會(huì)導(dǎo)通，這樣如果按鍵和單片機(jī)的I/O引腳連接，就可以通過(guò)檢測(cè)I/O端口的狀態(tài)來(lái)判斷按鍵是否按下，獨(dú)立按鍵使用起來(lái)也非常的簡(jiǎn)單而且方便，編寫(xiě)按鍵采集程序簡(jiǎn)單。方案二：矩陣按鍵矩陣按鍵也是一種使用的非常多的按鍵，矩陣按鍵是由獨(dú)立按鍵組合形成的，生活中也比較的常見(jiàn)，例如我們的手機(jī)鍵盤(pán)、ATM取款機(jī)的輸入按鍵等都是矩陣按鍵的很好的應(yīng)用。傳統(tǒng)的矩陣按鍵可以分為3*3、3*4、4*4、5*5等多種形式。矩陣按鍵分為行控制線和列控制線，一個(gè)矩陣按鍵可以組合成多種狀態(tài)，矩陣按鍵非常適合系統(tǒng)需要的按鍵比較多，而且I/O資源受到限制的情況。本次分析了電子密碼鎖的功能，密碼鎖需要使用的按鍵數(shù)量比較多，因此采用了方案二矩陣按鍵的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。矩陣按鍵的實(shí)物圖如下圖1-3所示。圖1-3按鍵實(shí)物圖1.3.3顯示方案選擇顯示器是一種提供給用于的一個(gè)非常好的人機(jī)界面，生活中常見(jiàn)的顯示裝置有LED數(shù)碼管和LCD液晶兩種方式。方案一：數(shù)碼管顯示LED數(shù)碼管是一種高亮度的顯示器件，在生活中的很多的產(chǎn)品中都有使用。LED數(shù)碼管的組成原理是通過(guò)多個(gè)LED發(fā)光二極管組合而成，LED數(shù)碼管是分段顯示的，每個(gè)LED發(fā)光二極管都可以是數(shù)碼管的一個(gè)段位。最終通過(guò)各個(gè)段位的組合而實(shí)現(xiàn)0-F數(shù)字和字符的顯示功能。用戶可以控制不同位置的LED發(fā)光二極管亮滅實(shí)現(xiàn)需要顯示的內(nèi)容[10]。方案二：LCD1602液晶顯示LCD1602是生活中使用的非常多的一款液晶，這款液晶的價(jià)格比較的便宜，能顯示數(shù)字和英文字母信息，不能顯示漢字。液晶可以顯示32個(gè)字符，這32個(gè)字符分成兩行顯示，每行顯示16個(gè)字符。液晶使用起來(lái)非常的方便，液晶和單片機(jī)之間可以通過(guò)并口或者串行SIP接口通信。這樣就會(huì)節(jié)省很多的I/O資源。結(jié)合本次的設(shè)計(jì)要求，對(duì)方案一和方案二進(jìn)行了對(duì)比分析，因?yàn)槊艽a鎖顯示的內(nèi)容比較多，因此選擇了LCD1602這款液晶作為系統(tǒng)的顯示器件，LCD1620液晶的實(shí)物圖如下圖1-4所示。圖1-4LCD1602液晶實(shí)物圖1.3.4報(bào)警模塊選擇本次設(shè)計(jì)的電子電子密碼鎖蜂鳴器報(bào)警的功能，當(dāng)輸入面錯(cuò)誤過(guò)多的時(shí)候會(huì)進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警。蜂鳴器是經(jīng)常使用的報(bào)警器件，蜂鳴器主要的工作原理非常的簡(jiǎn)單，蜂鳴器有正極和負(fù)極兩個(gè)引腳，只要給蜂鳴器的連個(gè)兩個(gè)引腳通電，蜂鳴器就能都發(fā)出聲音。當(dāng)然如果想要是蜂鳴器發(fā)出不同頻率的聲音也可以通過(guò)響應(yīng)的控制電路實(shí)現(xiàn)。蜂鳴器在很多的設(shè)計(jì)人員中有也都非常受歡迎。如下圖1-5所示是蜂鳴器的實(shí)物圖。圖1-5蜂鳴器引腳圖1.4本章小結(jié)在這一章中，首先對(duì)電子密碼鎖系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能，查閱相關(guān)的資料確定了系統(tǒng)的整體方案框圖，介紹了框圖的組成和，框圖中的各個(gè)模塊的功能，之后介紹了設(shè)計(jì)中選擇的核心模塊。第2章密碼鎖硬件電路設(shè)計(jì)2.1STC89C52最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)是電子密碼鎖控制系統(tǒng)的核心控制器件，設(shè)計(jì)中選擇了STC89C52單片機(jī)，這是一款可以完美的兼容傳統(tǒng)的51單片機(jī)，無(wú)論從功能上還是從結(jié)構(gòu)上都可以進(jìn)行完整的替換，而且這款單片機(jī)的性價(jià)比非常的高，單片機(jī)FLASH的大小為8K，可以存放程序。單片機(jī)RAM大小為512字節(jié)。可用的I/O資源為32個(gè)，可以把這32個(gè)I/O端口分成P0、P1、P2和P3四組。STC89C52RC單片機(jī)是一款8位的單片機(jī)。特別要注意的是STC89C52RC單片機(jī)的P3端口是多功能端口，可以作為普通的I/O端口，可以做多為第二功能端口使用。STC89C52RC單片機(jī)的內(nèi)核和傳統(tǒng)的51單片機(jī)的一樣，因此在功能上和傳統(tǒng)的51單片機(jī)一樣，而且程序和傳統(tǒng)的51單片機(jī)都兼容，但是這款單片機(jī)的性能要不傳統(tǒng)的51單片機(jī)強(qiáng)很多，執(zhí)行的速度是傳統(tǒng)51單片機(jī)的8-12倍[10]。STC89C52RC單片機(jī)在外形具有貼片封裝和雙列直插封裝，對(duì)我們初學(xué)者來(lái)說(shuō)可以采用直插形式的封裝，封裝為DIP-40直插形式，單片機(jī)的工作電壓為5V，最大的晶振可以達(dá)到35MHz，使用串口的方式進(jìn)行程序的下載。單片機(jī)功能簡(jiǎn)單，學(xué)起來(lái)非常的容易。單片機(jī)的引腳圖如下圖2-1所示。圖2-1單片機(jī)引腳圖通過(guò)電容、晶振器件可以搭建出晶振電路，晶振電路能夠不斷的輸出晶振信號(hào)給單片機(jī)，晶振信號(hào)可以驅(qū)動(dòng)單片機(jī)工作、執(zhí)行程序指令，晶振信號(hào)通過(guò)STC89C52RC芯片的第18引腳和第19引腳輸入。如下圖2-2所示是本次設(shè)計(jì)的晶振電路。圖2-2STC89C52單片機(jī)時(shí)鐘電路復(fù)位電路也是STC89C52RC處理器工作不可缺少的電路，單片機(jī)在程序執(zhí)行進(jìn)入死循環(huán)或者出現(xiàn)BUG的時(shí)候回卡死，此時(shí)如果內(nèi)有復(fù)位電路單片機(jī)就必須要斷電后才能在此執(zhí)行，如下圖2-3是本次設(shè)計(jì)的復(fù)位電路，當(dāng)復(fù)位按鍵按下的時(shí)候單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。圖2-3STC89C52單片機(jī)復(fù)位電路單獨(dú)的單片機(jī)芯片不能工作，必須要根據(jù)單片機(jī)的設(shè)計(jì)手冊(cè)設(shè)計(jì)相關(guān)的配套電路后，STC89C52單片機(jī)才可以正常的工作，此時(shí)單片機(jī)可以運(yùn)行下載的程序，晶振電路、復(fù)位電路是單片機(jī)最小系統(tǒng)的重要組成電路。STC89C52單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路原理圖如下圖2-4所示。圖2-4STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)2.2門(mén)鎖密碼輸入電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的電子密碼鎖，需要通過(guò)矩陣鍵盤(pán)輸入密碼，本次設(shè)計(jì)使用了4*4矩陣鍵盤(pán)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)門(mén)鎖密碼的輸入、門(mén)鎖密碼的修改。電路圖如下圖2-5所示。矩陣按鍵的行控制線和單片機(jī)的P14-P17連接，矩陣按鍵的列控制線和單片機(jī)的P10-P13連接。通過(guò)行掃描和列掃描實(shí)現(xiàn)按鍵的是否功能。圖2-5按鍵電路2.3LCD液晶顯示電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中的電子密碼鎖具有一個(gè)液晶顯示裝置，可以顯示密碼鎖的狀態(tài)信息。設(shè)計(jì)中選擇了LCD1602這款液晶實(shí)現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)的電子密碼鎖的液晶顯示電路如下圖2-6所示。圖2-6LCD1602液晶顯示電路2.4開(kāi)鎖驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)電子密碼鎖在開(kāi)鎖和關(guān)鎖的控制電路主要是通過(guò)單片機(jī)控制繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)繼電器實(shí)現(xiàn)了密碼鎖開(kāi)鎖接口。繼電器在控制上需要通過(guò)三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，如下圖2-7所示是電子密碼鎖的繼電器開(kāi)鎖驅(qū)動(dòng)電路，單片機(jī)的P2.2引腳和三極管Q3的基極連接，控制三極管導(dǎo)通或者關(guān)閉，當(dāng)三極管導(dǎo)通的時(shí)候繼電器的線圈會(huì)通電，此時(shí)繼電器的觸點(diǎn)會(huì)閉合，實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖控制。圖2-7密碼鎖驅(qū)動(dòng)電路2.5報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警模塊是本次設(shè)計(jì)的報(bào)警提示裝置，當(dāng)密碼鎖輸入密碼鎖無(wú)后，能夠通過(guò)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。這里采用的是蜂鳴器報(bào)警。報(bào)警電路通過(guò)單片機(jī)控制價(jià)三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)的P3.3引腳驅(qū)動(dòng)三極管Q2導(dǎo)通或者關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)蜂鳴器的發(fā)聲控制。如下圖2-8所示。圖2-8報(bào)警電路連接圖2.6密碼存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)本次的電子密碼鎖具有掉電存儲(chǔ)功能，設(shè)計(jì)中采用AT24C02存儲(chǔ)芯片實(shí)現(xiàn)，這樣當(dāng)系統(tǒng)掉電后密碼信息也能正常的保存到AT24C02芯片中。本次設(shè)計(jì)中使用了AT24C02存儲(chǔ)芯片實(shí)現(xiàn)，AT24C02是一款具有I2C接口的儲(chǔ)存芯片，AT24C02存儲(chǔ)電路的電路圖如下圖2-9所示。圖2-9掉電存儲(chǔ)電路2.7電源電路設(shè)計(jì)電源主要是給電子密碼鎖供電，如下圖2-10是整個(gè)系統(tǒng)的供電電路。系統(tǒng)USB接口的方式供電，其中SW1是電源開(kāi)關(guān)，LED1是供電指示燈。圖2-10電源電路2.8本章小結(jié)本章是本次設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)的章節(jié)，在本章中設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的詳細(xì)的硬件電路圖，包括介紹了各個(gè)模塊電路的作用和功能，使用protel99se繪圖軟件設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的電路連接圖。為后面的調(diào)試部分奠定了基礎(chǔ)。第3章密碼鎖軟件設(shè)計(jì)3.1編程思路軟件部分是整個(gè)設(shè)計(jì)最為重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容之一，軟件功能的好壞直接影響了產(chǎn)品的功能，因此在進(jìn)行軟件程序設(shè)計(jì)之前一定要明確軟件要實(shí)現(xiàn)的功能，如何實(shí)現(xiàn)這些功能程序。這樣才能設(shè)計(jì)好性能穩(wěn)定的軟件系統(tǒng)，在編寫(xiě)程序的時(shí)候編程人員一定要仔細(xì)認(rèn)真的按照軟件設(shè)計(jì)方案的步驟進(jìn)行：（1）在編寫(xiě)程序之前一定要合理的選擇編程語(yǔ)言，選擇自己熟悉的編程語(yǔ)言，比例選擇C語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言等，這個(gè)要根據(jù)自己的實(shí)際請(qǐng)款選擇。（2）選擇好編程語(yǔ)言后，明確具體要實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)函數(shù)，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件芯片的配置等操作。（3）結(jié)合系統(tǒng)功能，進(jìn)行主程序流程圖的設(shè)計(jì)和子程序流程圖設(shè)計(jì)，確保程序流程正確合理。（4）使用選擇的語(yǔ)言開(kāi)始進(jìn)行分相關(guān)程序的編寫(xiě)和調(diào)試，首先可以編寫(xiě)最基礎(chǔ)的功能函數(shù)，由基礎(chǔ)的功能函數(shù)一點(diǎn)一旦組成整體的主程序，并對(duì)程序進(jìn)行邏輯分析和相互調(diào)用等操作[13]。（5）對(duì)編寫(xiě)完成的程序在編譯環(huán)境下進(jìn)行編譯和調(diào)試，在調(diào)試中逐漸的完善和修改程序中的錯(cuò)誤和不合理的地方，最后完成整個(gè)程序的編寫(xiě)和調(diào)試，生成hex文件或者bin文件，將生成的文件下載到CUP中運(yùn)行。3.2主程序設(shè)計(jì)在進(jìn)行電子密碼鎖程序設(shè)計(jì)之前，一定要設(shè)計(jì)正確的程序流程圖，程序流程圖的正確與否會(huì)影響程序的設(shè)計(jì)。如下圖3-1是本次設(shè)計(jì)的密碼鎖的主程序流程圖。當(dāng)密碼鎖程序開(kāi)始運(yùn)行后，會(huì)進(jìn)行先關(guān)的器件初始化，初始化后會(huì)自動(dòng)的判斷是否有按鍵按下，按鍵按下后說(shuō)明可能有密碼輸入，提取相關(guān)的密碼信息和系統(tǒng)的密碼進(jìn)行對(duì)比，如果一致則會(huì)開(kāi)啟密碼鎖，如果不一致則會(huì)進(jìn)入錯(cuò)誤處理。圖3-1主程序流程圖3.3開(kāi)鎖子程序設(shè)計(jì)電子密碼鎖的開(kāi)鎖程序流程圖如下圖3-2所示，在設(shè)計(jì)電子密碼鎖開(kāi)鎖的程序流程圖中，其實(shí)就是對(duì)輸入的密碼和本機(jī)的密碼進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)面一致則會(huì)開(kāi)啟密碼鎖，當(dāng)輸入密碼和本機(jī)密碼不同的時(shí)候會(huì)進(jìn)行錯(cuò)誤計(jì)數(shù)，當(dāng)錯(cuò)誤次數(shù)大于3的時(shí)候會(huì)開(kāi)啟報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警。圖3-2開(kāi)鎖子程序流程圖3.4修改密碼子程序這個(gè)程序跟上面章節(jié)講過(guò)的開(kāi)鎖流程是有共同之處的，是要對(duì)你所輸入的密碼進(jìn)行比較判斷，我們要檢查輸入密碼是否是對(duì)的。系統(tǒng)開(kāi)始會(huì)對(duì)修改按鍵是否需要按下進(jìn)行判斷，按下之后進(jìn)入了修改階段，屆時(shí)會(huì)有提示，如果輸入正確的密碼就會(huì)提示讓你輸入新設(shè)定的密碼。常規(guī)操作，輸入密碼需要進(jìn)行雙層確認(rèn)，兩次輸入正確提示修改密碼成功，否則就重新回到了之前的界面。流程圖如下圖3-3所示。圖3-3修改密碼程序流程圖3.5LCD顯示子程序液晶顯示子程序設(shè)計(jì)流程圖如圖3-4所示。下圖是LCD1602液晶顯示器顯示程序的程序流程圖，在進(jìn)行液晶顯示程序編寫(xiě)的時(shí)候要按照應(yīng)顯示程序進(jìn)行編寫(xiě)，當(dāng)液晶送電后會(huì)通過(guò)單片機(jī)發(fā)送LCD1602初始化命令，初始化液晶顯示，之后發(fā)送寫(xiě)設(shè)置命令，關(guān)閉顯示，屏幕清平，設(shè)置顯示位置，寫(xiě)入地址，寫(xiě)入需要顯示的字符，寫(xiě)入完成后判斷字符說(shuō)寫(xiě)入完畢，如果寫(xiě)入完畢則會(huì)進(jìn)行下一給字符的寫(xiě)入操作。圖3-4LCD顯示子程序流程圖3.6本章小結(jié)本章是密碼鎖的軟件設(shè)計(jì)章節(jié)，主要設(shè)計(jì)了密碼鎖軟件程序流程圖，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的相關(guān)程序流程圖的設(shè)計(jì)，在編寫(xiě)程序的時(shí)候要嚴(yán)格的按照程序流程圖進(jìn)行，這樣可以保證程序邏輯正確。第4章系統(tǒng)的調(diào)試與仿真4.1系統(tǒng)硬件調(diào)試硬件設(shè)計(jì)指的是和設(shè)計(jì)相關(guān)的硬件電路圖的設(shè)計(jì)，因此硬件調(diào)試主要的功能就是設(shè)計(jì)的硬件電路圖進(jìn)行檢查和功能調(diào)試，同時(shí)還包括硬件電路板焊接情況的調(diào)試，在硬件調(diào)試的過(guò)程中應(yīng)用的最大的測(cè)量工具如電壓表、電流表、示波器等檢測(cè)設(shè)備。在進(jìn)行硬件調(diào)試的時(shí)候可以按照如下的方式進(jìn)行檢測(cè)：第一，將下載使用的所有的芯片的設(shè)計(jì)文檔，通過(guò)文檔和設(shè)計(jì)中的硬件電路圖進(jìn)行對(duì)比，明確每個(gè)芯片的引腳的連接是否正確，是否有電路圖連接錯(cuò)誤的地方，特別要注意芯片的VCC電源和地線GND連接是否有錯(cuò)誤[15]。第二，使用電烙鐵、焊錫等設(shè)備根據(jù)原理圖焊接相關(guān)的硬件電路板，在焊接的過(guò)程中一定要仔細(xì)認(rèn)真，確保不出現(xiàn)虛焊和漏焊以及焊接錯(cuò)誤等情況的發(fā)生。第三，使用萬(wàn)用表、示波器等檢測(cè)設(shè)備對(duì)焊接的電路板進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)萬(wàn)用表可以檢測(cè)芯片的電壓、電流和短路等情況，使用示波器可以測(cè)量芯片的波形輸出，在每項(xiàng)測(cè)試都通過(guò)的情況下完成硬件調(diào)試。4.2軟件調(diào)試軟件設(shè)計(jì)指的是對(duì)設(shè)計(jì)的軟件邏輯進(jìn)行C語(yǔ)言程序的設(shè)計(jì)，軟件性能好的好壞會(huì)直接影響著系統(tǒng)的功能，因此軟件調(diào)試在設(shè)計(jì)中也是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。在進(jìn)行C語(yǔ)言軟件調(diào)試的過(guò)程中我們主要使用了keil4編程和調(diào)試軟件實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)的C語(yǔ)言軟件的語(yǔ)法檢測(cè)、功能檢測(cè)以及系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等功能的調(diào)試。軟件調(diào)試的步驟如下：第一，選擇keil4編程環(huán)境，建立編程環(huán)境的工程文件，在工程文件中編寫(xiě)設(shè)計(jì)中使用的C語(yǔ)言程序代碼；第二，在建立好的Keil4工程文件下，使用Keil4中自帶的程序編譯功能對(duì)程序的C語(yǔ)言文件進(jìn)行編譯，通過(guò)“Build”按鈕可以實(shí)現(xiàn)編譯，在編譯的過(guò)程中可以檢測(cè)設(shè)計(jì)的C語(yǔ)言的語(yǔ)法是否正確，是否有未定義的變量或者程序代碼。在輸出窗口中可以查看相關(guān)的錯(cuò)誤信息，根據(jù)錯(cuò)誤的提示信息可以對(duì)應(yīng)查找程序中的錯(cuò)誤。第三，使用keil軟件的在線調(diào)試功能，記性系統(tǒng)的在線調(diào)試，在線調(diào)試的時(shí)候可以進(jìn)行程序的單步仿真調(diào)試和全速運(yùn)行功能進(jìn)行調(diào)試。如下圖4-1所示是keil4調(diào)試成功的界面。在界面上的輸出窗口可以看到0錯(cuò)誤和0警告。圖4-1keil編譯程序成功調(diào)試成功的C語(yǔ)言程序文件，需要下載到單片機(jī)中才能運(yùn)行。因此我們需要選擇單片機(jī)程序下載軟件對(duì)程序進(jìn)行下載，在設(shè)計(jì)中選擇了一款一款常用的軟件STC-ISP.exe，通過(guò)使用這款軟件可以將在keil中生成的.hex文件下載到單片機(jī)中。下載的過(guò)程如下：選擇單片機(jī)型號(hào)，點(diǎn)擊“打開(kāi)程序”按鈕加載hex文件；點(diǎn)擊“Download/下載”按鈕開(kāi)始下載，在下載的過(guò)程中會(huì)提示給單片機(jī)上電上電后可以看到下載的進(jìn)度條開(kāi)始提示下載進(jìn)度，下載成功后會(huì)提示校驗(yàn)OK，下載OK，以加密等信息。如下圖4-2所示是單片機(jī)程序下載界面圖4-2單片機(jī)程序下載4.3功能仿真演示Proteus是一款非常好用的電路放著軟件，可以進(jìn)行硬件的設(shè)計(jì)和仿真、PCB圖的設(shè)計(jì)，還可以進(jìn)行硬件的仿真，硬件和程序聯(lián)合仿真等操作。對(duì)于單片機(jī)的開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)proteus仿真軟件非常的好用，可以說(shuō)方便了單片機(jī)開(kāi)發(fā)者，開(kāi)發(fā)者在不需要制作電路板的情況下就能夠通過(guò)仿真軟件驗(yàn)證自己的程序的功能。大大的提高了開(kāi)發(fā)者的開(kāi)發(fā)效率。點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕后就可以開(kāi)始軟件和硬件的仿真聯(lián)調(diào)。通過(guò)調(diào)試不但可以測(cè)試硬件的功能而且還可以測(cè)試軟件的功能，達(dá)到共同仿真的目的。在進(jìn)行系統(tǒng)的仿真的時(shí)候可以按照如下的步驟進(jìn)行：第一步：首先在電腦上安裝proteus仿真軟件，安裝完成后在電腦的程序中可以看到仿真軟件Proteus7Professional。此時(shí)說(shuō)明軟件安裝成功，可以正常使用。第二步：雙擊Proteus7Professional軟件，Proteus軟件會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，在仿真軟件中選擇File”菜單下的“NewDesign…”選項(xiàng)，建立一個(gè)工程項(xiàng)目，之后再?gòu)棾龅膱D紙界面中設(shè)置圖紙尺寸，根據(jù)自己的實(shí)際電路圖的復(fù)雜成都選擇，本次選擇A4紙。第三步：添加所需要的選器件，添加方法非常的簡(jiǎn)單，只需要用鼠標(biāo)點(diǎn)擊上圖中紅圈中的“P”按鈕，會(huì)彈出proteus軟件的元器件庫(kù)，在元器件庫(kù)中選擇需要的器件，點(diǎn)擊添加按鈕后該器件就會(huì)自動(dòng)添加到工程的器件菜單下。第四步：器件添加完畢后，將器件拖拽到項(xiàng)目的圖紙中，用連接工具進(jìn)行電路圖的繪制和連接，連接完電路圖后可以對(duì)電路圖進(jìn)行檢查，檢查是否有錯(cuò)誤的地方。確保電路圖的連接沒(méi)有錯(cuò)誤的地方。第五步：添加編譯好的程序文件，繪制好的電路圖在沒(méi)有程序的時(shí)候如果運(yùn)行仿真按鈕，會(huì)彈出提示信息，此時(shí)需要將.hex文件下載到單片機(jī)中。雙擊仿真中的CPU，在界面上ProgramFile：選項(xiàng)后的中選擇軟件自動(dòng)生成的.hex文件，進(jìn)行加載。注意：程序的路徑一定要選對(duì)。第六步：運(yùn)行仿真，點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕，圖標(biāo)為。電路圖會(huì)開(kāi)始進(jìn)行仿真，此時(shí)通過(guò)電路圖上的器件的狀態(tài)就可以看到仿真的效果，例如如果有顯示器在顯示器件上可以看到顯示的內(nèi)容。如果想停止仿真，也可以點(diǎn)擊軟件左下角的“停止按鈕”，圖標(biāo)為，此時(shí)proteus軟件會(huì)停止仿真。本次設(shè)計(jì)的電子密碼鎖，為了驗(yàn)證其功能使用了proteus仿真軟件對(duì)電子密碼鎖的密碼輸入功能，密碼錯(cuò)誤報(bào)警功能進(jìn)行了仿真。如下圖4-3是系統(tǒng)的仿真原理圖，液晶上提示InPut:**此時(shí)代表可以輸入密碼。圖4-3整機(jī)proteus原理圖根據(jù)上面液晶的提示，我們通過(guò)按鍵輸入六位開(kāi)鎖密碼，輸完密碼后電機(jī)“確認(rèn)”按鈕，如果密碼正確，則門(mén)鎖會(huì)打開(kāi)，繼電器開(kāi)鎖電路工作，門(mén)鎖開(kāi)鎖指示燈點(diǎn)亮，代表開(kāi)鎖成功。如下圖4-4所示。圖4-4成功開(kāi)鎖界面根據(jù)上面液晶的提示，我們通過(guò)按鍵輸入六位開(kāi)鎖密碼，輸完密碼后電機(jī)“確認(rèn)”按鈕，如果密碼錯(cuò)誤，則門(mén)鎖不會(huì)打開(kāi)，繼電器開(kāi)鎖電路不工作，門(mén)鎖開(kāi)鎖指示燈你點(diǎn)亮，此時(shí)蜂鳴器會(huì)發(fā)出醫(yī)生報(bào)警，LCD1602液晶顯示屏幕上會(huì)顯示Passworderrorcishu：01，代表輸入錯(cuò)誤密碼1次，如下圖4-5所示。圖4-5密碼輸入錯(cuò)誤界面4.4本章小結(jié)這是整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)最難的一個(gè)環(huán)節(jié)，遇到了許多問(wèn)題。并且其中在調(diào)試部分中所涉及的問(wèn)題是最讓我記憶深刻的。通過(guò)調(diào)試，完成了設(shè)計(jì)的所有功能的測(cè)試，通過(guò)proteus仿真軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)功能的測(cè)試?？偨Y(jié)經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)，到目前為止已經(jīng)完成了本次設(shè)計(jì)的題目的所有的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)電子密碼鎖的功能，可以通過(guò)按鍵輸入6位密碼，當(dāng)輸入的密碼正確后密碼鎖會(huì)自動(dòng)的打開(kāi)，當(dāng)輸入的密碼錯(cuò)誤的時(shí)候密碼鎖不會(huì)打開(kāi)，并且輸入錯(cuò)誤的次數(shù)大于3次得時(shí)候會(huì)進(jìn)行報(bào)警提示?；叵胝n題的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，從剛開(kāi)始拿到課題時(shí)候的迷茫，不知道如何做，到對(duì)課題一點(diǎn)一點(diǎn)的熟悉，知道課題要實(shí)現(xiàn)的功能，再到動(dòng)手對(duì)課題進(jìn)行設(shè)計(jì)，在這個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中