基于单片机8051的密码锁控制.docx
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基于单片机8051的密码锁控制
基于单片机8051的密码锁控制
目录
第一章:
引言·················2
第二章:
方案设计···············3
1、方案论证与比较············3
2、单片机8051··············4
第三章:
电路原理分析与设计··········7
1、开锁机构···············7
2、按键电路及LCD设计··········7
3、掉电存储单元设计···········14
4、密码锁电源电路设计··········14
5、设计总框图··············16
6、整体程序设计和程序流程图·······16
第四章:
程序设计··············17
第五章:
调试、测试分析及结果········35
第六章:
小结················35
参考文献·················36
第一章、引言
目前,单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着cmos化、低功耗、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等方向发展。
下面是单片机的主要发展方向
今年,由于chmos技术的进步,大大的促进了单片机的cmos化。
Cmos除了低功耗外,还具有功耗的可控性,使单片机可以工作在功耗精细管理状态。
Cmos电路的特点是低功耗、大容量、高性能、低价格。
采用双极型半导体工艺的ttl电路速度快、但功耗低和芯片面积大。
单片机应用的重要意义还在于,它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。
以前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能,现在可以用单片机通过软件方法来实现。
这种软件代替硬件的控制技术也称为传统控制的一次革命
单片机自二十世纪七十年代问世以来,以其极高的性能价格比受到人们的重视和关注,应用广泛,发展快。
由于其的优点多而突出,所以其的应用领域极广,几乎到了无孔不入的地步。
在我国广泛的应用于工业自动化控制、自动检测、智能仪表、智能家用电器、航空航天系统和国防军事、尖端武器等各个方面。
可以采用软硬件结合的办法提高系统的性能的控制技术为微控技术。
LCD液晶显示器是LiquidCrystalDisplay的简称,是20世纪70年代初发展起来的一种液晶显示器。
随着技术的发展其的分辨率、屏幕发光颜色等进入批量化合实用化。
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。
第二章:
设计方案
本次设计我组采用液晶显示lcd,按键采用4*4键盘矩阵、8051单片机。
本系统由单片机系统、矩阵键盘、lcd显示和报警系统。
系统可以完成开锁、密码错误报警、修改用户密码、管理员解密基本的密码锁功能。
除上述功能,还应具有掉电存储,声光提示等功能。
依据实际情况还可以添加遥控功能。
本系统成本低廉,功能可靠实用。
设计本课题时构思了两种方案:
一种是用以8051为核心的单片机控制方案;另一种是用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路控制方案。
考虑到数字电路方案原理过于简单,而且不能满足现在的安全需求,所以本文采用前一种方案。
1、方案论证与比较
方案一:
采用数字电路,其原理方框图如图1
图2-1数字密码锁电路方案
采用数字密码锁电路的好处就是设计简单。
用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路作为密码锁的核心控制,共设了9个用户输入键,其中只有4个是有效的密码按键,其它的都是干扰按键,若按下干扰键,键盘输入电路自动清零,原先输入的密码无效,需要重新输入;如果用户输入密码的时间超过40秒(一般情况下,用户不会超过40秒,若用户觉得不便,还可以修改)电路将报警80秒,若输入密码错误报警防止他人的非法操作。
电路由两大部分组成:
密码锁电路和备用电源(UPS),其中设置UPS电源是为了防止因为停电造成的密码锁电路失效,使用户免遭麻烦。
密码锁电路包含:
键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路。
采用以8051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1-2所示。
图2-2单片机控制方案
2、单片机8051
1>、芯片8051有40条引脚,共分为端口线、电源线和控制线三类
·4并行I/O端口,每个端口有8条端口线,用于传送数据、地址。
·可编程串行通道
·5个中断源
·低功耗的闲置和掉电方式
·两个16位定时器、计数器
·片内振荡器和时钟脉冲
·4K内部RoM
·128内部RaM
2>、管脚说明
1)、、主电源引脚VCC和VSS
VCC——(40脚)接+5V电压;
VSS——(20脚)接地。
2)、外接晶体引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1(19脚)接外部晶体的一个引脚。
在单片机内部,它是一个反相放大器的输入端,这个放大器构成了片内振荡器。
当采用外部振荡器时,对HMOS单片机,此引脚应接地;对CHMOS单片机,此引脚作为驱动端。
XTAL2(18脚)接外晶体的另一端。
在单片机内部,接至上述振荡器的反相放大器的输出端。
采用外部振荡器时,对HMOS单片机,该引脚接外部振荡器的信号,即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端;对XHMOS,此引脚应悬浮。
3)、控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP
①RST/VPD(9脚)当振荡器运行时,在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。
推荐在此引脚与VSS引脚之间连接一个约8.2k的下拉电阻,与VCC引脚之间连接一个约10μF的电容,以保证可靠地复位。
VCC掉电期间,此引脚可接上备用电源,以保证内部RAM的数据不丢失。
当VCC主电源下掉到低于规定的电平,而VPD在其规定的电压范围(5±0.5V)内,VPD就向内部RAM提供备用电源。
②ALE/PROG(30脚):
当访问外部存贮器时,ALE(允许地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。
即使不访问外部存储器,ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此,它可用作对外输出的时钟,或用于定时目的。
然而要注意的是,每当访问外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
ALE端可以驱动(吸收或输出电流)8个LS型的TTL输入电路。
对于EPROM单片机(如8751),在EPROM编程期间,此引脚用于输入编程脉冲(PROG)。
③PSEN(29脚):
此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。
在从外部程序存储器取指令(或常数)期间,每个机器周期两次PSEN有效。
但在此期间,每当访问外部数据存储器时,这两次有效的PSEN信号将不出现。
PSEN同样可以驱动(吸收或输出)8个LS型的TTL输入。
④EA/VPP(引脚):
当EA端保持高电平时,访问内部程序存储器,但在PC(程序计数器)值超过0FFFH(对851/8751/80C51)或1FFFH(对8052)时,将自动转向执行外部程序存储器内的程序。
当EA保持低电平时,则只访问外部程序存储器,不管是否有内部程序存储器。
对于常用的8031来说,无内部程序存储器,所以EA脚必须常接地,这样才能只选择外部程序存储器。
对于EPROM型的单片机(如8751),在EPROM编程期间,此引脚也用于施加21V的编程电源(VPP)。
4)、输入/输出(I/O)引脚P0、P1、P2、P3(共32根)
①P0口(39脚至32脚):
是双向8位三态I/O口,在外接存储器时,与地址总线的低8位及数据总线复用,能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载。
②P1口(1脚至8脚):
是准双向8位I/O口。
由于这种接口输出没有高阻状态,输入也不能锁存,故不是真正的双向I/O口。
P1口能驱动(吸收或输出电流)4个LS型的TTL负载。
对8052、8032,P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入,P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发,即T2的外部控制端。
对EPROM编程和程序验证时,它接收低8位地址。
③P2口(21脚至28脚):
是准双向8位I/O口。
在访问外部存储器时,它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。
在对EPROM编程和程序验证期间,它接收高8位地址。
P2可以驱动(吸收或输出电流)4个LS型的TTL负载。
④P3口(10脚至17脚):
是准双向8位I/O口,在MCS-51中,这8个引脚还用于专门功能,是复用双功能口。
P3能驱动(吸收或输出电流)4个LS型的TTL负载。
作为第一功能使用时,就作为普通I/O口用,功能和操作方法与P1口相同。
作为第二功能使用时,各引脚的定义如表所示
。
值得强调的是,P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。
表P3各口线的第二功能定义
口线引脚第二功能
P3.010RXD(串行输入口)
P3.111TXD(串行输出口)
P3.212INT0(外部中断0)
P3.313INT1(外部中断1)
P3.414T0(定时器0外部输入)
P3.515T1(定时器1外部输入)
P3.616WR(外部数据存储器写脉冲)
P3.717RD(外部数据存储器读脉冲)
2>、MCS-51单片机的片外总线结构
综合上面的描述可知,I/O口线都不能当作用户I/O口线。
除8051/8751外真正可完全为用户使用的I/O口线只有P1口,以及部分作为第一功能使用时的P3口。
如图,是MCS-51单片机按引脚功能分类的片外总线结构图。
由图我们可以看到,单片机的引脚除了电源、复位、时钟接入,用户I/O口外,其余管脚是为实现系统扩展而设置的。
这些引脚构成MCS-51单片机片外三总线结构,即:
①地址总线(AB):
地址总线宽为16位,因此,其外部存储器直接寻址为64K字节,16位地址总线由P0口经地址锁存器提供8位地址(A0至A7);P2口直接提供8位地址(A8至A15)。
②数据总线(DB):
数据总线宽度为8位,由P0提供。
③控制总线(CB):
由P3口的第二功能状态和4根独立控制线RESET、EA、ALE、PSEN组成。
下表列出各个子系列的配制情况供读则参考。
芯片种类片内存储器中断源定时/计数器串行口电源消耗(mA)制造工艺
ROM/EPROMRAM
8051(8751,8031)4K12852同、异步方式,8位或10位可程序控制125HMOS
8052(8752,8032)8K25663同、异步方式,8位或10位可程序控制100HMOS
80C51(87C51,80C31)4K12852同、异步方式,8位或10位可程序控制24CHMOS
80C52(87C52,80C32)8K25673同、异步方式,8位或10位可程序控制24CHMOS
8044(8744,8344)4K19252S.L.U200HMOS
3>、控制部件
控制部件是单片机的神经中枢,它包括时钟电路、复位电路、指令寄存器、译码以及信息传送控制部件。
它以主振频率为基准发出CPU的时序,对指令进行译码,然后发出各种控制信号,完成一系列定时控制的微操作,用来控制单片机各部分的运行。
其中有一些控制信号线能简化应用系统外围控制逻辑,如控制地址锁存的地址锁存信号ALE,控制片外程序存储器运行的片内外存储器选择信号EA,以及片外取指信号PSEN
第二章、电路原理分析与设计
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,从而达到开锁的目的。
其原理如图2-1所示。
密码锁开锁机构示意图如下图:
图3-1密码锁开锁机构示意图
当用户输入的密码正确输入的时,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,达到开门的目的。
其实际电路如下图3-2所示。
2、按键电路设计
1、键盘应用4x4组成的0-9数字键及确认键和功能键。
用LCD液晶显示器显示,当密码输入时直接显示,当密码输入完毕按下确认键时对输入的密码和设定的密码比较,若正确则开门,此处用led发光二极管做一秒种提示,同时发出“叮咚”声;若不正确,则发出“滴滴”报警声。
键盘设计采用行列式键盘,同事可以减少键盘与单片机接口时占用的I/O线的数目,在按键比较多的时候通常采用该方法。
其原理图如图3-3
每一条行线与列线的交叉处不相通,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N条行线和M条列线,即可以组成NXM个按键的键盘
在该行列式矩阵键盘非键盘编码的单片机系统中,键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。
当确认有按键按下后,下一步要识别哪个按键按下。
对按键的识别通常有两种方法:
一种是常用的逐行扫描查询法;另一种是先反转法。
应要求我们采用第一种方案。
逐行(或列)扫描查询法,是一种最常用的按键识别方法,如上图所示键盘,介绍过程如下。
1>、判断键盘中有无键按下将全部行线置低电平,然后检测列线的状态。
只要有一列的电平为低,则表示键盘中有键被按下,而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。
若所有列线均为高电平,则键盘中无键按下。
2>、判断闭合键所在的位置在确认有键按下后,即可进入确定具体闭合键的过程。
其方法是:
依次将行线置为低电平,即在置某根行线为低电平时,其它线为高电平。
在确定某根行线位置为低电平后,再逐行检测各列线的电平状态。
若某列为低,则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。
按键的操作面板如图3-4所示,共计数字键10个,功能键6个,另外有指示灯一个、LCD液晶显示器一个和蜂鸣器一个。
图3-4按键操作面板示意图
10个数字键用来输入密码,另外六个功能键分别是:
CLR\E、EN、A、B、F1、F2。
其中CLR键的功能是当输入密码错误时,清除前面输入的数据,从新输入。
EN键的功能是确认密码。
A设置新密码B输入数字密码并检查。
F1用作电铃键,F2用来关闭显示器。
2、LCD显示器的基本结构和原理
2>、LCD显示电路
LCD模组是由控制器,驱动器,显示器三部份所组成,而目前市面上LCD的模组驱动/控制器都是由日制的HD44780控制器晶片(或是相容产品),因此外部接脚的功能也都相同,这个控制器的内部共有80个位元组可供储存由外部送进来的资料,因此使用此款控器的LCD模组最多一次可显示80个字HD44780中储存显示资料的80个位元组,称之为DisplayDataRAM(DDRAM),DDRAM的位址从00H~67H,共80个Byte。
在LCD上Show出资料DDRAM位址与可供显示位置的对应图
至于CPU如何将资料送给LCD显示的方法,是将欲显示的字元的ASCII码写到LCD内部的DDRAM,LCD就会将这个自在其对应的位置显示出来.例如,若想在LCD的左上角处(位址00h),显示’A’.就将ASCII码-41H,送到DDRAM的00H位址.
例:
第二节LCD的接脚规格
虽然LCD的接脚因制造厂商的不同而排列方式有所不同,不过都是编号由1至14,的14根接脚。
LCD模组内只有2个8位元暂存器,称为指令暂存器(InstructionRegister
IR),和资料暂存器(DataRegister,DR),他们都是8位元暂存器,由RS脚来选
用
指令暂存器IR用来接收单片机送来的命令,例如清除显示,或功能设定等等…资料暂存器DR则用来接收单片机要写到DDRAM(共80Byte)或CGRAM(共64Byte)的资料缓冲区。
当单片机写到DR暂存器之后。
LCD内部的控制电路会将资料自动写到DDRAM或CGRAM中,而位址是由LCD内部的位址计数器(AddressCounterAC)所指定。
而单片机要读取资料时,需先将欲读取的位址放入IR暂存器中,LCD就会将其内容放入DR中,然后单片机就可以去读取DR的资料。
图表、LCD模组写入时序
图表、LCD模组读出时序图
3、掉电存储单元设计
掉电存储单元的作用是在电源断开的时候,存储当前设计的单价信息。
AT24C02是ATMEL公司的2KB字节的电源可檫除存储芯片,采用两线串行的总线和单片机通讯,电压最低可为2.5V,额定电流为1mA,静态电流10UA,芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上,而且采用8脚的DIP封装。
如图3-5示
图3-5掉电存储单元电路原理图
图中R8、R10是上拉电阻,其作用是减少AT24C02的静态功耗,由于AT24C02的数据线和地址线是复用的,采用串口的方式传送数据,所以只用两根线SCL(移位脉冲)和SDA(数据、地址)与单片机传送。
每当设定一次掉电,系统自动调用存储程序,将信息存储在芯片内;当系统重新上电时自动调用读存储器程序,将存储器中的信息读到缓存单元中,供主程序使用。
4、密码锁电源电路设计
为防止停电情况的发生,本电路备有UPS电源,它包含市电供电电路,停电检测电路,电子开关切换电路,蓄电池充电电路和蓄电池组成。
电源电路图如图示
图3-6市供电电路
220V市电通过变压器降压成12V的交流电,再经整流桥式整流,7805稳压到5V送往电子切换电路,由于本电路功耗少,所以选10W的小型变压器。
由R6、R7、R8、R9及IC14构成比较电压器,正常情况下,V+ IC14输出高电平,继电器的常闭触点和市电相连;当市电断开,V+>V-IC14输出高电平,由T3、T4构成的达林顿管使继电器J开启,将其常开触点把蓄电池和电路相连,实现市电与蓄电池的切换,保证电子密码锁的正常工作。 电路图如3-7所示 图3-7停电检测及电子开关切换电路 T1、T2构成的蓄电池自动充电电路,其在充电池充满后自动停止充电,其中D1亮为正在充电,D2为工作指示。 其电路图如图3-8所示 5、总框图设计 6、整体程序设计和程序流程图 1>、程序分为主程序和中断服务程序两个主要部分,主程序完成变量和单片机特殊功能寄存器的初始化后,进入一个循环结构。 在循环中,首先判断有无按键按下,若有则判断是数字键还是功能键,根据按键的情况执行相应的功能。 然后根据密码是否正确的判断情况,执行相应的操作。 循环中最后需要显示的内容通过动态扫描子在液晶显示器上显示。 中断服务程序需要实现待机计时5秒。 单片机采用MCS51系列的单片机8051作为主要主控制器,外围电路器件包括液晶显示驱动、蜂鸣器的驱动输出、独立式键盘和发光二极管的输出等。 2>、程序主要包括以下几个模块 1)、主程序模块——主要完成初始化、设置中断向量、检查有无按键按下、以及调用显示等等。 2)、键盘扫描及识别子程序——键盘采用查询方式,放于主程序中,当没有按键按下时,单片机循环主程序,当按键按下时便转向相应的子程序处理,处理结束后返回。 3)、掉电存储服务程序——当比较密码的时候,需要读取AT24C02程序,将存储于芯片内的数据读到RAM中,然后和输入密码相比较,当修改密码时需要把密码保存于AT24C02中。 4)、显示子程序——包括关闭状态显示子程序(dis-A)、开锁状态显示子程序(DIS-B)、密码输入及修改状态显示子程序(DIS-C)、密码输入错误报警状态子程序(DIS-D). 3、程序流程图 第四章、程序设计 1#include #defineuintunsignedint #defineucharunsignedchar voidkey_scan(); ucharcount0,count1,count3,num,n=0,temp,a,j,count4; ucharmima[4];//初始密码存储区 uchartab_key[50];//输入密码存储区 ucharcodetable[]={ 0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c, 0x39,0x5e,0x79,0x71}; bitenterflag;//确认键按下与否的标志 bitmimaflag;//密码正确与否的标志 bitxiugaiflag;//修改密码标志 bitenter1flag;//修改密码确认键标志 sbitred=P3^7; sbitbell=P3^6; sbitrs=P2^0; sbitrw=P2^1; sbitlcden=P2^2; sbitalarm_out=P3^2; sbitscl=P3^4; sbitsda=P3^5; ucharcodetable1[]="inputthepassco"; ucharcodetable2[]="de: --------"; ucharcodetable3[]="*"; ucharcodetable4[]="right(^_^)"; ucharcodetable5[]="error! ! ! ! "; ucharcodetable6[]="definethepassc"; ucharcodetable7[]="ode: --------"; ucharcodetable8[]="codeisnew"; //******************************键盘消抖函数******************************* voiddelay1() {;;} voiddelay2(ucharx) { uchara,b; for(a=x;a>0;a--) for(b=100;b>0;b--); } voiddelay(uintz) { uintx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); } //****************************e^2room的初始化******************************* voidstart()//开始信号 { sda=1; delay1(); scl=1; delay1(); sda=0; delay1(); } voidstop()//停止 { sda=0; delay1(); scl=1; delay1(); sda=1; delay1(); } //****************************应答信号************************************* voidrespond() { uchari; scl=1; delay1(); while((sda==1)&&(i<250))i++; scl=0; delay1(); } //*****************************写字节操作函数**********************
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