单片机课程设计

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1、烟台大学机电汽车工程学院电子密码锁的设计说明书院专班姓学系：机电汽车工程学院业：机械设计制造及其自动化 级：名：号指导老师：同组人员：烟台大学 机电汽车工程学院中文摘要摘要 ：随着经济的发展，人们对日常生活质量的要求也越来越高 从工作、学习、出行、购物等的各个方面，人们也对现代安全 设施提出来更高的要求。在安全技术防范领域，具有防盗报警 功能的电子密码锁逐渐代替传统，克服了机械式密码锁密码量 少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上 都大大提高一步。密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易 操作等优点，同时还引入了智能化管理、专家分析系统等功能 从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性

2、，应用日益广泛。本次电子密码锁的设计主要就针对于这种社会需求，从程 序设计到硬件设计以及硬件安装连接都做了详细的说明。烟台大学 机电汽车工程学院设计说明本次设计使用 ATMEL 公司的 AT89C51 实现一基于单片机 的电子密码锁的设计，其主要具有如下功能： 密码通过键盘输入，若密码正确，则将锁打开。 报警、锁定键盘功能。密码输入错误数码显示器会出现 错误提示，若密码输入错误次数超过 3 次，蜂鸣器报警并且 锁定键盘。电子密码锁的设计主要由三部分组成：4X4矩阵键盘接口 电路、密码锁的控制电路、输出八段显示电路。另外系统还有 LED 提示灯，报警蜂鸣器等。密码锁设计的关键问题是实现密码的输入

3、、清除、更改、 开锁等功能： 密码输入功能：按下一个数字键，一个“一”就显示在 最右边的数码管上，同时将先前输入的所有“”向左移动 一位。 密码清除功能：当按下清除键时，清除前面输入的所有 值，并清除所有显示。 开锁功能：当按下开锁键，系统将输入与密码进行检查 核对，如果正确锁打开，否则不打开。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DXP 2004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 Keil uVision3软件编写单片机的C语言程序、仿真、软件调试。

4、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，完成本次毕业设计。关键词：4X4矩阵键盘；AT89C51；密码锁；密码二次确认；电子密码锁目录 中文摘要 2 设计说明3 目录5 第1章 系统总体方案设计 11.1 系统法案的选择 11.2 系统设计思路2 第2章 硬件电路设计 .32.1 键盘电路设计 32.2 LED显示电路42.3 开锁电路 62.4 报警电路7 第3章 软件设计 93.1 软件设计思路93.2 各子程序设计 10 第4章 系统调试 .154.1系统硬件连接示意图154.2系统测试的局部示意图16第5章 心得体会17 第6章 参考文献18

5、 附 录 19源程序清单 19第一章：系统的总体方案设计1.1 系统方案的选择：综合其他多种方案设计的优缺点，采用以 AT89S51 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10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 2 2 单片机控制方案该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。本方案采用一种是用以89S51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/0 端口，及其控制的准 确性，实现基本的密码

6、锁功能。1.2 系统的设计思路：1. 输入密码用矩形键盘，包括数字键和功能键。2. 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。3. 用发光二极管代替开锁的电路，发光表示开锁。4. 输入密码错误次数超过3次，系统报警。5. 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。6. 按“C”键，清除显示器为“000000”7. 欲重新设定密码，先输入密码在案“*”。8. 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

7、“000000”。9. 软件的设计主要包括键盘键值的读取，LED显示程序，密码比较程序和报警程序。第2章硬件电路设计21键盘电路设计使用矩阵键盘，所以本设计就采用行列式键盘，同时也能 减少键盘与单片机接口时所占用的1/0线的数目，在按键比较 多的时候，通常采用这样方法。其原理如图2.1i=-.13 JCTALZJ3.PDHAra 卩口 .伽 D1paziHia pa.mHin-RSTh3TPSEMALE3P 1 口P 1.1PP 1二P 1.4P 15P 1.SP 1TPDSACS：pn.sH.raPD-TABf?PSJlHSPZ.I.hSPSJZih.CFZJIAIIP2.4/AGPZ-fi

8、AGP2_&A1*P2.7A-E P3UKXE pgrnnn pm+nnP3ST1 pi-gChWP3.TiTO -：T &：7P-图2.1 矩阵键盘每一条水平（行线）与垂直线（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N条行线和M条列线，即可组成具有NXM个按键的键盘。在这种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，下一步就要识别哪一个按键按下。 对键的识别通常有两种方法：一种是常用的逐行扫描查询法； 另一种是速度较快的线反转法。对照图2.1所示的4X4键盘，说明线反转个工作原理。首先辨

9、别键盘中有无键按下，有单片机 I/O 口向键盘送全 扫描字，然后读入行线状态来判断。方法是：向行线输出全扫 描字00H,把全部列线置为低电平，然后将列线的电平状态读 入累加器 A 中。如果有按键按下，总会有一根行线电平被拉至 低电平从而使行线不全为1。判断键盘中哪一个键被按下使通过将列线逐列置低电平 后，检查行输入状态来实现的。方法是：依次给列线送低电平 然后查所有行线状态，如果全为 1，则所按下的键不在此列； 如果不全为 1，则所按下的键必在此列，而且是在与零电平行 线相交的交点上的那个键。具体的功能设计如表2. 1：表 2.1 按键功能按键键名功能说明19键数字键输入密码*键重设密码键设定

10、新密码D键确定键比较密码#键清除键使显示器清零2.2LED 显示电路本系统设计的显示电路是为了给使用者以提示而设置的。本系统的显示采用串行显示的方式，只使用单片机的一个串行 口，利用74LS247驱动数码管发光显示数码和74LS138控制位 选信号，就可以完成单片机的显示功能，显示电路的电路原理 图如图2.2所示。用 P0.0P0.3 接 74LS247 的 A，B，C，D 四端口，74LS247 的输出口接LED的七段显示；而P0.4P0.6接74LS138的A， B，C三个输入口，74LS138的输出口接LED的位显示。通过软 件实现数字和位控制。- IE .B .IXTAUKT.W2Kr

11、rFE1D畑 mwki filv.尼MWK3FH*腌祖7乩归卫.1 -I方 W.卫-JI -FSI1Erzn& fzws F2JW.-D F23W.fi F2.VfrE P25W13 陀 JSTfVk 町 JYACP1UF1.1Fl-bTOnrraTTIEIF1JPjjTTFUFO.4fI?15F1.5FOfiTiF0.5WP1?U2.3图2.2 LED显示电路用74LS247可以控制输出什么字型。74LS247的逻辑功能表如 表 2.2：表2.274LS247的逻辑功能表十进制数-输2输出*字型户AWQA*Q丽QCQD申QEQFpQ血020山Op1 口(k1门L11+11*1卩1屮2p(kO

12、p3X(kIpIp彷0k(k4p(k1卫OpOp2k0仙W打OpIp1+31*k0(k6pOpIpOp1牢W0W0g齐OpIpIpl+L1I*38pIp山OpOpn山0Op9p1*5OpIp20k0(k用74LS138控制位循环显示，其逻辑功能表如表2.3：表2.374LS138逻辑功能表CBAY1Y2Y0Y3Y4Y5Y6Y70000111111001101111110101101111101111101111100111101111011111101111011111101111111111102.3开锁电路在本次设计中，基于节省材料的原则，暂时用发光二极管代替电磁锁，发光管亮，表示开锁；灭

13、，表示没有开锁。电路 图如2.3所示。当P2.0 口输出低电平时，二极管发光，表示开 锁。士粉丄1FaflAHPD.1/Ai1FQZn.KXTKLZFaaN.rapas.A.Mpq.&h.mFD.7/AWFFSKEP 一 -.jE . 3TTALEFTP2 n2P2.1ilpP2UiiA-nFZ.AIZ Fzsfi-a FZ.SAitP2.7/A-Kjrra:剧 TriiTfcPILRXDP3.1 iT：-：H F 3211111 P3iTBTT pa.tiTn pasrriP3_7iOoan.汀环图3.3开锁电路2.4报警电路q-ll:4JiJi_nsshAIJ:.J:i:l.r 一 |1巴

14、口PPPIL 尸口 口 口图 2.4 报警电路报警模块由蜂鸣器和单片机组成。选择一只压电式蜂鸣器，压电式蜂 鸣器工作时约需要100mA驱动电流。蜂鸣器电路如图2.4所示。当89C51 的P2.1 口输出为低电平时，蜂鸣器产生蜂鸣音，89C51输出为高电平时, 蜂鸣器不发声。第三章 软件设计3.1软件设计思路电子密码锁工作的主要过程是 LED 数码管提示开始输入密 码，通过键盘输入密码，同时 LED 显示密码输入情况，按下确 认键后判断密码的正确性，作出开锁或报警处理。当输入密码 连续输入错误 3 次时，系统报警。密码的设定，在此程序中密码是固定 40H45H 中，假设预 设的密码为123456

15、共 6 位密码。由于采用两个按键来完成密码的输入，那么其中一个按键 为功能键，另一个按键为数字键。在输入过程中，首先输入密 码的长度，接着根据密码的长度输入密码的位数，直到所有长 度的密码都已经输入完毕；或者输入确认功能键之后，才能完 成密码的输入过程。进入密码的判断比较处理状态并给出相应 的处理过程。3.2 各子程序设计1. 键盘扫描子程序键盘扫描流程图如图 3.2.1键盘扫描子程序如下（请结合总程序进行阅读）:L2:MOVR3,#0F7HMOVR1,#OOHL3:MOVA,R3MOVP1,AMOVA,P1MOVR4,ASETB CMOVR5,#04HL4:RLCAJNCKEYININC R

16、1DJNZ R5,L4CALL DISPMOV A,R3SETB CRRC AMOV R3,AJC L3JMP L22. LED显示子程序LED显示流程图如图3.2.2图3.2.2LED显示流程图LED显示子程序如下（请结合总程序进行阅读）:DISP:MOV R0,#45HDISP1: MOV A,ROADD A,#50HMOV P0,ACALL DELAYDEC R0MOV A,R0ADD A,#40HMOV P0,ACALL DELAYDEC R0MOV A,R0ADD A,#30HMOV P0,ACALL DELAYDEC R0MOV A,R0ADD A,#20HMOV P0,ACALL

17、 DELAYDEC R0MOV A,R0ADD A,#10HMOV P0,ACALL DELAYDEC R0MOV A,R0ADD A,#00HMOV P0,ACALL DELAYRET3 密码比较和报警程序密码比较和报警流程图如3.2.3图3.2.3密码比较和报警流程密码比较和报警程序（请结合总程序进行阅读）: COMP: MOV R1,#45HMOV R0,#35HMOV R2,#06HCl:MOV A,R1XRL A,R0JNZ C3DEC R1DEC R0DJNZ R2,C1CLR P2.0MOV R2,#200C2:MOV R6,#248DJNZ R6,$DJNZ R2,C2C3:I

18、NC R5MOV A,R5MOV R5,ACJNE R5 ,#03H,C4CLR P2.1MOV R5,#00HC4:JMP START第四章系统调试4.1系统硬件连接示意图:irirvu? 71511 U阳:?4111 川觴 Awnnmisp am注屿解 醮* +絶射 M 4 11和% ft? iltA酊HAg g td! Tact 加事 Giai Souri Cvkig 不叭 lnskJi 禺如 htoipaizjfior砒 0JE3：J7E2 LEM3FIEH HlHEfSH? HMLffillE 阿F： Ml:l-llm心茅爼還43黑喇;:. 丄土上戌4.2系统测试的局部本次调试采用P

19、rotues软件仿真。首先设计电子密码锁的 源程序，源程序经过汇编后，生成的目标文件经过仿真调试。依次按下1, 2，3，4，5，6后，LED显示如图4.1图4.1 LED显示按下确定键后，二极管亮，表示密码正确开门。如图4.2图4.2密码正确开门第 6 章 心得体会课程设计旨在让学生养成独立思考研究进而对现实中的问 题进行开发解决的过程，是使学生提高发现、提出、解决问题 的能力，锻炼学生实践能力的关键，也是对学生综合能力和工 作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新日异 单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在生活 中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握 单

20、片机的开发技术是十分重要的。回顾起此次两个星期的单片机课程设计过程，至今我仍感 慨颇多。从最初的选定课题，到后来辛勤努力的查找资料研究 设计，当中有苦也有甜。苦的是每天都忙忙碌碌的研究问题解 决问题，甜的自然是从解决问题的过程中得到了快乐得到了前 所未有的满足感。从中我们不但学习到了新的知识，也对再课 堂上学习的理论知识进行了有效的实践，既是巩固有事发展。 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的， 只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相 结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提 高自己的实际动手能力和独立思考的能力。这次课程设计终于 顺利完成了，在设

21、计中遇到了很多编程问题，在同学的帮助下 终于游逆而解。非常感谢！第 7 章 参考文献1 单片机原理及及应用王迎旭编 机械工业出版社 20012 单片机应用程序设计技术 周航慈 著 北京航空航天大学出 版社3 黄志君，高峰，王建轮胎压力监测系统J.广西工学院学 报.2006(4):9 12.4 其他网路知识论坛以及百度文库等。附录源程序清单ORG 00HMOV R5,#00HMOV R7,#00HDJNZ R7,$MOV R7,#10HMOV R6,#06HMOV R1,#35HL1: MOV A,R7MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV R1,ADEC R1INC

22、 R7DJNZ R6,L1START:ORL P2,#0FFHMOV R4,#06HMOV R0,#40HCLEAR:MOV R0,#00HINC R0DJNZ R4,CLEARL2:MOV R3,#0F7HMOV R1,#00HL3:MOV A,R3MOV P1,AMOV A,P1MOV R4,ASETB CMOV R5,#04HL4:RLC AJNC KEYININC R1DJNZ R5,L4CALL DISPMOV A,R3SETB CRRC AMOV R3,AJC L3JMP L2KEYIN:MOV A,R1XRL A,#0BHJZ X3MOV A,R1XRL A,#0FHJZ X4M

23、OV R7,#10D1:MOV R6,#24DJNZ R6,$DJNZ R7,D1D2:MOV A,P1XRL A,R4JZ D2MOV A,R1MOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV R7,AXRL A,#0AHJZ SET0MOV A,R7XRL A,#0BHJZ STARTMOV A,R7XRL A,#0CHJZ L2MOV A,R7XRL A,#0DHJZ L2MOV A,R7XCHA,40HXCHA,41HXCHA,42HXCHA,43HXCHA,44HXCHA,45HCALL DISPJMPL2X3:JMPDISP2X4:JMPCOMPDISP:MOVR0,

24、#45HDISP1:MOVA,R0ADD A,#50HMOV P0,ACALL DELAYDECR0MOVA,R0ADDA,#40HMOVP0,ACALL DELAYDECR0MOVA,R0ADDA,#30HMOVP0,ACALL DELAYDECR0MOVA,R0ADDA,#20HMOVP0,ACALL DELAYDECR0MOVA,R0ADDA,#10HMOVP0,ACALL DELAYDECR0MOV A,R0ADD A,#00HMOV P0,ACALL DELAYRETSET0:MOV R2,#06HMOV R0,#40HMOV R1,#30HE1:MOV A,R0XCH A,R1IN

25、C R0INC R1DJNZ R2,E1CALL DELAYE2:JMP STARTCOMP:MOV R1,#45HMOV R0,#35HMOV R2,#06HC1:MOV A,R1XRL A,R0JNZ C3DEC R1DEC R0DJNZ R2,C1CLR P2.0MOV R2,#200C2:MOV R6,#248DJNZ R6,$DJNZ R2,C2C3:INC R5MOV A,R5MOV R5,ACJNE R5 ,#03H,C4CLR P2.1MOV R5,#00HC4:JMP STARTDISP2: MOV R0,#35HCALL DISPMOV A,P1XRL A,R4JZ DISP2CALL DELAYJMP START DELAY: MOV R7,#C3 D3: MOV R6,#248DJNZ R7,D3RETORG 300HTABLE: DB01H02H03H0CHDB04H05H06H0DHDB07H08H09H0EHDB0AH00H0BH0FHDB01H02H03H04H 05H 06HEND