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…………………………………………

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一、硬件设计思想…………………………………………………

11

二、部分硬件方案论述……………………………………………

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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………………………………………………

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第六章小结……………………………………………………………

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第七章参考文献………………………………………………………

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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Liquid Crystal Display 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“PASSWORD A OR B KEY”,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

P3.0 10 RXD（串行输入口）

P3.1 11 TXD（串行输出口）

P3.2 12 INT0（外部中断0）

P3.3 13 INT1（外部中断1）

P3.4 14 T0（定时器0外部输入）

P3.5 15 T1（定时器1外部输入）

P3.6 16 WR（外部数据存储器写脉冲）

P3.7 17 RD（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/EPROM RAM

8051（8751，8031） 4K 128 5 2 同、异步方式，8位或10位可程序控制 125 HMOS

8052（8752，8032） 8K 256 6 3 同、异步方式，8位或10位可程序控制 100 HMOS

80C51（87C51，80C31） 4K 128 5 2 同、异步方式，8位或10位可程序控制 24 CHMOS

80C52（87C52，80C32） 8K 256 7 3 同、异步方式，8位或10位可程序控制 24 CHMOS

8044（8744，8344） 4K 192 5 2 S.L.U 200 HMOS

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

A

1B

2Q 03Q 14Q 25Q 36Q 41

0Q 511Q 612Q 713C L K 8

M R

9IC1

A 1B

2Q 03Q 14Q 25Q 36Q 410

Q 511Q 612Q 7

13

C L K 8

M R 9IC2

A 1

B

2Q 03Q 14Q 25Q 36Q 41

0Q 511Q 612Q 713C L K 8

M R

9IC3A 1

B

2Q 03Q 14Q 25Q 36Q 410

Q 511Q 612Q 713C L K 8

M R

9IC4

A 1B

2Q 03Q 14Q 25Q 36Q 41

0Q 511Q 612Q 7

13

C L K 8

M R

9IC5

A 1

B

2Q 03Q 14Q 25Q 36Q 41

0Q 511Q 612Q 713C L K 8

M R

9IC6

1

2HEA DER212

HEA DER1

vcc

a

b f

c g

d

e D P Y

1234567a b c d e f g 8d

p d p

9LED 0

a

b f c

g d

e D P Y

1234567a b c d e f g 8

d

p d p

9LED 1

a

b f

c g

d

e D P Y

1234567a b c d e f g 8d

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9LED 2

a

b f

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d

e D P Y

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9LED 3

a

b

f c g

d

e D P Y

1234567a b c d e f g 8

d

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9LED 4

a

b

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d

e D P Y

1234567a b c d e f g 8d

p d p

9

LED 5

C

d1

d2

d3

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Display DataRAM(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

此模块为单片机提供时钟频率

图晶振电路

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