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1、河南理工大学万方科技学院课程设计报告2015 2016学年第 一 学期课程名称 单片机原理及应用 设计题目 电子密码锁设计 学生姓名 杨会毫 学 号 1516353019 专业班级 计算机15升 指导教师 苏 百 顺 2016 年 1 月 5 日摘 要近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展。人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而不法分子也是越来越多，原因在于大部分人防盗意识还不够强，造成偷盗现象屡见不鲜。越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。因此，出于安全方便等方面的需求，电子密码锁相继问世。本设计是以单片机AT89S51为主控芯片，并结合
2、外围液晶显示LCD1602、存储芯片AT24C02、红外遥控HS0038，以及键盘输入、复位、电源等电路组合而成。系统能够完成开锁、报警、修改密码等基本功能，还能够通过红外来控制单片机的开锁，以及掉电储存密码的功能。整个设计在Keil开发环境下，用C语言编写主控芯片的控制程序来实现具有多功能的电子密码锁。关键词：密码锁 AT89S51 储存 显示 红外目 录摘 要I引 言11 概述21.1 课题背景和意义21.2电子密码锁的发展趋势22 系统总体设计思路32.1 系统设计要求32.2系统设计方案33 系统硬件设计与实现43.1主控芯片AT89S5143.2 存储模块AT24C0273.3红外模
3、块HS003893.4 显示模块LCD1602103.5 电源电路模块113.6 键盘输入模块123.7 报警电路133.8 开锁电路133.9 复位电路143.10串行通信电路143.11 系统整体原理图164系统软件设计174.1 主程序设计174.2键值判断设计184.3开锁设计194.4密码修改设计204.5 红外遥控设计235 仿真设计245.1 Protues仿真软件概述245.2 Protues与Keil的连调255.3 Protues与Keil的连调的仿真结果265.4问题及解决办法27结 论28参考文献2930引 言随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一个以
4、微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到冶金、电力、建材、化工、机械、石油、食品等各个行业。单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人们带来的方便也是不可否认的其中单片机控制就是一个典型的例子。MCS-51系列单片机应用广泛，是学习单片机技术较好的系统平台，同时也是单片机微型计算机应用系统开发的一个重要系列。目前，单片机原理与应用教材大都采用汇编语言讲解和设计程序实例，但汇编语言学习困难。在实际应用系统开发调试中，特别是开发比较复杂的应用系统时，为了提高开发效率和使程序便于移植，现在多用C语言。在信息产业飞速发展的今天，我们生活中必不可需的设备都向着小型化、便携化、智
5、能化、自动化的方向发展。所以电子密码锁随着快节奏的生活应运而生。在我国六七十年代还是传统的一把钥匙配一把锁，不管是单位还是个人每天都要认真检查是否锁上了门，而且钥匙还不能随便乱放，一旦不小心忘记放在哪里很可能就打不开门了。传统的锁也相当的不安全，会有一些不法分子想尽办法打开你的房锁去偷盗东西。电子密码锁的产生使得这些问题都不再是问题，我们只需简单的记住四位密码即可。1 概述1.1 课题背景和意义人们从前使用的锁不但不方便，而且安全系数也比较低。随着社会的进步和人们生活水平的提高，老式的锁已经跟不上人们的要求，况且人们对防盗的要求越来越高，特别是对使用的便捷性也有了更高的需求。因此近几年一种新型
6、的电子密码锁应运而生，受到了人们的青睐。有报警功能的密码锁这时正为人们解决了不少问题。但是市场上的密码锁大部分都是用于一些大公司财政机构、价格高昂，一般人们难以接受。如果再设计和生产一种价格低廉、性能灵敏可靠的密码锁，必将在防盗和保证财政安全方面发挥更加有效的作用。密码锁是现代生活中经常用到的工具之一，广泛应用于保险柜、房门、宾馆、车库等。电子密码锁克服了机械式密码锁量少、安全性能差的缺点，特别是使用单片机控制的智能电子密码锁，不但功能全，而且具有更高的安全性和可靠性。并且电子密码锁只需记住一组密码，无需携带钥匙，免除了人们携带钥匙的烦恼，被越来越多的人所喜欢。随着我国第三产业的飞速发展，电子
7、密码锁会在不久的将来得到广泛的应用，方便社会和个人。1.2电子密码锁的发展趋势20世纪80年代后，随着电子锁专用集成电路的出现，电子锁的体积缩小，同时可靠性提高，成本也相对提高，所以只适合使用在安全性要求较高的场合，且需要有电源提供能量，使用还局限在一定范围，难以普及，所以对密码锁的研究一直没有明显进展。到了90年代，美国、意大利、德国、日本、加拿大、韩国以及我国的台湾、香港等地的微电子技术的进步和通信技术的发展为密码锁提供了技术上的支持，从而推动密码锁走向实际应用的阶段。目前，在西方国家，电子密码锁技术相对先进，种类齐全，电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中，使之更加安全更加可靠实现大门的
8、管理。我国于90年代初期开始对密码锁进行初步的探索。到目前为止，随着电子技术和信息技术的发展，电子密码锁的技术领域已发展的十分成熟。从目前的技术水平和市场认可程度看，使用最为广泛的是键盘式电子密码锁，该产品主要应用于保险箱、保险柜和金库，还有一部分应用于保管箱和运钞车。在其他技术领域还有遥控式电子密码锁以及卡片式密码锁等。2 系统总体设计思路2.1 系统设计要求单片机密码锁主要内容：用户可以自由设定密码、具有报警提示功能、可设置万用密码、具有掉电存储密码功能。2.2系统设计方案本系统采用以单片机为核心元件的控制方案。由于单片机种类繁多，各种型号都有其一定的应用环境，因此在选用时要多加比较，合理
9、选择，以获得最佳的性价比。一般来说在选取单片机时从下面几个方面考虑：性能、存储器、运行速度、I/O口、定时/计数器、串行接口、模拟电路功能、工作电压、功耗、封装形式、抗干扰性、保密性，除了以上的一些方面外，还有一些最基本的条件，比如：中断源的数量和优先级、工作温度范围、有没有低电压检测功能、单片机内有无时钟振荡器、有无上电复位功能等。在开发过程中还要考虑开发工具、编程器、开发成本、开发人员的适应性、技术支持和服务等因素。基于以上因素本设计选用单片机AT89S51作为本设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，实现基本的密码锁功能。在单片机的外围电路外接输入键
10、盘用于密码的输入和一些功能的控制，外接AT24C02芯片用于密码的存储，外接LCD1602显示器用于显示作用。其原理如下图1所示。显示电路电源电路单片机AT89S51报警电路键盘输入开锁电路复位电路红外遥控密码储存AT89S51 图1单片机控制方案3 系统硬件设计与实现3.1主控芯片AT89S51在本设计中选用 ATMEL 公司的 AT89S51单片机作为主控芯片。它是一款低功耗，AT89S51就是一款广泛应用的，高性能CMOS 8位单片机，由于系统控制方案简单，数据量也不大，考虑到电路的简单和成本等因素，因此在本设计中选用 ATMEL 公司的 AT89S51单片机作为主控芯片。主控模块采用单
11、片机最小系统是由于 AT89S51芯片内含有8 B的 E2PROM ，无需外扩存储器，电路简单可靠，其时钟频率为 024 MHz，并且价格低廉，批量价在 10元以内。AT89S51是一款功能强大的微型计算机，它可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比。单片机的最小系统是由复位电路、时钟电路和电源组成。复位操作有上电自动复位、按键复位和外部脉冲复位3种方法。本文采用的是上电复位它是通过系统外部的复位电路来实现的。根据电路原理可知电容两极板间的电压不能突变当单片机电源接通电源的瞬间单片机的9管脚会产生一个阶跃信号，所以RTS端维持高电平由于这个充电时间远远大于1ms，一般就可以实现对单片机的上电自动
12、复位，即接通电源就完成了系统的初始化。初始化是为了让单片机从地址0000H开始执行, 除此之外单片机要想正常工作还必须有时钟电路，时钟电路是产生时序的基础，单片机每执行一条指令都是建立在时序电路上的，为了能保证单片机执行指令的同步，电路就要在唯一的时钟信号控制下按时序的先后进行工作。它分为内部时钟电路和外部时钟电路。本文采用的是内部时钟电路，在MCS51单片机的内部有一个高增益的反向放大器，其输入端为引脚XTAL1，输出端为XTAL2，只要在外部接上两个电容和一个晶振，就能够成一个稳定的自激振荡器。这里主要看一下电容和晶振的选择，晶振的大小与单片机的振荡频率有关，电容的大小影响着振荡器振荡的稳
13、定性和起振的快速性，通常选择1030pF的瓷片电容。本系统电容选择为33pF，晶振为12MHz之所以选择这一频率的晶振是为了在进行单片机与电脑进行串口通信时容易产生和电脑时钟同步的波特率，另外在设计电路时，晶振和电容应尽可能的靠近芯片，这样可以提高系统的抗干扰能力，电源部分，电源与地之间可以接一个0.1uF的电容，它用来滤除电源的纹波，使单片机稳定工作，单片机最小系统如图3-1所示。 图3-1 单片机最小系统 单片机引脚说明：VCC：电源电压输入端。 GND：电源地。 P0口：P0口是一个8位漏极开路双向I/O端口，每个引脚可以吸收8TTL门电流。P0口当作数据输出时需要加上拉电阻，当P0口的
14、I/O口被写“1”后，被定义为高阻抗输入状态。P0可以用于外部程序数据存储器，P0口可以是地址的低八位以及数据输出口。 P1口：P1口是一个8位双向的I/O端口单片机内部加上了上拉电阻的端口，P1口缓冲器可接收的4TTL栅极电流输出。P1口的I/O口被写 “1”后，内部上拉的是高的，可以作为输入，P1口外部下拉低时输出电流，这是因为有内部上拉的缘故。P2口：P2口是一个8位双向的I/O端口单片机内部加上了上拉电阻的端口，P2口缓冲器可接收的4TTL栅极电流输出。当P2口的I/O口被写“1”后，内部上拉的是高的，可以作为输入，P2口外部下拉低时输出电流，这是因为有内部上拉的缘故。当P2口用于外部程序存储器或外部数据存储器时P2口是地址高八位输出。P3口：P3口是一个8位双向的I/O端口单片机内部加上了上拉电阻的端口，P3口缓冲器可接收的4TTL栅极电流输出。P3口的I/O口被写“1”后，内部上拉的是高的，可以作为输入，P3口外部下拉低时输出电流，这是因为有内部上拉的缘故。P3口除了普通I/O口功能，还有其第二功能P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（
