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电子线路cad
广州学院
《电子线路CAD》大作业
基于ATMega16单片机的密码锁的设计
院(系)
专业
班级
学生姓名
指导老师
2013年10月11日
任务书
兹发给机械2班班学生钟培健课程设计任务书,内容如下:
设计题目:
基于ATMega16单片机密码锁的设计
1.应完成的项目:
(1)芯片原理图设计。
(2)芯片功能模块图设计。
(3)芯片功能电路图设计。
(4)芯片整体电路PCB板设计。
2.参考资料以及说明:
(1)赵永杰.电子线路CAD实训[M]北京.电子工业出版社
(2)道客巴巴网站提供芯片说明书
(3)XX文库ATMEA16芯片的应用与特点
3.本设计任务书于2013年9月11日发出,应于2013年10月11日前完成,然后进行答辩。
指导教师王建春签发2013年9月15日
评语:
总评成绩:
指导教师签字:
年月日
目录
目录3
摘要4
第一章绪论5
1.1芯片概述及其特点5
1.2芯片应用场合6
第二章应用电路原理图设计7
2.1芯片原理图元件:
7
2.2ATMega16单片机的密码锁电路设计8
2.2.1ATMega16芯片功能模块8
2.2.2按键功能电路设计10
2.2.3提示报警功能电路设计11
2.2.4显示功能电路设计12
第三章用电路PCB板设计13
3.2整体电路PCB板电路设计:
14
第四章设计总结15
参考文献……………………………………………………………………………………………………………………………………16
摘要
随着科技的发展,安全问题越来越受人们关注,各种安全产品相继问世,如指纹防盗,红外防盗等,虽然这类产品的安全性较高,但其成本也同样较高,携带安装都不方便也同样限制了其发展。
本文利用ATMega16单片机,通过4×3键盘和七段数码管显示,除实现了密码锁的密码验证、重新设置和输入错误报警等基本功能外,还创新性的实现了键盘的重新定义。
通过对键盘的重新定义可以有效的防止密码被盗,同时也降低了成本,便于携带安装。
关键词:
ATMega16单片机;密码锁;防盗
第一章绪论
1.1芯片概述及其特点
ATmega16是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。
由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间,ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz,从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
ATmega16AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。
所有的寄存器都直接与运算逻单元(ALU)相连接,使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。
这种结构大大提高了代码效率,并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率。
ATmega16有如下特点:
16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力,即RWW),512字节EEPROM,1K字节SRAM,32个通用I/O口线,32个通用工作寄存器,用于边界扫描的JTAG接口,支持片内调试与编程,三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器(T/C),片内/外中断,可编程串行USART,有起始条件检测器的通用串行接口,8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP 封装)的ADC,具有片内振荡器的可编程看门狗定时器,一个SPI 串行端口,以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。
工作于空闲模式时CPU停止工作,而USART、两线接口、A/D 转换器、SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作;掉电模式时晶体振荡器停止振荡,所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作;在省电模式下,异步定时器继续运行,允许用户保持一个时间基准,而其余功能模块处于休眠状态;ADC噪声抑制模式时终止CPU和除了异步定时器与ADC以外所有I/O模块的工作,以降低ADC转换时的开关噪声;Standby模式下只有晶体或谐振振荡器运行,其余功能模块处于休眠状态,使得器件只消耗极少的电流,同时具有快速启动能力;扩展Standby模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。
本芯片是以Atmel高密度非易失性存储器技术生产的。
片内ISPFlash允许程序存储器通过ISP 串行接口,或者通用编程器进行编程,也可以通过运行于AVR内核之中的引导程序进行编程。
引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区(ApplicationFlashMemory)。
在更新应用Flash存储区时引导Flash区(BootFlashMemory)的程序继续运行,实现了RWW操作。
通过将8位RISCCPU与系统内可编程的Flash集成在一个芯片内,ATmega16成为一个功能强大的单片机,为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。
ATmega16具有一整套的编程与系统开发工具,包括:
C语言 编译器、宏汇编、程序调试器/ 软件仿真器、仿真器及评估板。
1.2芯片应用场合
目前,AVR已被广泛用于:
空调控制板,打印机控制板,智能电表,智能手电筒,LED控制屏,医疗设备,GPS。
从市场角度看AVR单片机,性价比:
AVR大部分型号的性价比较高,性价比表现突出的型号有:
atmega48、atmega8、atmega16、atmega169P
供货方面:
通用型号的AVR供货较为稳定,非常规型号的AVR样品及供货仍存在问题。
市场占有率:
目前,AVR的市场占有率还是不如PIC与51,但,AVR的优点使得AVR的市场占有一直在扩展,AVR的年用量也一直在上涨。
第二章应用电路原理图设计
2.1芯片原理图元件:
ATMega芯片原理图如上图2-1所示
此芯片为ATMega,是本设计的主要芯片
2.2ATMega16单片机的密码锁电路设计
2.2.1ATMega16芯片功能模块
图2.2为ATMega电路图
芯片功能引脚说明:
VCC:
电源正
GND:
电源地
端口A(PA7..PA0)
端口A做为A/D转换器的模拟输入端。
端口A为8位双向I/O口,具有可编程的内部上拉电阻。
端口B(PB7..PB0)
端口B为8位双向I/O口,具有可编程的内部上拉电阻。
其输出缓冲器具有对称的驱动特性,可以输出和吸收大电流。
作为输入使用时,若内部上拉电阻使能,端口被外部电路拉低时将输出电流。
在复位过程中,即使系统时钟还未起振,端口B处于高阻状态。
端口B也可以用做其他不同的特殊功能.
端口C(PC7..PC0)
端口C为8位双向I/O口,具有可编程的内部上拉电阻。
其输出缓冲器具有对称的驱动特性,可以输出和吸收大电流。
作为输入使用时,若内部上拉电阻使能,端口被外部电路拉低时将输出电流。
在复位过程中,即使系统时钟还未起振,端口C处于高阻状态。
如果JTAG接口使能,即使复位出现引脚PC5(TDI)、PC3(TMS)与PC2(TCK)的上拉电阻被激活。
端口C也可以用做其他不同的特殊功能.
端口D(PD7..PD0)
端口D为8位双向I/O口,具有可编程的内部上拉电阻。
其输出缓冲器具有对称的驱动特性,可以输出和吸收大电流。
作为输入使用时,若内部上拉电阻使能,则端口被外部电路拉低时将输出电流。
在复位过程中,即使系统时钟还未起振,端口D处于高阻状态。
端口D也可以用做其他不同的特殊功能.
RESET复位输入引脚。
持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。
门限时间见P36Table15。
持续时间小于门限间的脉冲不能保证可靠复位。
XTAL1
反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。
XTAL2
反向振荡放大器的输出端。
AVCC
AVCC是端口A与A/D转换器的电源。
不使用ADC时,该引脚应直接与VCC连接。
使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC连接。
AREF
A/D的模拟基准输入引脚。
2.2.2按键功能电路设计
图2.3按键元件电路图
1)密码设置功能:
默认情况下,默认密码为“6666”,键盘默认为
“ 1 2 3
4 5 6
7 8 9
# 0 * ”
当键盘按下时,即为密码输入,每输入一位,七段数码管显示“8”并左移一位。
如果输入正确,即显示“PASS”;如果输入错误,即显示“ErOr”,输入错误达到三次,键盘自动锁死,无法再次输入,并且蜂鸣器发出警报。
输入过程中按“*”可以删除输入错误的数字,同时显示也右移一位。
2)键盘重新定义功能:
当密码输入正确后再按下“#”,即进入选择修改功能,再次输入“#”即进入键盘重新定义功能。
依次按下每个按键,即从0开始定义,直到9即定义结束(“*”“#”键无法被重新定义)。
输入过程中,每输入一位,蜂鸣器响一声,直到完全将“0~9”重新定义结束。
此时数码管显示“PASS”,键盘即为重新定义后的键盘,再次输入密码时必须按照重新定义后的键盘输入。
同样,输入过程中,按“*”键可以删除上一位输入的数字。
3)功能复位:
当有人输入三次错误触发蜂鸣器时,蜂鸣器会一直响,发出警报,直到其主人按下“reset”键,全部恢复默认。
2.2.3提示报警功能电路设计
图2.4提示报警电路图
报警:
当密码输入错误达到三次时,键盘被锁,并且于端口PC0输出高电平,驱动蜂鸣器持续响。
有人输入三次错误触发蜂鸣器时,蜂鸣器会一直响,发出警报,直到其主人按下“reset”键,全部恢复默认。
2.2.4显示功能电路设计
图2.5数码管显示电路图
显示:
显示采用共阳极七段数码管显示,四位数从右往左依次与PD0、PD1、PD2、PD3。
七段数码管的abcdefg对应端口PA0,PA1,PA2,PA3,PA4.PA5,PA6。
第三章用电路PCB板设计
3.1ATMega芯片元件封装
图3.1ATMega元件封装图
3.2整体电路PCB板电路设计:
芯片整体电路PCB板设计如上图3-2所示
操作过程:
在Files控制面板底部选择PCBBoardWizard,利用PCB板向导,选择英制,采用Custom,选择轮廓形状,矩形,选择电路板尺寸,在电路板对话框内部电源层为0,选择孔风格只显示通孔,后面一直点下一步即可完成版的设置。
第四章设计总结
正所谓“纸上得来终觉浅,觉知此事要躬行。
”学习任何知识,仅从理论上去求知,而不去实践、探索是不够的。
因此在学期初,我们迎来了电子线路CAD课程设计。
在学习Protel DXP2004的过程中,我们在王老师指导和帮助下,从一开始什么都不懂到现在的基本掌握,从理论学习到自己动手操作实践,一步一步,我们朝着更高的方向迈进。
下面,就我在学习过程中的一些问题和想法,谈谈我的学习的心得体会:
第一,电子CAD是一门考验动手能力的课程。
正像大家所说,电子线路CAD是我们从事工程类专业人员必须掌握一门重要的基本工具,其重要性不言而喻。
既然如此的重要,对我们来说,其要求肯定也不是掌握一点理论知识、书本经验,而是掌握其实际应用的货真价实的动手能力。
只有真正的动手操作,才可以将理论联系实际,将课本上的理论知识转化为一种实际动手操作能力,从而彻底地掌握它。
第二,电子CAD是一门考验大家耐心和细致的课程。
众所周知,电子信息行业涉及面极广,所应用的知识更是种类繁多,如果从事这方面的工作,对从业者的细致耐心的考验是必不可少的。
然而,在学习的过程中,我们被要求要认真细致的完成作业和实践课程,这为我们以后从事这一方面的工作打下良好的基础,养成严谨审慎的科学态度。
例如最简单的电气连接的检验,虽然是基础的问题,却是我们必须注意的问题。
通过这次课程设计使自己明白了原来的那点知识是非常欠缺的,要学习的东西还很多,通过这次课程设计,明白学习是一个长期积累的过程,在以后的工作和生活中都应该不断的学习,努力提高自己的知识和综合素质。
希望以后像这样的课程设计在多一点。
参考书目:
[1] 潘永雄,《电子线路CAD实用教程》,西安电子科技大学出版社,2007年
[2] 余勤科,《protel电子设计实用指南——基础·实例·技巧》,西安电子科技大学出
版社,2000年
[3] 崔伟,《protel 99 SE电子原理图与电路板设计教程》,海洋出版社,2005年
[4]张晋伟,齐世举.《基于ATmega16单片机在线互动式设计》[A]; 第十七届全国测
控计量仪器仪表学术年会;2007年
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