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设计说明书内容1基于单片机的电子密码锁设计一、设计要求和条件1.1设计要求根据单片机开发板所提供的元件特性和硬件电路,编写相关的程序,通过实验开发板实现电子密码锁在LCD1602上显示的功能。1.搭建proteus仿真电路图平台,模拟单片机要实现的功能;2.焊接单片机系统开发板;3.编写程序,实现密码锁相关功能;4.下载并调试程序,实现密码锁的具体功能。1.2设计目的1.熟练掌握KEIL软件的使用方法;2.熟练掌握PROTEUS软件的使用方法;3.掌握单片机I/O接口的工作原理;4.掌握中断系统的工作原理;5.掌握液晶LCD1602的工作原理及编程方法;6.掌握蜂鸣器的编程使用;7.掌握行列式键盘的工作原理及编程使用方法;8.掌握单片机的ISP下载使用方法。1.3功能概述本设计是基于单片机的密码锁设计方案,根据要求,给出了该单片机密码锁的硬件电路和软件程序,同时给出了硬件设计方案、软件流程图、C语言源程序及详细注释等内容,由于单片机实验板上的矩阵键盘为3*3的,则规定0-5号键为数字键,6-8号键为功能键,其中该密码锁的具体功能介绍如下:(1)按“8”号键则输入密码,初始密码为012345,在LCD1602上显示密码值为“******”(密码是保密的),输完6位后键盘就锁定,在LCD1602上显示密码是否正确,若输入的密码长度小于6位,则1602等待密码输入。(2)若密码输入正确后,则绿色的发光二极管亮表示开锁,并且1602上显示“youareright!”,等待是否修改密码。设计说明书内容2(3)密码输入错误时显示“codeiswrong”,接着会给你第二、第三次机会输入密码,如果三次密码都错误时,发出“叮咚”的报警声,且红色报警指示灯不停闪烁,按复位键清除报警。(4)按“7”号键表示若密码不小心输入时,可以删除输入错误的密码。(5)按“6”修改密码,要求输入原密码是正确的,然后按该键后,蓝色密码修改指示灯会亮,并且1602上会显示“Inputnewcode”,输入正确要求再次输入,两次输入一致提示“Modifyright!!!”并返回主菜单。两次不一致时提示“Modifyerror!!!”,然后返回主菜单。二、硬件设计方案的论证本系统整体主要划分为五大模块,分别是由单片机最小系统、矩阵键盘、LCD显示、报警系统、指示灯电路等组成。单片机系统主要功能是对外部输入的数据进行处理,显示电路将所要操作的步骤显示出来,指导用户使用,报警电路是对输入错误密码时的警告报警。系统能完成开锁、密码输入错误报警、密码删除、修改用户密码基本的密码锁的功能。若依据实际的实验板情况还可以添加遥控和掉电保护功能。2.1总体方案设计本设计的具体总模块设计方案如下图(1)所示图(1)硬件总方案模块框图2.2具体模块方案的设计1.主控芯片的方案选择方案一:采用硬件电路进行电子密码锁设计,比如使用74LS112双设计说明书内容3JK触发器构成的数字逻辑电路控制方案,该种方案可以实现基本功能,而且优点是不需要软件编程,但电路连接比较复杂,关键在于不易实现自行设置密码的要求。方案二:单片机中的STC89C51是具有高性能和低功耗优点的8位可编程控制器,内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器,可以通过软件编程来实现电子密码锁设计中的各项要求和功能,而且单片机的I/O口也足够使用,硬件电路连接比较简单。综上所述方案论证,本次电子密码锁系统设计的主控芯片选择STC单片机的STC89C51来完成,采集输入数据对其处理并发出相应的指令。2.键盘模块方案选择方案一:可以选择独立连接式键盘。对于独立连接式键盘,其每个键都独立的接入一根数据线,平时所有的数据线都被连接成高电平,当任何一个键按下时,与之相连的数据线将被拉成低电平。这种方案在处理多个数据时编程和硬件连接电路会较复杂。方案二:选择矩阵行列式键盘作为输入模块。矩阵式行列式键盘由行线和列线组成,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,列线通过上拉电阻接到高电平。无按键动作时,列线处于高电平状态;有按键按下时,交点的行线列线接通,列线电平状态将由与此行线相连的行线电平决定。本次通过键盘输入的值有很多种,而矩阵式键盘节省了好多的I/O口,适用于按键数量较多的场合。综上且根据本次设计中的单片机实验板选择使用3*3矩阵键盘来完成输入密码值,此种键盘功能简单实用,如下图(2)所示图(2)矩阵键盘设计说明书内容43.显示模块方案选择方案一:采用LCD1602作为主液晶显示器。此液晶屏能输入两行的字母或数字,功能比较简单,比较通用。本次设计中要显示输入密码的数据值和各功能的提示,使用LCD1602液晶来作为显示模块较直观形象。如图(3)所示,显示比较直观形象图(3)LCD1602显示方案二:采用数码管来实时显示输入密码的数值,由于密码的个数为6硬件电路连接线路较复杂,连接管脚较多,而且观看起来不清晰、直观。基于以上两种方案比较,本次设计中采用方案一。4.报警模块方案的选择方案一:采用1602显示特殊数字或字母来表示输入密码正确或者错误,这种方案也可以直观表示。方案二:采用声和光两种方式的双重效果进行报警,如果密码输入错误报警灯闪烁而且蜂鸣器会报警,这样就能多角度进行密码错误报警。经过上述分析比较,使用方案二的声光报警来表示解锁失败,如图(4)所示图(4)报警电路设计设计说明书内容55.报警解除模块该模块用单片机最小系统中的复位功能,既可以节省了I/O管脚,还可以重新开始输入密码,此模块中的蜂鸣器的功能是当用户输入密码错误的次数超过了3次,蜂鸣器鸣笛报警,键盘处于锁定状态其电路图如图(5)所示图(5)复位电路三、软件设计软件的设计主要有主程序模块,键盘扫描模块,LCD1602显示模块,密码比较模块,开锁程序模块、报警模块等。3.1主程序模块主程序主要完成LCD初始化、检查有无按键按下、以及调用显示、密码修改程序等等。主程序的流程图如图(6)所示设计说明书内容6图(6)主程序方框图设计说明书内容73.2开锁程序模块开锁程序流程图如图(8)所示。图(7)开锁子程序模块3.3LCD1602显示模块本系统使用LCD1602实现显示,参照LCD1602的使用手册进行初始化和程序编写就可以显示,即在程序编写中添加LCD1602的驱动程序。这里的驱动程序主要包括:初始化函数、设置显示坐标、写字符函数及写字符串函数。在时钟界面时显示时间的运行,在密码锁界面时主要显示提示信息和输入的密码,当然,当输入密码数字时,输出不是显示数字,而是用“*”显示代替。LCD1602的部分读写控制时序程序如下图(8)所示:设计说明书内容8图(8)LCD1602初始化3.4键盘扫描与处理模块该模块具备功能有:逐列扫描键盘确实被按键的具体位置、判断键盘上有无键按下、消除抖动、判断闭合的键是否释放等功能,该模块利用case语句来判断按键的按下与否,方法是:依次给行线送低电平,然后查所有列线状态,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。先给P2口赋值为fe,再对P2口扫描,再与f8相与,看是否相等,若等,则无键按下,不等,则有键按下,再判断在哪列。然后进行按键处理函数,其处理函数的流程图如图(9)所示设计说明书内容9、图(9)按键功能程序四、系统调试4.1调试部分采用先分别调试各单元模块,调通后再进行整机调试的方法,以提高调试效率。(1)键盘测试在带有单片机的电路板上编程调试3*3矩阵键盘,使其在液晶上显示出键盘锁对应的数字及功能。利用仿真机调试成功后通过设计说明书内容10编程器将程序写入芯片中调试。(2)报警及开锁控制电路测试通过矩阵键盘控制输入正确的开锁密码,锁灯亮;当连续输入三次的密码错误时,报警指示灯闪烁,蜂鸣器报警并锁死键盘。(3)显示电路测试通过电位器对1602液晶的对比度和背光灯进行调整,使其在最适合的状态下工作。各功能模块均调通后,进行整机调试,其过程如下:将调好的各功能模块连接在一起,用函数信号发生器模拟电压信号,先用仿真机代替STC89C51单片机进行模拟调试,对每一芯片的片选、启动进行检测,并对数据线也进行检测。调试成功后再将程序写到单片机中进行调试。4.2软件调试部分(1)KEI的编程,仿真,编译集成环境KEILUV3:将汇编语言源程序编译成*.hex文件。(2)STC-ISP-V4.83下载器:将C语言源程序编译成的*.hex文件在线下载到STC单片机中。(3)STC-ISP-V4.83使用说明:(I)双击图标并出现下图画面(II)选择你需要的单片机型号;(III)打开“001.HEX”文件;(IV)选择你的串行口,这里选择COM1;(V)点击download/下载,即可实现自动下载编程。4.3调试结果分析设计说明书内容11本系统以STC89C51为核心部件,利用软件模块化编程,通过键盘控制和液晶显示实现了密码锁的功能、报警功能,并能防止多次试探密码,能实现本设计题目的基本要求。在设计时根据实验板的硬件连接尽量做到硬件电路简单稳定、减小电磁干扰和其他环境干扰,充分发挥软件编程的优点,减小因元器件精度不够引起的误差。本设计成功仿真实现了1602液晶显示、密码“*”的设置、密码设置,防止多次试探,报警等功能。并且采用C语言编写程序,具有很强的移植性,为系统增减和修改带了方便。在设计中也遇到了许多困难,例如对LCD1602的具体功能不熟悉,于是就在图书馆,网上收索相关资料来进行编程,对其功能模式有了进一步的理解。还有对3*3键盘扫描程序的编程,利用学过的4*4键盘编程的原理方法用了case语句来对其编程。由于时间有限和自身知识水平的限制,本系统还存在一些不够完善的地方,要作为实际应用还有许多具体细节问题需要解决。例如:扩展AT2402模块储存密码,红外报警探测技术,密码指纹识别技术,语音识别技术,图像识别技术等等。只有这样更能满足社会的发展和人民的需求。五、模拟仿真结果各模块的仿真结果如下图所示图(10)Welcome界面设计说明书内容12图(11)输入密码界面图(12)开锁界面设计说明书内容13图(13)修改密码界面图(14)密码修改成功界面设计说明书内容14图(15)报警界面六、设计心得这次实训的时间为两周,分三个阶段:第一,做电路仿真,原理图;第二,对单片机实验板进行焊接;第三,电路硬件调试。每一步都很认真做了,仿真还是第一次用到实际中,感觉有很大的收获。一般一次成功的板子是很少的,都要进过调试查错才可以得到一块完整的电路板。这一次做的电子密码锁及LCD显示。原理看似简单,但过程让我深深感受到再简单的电路图,理论与实际有一定的差入。在参考书的原理图经过了个人的改进,让功能更完善,特别是程序的调试,花的时间做多,也是最难的一个地方。我们最终的目的是应用而不是理论结果。我们学的理论知识都是比较先进的,但是由于平常少于把知识付诸于实践。通过本次设计,培养了创新意识和综合素质,更好地掌握了电子产品设计与制作的工艺和流程,提高个人基本能力、实验及设计能力和独立工作能力,基本知识更加牢固,会看图、会焊接安装、会测量、会查资。七、参考文献[1]杭和平.单片机原理与应用.北京:机械工业出版社,2008[2]李朝青.单片机原理与接口技术.北京:航空航天出版社,2009[3]宋彩利.单片机原理与C51编程[M].西安交通大学出版社,2007设计说明书内容15附录Iproteus仿真图设计说明书内容16附录II实物显示设计说明书内容17附录III源程序#includereg52.h#defineulongunsignedlong#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharuchartemp,num,flag,r;ucharcodetable1[]=welcome!(^_^);//主界面ucharcodetable2[]=liuhaiyanDIY;//主界面ucharcodetable3[]=******;//密码显
本文标题:单片机电子密码锁课程设计
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