机电一体化毕业设计论文单片机实现密码锁

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1、郑州职业技术学院 毕业设计（论文）单片机实现密码锁系 别： 电气电子工程系 学生姓名： 专业班级： 机电五班 学 号： 指导教师： 2009年10月23日14独创性声明 本人声明所呈交的毕业论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日毕业论文版权使用授权书 本毕业论文作者完全了解学校有关保留、使用毕业论文的规定，即：学校有权保留并向有关部门或机构送交论文的复

2、印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权郑州职业技术学院要以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文。 保密，在_年解密后适用本授权书. 本论文属于 不保密。（请在以上方框内打“”）毕业论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月摘 要随着单片机技术的飞速发展，单片机的应用不仅广泛涉及社会经济、通信等相关行业，而且也深入到家电、娱乐、艺术、社会文化等领域、无时无处不在影响着人们的生活。本设计以单片机为基础，通过外围组建硬件设备，实现以电子密码的形式控制锁具设备的开启，从而代替机械锁实现保护功能。此电子密码锁的设计

3、主要有两部分构成：单片机控制的1602液晶显示模块和键盘密码输入模块。当用户走近电子密码锁时，按下开锁键，并输入自己预先设定的密码，如果输入的密码和程序存储的密码一样时，正确指示灯亮，锁被打开；当用户离开时，屏幕回复到日期显示状态，以达到到节能的目的；如果输入密码的错误连续超过3次，键盘被锁定，禁止再次输入密码，蜂鸣器报警，错误指示灯闪烁。关键字：单片机；1602液晶显示屏；键盘 目 录摘 要(I)1. 绪论(1)1.1 单片机概述(1)1.2 电子锁的应用现状(1)1.3 电子锁的发展前景(2)2设计方案及各组成部分(3)2.1 电源部分(3)2.2 单片机最小化系统(3)2.3 1602液

4、晶显示(5)2.4 输入键盘(6)3. 硬件组成电路(8)3.1 结构框图(8)3.2 主要原器件(8)4. 程序的组成部分(9)4.1 1602显示日期时间程序(9)4.2 1602开锁显示程序(9)4.3 键盘扫描程序(9)4.4 定时器中断程序(10)5. 注意事项(11)参考文献(12)致 谢(13)1. 绪论1.1 单片机概述 微型计算机是在20世纪70年代初期，随着大规模集成电路的发展而出现的高新技术。微型计算机的飞速发展使计算机的应用普及成为现实，它已经广泛应用于生产生活的各个领域，并对经济和社会的发展产生了极大的影响。随着计算机技术的发展，计算机的应用领域日渐广泛，不同应用领域

5、对计算机的要求也各不相同，如手机、数码相机、银行点钞机等，对其控制系统的体积、成本、功耗要求十分苛刻，这是普通微型计算机所不能及的，为此人们研制出了单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），简称单片机。目前单片机的应用已深入到国民经济的各个领域，单片机的应用有利于系统的小型化，对各个行业的技术改造和产品的更新换代起到了重要的推动作用。1.2 电子锁的应用现状在日常的生活和工作中，住宅与部门的安全防范。单位的文件档案，财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需携带多把钥匙，使用极不方便，且钥匙丢失后安全性即大打折扣。随着科

6、学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。为了满足人们对锁的使用要求，增加锁的安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。密码锁具有安全性高，成本低，功耗低，易操作等优点，十分受人们的喜爱。 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的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码位数少，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提高了很大一步。随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世及普及，出现了带微处理器的智能密码锁，它除了具有电子密码锁的功能外，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，可能性，其应用将日益广泛。电子

7、密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁，闭锁任务的电子产品。它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比比较高的产品。现在应用比较广泛的电子密码锁是以芯片为核心的，通过变成来实现的。其性能和安全性已大大超过了机械锁，1.3 电子锁的发展前景目前，国内制锁行业正在对传统的锁具，从设计、工艺材料等全方位进行一场变革。在致力于改进提高机械锁性能的同时，为适应门禁控制系统的要求，锁具正在突破通常机械子弹结构型，逐步向综合安全装置演变，进入电子锁时代。对于国外一些发达的国家，这项技术已经相当成熟了，并逐步走向红外探测技术，指纹识别技术，语音识别技术，图像

8、识别技术等方面扩展。并且发展的比较迅速，有些已经投入使用。装锁最主要的原因就是为了安全。电子锁自身成本低，而且考虑到安全性，方便性，稳定性，在国内正逐步代替机械锁，抢占着传统锁市场，特别是在一些高档小区和酒店，应用更加普遍。在国外市场，应用更是广泛，竞争也很激烈，但在软件更新维护及售后服务方面可以争取很多市场。 随着人们对安全的重视和科学的发展，许多电子智能锁（指纹识别、IC卡辨认）也已经在国内外问世。但是这些产品的特点是针对特定的指纹、卡有效，且指纹识别器在公共场所使用容易机械损坏，卡又存在容易丢失、损坏等特点，故只适合用于有保密要求的箱子柜子。加之其成本也很高，这在一定程度上限制了此类产品

9、的普及和推广。鉴于目前的技术水平与市场的接受程度，电子密码锁是这类电子防盗产品的主流。2设计方案及各组成部分 本设计采用4*4键盘组成0-9数字键以及确认、删除、修改键，用1602液晶显示提示信息，其具体过程如下：首先按下“确认”键，此时1602屏显示“please enter code”，然后按数字键输入密码，屏幕上将显示一行“*”，最后按确认键确定。如果输入错误可以通过“删除”键删除改正。如果输入的密码正确，则绿灯被点亮表示锁被打开，此时液晶屏上显示“welcome”；若密码错误，屏幕将显示“please enter code”，若连续错误三次，键盘将被锁住，红灯被点亮蜂鸣器报警；修改密码

10、时先按“修改”键，接着输入新的密码，然后按“确认”键确定后，屏幕将显示“good”。 此设计的组成：电源、1602液晶显示、键盘、继电器、蜂鸣器、二极管。2.1 电源部分 电源是保证此设计正常工作的必要条件，本设计通过变压器和整流桥将220v交流电转变成5v直流电，以供单片机和液晶显示器用电，如图2-1为电源部分电路原理图。 图2-1 电源电路2.2 单片机最小化系统单片机最小化系统时使用单片机工作时应具备的最基本条件，是单片机开发各类产品时必须具有的单片机系统。单片机最小化系统电路图如图2-1所示，包括电源、晶振和复位结构。图2-1 单片机最小化系统 此单片机 为AT89S52单片机，封装如

11、图2-2，它是一种高性能、低价格；体积小、可靠性高；低电压、低功耗的CMOS8位单片机，在51单片机的基础上进行了很多改进，增加的新功能主要有：ISP在线编程功能、最高工作频率提升、具有双工UART串行通道、内部集成看门狗计时器新增功能与原来的单片机完全兼。 图2-2 AT89S52单片机2.3 1602液晶显示1602液晶显示器具有功耗低、体积小、显示内容丰富、体积轻薄等优点因此受到了广泛应用。使用它可以减少硬件设备，节约硬件成本，同时能降低电源功耗，也为线路板节约了空间。 1602液晶屏采用标准的16脚接口，内部的字符发生存储器已经存储了不同的点阵字符图形，包括阿拉伯数字、大小写英文字母、

12、常用的符号等，每一个字符都有一个固定的代码，其中数字与字母同ASCII兼容。1602模块的设定、读写与光标控制都通过指令来完成，共有11条指令，分别如下： 指令1：清显示，光标复位到地址00H位置 指令2: 光标复位，光标返回到地址00H。 指令3：光标显示模式设置I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移；S：屏幕上所有文字是否或者右移。高电平有效，低电平无效。 指令4：显示开关控制。D：控制整体显示的开与关，高电平表示显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平表示闪烁，低电平表示不闪烁 指令5：光标或显示移位 S/C：高

13、电平时移动显示文字，低电平时移动光标。R/L,高向左，地向右。 指令6：功能设置命令DL：高电平时为4为总线，低电平是为8位总线N:低电平时为单行显示，高电平时双行显示F:低电平时显示5*7的点阵字符，高电平时显示5*10的点阵字符（有些模块是DL:高电平时为8位总线，低电平时为4为总线）。 指令7：字符发生器RAM地址设置，地址：地址字符*8+字符行数（将一个字符分成5*8点阵，一次写入一行，8行组成一个字符）。指令8：显示地址，第一行为：00H0FH；第二行为：40H4FH。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接受命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令

14、10：写数据。指令11：读数据。 2.4 输入键盘键盘是一组按键的集合，它是最常用的单片机输入设备。键盘可以分为两类：独立连接式和矩阵式。本设计用的是矩阵式键盘。 矩阵式键盘，即通常所讲的行列式键盘，由行和列组成。按键位于行、列的交叉点上，行、列分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接到高电平。无按键动作时，行线处于高电平状态；有按键按下时，交点的行线和列线接通，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平决定。列线电平如果为低电平，则行线电平为低，列线电平如果高，则行线电平也为高。这一点是识别矩阵键盘按键是否被按下的关键所在。由于矩阵键盘中行、列线为多键公用，各按键均影响该键所在的行、列的电平

15、，所以必须将行、列信号配合起来做适当的处理，才能确定闭合键所在的位置。矩阵键盘节省了好多的I/O口，适用于按键数量较多的场合。通过行列键盘扫描的方法可获取键盘输入的键盘值，从而得知按下的是哪个值，具体过程如下：(1) 查询是否有按键按下。单片机向扫描口输出全为“0”的扫描码，然 后从列检测口检测信号，只要有一列信号不为“1”，则表示有键按下，且不为“1”的列对应为按下的键所在的列。(2) 查询按下键所在的行列位置。前面已经取得了按下键的列号，接下来要确定所在的行，这需要进行逐行扫描。单片机首先使第1行为“0”，其余各行为“1”，接着进行行列检测，若为全“1”，表示不在第1行，否则即在第1行；然

16、后使第2行为“0”，其余各行为“1”，再进行列行检测，若全为“1”。表示不在第2行，否则即在第2行；这样逐行检测，直到找到按下键所在的行。各行都扫描以后仍没有找到，则放弃扫描，认为是键的误动作.(3) 对得到的行号和列号译码，得到键值。对于4*4的行列式键盘，因为按键的位置有行号和列号唯一确定，且行列各4位，所以用一个字节（8位）来对键值编码是很合适的。本列中，将字节的高4位（D7、D6、D5、D4）表示列号（4、3、2、1），低4位（D3、D2、D1、D0）表示行号（4、3、2、1），比如11H（00010001）表示第1行第1列，21H（00100001）表示第1行第2列，24H（0010

17、0100）表示第3行第2行。在键盘扫描过程中，应注意以下问题：（1）当操作者按下或松开按键时，按键会产生机械抖动。这种抖动经常发生按下或松开的瞬间，一般持续几到十几毫秒，抖动时间随按键的结构不同而不同。在扫描键盘过程中，必须想办法消除抖动，否则会引起错误。消除按键抖动可以用硬件电路来实现，也可以用软件延时方法来消除抖动。较为简单的方法是用软件延时方法来消除按键的抖动，本设计也是采用这种方法，也就是说，一旦发现有按键按下，就延时20ms以后再测按键的状态。这样就避开按键发生抖动的那一段时间，使CPU能可靠地读取按键状态。在编制按键扫描程序时，只要发现按键状态有变化，即无论是按下还是松开，程序都应

18、延时20ms以后再进行其他操作。 图2-4 键盘输入模块 （2）在键盘扫描中，应防止按一次键而有多个对应键值输入的情况。这种情况的发生是由于键扫描速度和键处理速度较快，当某一个按下的键还未松开时，键扫描程序和键处理程序已执行多遍。这样，由于程序执行和按键动作不同步而造成按一次键有多个键值输入的错误状态。为避免发生这种情况，必须保证按一次键，CPU只对该键作一次处理。为此，在键扫描程序中不仅要检测是否有按键按下，在有按键按下的情况，作一次键处理，而且在键处理完毕后，还应检测按下的键是否松开，只有当按下的键松开以后程序才往下执行。这样每按一个键，只作一个键处理，使两者达到同步，消除按一次按键有多次

19、键值输入的错误情况。根据需要，本设计的4*4键盘设定10个数字键（0-9）和4个功能键，键盘输入模块如图2-4所示。图中有2个键暂时不用，可做以后扩充使用。3. 硬件组成电路3.1 结构框图 系统硬件结构图如图3-1。显示器指示灯输入输出键盘输入单片机图3-1 流程图3.2 主要原器件本设计使用的主要元器件如下： （1）单片机选用Atmel公司生产的AT89S52芯片，它接收键盘的输入并做出判断，控制1602液晶和LED指示灯的显示。 （2）4*4行列式键盘。用户通过键盘输入6位密码及确认、删除、设置功能键。（3）1602液晶显示。显示密码锁不同的工作状态。（4）LED指示灯。红绿两个LED指

20、示灯分别表示密码错误和密码正确。（5）电源模块。由整流二极管、变压器、三极管组成的电源为单片机工作提供保障。（6）继电器。控制所的动力装置。AT89S52是整个电路的核心器件，联系着输入和输出。P0口用作1602液晶的显示。P2口用于键盘操作，P2.0P2.3与行线连接，RK1RK4为行线的上拉电阻，P2.4P2.7与列线相连。P1.3、P1.2作普通I/O口使用，前者控制绿色发光二极管，指示密码输入正确状态；后者控制红色发光二极管，指示密码输入错误状态。4. 程序的组成部分4.1 1602显示日期时间程序设置显示模式，初始化后。按1602液晶读写时序正确读写。部分代码：GetTime();/

21、从DS1302读取秒、分、时、日、月、年display1();/对秒、分、时进行处理，转化ASKdisplay2();/对日、月、年进行处理，转化ASKdisplay(1,1); writecserchar(clock2);/显示时间display(2,1);/显示第2行 writecserchar(clock1);/显示日期4.2 1602开锁显示程序LCDinit() /LCD初始化writecomd(0x38); delay1ms(5); writecomd(0x38); delay1ms(5); writecomd(0x38); writecomd(0x01); /显示关闭 delay

22、1ms(5); writecomd(0x06); /显示光标移动设置 delay1ms(5); writecomd(0x0c); /显示开及光标移动设置 delay1ms(5); display(1,1); /显示位置writecserchar(Please Enter); /显示字符display(2,6);writecserchar(real code);4.3 键盘扫描程序通过行列键盘扫描程序获取所在键行、列号，并根据表得到其键值编。在键盘扫描时需进行消抖动处理。部分程序如下：uchar keyscan(void); uchar scancode;P2 = 0xf0; if (P2&0x

23、f0)!=0xf0) delay(30); scancode=0xfe; while(scancode&0x10)!=0) P2=scancode; if(P2&0xf0)!=0xf0) return P2; else scancode =(scancode1)|0x01; return(0);/ 无键按下，返回值为0 4.4 定时器中断程序定时器0中断服务子程序，在三次输入错误后，50ms定时计时。 TMOD=0x01; EA=1; ET0=1; TR0=0; TH0=(65536-50000)/256; /50MS的定时设置 TL0=(65536-50000)%256;5. 注意事项在焊接

24、时，要小心细心，否则焊错一个地方，甚至会导致很多地方出错，并且尽可能地在规定的时间里完成焊接。尤其是1602液晶显示模块，使用时要注意几点：1.防止静电；2.烙铁头温度小于280；3.焊接时间少于3-4；秒4.重复焊接不要超过3次。在电源模块，在上电的时候，直接接通电源。在进行程序设计时，要理清头绪，注重模块化，各个模块要合适的链接在一起，在编译成功后，在用下载器下载到单片机里，看是否能实现任务要求，若不能，检查硬件是否有问题，如果没问题，检查程序是否有问题，耐心地一次一次修改，直到成功实现任务要求。参考文献1 赵广复. 单片微型计算机原理及应用M.北京：机械工业出版社，2007，13.2 张

25、志良. 单片机原理与控制技术M.北京：机械工业出版社，2009，2325.3 徐江海. 单片机使用教程M.北京：机械工业出版社，2009，4243.4 王守中. 51单片机开发入门与典型实例M.北京：人民邮电出版社，2008，128129.5 余锡存. 单片机原理及接口技术M.西安：西安电子科技大学出版社，2007，6768.6 戴佳. 51单片机C语音应用程序设计实例精讲M.北京：电子工业出版社，2008，224226.7 余永.51单片机C语言常用模块与综合系统设计实例精讲M.北京:电子工业出版，2007，120121.8 吕泉.现代传感器原理及应用M.北京：清华大学出版社，2006，98

26、99.9 曹天汉.单片机原理与接口技术M.北京：电子工业出版社，2003，9092. 10 徐煜明，韩雁.单片机原理与接口技术M.北京：电子工业出版社，2005，2526.11 高天元.单片机原理及应用M.北京：中国电子出版社，1998，8385.12 王法能，杨永生.微型计算机原理与应用M.北京：科学出版社，2005，6163.13 陈立周，陈宇.单片机原理及其应用M.北京：机械工业出版社，2001，169170.14 刘迎春.MCS-51/96单片机简明教程M.北京：中国计量出版社，1998，201204.15 吕勇，徐雅娜.微机原理与接口教程与实训M.北京.北京大学出版社，1998，21

27、1213.致 谢本课题在选题及研究过程中得到王徽老师悉心指导。王徽老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。王徽老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却终生受益。对的感激之情是无法用言语表达的。感谢马朝华老师、户海啸老师、刘永超老师、苏咏梅老师、刘志远老师、王红霞老师、王振老师等对我的教育培养。他们细心指导我的学习与研究，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。感谢我的同学许伟杰、程代超、任永田、杨世栋、余海洋、茹园、王彦军、王迪、张骞、程亮等同学三年来对我学习、生活的关心和帮助。在此我也想他们表示深深地感谢。