数字密码锁单片机课程设计.docx
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数字密码锁单片机课程设计.docx
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数字密码锁单片机课程设计
课程设计
课程名称:
单片机原理与应用
课题名称:
数字密码锁设计
所在学院名称:
湖南大学电气与信息工程学院
设计人员:
宁枫根宋浩冉
一、前言
随着社会物质财富地日益增长和人们生活水平地提高,安全成为现代居民最关心地问题之一.而锁自古以来就是把守门地铁将军,人们对它要求甚高,即要求可靠地防盗,又要使用方便.传统地门锁既要备有大量地钥匙,又要担心钥匙丢失后地麻烦.随着单片机地问世,出现了数字密码锁,其保密性高,使用灵活性好,安全系数高,故受到广大用户地青睐.
数字密码锁通常使用ARM和单片机控制,单片机相对ARM实现较为简单,功能较为完善,因此使用单片机控制较多.用单片机控制地密码锁常使用汇编语言编写程序,数码管做显示器.但本设计使用移植性及可读性强地C语言编写;同时采用显示清楚、功率消耗小而且寿命长地1602A液晶显示器.从经济实用地角度出发,采用ADUC848单片机设计出一种具有密码设置、报警等功能地数字密码锁,并通过Proteus软件成功地进行了仿真.
任务及设计要求
1.设计一多位电子密码锁,输入密码用“F”表示,输入密码正确,绿灯亮(或显示其它标志、蜂鸣器替代),输入密码错误,红灯亮(或显示其它标志、蜂鸣器替代).
2.具有确定键和取消键,在未确定之前可以取消,重新输入.
3.连续输入三次错误密码,红灯闪烁,报警电路动作,键盘锁定.
4.具有密码重置、修改功能.
5.具有密码输入等待操作时间限制功能,超过限定时间报警.
6.显示北京时间,时间可调整.
7.可利用蜂鸣器添加提示音.
二、总体方案设计
2.1方案论证与比较
方案一:
以ADUC848单片机为数字密码锁系统核心,使用4*4矩阵键盘作为数据输入方式,驱动1602A显示器提示程序运行过程和开锁地步骤,利用AT24C02芯片实现掉电存储.图1为单片机控制密码锁地系统原理框图.
图1单片机控制密码锁地系统原理框图
方案二:
以74LS112双JK触发器构成地数字逻辑电路控制方案,如图2.
图2数字逻辑控制方案数字密码锁原理框图
2.2方案选择
由于利用单片机灵活地编程设计和强大地I/O端口,及其控制地准确性,不但能实现基本地密码锁功能,还可以增添掉电存储、声光提示等功能,故选用方案一.
三、单元模块设计
3.1硬件支持
使用地元器件有:
核心芯片ADUC848、存储芯片AT24C02、液晶显示1602A、4×4矩阵键盘、报警蜂鸣器、发光二极管和三极管.
3.2功能单元模块设计
3.2.1开锁机构
通过单片机送给开锁执行机构,电路驱动电磁锁吸合,从而达到开锁地目地.如图3所示,为密码锁开锁电路原理图.
当用户输入地密码正确时,单片机便输出开门信号,送到开锁驱动电路,然后驱动电磁锁,达到开门地目地.本次设计中,基于节省成本考虑,用发光二极管代替电磁锁,信息通过LCD显示,并利用蜂鸣器和二极管声光指示.其中,绿发光二极管亮,表示开锁;否则,表示密码输入错误并开启报警电路.
图3密码锁开锁电路原理图
3.2.2矩阵键盘设计电路
每一条水平(行线)与垂直线(列线)地交叉处不相通,而是通过一个按键来连通,利用这种行列式矩阵结构只需要M条行线和N条列线,即可组成具有M×N个按键地键盘.由于本设计中要求使用16个按键输入,为减少键盘与单片机接口时所占用地I/O线地数目,故使用矩阵键盘.本设计中,矩阵键盘行线和单片机P1.0-P1.3相连,列线与单片机P1.4-P1.7相连.矩阵键盘设计电路图,如图4所示.
键盘扫描采用行扫描法,即依次置行线中地每一行为低电平,其余均为高电平,扫描列线电平状态,为低电平即表示该键按下.
图4矩阵键盘设计电路图
3.2.3声音提示电路设计
声音提示电路采用小蜂鸣器提示.蜂鸣器能够根据脉冲信号,以及信号地频率发出各种不同地声音,这样可以根据系统要求在密码出入正确和密码输入错误时发出不同地声音提示,已达到报警地要求.蜂鸣器电路,如图5所示.
图5蜂鸣器电路
3.2.4显示模块设计
本设计中,显示电路采用1602A液晶显示器显示.如下所示,图6为1602A液晶显示器地接口示意图,表1为接口说明.
图61602A液晶显示器地接口示意图
表1接口说明
管脚序
名称
电平
功能描述
1
VSS
0V
接地
2
VCC
5.0V
电源输入
3
V0
—
LCD驱动电压输入
4
RS
H/L
寄存器选择:
RS=H,选择数据寄存器;
RS=L,选择指令寄存器
5
R/W
H/L
读写信号线:
R/W=H,读操作;R/W=L,写操作
6
E
H,H→L
使能信号
7
DB0
H/L
数据线
8
DB1
H/L
数据线
9
DB2
H/L
数据线
10
DB3
H/L
数据线
11
DB4
H/L
数据线
12
DB5
H/L
数据线
13
DB6
H/L
数据线
14
DB7
H/L
数据线
15
BLA
5.0V
背光电源正极
16
BLK
0V
背光电源负极
本设计中液晶串口一共用到11根导线与单片机相连,具体连接情况如表2显示模块与MCU连接说明所示.
表2显示模块与MCU连接说明
序号
1602A液晶显示器引脚
ADUC848单片机引脚
1
RS引脚
P2.5(A13)
2
R/W引脚
P2.6(A14)
3
E引脚
P2.7(A15)
4
D0引脚
P0.0(AD0)
5
D1引脚
P0.1(AD1)
6
D2引脚
P0.2(AD2)
7
D3引脚
P0.3(AD3)
8
D4引脚
P0.4(AD4)
9
D5引脚
P0.5(AD5)
10
D6引脚
P0.6(AD6)
11
D7引脚
P0.7(AD7)
四、程序设计与系统仿真
4.1模块介绍
与硬件电路相关联,本系统软件包括主程序模块、密码比较判断模块、键盘扫描模块、修改密码模块、1602A液晶显示模块等.系统程序流程如图9所示.
图9系统程序流程图
4.1.1主程序模块
主程序主要用于定义全局变量,给全局变量赋初值,初始化E2PROM,启动定时器以及从AT24C02中读取密码,为整个程序提供数据;检测按键;调用显示等功能.
4.1.2密码比较判断模块
该模块地功能是将键盘输入地密码利用if语句与设定地密码进行逐个比较,若密码完全正确则开锁;若不正确,则开启报警电路,复位后重新输入密码.其密码输入和比较判决流程图如图10所示.
图10密码输入和比较判决流程图
4.1.3键盘扫描模块
键盘使用矩阵式键盘,由行和列组成,CPU对所有键盘进行监视,从而实现逐列扫描键盘确定被按键地具体位置、判断键盘上有无键按下、消除去抖动、判断闭合地键是否释放等功能.如图11所示,为键盘扫描流程图.
图11键盘扫描流程图
4.1.4修改密码模块
在密码输入正确情况下,可以按下“重置密码”对密码进行重新设置,每设定一位就将密码送给AT24C02存储起来,当设置6位密码完毕后,系统将自动跳到程序开始,调用新设置地密码.图12为修改密码流程图.
图12修改密码流程图
五、系统功能
本设计中系统可实现功能如下:
(1)通过切换,对输入地1—8位密码进行显示或隐藏;
(2)通过发光二极管和蜂鸣器,对解密正确或者错误进行声光报警;
(3)1—8位密码修改;
(4)在密码遗失情况下,通过初始密码进行密码再设置;
(5)具有1-3次地解锁次数任意设定功能;
六.设计总结
作为一名电子信息工程地学生,通过本次课程设计,我很好地了解了单片机C语言设计地思考模式,熟悉了C语言地编程规则,知道了如何去运用一个完全陌生地单片机,会根据单片机地不同结构来采用不同地命令实现功能.在此次课程设计中我负责地模块出现了问题导致在数码管上显示状态地时候混乱了,主要是因为延时上没有处理好,Aduc848地定时器处理时是要加上一定地延时来防止冲突地.另外还有键盘地防抖模块,一开是没有考虑好,所以键盘按下后显示会乱变.综上而言,通过此次课程设计,我很好地学习了单片机地应用以及其编程.
七、附录:
源程序
#include
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
/*状态声明*/
#defineopened0
#definenew115
#definenew216
#definesucced5
#definefanin10
#definenull11
#defineerror12
#definedifferent13
#definetover14
/*按键声明*/
#defineenter10
#defineback11
#definetrevise12
#definerevise13
#definecancel14
#definevain15
#defineoff16
#defineend17
#definefinish18
/*函数声明*/
voidp_base()。
voidp_revise()。
voidp_new1()。
voidp_new2()。
voidp_trevise()。
voidp_show()。
ucharp_scan()。
voidp_record()。
voidp_delay(uintf_n)。
voidp_state(ucharf_s)。
ucharp_compare(uchar*f_k1,uchar*f_k2)。
voidp_copy(uchar*f_s,uchar*f_k)。
/*I/O口声明*/
sbitp00=P0^0。
sbitp10=P1^0。
sbitp11=P1^1。
sbitp12=P1^2。
sbitp13=P1^3。
sbitp14=P1^4。
sbitp15=P1^5。
sbitp16=P1^6。
sbitp17=P1^7。
sbitp20=P2^0。
sbitp21=P2^1。
sbitp22=P2^2。
sbitp23=P2^3。
sbitp24=P2^4。
sbitp25=P2^5。
sbitp26=P2^6。
sbitp27=P2^7。
sbitp30=P3^0。
sbitp31=P3^1。
sbitp32=P3^2。
sbitp33=P3^3。
sbitp34=P3^4。
sbitp35=P3^5。
sbitp36=P3^6。
sbitp37=P3^7。
/*变量声明*/
uchar
bot,key1[9],key2[9],save[9],t[4],s,min,h,mino,mint,ho,ht,n1=1,n2=1,lock,minu,sign,tov,state,n,sound,point=1,
showlist[]={0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09,0x71,0xff,0x21,0x85,0xe1,0x7f,0x7d}。
uint
ms。
/*主函数*/
voidmain()
{
EA=1。
//开总中断
ET0=1。
//开内部中断0
ET1=0。
//关内部中断1
TMOD=0x11。
TH0=0xf9。
//计数器0高八位
TL0=0xdb。
//计数器0低八位
TR0=1。
//计数器0开始计数
I2CCON=0xe8。
sound=0。
tov=1。
//超时计数置为1
P1=0x00。
//P1全置为0作为输入
if(sign!
=1)
p_new1()。
//调用首次使用判断函数
p_base()。
//调用基础解锁函数
}
/*基础解锁函数*/
voidp_base()
{
n=0。
//密码数组置首位
state=fanin。
//指示管置为输入状态fanin
while
(1)//无限循环
{
if(n==0)
state=fanin。
else
state=n。
bot=p_scan()。
if(n!
=0&&tov==0)//判断密码数组是不是在首位,超时计数是否为0
{
p_state(tover)。
//调用指示管状态闪烁函数,置为用超时状态tover
main()。
//调用主函数
}
switch(bot)
{
casevain:
break。
caseenter:
key1[n]=end。
//把密码后一位置为end
if(p_compare(key1,save))//判断输入地密码是否与原密码相同
{
p_state(succed)。
//调用指示管状态闪烁函数,置为成功状态succed
lock=0。
//锁定键盘计数置为0
point=1。
//多次密码输入错误计数
state=opened。
//指示管置为输入状态opened
while
(1)
{bot=p_scan()。
switch(bot)
{
caseoff:
main()。
break。
caseback:
while
(1)
{
bot=p_scan()。
switch(bot)
{
caseoff:
main()。
break。
caseenter:
main()。
break。
}
}
}
}
}
else
{
p_state(error)。
//调用指示管状态闪烁函数,置为用错误状态error
p_record()。
//调用错误计数函数
main()。
//调用主函数
}
break。
casecancel:
main()。
break。
caseback:
if(n!
=0)//判断当前密码是否为首位
key1[n--]=end。
//当前密码位置end,密码退位
break。
caserevise:
p_revise()。
break。
casetrevise:
p_trevise()。
break。
default:
if(n+1==9)
{
p_state(error)。
main()。
}
key1[n++]=bot。
}
}
}
/*密码修改模块*/
voidp_revise()
{
ET0=1。
ET1=0。
n=0。
p_state(fanin)。
state=fanin。
while
(1)
{
if(n==0)
state=fanin。
else
state=n。
bot=p_scan()。
if(tov==0)
{
p_state(tover)。
main()。
}
switch(bot)
{
casevain:
break。
caseenter:
key1[n]=end。
if(p_compare(key1,save))
{
lock=0。
point=1。
p_state(succed)。
p_new1()。
}
else
{
p_state(error)。
。
p_record()。
main()。
}
break。
casecancel:
main()。
break。
caseback:
if(n!
=0)
key1[n--]=end。
break。
caserevise:
p_revise()。
caseoff:
break。
casetrevise:
p_trevise()。
break。
default:
if(n+1==9)
{
p_state(error)。
main()。
}
key1[n++]=bot。
}
}
}
/*首次使用设置密码*/
voidp_new1()
{
n=0。
state=new1。
while
(1)
{
if(n==0)
state=new1。
else
state=n。
if((tov==0&&sign==1)||(n!
=0&&tov==0))
{
p_state(tover)。
main()。
}
bot=p_scan()。
switch(bot)
{
casevain:
break。
caseenter:
key1[n]=end。
p_new2()。
break。
casecancel:
main()。
break。
caseback:
if(n!
=0)
key1[n--]=end。
break。
caserevise:
if(sign==1)
p_revise()。
break。
casetrevise:
p_trevise()。
break。
default:
if(n+1==9)
{
p_state(error)。
main()。
}
key1[n++]=bot。
}
}
}
/*首次使用二次确定密码*/
voidp_new2()
{
n=0。
state=new2。
while
(1)
{
if(n==0)
state=new2。
else
state=n。
bot=p_scan()。
if(tov==0)
{
p_state(tover)。
main()。
}
switch(bot)
{
casevain:
break。
caseenter:
key2[n]=end。
if(p_compare(key1,key2))
{
sign=1。
p_copy(save,key2)。
lock=0。
p_state(succed)。
main()。
}
else
{
p_state(different)。
main()。
}
break。
casecancel:
main()。
break。
caseback:
if(n!
=0)
key2[n--]=end。
break。
caserevise:
if(sign==1)
p_revise()。
break。
caseoff:
break。
casetrevise:
p_trevise()。
break。
default:
if(n+1==9)
{
p_state(error)。
main()。
}
key2[n++]=bot。
}
}
}
/*键盘模块*/
ucharp_scan()
{
ucharf_s=vain。
P2=P2&0xf0。
if(P1!
=0xff)
{
p_delay(10)。
if(P1!
=0xff)
{
tov=1。
P2=P2&0xf0。
P2=P2|0x07。
switch(P1)
{
case0xfe:
f_s=1。
break。
case0xfd:
f_s=4。
break。
case0xfb:
f_s=7。
break。
case0xf7:
f_s=back。
break。
}
while(P1!
=0xff)
{
sound=1。
}
sound=0。
P2=P2&0xf0。
P2=P2|0x0b。
switch(P1)
{
case0xfe:
f_s=2。
break。
case0xfd:
f_s=5。
break。
case0xfb:
f_s=8。
break。
case0xf7:
f_s=0。
break。
}
while(P1!
=0xff)
{
sound=1。
}
sound=0。
P2=P2&0xf0。
P2=P2|0x0d。
switch(P1)
{
case0xfe:
f_s=3。
break。
case0xfd:
f_s=6。
break。
case0xfb:
f_s=9。
break。
case0xf7:
f_s=enter。
break。
}
while(P1!
=0xff)
{
sound=1。
}
sound=0。
P2=P2&0xf0。
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