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具有时钟功能的电子密码锁

2018-1-23 10:38:06 6714 时钟功能电子密码锁

0 密码锁的设计摘要：本设计以AT89C51单片机为控制核心，结合矩阵键盘、24C024存储、LCD1602液晶显示频系统等来完成电子密码锁的设计，单片机接收键入的代码后，与存储在24C024的密码进行比较，如果密码正确，则锁打开，如果密码输入不正确，可以再次输入密码，再次进行比较，密码正确锁打开，不正确第三次输入密码，最后在进行比较，密码正确锁打开，不正确报警器报警，同时数字键锁定。扩展功能：1602液晶显示上添加了时钟功能. 关键词 AT89S51单片机 1602显示 24C02D存储时钟显示 1 系统设计目的、要求、总体方案及硬件设计 1 设计目的和要求 1.1 设计目的 (1) 通过设计，查阅相关资料，掌握如何利用单片机设计产品，同时了解与单片机有关的软件模拟器的使用及取字模块软件的使用方法。 (2) 通过本课程设计巩固并扩展单片机课程的基本概念、基本理论、分析方法和实现方法。结合proteus和Keil软件等，学习单片机产品的设计方法，有效地将理论和实际紧密结合，培养创新思维和设计能力，增强软件编程实现能力和解决实际问题的能力。 (3) 学习Proteus软件，掌握Proteus中各种芯片的功能以及模拟。由于Proteus提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养实践精神、创造精神的平台。 1.2设计要求 (1) 1602液晶菜单显示。（2）6位密码，密码可重置，重置密码时，先输入原始密密，正确后输入新密码，再交输入新密码，两次输入的密码一致辞时，密码修改成功。开锁时，密码通过键盘输入，若密码正确，则将锁打开，诺密码不正确时，无法开锁，密码输入错误三次时，蜂鸣器报警并且锁定键盘。（3）支持掉电保存密码功能。单片机中的密码是储存于单片内部的EEPROM中，在密码锁系统断电时，储存在密码锁系统中的密码不会丢失。（4）在密码输入正确后可按下时间显示键显示时间。 2 硬件电路设计 2.1总体方案设计图2-1 总体方案图以AT89C51为核心，写入程序后，通过矩阵键盘控制1602显示频的显示，密码输入正确时产生密码正确提示音，初始密码输入正确后继电器吸合，锁打开，同时可以通过控制时间显示键显示时间，也可以通过密码修改键修改密码，当密码连续输入三次后，蜂鸣器报警，数字键盘部分锁定。 2 单元电路设计2.1晶振电路单片机需要一个时间基准来为各种操作提供秩序，此电路叫时钟电路，采用不同的接线方式可以获得不同时钟电路，有内部时钟电路和外部时钟电路，如图2-2所示，外部时钟电路会使电路复杂，故采用的是内部时钟电路。时钟电路在单片机的外部通过XTAL1,XTAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容,构成稳定的自激振荡器.本系统采用的为12MHz的晶振,一个机器周期为1us,C1,C2为30uF。 2.2复位电路复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。复位电路分为上电自动复位和按键手动复位,如图2-2所示。RST引脚是复位信号的输入端,复位信号是高电平有效.这次采用的是上电复位，复位通过电容C5和电阻R2来实现。图 2-2晶振与复位电路 2.3键盘部分键盘是16个按压式开关组成的矩阵键盘，是一种常用的输入设备。键盘可分为编码式键盘和非编码式键盘两种。 1.编码键盘通过硬件电路产生被按按键的键码，这种键盘所需程序简单，但硬件电路复杂、价格昂贵通常不被单片机系统采用。 2.非编码键盘常用一些按键排列成行列矩阵，其硬件逻辑与按键编码不存在严格的对应关系，而要由所用的程序来决定。非编码键盘的硬件接口简单，但是要占用较多的CPU时间，通常采用可编程键盘管理芯片来克服这个缺点。本设计使用两种按键，一种是按键式非编码键盘和轻触式非编码开关，如图2-3所示。图 2-3 键盘电路 2.4 ＬＣＤ显示电路与24c02掉电保存电路 LCD的8根数据线与P0口相连，RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。R/W为读写信号线，RS与P2.6相连，由P2.6控制LCD的写指令或写数据操作。R/W与P2.5相连，由P2.5决定是读操作还是写操作。E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。E端与P2.7相连。 24c02电路主要起掉电保存作用，当电源断开后能起到保存密码的作用，sda端与P2.1相连，scl端与P2.2相连，scl为高电平时，sda由高电平向低电平跳变，开始传送数据，scl为低电平时，sda由低电平向高电平跳变，结束传送数据。其格式为每个时钟传送1位数据，在时钟的低电平时由由发送方发出数据电平信号，高电平时接收方读取数据线上的数据。如图2-4所示图2-4 LCD显示电路与24c02掉电保存电路 2.5蜂鸣器与继电器部分一般所指的蜂鸣器是以压电陶瓷为主要元件的。压电陶瓷是一类有将压力与电流相互转换能力的特殊陶瓷。这种能力缘于其特殊的晶体结构。当压电陶瓷在一定方向上受到一个压力使其晶体结构发生形变时，它就会在内部产生一个电流，并且电流的变化与压力的变化密切相关。反之亦然。所以利用这一特性，在压电陶瓷上通过一定频率的电流，就会引起压电陶瓷微小形变，这一形变带动空气发生振动，如果频率适当，就可以被人耳所听见，也就是产生了蜂鸣声。由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O 口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。继电器(Relay)，也称电驿，是一种电子控制器件，它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器工作时，电磁铁通电，把衔铁吸下来使D和E接触，工作电路闭合。电磁铁断电时失去磁性，弹簧把衔铁拉起来，切断工作电路。因此，继电器就是利用电磁铁控制工作电路通断的开关。在此电路中继电器主要起模拟开锁作用。如图2-5 图2-5 蜂鸣器和继电器电路 2.6整体电路图2- 6 整体电路 3 软件设计 3.1 主程序流程图否是否是是否是否图 3-1 主程序流程图 4 protel软件仿真及PCB板 4.1 原理图的绘制仿真平台为Proteus软件，Proteus软件是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，能完成原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件，是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。 PROTEUS电路设计是在PROTEUS ISIS环境中绘制的，该编辑环境具有良好的人机交互界面，功能强大极易上手。首先通过桌面进入主程序，绘制原来图的主要任务是从元件库中选取绘制电路所需要的元件。可以通过点击选择器顶端左侧的“P”或者通过命令打开，我们常用的是按钮；在查找到并放置完所有需要的器件后，我们需要接着连接元件，即在PROTEUS ISIS的编辑窗口布线。PROTEUS ISIS中没有布线模式，但用户可以在任意时刻放置连线和编辑连线。在完成绘制所需的电路图前，用户需要放置并连接断轴。在电路原理图中放置两种通用的端子，一种是接地端子一种是电源端子。当在PROTEUS ISIS编辑窗口放置元件时，每一元件都有唯一的元件标号及元件值与之对应。原件号是PROTEUS ISIS的实时注释功能自动标注的，这一功能可在菜单中设置选择是否开启。PROTEUS ISIS中也支持块操作，当用户需要对电路中的某一部分进行操作时，可以使用该功能。系统共支持块移动、块复制、块旋转、块删除等实用功能，充分利用这些功能可以极大的提高我们绘图的效率。我们绘制完所有的元件后，最后进行统一标注，PROTEUS ISIS支持注释功能，可以把我们所绘制的原理图中的器件根据我们的需要添加上特殊的注释，以表示特定的含义。根据设计电路绘制完后的电路图如图4-1、4-2所示。 4.2仿真结果图 4-1 密码显示仿真图图4-2时间显示仿真图通过Protues仿真结果，这次课程设计的要求已全部满足。 4.3 Pcb图图4.3-Pcb图 5 实验结果总结此次实训过程中所用的软件都是之前所学过或是用过的，但是再次使用时还是有很多东西都忘了，通过这次实训对之前所学的东西进行了复习巩固，也对之前没有吃透的问题再次进行研究学习。不管是密码锁程序还是时钟显示程序都用到了我们书本上所学的知识，进行程序编写也相当于对书本知识的复习，比如LCD1602的显示程序、I2C的程序、24C02掉电保存程序都是书本上所学习的内容。在编写程序过程中遇到的最大问题就是在完成时钟显示程序和密码锁程序之后不知道如何将两个程序整合成一个，主要还是编程水平还在初级阶段，不会模块化编程，所以只能不断尝试将两个程序进行并凑得出最终目标。虽说程序是并凑出来的，但看到最终结果还是很高兴。通过这次毕业设计，也让我学习到了很多新的东西，这些都让我受益匪浅。给我最深的感触就是在实训过不能操之过急，特别是在焊电路的时候，一定要细心注意每个元器件的正负极，不要虚焊漏焊。另外还解了单片机的定时器功能，LED的数码显示，矩阵键盘的设计，继电器和扬声器在51单片机中的连接，24C02在单片机中的掉电保存电路。最后，很感谢在此次实训中老师同学对我的帮助，使得我能顺利完成此次实训。附录参考文献 [1] 李朝青单片机原理及接口技术.北京航空航天出版社，1998 [2] 朱璇、唐晓茜基于单片机你智能加密电子密码锁设计.轻工机械，2009 [3] 阎石数字电子电路高等教育出版社 [4] 张友德等.单片微型机原理应用与实验，复旦大学出版社，1996 [5] 邬宽明.单片机外围器件实用手册.北京航空航天大学出版社，1998 [6] 陈海宴.51单片机原理及应用（第二版）—基于Keil C与Proteus.北京航空航天大学出版社，2014 0
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