基于单片机的6位电子密码锁的设计

基于单片机的6位电子密码锁的设计内容摘要：

和 FLASH 存储单元， AT89C51 单片机为许多嵌入式控制系统提供了一种灵活行高且价廉的方案。 主要特性 8031 CPU 与 MCS51 兼容 4K 字节可编程 FLASH 存储器 (寿命： 1000 写 / 擦循环 ) 全静态工作： 0Hz24KHz 三级程序存储器保密锁定 128*8 位内部 RAM 32 条可编程 I/O 线 两个 16 位定时器 /计数器 6个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 图 3— 1 管脚说明 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口： P0 口为一个 8位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。 当 P1口的管脚第一次写 1时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0输出原码，此时 P0外部必须被拉高。 P1口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 P1口管脚写入 1后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的 缘故。 在 FLASH 编程和校验时， P1口作为第八位地址接收。 P2口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2口被写 “1” 时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。 P2口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2口输出地址的毕 业 设 计 － 6 － 高八位。 在给出地址 “1” 时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口： P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL门电流。 当 P3 口写入 “1” 后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 管脚 备选功能 : RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外部中断 0） /INT1（外部中断 1） T0（记时器 0 外部输入） T1（记时器 1 外部输入） /WR（外部数据存储器写选通） /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。 当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的 脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。 如想禁止ALE的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。 此时， ALE 只有在执行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。 另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。 在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN 有效。 但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP：当 /EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000HFFFFH），不管是否有内部程序存储器。 注意加密方式 1时， /EA 将内部锁定为 RESET；当 /EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。 在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（ VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 毕 业 设 计 － 7 － 震荡特性 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。 该反向放大器可以配置为片内振荡器。 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。 如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2 应不接。 有余输入 至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 芯片擦除 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持 ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成。 在芯片擦操作中，代码阵列全被写 “1” 且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外， AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。 在闲置模式下， CPU 停止工作。 但 RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍 在工作。 在掉电模式下，保存 RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 4 4 矩阵键盘 如图所示，本系统采用 4 4 矩阵键盘， 16 个按键分为输入数字键： *、 0、 、 9；功能键 lock、 modify、 cel、 Enter。 矩阵键盘。 图 3— 2 毕 业 设 计 － 8 － 复位电路 图 3— 3 时钟电路工作后，在 REST 管脚上加两个机器周期的高电平，芯片内部开始进行初始复位（如图 3— 3）。 振荡电路 图 3— 4 本设计晶振选择频率为 12MHZ，电容选择 30pF 如图（ 3－ 4）。 经计算得单片机工作胡机器周期为： 12（ 1247。 12M） =1us。 数码管 毕 业 设 计 － 9 － 图 3－ 5 本设计采用两个 4位 8段共阴极数码管。 由于由单片机直接驱动的直流电流不够，数码管亮度显得不足，所以加上三极管 S9013 用以放大电流。 因为 LED数码管合适的驱动电流大约为 9mA到 20mA左右 ,为了适 LED数码管工作电流在 10mA 左右，具体计算如下： Ib=()/27K= 103A Ie= Ib (β+1)=10 mA 使用的 9013 的放大倍数 β 为 100. 图３－ 6 发光二极管 LED 毕 业 设 计 － 10 － 图 3－７ 由于 LED使用 P0口驱动要加上上拉电阻如图 3－ 7。 电动锁 图 3－８ 由于电动锁使用 P0 口驱动要加上上拉电阻如图 3－ 8。 蜂鸣器 毕 业 设 计 － 11 － 图 3－ 9 由于蜂鸣器使用 P0 口驱动要加上上拉电阻如图 3－ 9。 完整电路图 毕 业 设 计 － 12 － 图 3— 9 使用到的元器件列表 毕 业 设 计 － 13 － 元器件 规格 /型号 数量 四位八段共阴数码管 3461AFR1B10 1 四位八段共阴数码管 SR42036 1 三极管 SR9013 8 三极管 S965 1 电阻 27k 8 电阻 10k １ 电阻 1k ４ 电解电容 瓷片电容 30pF 2 单片机 AT89C51 1 表 3— 1 第 4 章 软件程序设计 本 系统程序部分使用 C 语言编写， C 语言是一种高级程序设计语言，它的优点是简毕 业 设 计 － 14 － 洁明了 、可移植性高。 主要完成，开始时数码管显示提示“ INPUT”输入密码。 输入密码后按下确认键，系统会将所输入与系统密码进行比对。 若输入密码正确则显示“ PASS”开锁。 然后可以选择上锁或者修改密码。 开锁后，按下上锁“ LOCK”键，系统上锁并返回；选择修改密码则可以对系统进行修改密码操作。 在修改密码前要输入正确旧的密码。 正确输入旧密码之后，会有提示输入两次新密码，若两次密码一致，则修改成功。 期间操作出现失误，系统会返回初始状态，操作错误 超过 3 次，系统会锁定键盘，并报警用以防止恶意试探密码。 软件设计流程图 毕 业 设 计 － 15 － 图 4— 1 具体功能软件实施 开始等待流程 系统开始一直显示提示“ INPUT” ,并判断有否按键，当有键按下跳出等待。 开始 输入密码 正确否。 开锁 判断按键 LOCK Modify 键 上锁 结束 输入密码 正确否。 输入新密码 再次输入 一致否。 修改密码 Yes No No Yes No Yes 毕 业 设 计 － 16 － 图 4— 2 密码检查功能 本系统使用数组 PASSWORD[6]存储密码 ,系统初始化对数组负值 PASSWORD[6]＝{5,6,7,9,10,11}相当于键盘上的 1， 2， 3， 4， 5， 6。 输入密码的时候，先将输入的每一位密码分别放置在数组 check[6]中，然后再将 check[6]与 PASSWORD[6]的每一位分别对照。 若每一位都相等，密码检查通过。 开始 显示“ INPUT” 判 断是 否有按键。 结束 No Yes 毕 业 设 计 － 17 － 图 4— 3 显示功能 本系统使用共阴极数码管显示（如图 3－ 5）。 选码由 P3 口输出高电平有效，选位由 P1 口输出低电平有效。 显示原理如下图及下表： 图 4— ４ 4 位数码管上的管脚 单片机输出管脚 a 11 b 7 c 4 d 2 e 1 f 10 g 5 h 3 开始 输入一位密码，数码管显示“－” K=6? k=0 按键为CEL? 结束 Yes No No Yes 毕 业 设 计 － 18 － 表 4— １ 显示方式分别有静态显示与动态显示两种。 在显示提示信息如：输入密码“ INPUT” ,操作通过“ PASS” ,操作错误“ ERROR” ,输入旧密码“ OLD” ,输入新密码“ NE” ,再次输入“ AGAIN”等信息时使用的是动态显示。 由于 8个显示器的段码同名端是连接在一起的，如 果选码的管脚（本系统中为 P1）都为0，那么 8 个显示器则显示同一字符。 要使各个数码管出现不同字符必须采用“分时动态扫描”的方法显示。 即每次点亮一个 LED 显示器，延时一段时间再点亮下一个 LED 显示器„„周而复始， 8个 LED 显示器轮流动态扫描。 利用人视觉余辉的暂留效应，看起来好像几个显示器上“同时”显示不同的字符。 如子程序 view_input_password（）： void view_input_password(void) { for(i=0。 i200。 i++) {P3=0X48。 P1=0XFe。 }//第四个显示器显示 I for(i=0。 i200。 i++) {P3=0X43。 P1=0X7F。 }//第五个显示器显示 N for(i=0。 i200。 i++) {P3=0XCD。 P1=0XBF。 }//第六个显示器显示 P for(i=0。 i200。 i。