智能密码锁系统设计.docx

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智能密码锁系统设计

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引言

随着科学技术的进步，电子器件和电子系统设计方法日新月异，电子设计自动化技术正是适应了现代电子产品设计的要求，吸收了多学科最新成果而形成的一门新技术。

为保证电子产品设计的速度和质量，适应“第一时间推出产品”的设计要求，EDA技术已成为不可缺少的一项先进技术和重要工具，掌握EDA技术是电子信息类专业学生，工程技术人员所必备的基本能力和技能。

随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的亲呢。

意外事故或人为破坏可能造成中的灾难性后果的系统称为要害系统。

要害系统的保证性包括安全性、可开性和保全性，内涵非常丰富。

我们设计的电子密码锁是一类针对要害系统的安全保险器件，其设计概念与常见的保安密码锁有所不同。

从系统设计观点看，电子安全密码锁是一个实体域定义的概念，比较机械安全密码锁，具有设计实现简便、密码装订灵活、制造成本低廉等优点。

主要的设计实施过程：

首先，选用ATMEL公司的单片机AT89C51，以及选购其他电子元器件。

第二步，使用DXP2004设计硬件电路原理图，并设计PCB图完成人工布线（后因PCB板损坏决定采用万能板焊接的方法）。

第三步，使用KeiluVision3软件编写单片机的C语言程序、仿真、软件调试。

第四部，使用PROTEUS软件进行模拟软、硬件调试。

最后，联合软、硬件调试电路板，完成本次课程设计。

第1章

课题研究的背景

1.1任务分析

根据设计要求，电子密码锁可以有数字电路控制完成，还可以由采用一种是用以AT89C51为核心的单片机控制方案。

相比之下，单片机方案有较大的活动空间，不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能，而且还可以方便的对系统进行升级，所以我们采用后一种方案。

1.2方案设计

采用一种是用以AT89C51为核心的单片机控制方案。

利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加调电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能。

其原理如图11所示。

图11单片机控制方案

本方案采用一种是用以89C51为核心的单片机控制方案。

利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，实现基本的密码锁功能。

初步设计思路如下：

输入密码用矩形键盘，包括数字键和功能键。

LED数码管显示输入密码，用数码管发光显示数码，用采用一种是用以AT89C51为核心的单片机控制方案。

利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加调电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能。

其原理如图12所示。

图12单片机控制方案

本方案采用一种是用以89C51为核心的单片机控制方案。

利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，实现基本的密码锁功能。

初步设计思路如下：

输入密码用矩形键盘，包括数字键和功能键。

LED数码管显示输入密码，用74JS247驱动数码管发光显示数码，用74LS138控制各位显示器分时进行显示。

用发光二极管代替开锁的电路，发光表示开锁。

输入密码错误次数超过3次，系统报警。

打开电源后，显示器显示“000000”，设原始密码为“123456”，只要输入此密码便了开门。

这样可预防停电后再来电时无密码可用。

按“C”键，清除显示器为“000000”。

欲重新设定密码，先输入密码在案“*”。

输入密码，再按“D”键。

若密码与设定密码相同，则开门。

否则显示器清为“000000”。

软件的设计主要包括键值的读取，LED显示程序，密码比较程序和报警程序。

控制各位显示器分时进行显示。

用发光二极管代替开锁的电路，发光表示开锁。

输入密码错误次数超过3次，系统报警。

打开电源后，显示器显示“000000”，设原始密码为“123456”，只要输入此密码便了开门。

这样可预防停电后再来电时无密码可用。

按“C”键，清除显示器为“000000”。

欲重新设定密码，先输入密码在案“*”。

输入密码，再按“D”键。

若密码与设定密码相同，则开门。

否则显示器清为“000000”。

软件的设计主要包括键值的读取，LED显示程序，密码比较程序和报警程序。

第2章硬件设备的选择

2.1键盘电路

方案一：

采用独立式键盘。

由于各键相互独立，每个按键各接一根输入线，通过检测输入线的电平状态可以很容易的判断哪个按键被按下。

此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。

但本题发挥部分要求12个功能键，按键数目较多，这就需要较多的输入口线，而且电路结构复杂。

故此方案不可取。

方案二：

采用行列式键盘。

它由行线和列线组成，按键位于行列的交叉点上，行线信号和列线信号分别通过两个接口和CPU相连，他有行线和列线组成，按键位于行列的交叉点，通过单片机对行列的快速扫描，从而得到那个键被按下的信息，而且节约IO口，节省资源。

综合考虑，通过对电子密码锁题目的分析，采用4*3行列式键盘。

2.2显示模块

采用1602显示模块。

能显示复杂的信息，具有质量轻，体积小，功耗低，指令功能强，接口简单，可靠性强等优点，显示内容丰富，图形美观，易于人机交流。

应用起来十分方便。

2.3电子密码锁的控制

组成0~9数字键及确认键、复位键、修改密码键。

用1602液晶显示电路提示信息，当输入密码时，在12.5秒内输入密码有效，当密码位输入完毕按下确认键，对输入的密码与设定的密码进行比较，若密码正确，则开锁。

当密码正确开锁后,7秒后恢复初态，如果输入密码三次不正确，则自动报警10秒。

2.4单片机的选择

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128bytes的随机存取数据序存器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度/非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，AT89C51单片机为许多嵌入式控制系统提供了一种灵活行高且价廉的方案。

第3章硬件电路的设计

3.1键盘电路

3.2行列式式键盘的设计

键盘电路如图3所示。

设计键号依次为0～9，确认键的键号为“enter”

3.3LCD显示电路

12864液晶显示，显示所需的字库，采用排阻驱动。

3.4主要元器件选择

主要元器件选用型号和数量如表31所示：

表31主要元器件清单

序号

材料名称

规格型号

数量

元件代号

1

单片机

AT89C51

1

LCD1

2

晶振

12MHz

1

X1

3

键盘

4*3

12

4

1602液晶

1

5

排阻

10k

1

RP1

第4章主要组件介绍

4.1程序流程图

4.2程序设计

说明:

首先显示器提示输入密码,密码在.5S内输入有效,

;输入次三次错误报警S,输入正确开门,7秒后返回初态

;以上参数均可在主程序里设定,修改系统密码在程序的结尾

;===================================================

RSBITP2.7

RWBITP2.6

EBITP2.5

ENTERBIT22H.0

OPENBITP3.6

SPEAKBITP3.7

PASSBUFEQU40H

KEYNUMBEREQU41H;存放识别后的按键号

ORG0000H

AJMPMAIN

ORG0003H

JMPKEY_INT

ORG000BH

AJMPINTT0

ORG001BH

AJMPINTT1

ORG0030H

;==========主程序开始==============

MAIN:

MOV30H,#07H;输入密码为位最高只可设位

MOV42H,#200;设定报警的时间,42H单元里的数*50MS

MOV43H,#250;设定开门时间14的倍数（实际上液晶显示器执行指令占用了时间,开门时间会比*250MS大）

;44H号单元存放输入错误的次数

;45H为定时器中断次数

;46H为定时器中断次数

MOV47H,#250;输入密码时间设定,50MS倍数

MOVSP,#60H

CLROPEN

CLRSPEAK;初始化输出设备

CLRENTER;标志位初始化

MOVTMOD,#11H;定时器工作方式

MOVTH0,#3CH;初值MS

MOVTL0,#0BH

MOVTH1,#3CH

MOVTL1,#0BH

SETBEA

SETBET0

SETBET1

MOVTCON,#00000000B;电平触发

START:

MOVR0,30H

MOVR1,#31H

SS1:

MOV@R1,#00H

INCR1

DJNZR0,SS1;将输入密码缓冲单元清零

MOVP1,#0FH;初始化按键口

MOVR1,#31H;从号单元开始存放按建输入的密码

CLR20H;报警标志清零

CLR21H;密码超时标志

MOV46H,#00H;超时后对定时器中断次数清零,便于下一轮重新计时

INIT:

ACALLSELLCD;设定液晶工作方式

ACALLLINE1;在第一行显示

MOVDPTR,#MES_P;显示请输入密码

ACALLDISPLAY

setbEX0;开中断,允许键盘输入

KEYIN:

JB21H,ERR;超时转到错误程序

JNBENTER,KEYIN;等待ENTER按下

CLRENTER

clrEX0;密码输入完后锁定键盘

;当使用边沿触发时用上面的指令为什么禁止不了中断

;==========密码判断程序============

COMP:

MOVDPTR,#PASS

MOVR4,30H;密码的长度

MOVA,#0

MOVR1,#31H

LOOP:

MOVR5,A

MOVCA,@A+DPTR

MOVPASSBUF,A;取出系统设定的密码

MOVA,@R1;从号单元开始取出输入的密码

CJNEA,PASSBUF,ERR;比较

MOVA,R5

INCA

INCR1;取下一位

DJNZR4,LOOP

;正确

MATCH:

MOVA,#01H

ACALLENABLE;清屏,光标复位

ACALLLINE1;从第一行开始显示

MOVDPTR,#MES_C

ACALLDISPLAY;显示"请进"

ACALLLINE2

MOVDPTR,#TAB_1

ACALLDISPLAY

SETBOPEN;开门

MOV44H,#00H;输入错误次数清零

MOVR6,43H

ACALLDELAY

CLROPEN;复位

JMPSTART

;错误

ERR:

ACALLBACK

MOVR6,#03H

ACALLDELAY

ACALLBACK;输错提示音,鸣两下

MOVA,#01H

ACALLENABLE

ACALLLINE1

MOVDPTR,#MES_E

ACALLDISPLAY;显示错误

MOVR6,#40H

ACALLDELAY

INC44H

MOVA,44H

CJNEA,#03H,EE0

EE0:

JCERROUT;输错不到三次返回

MOV44H,#00H;清零

ACALLWRANING;报警

ERROUT:

JMPSTART

;===========按键中断服务程序==========

KEY_INT:

pushacc

pushpsw

clrex0

acalldelay10ms;延时消抖

SETBTR1;启动定时器

ACALLSMKEY;按键识别

MOVA,KEYNUMBER;返回按键号

ACALLBACK;按键发声

MOVR3,A

CJNER3,#0BH,K1;ENTER是否按下

SETBENTER

clrtr1;按下确认后关毕定时器

mov46h,#00h;对中断次数清零

AJMPKEY_RTN

K1:

ADDA,#30H;将按键号转换为ASCⅡ码

MOV@R1,A;将输入的密码存入缓冲单元

INCR1;修改地址

ACALLWRDATA;输入一位显示一个"*"

KEY_RTN:

poppsw

popacc

setbex0

RETI

;===========按键识别程序==========

SMKEY:

MOVA,P1

ANLA,#0FH

WKEY:

MOVB,A;反转法查询

;清屏,光标复位

ACALLENABLE

MOVA,#38H;设置显示模式,8位两行,5*7点阵

ACALLENABLE

MOVA,#0DH;MOVP1,#0F0H

NOP

MOVA,P1

ANLA,#0F0H

ORLA,B

MOVP1,#0FH;还原P1口初态

CJNEA,#0EEH,WKEY1

MOVKEYNUMBER,#00H

AJMPRETURN

WKEY1:

CJNEA,#0EDH,WKEY2

MOVKEYNUMBER,#01H

AJMPRETURN

WKEY2:

CJNEA,#0EBH,WKEY3

MOVKEYNUMBER,#02H

AJMPRETURN

WKEY3:

CJNEA,#0E7H,WKEY4

MOVKEYNUMBER,#03H

AJMPRETURN

WKEY4:

CJNEA,#0DEH,WKEY5

MOVKEYNUMBER,#04H

AJMPRETURN

WKEY5:

CJNEA,#0DDH,WKEY6

MOVKEYNUMBER,#05H

AJMPRETURN

WKEY6:

CJNEA,#0DBH,WKEY7

MOVKEYNUMBER,#06H

AJMPRETURN

WKEY7:

CJNEA,#0D7H,WKEY8

MOVKEYNUMBER,#07H

AJMPRETURN

WKEY8:

CJNEA,#0BEH,WKEY9

MOVKEYNUMBER,#08H

AJMPRETURN

WKEY9:

CJNEA,#0BdH,WKEY10

MOVKEYNUMBER,#09H

AJMPRETURN

WKEY10:

CJNEA,#0BbH,WKEY11

MOVKEYNUMBER,#0AH

AJMPRETURN

WKEY11:

CJNEA,#0B7H,RETURN

MOVKEYNUMBER,#0BH;判断哪个键按下,返回相应按键号码

RETURN:

MOVP1,#0FH

NOP

NOP

MOVA,P1

CPLA

ANLA,#0FH

JNZRETURN;等待按键松开

RET

;==========液晶工作方式设置============

SELLCD:

MOVA,#01H显示器开,允许内烁

ACALLENABLE

MOVA,#06H;文字不动,光标右移

ACALLENABLE

RET

;==========液晶执行指令============

ENABLE:

CLRRS

CLRRW;RS,RW同为低电平时写入指令

MOVP0,A

CLRE;E由高变低时执行指令

ACALLWAIT

SETBE

RET

;==========WAIT============

;判断液晶是否忙的子程序

WAIT:

MOVP0,#0FFH

CLRRS

SETBRW;RW为高,RS为低时可读忙信号

CLRE

NOP

SETBE

JBP0.7,WAIT

RET

;==========显示的起始地址============

;在第一行

LINE1:

MOVA,#80H

ACALLENABLE

RET

;在第二行

LINE2:

MOVA,#0C0H

ACALLENABLE

RET

;===========显示程序============

DISPLAY:

MOVR7,#00H

NEXT:

MOVA,R7

MOVCA,@A+DPTR

CJNEA,#10H,DSP

RET

DSP:

ACALLWRDATA

INCR7

AJMPNEXT

;==========将A里面的数据写入液晶============

WRDATA:

SETBRS

CLRRW

MOVP0,A

CLRE

ACALLWAIT

SETBE

RET

;===========报警程序============

WRANING:

SETBTR0

ACALLBACK

MOVR4,#00H

ACALLD2

JNB20H,WRANING

RET

;===========发声程序============

BACK:

MOVR0,#100

KK1:

CPLSPEAK

LCALLDELAY2MS

DJNZR0,KK1;不断取反P2.0使其产生一定频率的方波推动扬声器

RET;延时的长短可以改变输出的频率

;===========INTT0============

;报警时间设定

INTT0:

PUSHACC

PUSHPSW

MOVTH0,#3CH

MOVTL0,#0BH

INC45H

MOVA,45H

CJNEA,42H,INTT0OUT

MOV45H,#00H

SETB20H;置标志位

CLRTR0;关闭定时器

INTT0OUT:

POPPSW

POPACC

RETI

;===========INTT1============

;输入超时

INTT1:

PUSHACC

PUSHPSW

INC46H

MOVA,46H

CJNEA,47H,INTT1OUT

CLRTR1;关闭定时器

SETB21H;时间到置标志位

MOV47H,#00H;中断次数清零

INTT1OUT:

POPPSW

POPACC

RETI

;===========延时程序============

DELAY:

MOVR4,#38H

D1:

MOVR5,#0F9H

DJNZR5,$

DJNZR4,D1

DJNZR6,DELAY;14R6毫秒

RET

DELAY2MS:

MOVR4,#02H

D2:

MOVR5,#0F0H

DJNZR5,$

DJNZR4,D2

RET

DELAY10ms:

MOVR4,#20

D3:

MOVR5,#248

DJNZR5,$

DJNZR4,D3

RET

PASS:

DB"1234567"

MES_P:

DB"Password?

",10H

MES_C:

DB"welcome!

",10H

MES_E:

DB"Error!

",10H

TAB_1:

DB"shixinli",10h

END

第5章仿真与调试

5.1电子密码锁控制器仿真

在完成了电子密码锁硬件设计和软件设计以后，便进入系统的调试阶段。

系统的调试步骤和方法基本上是相同的，但具体细节和所采用的开发系统以及用户系统选用的单片机型号有关，如可选用Keil软件进行软件调试，用Proteus软件完成硬件调试。

5.2程序调试

参考文献

[1]王迎旭.《单片机原理及及应用》，机械工业出版社，2001

[2]周航慈.《单片机应用程序设计技术》，北京航空航天大学出版社

[3]张洪润.《单片机应用技术教程》.北京：

清华大学出版社，1997

[4]宋彩利.《单片机原理与C51接口编程》，西安交通大学出版社，2008.6

[5]夏继强，沈德金等.《单片机实验与实践教程》，北京航天大学出版社，2004年1月出版

[6]王新颖.《单片机原理及应用》，北京大学出版社，2008年1月出版

[7]喻萍，郭文川.《单片机原理与接口技术》，化学工业出版社，2005年12月