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1、电子综合设计与制作实践设计报告摘要摘要：在日常的生活和工作中, 住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需携带多把钥匙, 使用极不方便, 且钥匙丢失后安全性即大打折扣。随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上都
2、大大提高一步。随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世，出现了带微处理器的智能密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化管理、专家分析系统等功能，从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性，应用日益广泛。本次设计使用 STC公司的STC89C52实现一基于单片机的电子密码锁的设计，其主要具有如下功能： 1.密码通过键盘输入，若密码正确，则将锁打开,语音提示开锁，蜂鸣器播放一段开锁音乐。 2.密码可由管理员修改设定，锁打开后才能修改密码。修改密码之前必须再次输入密码，在输入新密码时需要二次确认，以防止误操作。3.报警、锁定键盘功能。密码输入错误，LCD液晶显示器会出现错误提示，同时语音
3、提示错误信息，蜂鸣器鸣响；若密码输入错误次数达到3次，蜂鸣器报警并且锁定键盘，蜂鸣器播放一段报警音乐。 主要的设计过程：首先，选用STC公司的单片机STC89C52，以及选用其他电子元器件。第二步，使用Alitm Designer 设计硬件电路原理图，完成人工布线。第三步，使用 Keil C51 软件编写单片机的 C 语言程序、仿真、软件调试。最后，联合软、硬件调试电路板，完成本次电子综合设计。 关键词：44矩阵键盘；STC89C52；ISD1760；LCD液晶显示器；密码二次确认 目录第一部分 总 述4一引言4二课题内容及要求4第二部分 硬件设计部分5一设计总框图5二单片机STC89C52介
4、绍5三输入键盘6四LCD液晶显示8五ISD1760语音提示9六蜂鸣器发声10第三部分 软件设计部分11一程序流程图11二键盘扫描设计11三液晶显示设计13四语音提示设计18五蜂鸣器发声设计9第四部分 调试报告20一硬件调试24二软件调试24三调试心得24总结25参考资料25附录26一元器件清单26二工具27三硬件设计总图27四源程序28 第一部分 总 述一引言科技的发展是电子产品的应用越来越广泛，电子电路的设计也越来越重要。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，传统的机械锁由于结构简单，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
5、户的青睐。同时随着电子产品向智能化和微型化的不断发展，数字逻辑电路电子芯片已成为电子产品研制和开发的首选控制器。用电子逻辑电路设计的密码锁经实际操作表明，该密码锁具有安全、实用、成本低等优点，符合一般锁的需要，具有一定的现实意义。本系统采用STC公司的单片机STC89C52作为主控芯片，结合外围的矩阵键盘输入、LCD显示、报警系统和开锁等电路，用C语言编写主控芯片的控制程序，设计了一款可以多次更改密码且具有报警功能的电子密码锁。用户想要打开锁，必先通过提供的键盘输入正确的密码才能将锁打开，且密码输入错误时有提示，为了提高安全性，当密码连续输入错误三次将报警。密码只可以由管理员自己修改、设定，锁
6、打开后只有管理员才能修改密码。修改之前必须先输入管理员登录密码，然后再次输入旧密码，在输入新密码时需要二次确认，以防止误操作。二课题内容及要求1设计内容： 采用LCD液晶显示，4*4的矩形键盘输入的基于单片机的电子密码锁，能够实现修改密码，纠错，确认的功能。2基本要求： 硬件布局基本合理，焊接比较美观，器件运用基本合理，用比较简单的电路实现修改密码、纠错、确认等基本功能。3 提高部分： 电子密码锁能够实现管理员登陆、动态显示登陆密码、登陆密码验证，登陆成功与否给出提示、超次锁定并报警鸣示、在登陆成功的情况下管理员可以进行修改和确认密码，新密码位数不够或太简单给出提示，能在修改密码成功的情况下给
7、出提示。另外，可以用语音发声芯片发出相应的提示信息，并用蜂鸣器报警，播放简单的音乐段。本方案采用一种以STC89C52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I/O端口，及其控制的准确性，实现基本的密码锁功能，以及一些扩展功能。第二部分 硬件设计部分一设计总框图图一 总体设计框图二 单片机STC89C52介绍STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造
8、，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。STC89C52具体介绍如下： 主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编
9、程输入/输出引脚（32根）STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。P0口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.7STC89C52主要功能如表二所示。表二 STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口25
10、6x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能三 输入键盘由于本设计所用到的按键数量较多而不适合用独立按键式键盘。采用的是矩阵式按键键盘，它由行线和列线组成，也称行列式键盘，按键位于行列的交叉点上，密码锁的密码由键盘输入完成，与独立式按键键盘相比，要节省很多I/O口。本设计中使用的这个4*4键盘不但能完成密码的输入还能作特别功能键使用，比如清空显示功能等。键盘的每个按键功能在程序设计中设置。其原理图如下：图二 矩阵键盘每一条水平（行线）与
11、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。对照图四所示的44键盘，说明线反转法工作原理：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
12、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。图三 按键操作面板示意图（顺序以实际电路为准）10个数字键用来输入密码，0键有切换模式的功能，另外6个功能键分别是：权限键、退出键、清零键、开启键、删除键、确定键。其中权限键的功能是设置密码修改权限，只有管理员可以登录修改密码。退出键的功能是退出当前程序。清零键键的功能是当前输入数据清零。开启键的功能是退出屏
13、幕保护界面，开启LCD显示功能：未按下时LCD动态显示屏保图形，需要开锁时按下此键，LCD上会显示“Hello Enter your code”。未输入密码时，单独按下0键具有切换模式功能，密码输入后0作为数字键。四 LCD液晶显示为了提高密码锁的密码显示效果能力。本设计的显示部分由液晶显示器LCD1602取代普通的数码管来完成。只有按下键盘上的开启按键后，显示器才处于开启状态。同理只有按下退出按键后显示器才处于屏保状态。否则显示器将一直处于开启状态，当需要对密码锁进行开锁时，按下键盘上的开启按键后利用键盘上的数字键09输入密码，每按下一个数字键后在显示器上显示一个*，输入多少位就显示多少个*
14、（设定为6个）。当密码输入完成时，按下确认键，如果输入的密码正确的话， LCD上显示“Successfully Lock Is Opened”，单片机其中P3.1引角会输出低电平，使三极管Q1导通，电磁铁吸合，电子密码锁被打开，如果密码不正确，LCD显示屏会显示“Code Error”，P3.1输出的是高电平，电子密码锁不能被打开。若连续三次密码输入错误，则密码所被锁定，LCD上显示“Please Wait.”。若密码修改太简单，则显示“Code Is Too Simple”。若输入的密码大于原密码，则LCD上显示“Large”，若输入的密码小于原密码，LCD上显示“Small”。通过LCD显
15、示屏，可以清楚的判断出锁所处的状态。其显示部分引脚接口如图六所示：图四 显示电路原理图五 ISD1760语音提示 本设计采用ISD760单片60秒高保真语音录放电路进行语音操作，实时提示当前状态。当密码连续输入3次错误之后语音芯片给出语音提示“连续3次密码输入错误，键盘已锁定”。语音电路如图：图五 语音电路原理图六 蜂鸣器发声报警模块由蜂鸣器和单片机组成。选择一只压电式蜂鸣器，压电式蜂鸣器工作时约需要100mA驱动电流。蜂鸣器电路如图七所示。当89C52的P3.1口输出为低电平时，蜂鸣器产生蜂鸣音，89C52输出为高电平时，蜂鸣器不发声。图六 报警电路原理图第三部分 软件设计部分一程序流程图图七 程序流程图二键盘扫描设计键盘采用查询的方式，放在主程序中，当没有按键按下的时候，单片机循环主程序，一旦有按键按下，便转向相应的子程序处理，处理结
