密码锁控制说明书.docx
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密码锁控制说明书
单片机课程设计报告
课题名称：
密码锁控制
学院：
机电汽车工程学院
班级：
机101-1
小组成员：
指导老师：
目录
第一章引言……………………………………………………………3
第二章课程设计任务书………………………………………………3
一、任务要求……………………………………………………3
二、单片机概述…………………………………………………4
第三章电路原理分析与设计…………………………………………11
一、硬件设计思想…………………………………………………11
二、部分硬件方案论述……………………………………………11
1键盘输入单元……………………………………………11
2显示单元…………………………………………………13
3报警电路模块……………………………………………17
4晶振电路模块……………………………………………17
5复位电路模块……………………………………………18
6掉电存储单元……………………………………………19
7总框图设计与程序流程图………………………………20
第四章程序设计………………………………………………………22
第五章调试连接与测试………………………………………………43
第六章小结……………………………………………………………43
第七章参考文献………………………………………………………43
第一章引言
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。
本系统由单片机系统、矩阵键盘、LCD显示和报警系统组成。
系统能完成开锁、报警、修改用户密码基本的密码锁的功能。
本文详细阐述了个模块的功能以及它们之间的联系。
第二章课程设计任务书
一、任务要求：
1、密码锁由4x4键盘和LCD显示器组成。
2、其基本功能为：
（1）使用LCD显示器来显示密码输入的相关信息；
（2）可以设置4位数字（0-9）密码；（3）内定另一组4位数字密码为‘1234’；（4）密码输入正确则继电器启动2s，密码输入错误则发出警报声。
程序执行后工作指示灯LED亮，表示程序开始执行，LCD显示“PASSWORDAORBKEY”,按下操作键A或B动作如下：
操作键A：
设置新的4位数字密码，操作键B：
输入4位数字密码并做检查。
二、单片机概述
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。
其原理如图所示。
图2－2单片机控制方案
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。
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。
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
第三章电路原理分析与设计
一、硬件设计思想
●键盘采用4×4矩阵式键盘，P1口作为键盘的输入口。
●显示采用LCD显示
●报警声音由P3.6引脚控制
●错误指示灯由P3.7引脚控制
●电源与接地要做好片内外以及强弱电的隔离。
二、部分硬件方案论述
1键盘输入单元：
这是用户使用时将密码输入单片机内的输入设备，具体结构构成见图：
采用16个按键开关，分别代表0~D14个数字输入键位，一个确认键和一个取消键。
采取矩阵式键位设计，此举为减少对单片机的I/O口的使用，同时也是的我们键盘的的外形更好看，使用更人性化。
键盘的行线和列现分别接80C51单片机的P1.0~P1.7八个端口。
对键盘的识别方式我们采取行扫描法。
具体使用由编程由单片机完成。
逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，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。
图键盘输入单元
2显示单元：
此设备是用户使用密码防盗锁的的显示装置，是实现人机交换的重要设备。
用户通过它来观看键位数字的信息，了解已输入的密码个数，单片机通过它告知用户操作的正确与否，对用户的操作进行提示和引导。
图LCD显示器的基本结构和原理
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）,DDRA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:
3报警电路模块：
此设备用于输出按键声、开锁提示声、操作错误提示声及报警声；由P3.6输出脉冲驱动喇叭发声，电路如图：
图报警电路模块
4晶振电路模块：
此模块为单片机提供时钟频率
图晶振电路
5复位电路模块：
此模块用于实现密码锁的密码重置，复位电路接单片机的RST引脚，但复位键按下时，低电平使单片机复位，从而实现密码锁密码的重置。
图复位电路模块
6掉电存储单元
SCK:
串行时钟端；
SDA：
串行数据端，串行发送接收的数据从此引脚一位接一位输出输入
WP：
写保护，当WP为高电平时存储器只读，当WP为低电平时，存储器可读可写。
AT24C02的WP引脚为测试脚，可接地处理。
A0，A1，A2：
片选或块选。
7整体程序设计和程序流程
图总框图设计
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24C02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）.
程序流程图
使用到的元器件列表
元器件
规格和型号
数量
单片机
8051
1
LCD显示器
LM016L
1
蜂鸣器
SPEAKER
1
晶体振荡器
CRYSTAL
1
可擦除存储芯片
24C02C
1
按键开关
BUTTON
16
电容
CAP
3
电阻
RES
4
发光二极管
LED-RED,LED-GREEN
2
滑动变阻器
POT
1
非门
NOT
1
三极管
Transistors
1
第四章程序设计
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
intpw_error,audio_out,cnt_state;
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;
sbitgreen=P3^2;
sbitscl=P3^4;
sbitsda=P3^5;
ucharcodetable1[]="inputthepassco";
ucharcodetable2[]="de:
--------";
ucharcodetable3[]="*";
ucharcodetable4[]="right（^_^）";
ucharcodetable5[]="error!
!
!
";
ucharcodetable6[]="definethepassc";
ucharcodetable7[]="ode:
--------";
ucharcodetable8[]="codeisnew";
ucharcodetable9[]="PASSWORDAORBKEY";
//*********************************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*****************************
voidwrite_byte（uchardate）
{
uchari,temp;
temp=date;
for（i=0;i<4;i++）
{
temp=temp<<1;//保持最高位，左移到进位CY
scl=0;
delay1（）;
sda=CY;
delay1（）;
scl=1;
delay1（）;
}
scl=0;
delay1（）;
sda=1;//总线释放
delay1（）;
}
//**********************************读字节操作函数**************************
ucharread_byte（）
{
uchari,k;
scl=0;
delay1（）;
sda=1;
delay1（）;
for（i=0;i<4;i++）
{
scl=1;
delay1（）;
k=（k<<1）|sda;//或运算，放到最低位
scl=0;
delay1（）;
}
returnk;
}
//***********************************写地址函数***************************
voidwrite_add（ucharaddress,uchardate）
{
start（）;
write_byte（0xa0）;
respond（）;
write_byte（address）;
respond（）;
write_byte（date）;
respond（）;
stop（）;
}
//************************************读地址函数********************************
ucharread_add（ucharaddress）
{
uchardate;
start（）;
write_byte（0xa0）;
respond（）;
write_byte（address）;
respond（）;
start（）;
write_byte（0xa1）;
respond（）;
date=read_byte（）;
stop（）;
returndate;
}
//**************************LCD1602的初始化********************************
voidwrite_com（ucharcom）
{
rs=0;
lcden=0;
P0=com;
delay（5）;
lcden=1;
delay（5）;
lcden=0;
}
voidwrite_date（uchardate）
{
rs=1;
lcden=0;
P0=date;
delay（5）;
lcden=1;
delay（5）;
lcden=0;
}
//*****************************密码比较函数***********************
升级会员 