课程设计(论文)-基于单片机的电子密码锁设计

课程设计(论文)-基于单片机的电子密码锁设计内容摘要：

8位地址。 P3 口 可用做通用 I/O 口，可驱动 4个 TTL 负载。 当用做输入熟，要先将 P3 口各位置如外部负载将 P3 口拉低，则经过上拉电阻向外输出电流。 在编程和校验时， P3 口接收某些控制信号。 另外， XTAL1 和 XTAL2—— XTAL1 是片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端，XTAL2 是片内振荡器反相放大器的输出端。 其他引脚还有 RST、 ALE/PROG、 PSEN、 EA/VPP。 按键电路设计 由于设计要求使用矩阵键盘，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 I/O 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 32 所示。 图 32 4 4 行列式键盘原理图 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要 N 条行线和 M条列线，即可组成具有 NM 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桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 6 页 共 21 页 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 32 所示的 4 4键盘，说明线反转个工作原理。 首先辨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。 LED 显示电路 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管， 八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“ 8”可分为 1 位、 2位、 4 位等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。 共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极 （ COM）的数码管；共阳极数码管在应用时将公共极 COM 接到 +5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。 反之，则不亮。 共阴极数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极，应用时将这一极接到地线上，当某一字段发光二极管的阴极为高电平时，相应字段就点亮。 反之，则不亮。 数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式不同，可以分为静态式和动态式两类。 (1) 静态显示驱动：每个数码管的每一个段码都由一个单片机的 I/O端口进行驱动，或者使用 如 BCD 码二 十进制译码器译码进行驱动。 静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用 I/O 端口多，如驱动 5个数码管静态显示则需要 5 8=40 根 I/O 端口来驱动，实际应用时必须增加译码驱动器 进行驱动，增加了硬件电路复杂性。 (2) 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8个显示笔划的同名端“ a,b,c,d,e,f,g,dp”连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O 线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收 到相同的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形取决于单片机对位选通 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示字形，没有选通的不会亮。 通过分时轮流控制各个数码管的 COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。 本系统设计的显示电路是为了给使用者以提示而设置的。 考虑到节约成本，使用最少的电子元器件， 这次显示采用并行显示的方式，即使用单片机的 P00P07 作为段选码桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 7 页 共 21 页 口， P22P27 为位选码口，由于银行账户密码均为六位，因此本次设计也采用六位密码，将前末位数码空置。 电路原 理图如图 33 所示。 图 33 四位七段数码管显示电路的电路原理图 从单片机 P00P07 输出的信号 是六位七段数码管的段选信号，直接送到七段数码管的段选地址中，控制七段数码管显示的码型：从单片机 P22P27 输出的信号是六位七段数码管的位选信号，送到六位七段数码管的片选地址中，控制六位七段数码管的显示个数和哪一个管子显示。 开锁电路 本设计中，基于节省材料的原则，用发光二极管代替电磁锁 ， 红色管亮，表示密码错误，绿色管亮，表示密码正确。 再配有限流电阻。 具体电路图如下图 34所示。 图 34 发光二极管（开锁）电路原理图 复位电路 单片机的第 9 脚 RST 为硬件电路复位端，当振荡器工作时，只要将该端持续 4 个机器周期的高电平即可实现复位，复位后单片机各状态都恢复到初始状态，此时六位数码桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 8 页 共 21 页 管显示 000000。 复位电路如下图 35 所示。 图 35 复位电路原理图 图中以电解电容，电阻及按键构成上电复位电路，由于单片机是高电平复位，所以当按键按下的时候，单片机的 9脚 RESET 管脚处于高电平，此时单片机在复位状态。 当上电后，由于电容的缓慢充电，单片机的 9 脚电压逐步由高向 低转化，经过一段时间后，9脚处于稳定的低电平状态，此时单片机上电复位结束，系统程序从 0000H 开始执行。 4. 软件设计 软件设计思路 对于电子密码锁的设计，需要解决 3 个问题：键盘输入、数码管显示、单片机电路以及密码比较与处理的有关程序设计。 通过行列键盘扫描程序获取所按键的行、列号，得到键值。 键值编码规则如下：将字节的高四位（ D D D D4）表示列号（ 1），低四位（ D D D D0）表示行号（ 1），比如 11H(00010001)表示第 1 行第 1 列， 21H(00100001)表示第 1行第 2列，以此类推，可得其他键值的编码。 根据获取的键值编码，选择相应的功能，驱动数码管的指示灯显示。 主程序流程图中，计数器 0、 1初始化后，六位数码管显示 888888，然后通过扫描键盘，判断是否有键按下。 这个时候若没有键按下，则要继续扫描，不断重复循环过程，知道发现有键按下，程序才能根据按键的功能进行相应的处理，当 6位密码输入完毕，按下“确认键”，则数码管关闭显示，进入密码比较环节，根据比较的结果，指示灯输出不同的状态，指示灯点亮的时间由定时器 1控制。 数码管的动态扫描显示由定时器 0控制。 当程序中断时，程序保存现场，并重装 TH0、 TL0 的初值，然后判断 showflag 是否为 1，如是则调用数码管显示函数，最后中断返回。 定时器 1 用于指示 灯点亮时间的控制。 当程序中断时，程序保存现场，并重装 TH TL1 的初值，然后判断 t1count 是桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 9 页 共 21 页 否大于 20，即有没有到 1s，若到 1s，则关闭指示灯， 6 位数码管显示为“ 888888”，同时关闭定时器 1；若没到 1s，则 t1count 继续累加，最后中断返回 软件主程序流程图 No Yes 开始 初始化 打开 2ms 计数器 0 关闭 50ms 计数器 1 显示 888888 While(1) 动态键盘扫描 根据不同按键进行相应处理 是“确认”键 关闭数码显示，控制指示灯显示，打开 50ms 计数器 图 41 软件主程序流程图 桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 10 页 共 21 页 中断服务子程序流程图 5. 系统调试 软件编译好后下载到芯片， 进行系统调试。 这次系统调试经过许多问题，下面对于这些问题逐一进行总结。 首先是 PCB 的问题。 因为这次实验板比较小，所以在 PCB 原理图上进行了繁琐的压缩，布线，一些连接线布置的非常细，最后腐蚀又出现失误，导致几根线出现断裂，而且这些线非常细不好弥补。 解决方法：用焊锡仔细弥补。 其次是程序设计问题。 本次程序设计参考了许多实验流程图和代码， 对于 一些函数 的 程序设计不是完全了解 ,导致调试时数码管显示不理想，经过同学的指导，我了解到主要的障碍是对 S52 单片机引脚分配理解不透彻，为此我又 重温一遍单片机技术，最后显示问题得以解决。 No 2ms 定时器 0中断服务子程序 重置定时器初值 Showflag 为 1。 结束 Yes 调用 display() 图 42 中断服务子程序 1 Yes 50ms 定时器 1中断服务子程序 重置定时器初值 到 1 秒。 结束 No t1count++ 关闭指示灯；数码管显示 888888；关闭50ms 计数器 图 43 中断服务子程序 1 桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 11 页 共 21 页 6. 总结 耗时近一个 多 月的课程设计已经结束了，在这紧张而又充实的的 时间里 ，通过对 电子密码锁 的制作，清楚地看到了自己在 单片机 方面知 识的薄弱，各个知识点没有 融汇 贯穿， 程序设计也显得粗糙 ， 因此要在仅剩的一个学期中，继续努力学习软硬件知识。 在做此课题的过程中，充分体会到了实际操作的重要性。 如果没有老师、同学的指点，可能自己会在一些地方停滞不前，因此浪费掉很多时间。 通过这次课程设计，可以很好的把理论知识与实际情况有机的联系在一起，对以后的学习、工作很有帮助。 经过这次的课程设计，让我感觉自己在动手操作方面比以前有很大提高。 再加上前几次实践所积淀下来的经验，以及老师悉心的指导，让这次课程设计的进行较为顺利，提高了这次课程设计任务的质量和速度。