1、嵌入式系統(tǒng)項目實踐課程報告題 目基于單片機的電子密碼鎖設(shè)計團隊成員專 業(yè) 網(wǎng)絡(luò)工程 指導(dǎo)教師2014年10月9日目錄摘要：31 緒論41.1選題背景41.2研究意義41.3容與結(jié)構(gòu)42 系統(tǒng)整體設(shè)計方案42.1相關(guān)知識介紹42.1.1 AT89C51引腳功能描述42.1.2 LCD1602性能描述52.1.3 24C04性能描述62.2系統(tǒng)總體設(shè)計63硬件電路63.1單元電路設(shè)計73.1.1單片機最小系統(tǒng)73.1.2 1602LCD數(shù)碼管顯示電路73.1.3矩陣鍵盤電路83.2系統(tǒng)總硬件電路圖94 軟件模塊設(shè)計94.1系統(tǒng)開發(fā)工具使用94.2系統(tǒng)開發(fā)流程圖124.3系統(tǒng)軟件設(shè)計模塊124.3.

2、1鍵盤掃描軟件設(shè)計124.3.2 24C04讀寫操作的軟件設(shè)計134.3.2 24C04讀寫操作的軟件設(shè)計134.3.4修改密碼軟件設(shè)計145 結(jié)果分析145.1電子密碼鎖開鎖和上鎖155.2修改電子密碼鎖密碼15結(jié)論16參考文獻17附錄：18基于單片機的電子密碼鎖設(shè)計摘要：隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，信息化時代也逐步進入普通家庭，人們對個人的信息安全以與隱私等私密信息的安全要求不斷提高，傳統(tǒng)的機械鎖已經(jīng)不能滿足要求。針對此現(xiàn)狀設(shè)計一款安全可靠廉價的電子密碼鎖。該設(shè)計以AT89C51為主控芯片，帶有一個密碼輸入鍵盤、外圍時鐘復(fù)位電路、存儲單元24C04、顯示單元1602LCD，通過LED燈的亮與滅

3、表示電子鎖的鎖閉與打開。利用單片機靈活的編程設(shè)計和豐富的IO端口，能實現(xiàn)密碼鎖的基本功能。為了提高可讀性采用了1602作為顯示單元，使用戶對密碼鎖的運行情況一目了然。該系統(tǒng)經(jīng)軟硬件測試，達到要求，系統(tǒng)運行良好。 關(guān)鍵詞：單片機;AT89C51;1602LCD;24C04;電子密碼鎖1 緒論1.1選題背景在人們的生活中，財產(chǎn)與人身安全是被一直關(guān)注的問題，于是“鎖”也就與人們的生活密不可分了，無論在何地，我們都能看到“鎖”的身影，但隨著社會的發(fā)展，傳統(tǒng)的機械鎖越來越不能滿足人們的生活需求了，傳統(tǒng)的機械鎖由于其構(gòu)造的簡單，被撬的事件屢見不鮮。鎖具發(fā)展到現(xiàn)在已有若干年的歷史了，人們對它的結(jié)構(gòu)、機理也研

4、究得很透徹，因此，不用鑰匙就能打開的方法和工具也層出不窮。為了應(yīng)對這種情況，電子密碼鎖也就被發(fā)明出來了，相比傳統(tǒng)的機械鎖，電子密碼鎖具有更高的安全性。1.2研究意義電子鎖可以在日常生活和現(xiàn)代辦公中、住宅與辦公室的安全防、單位的文件檔案、財務(wù)報表以與一些個人資料的保存等多種場合使用，大大提高了主人物資的安全性。此次項目實踐選擇基于單片機的電子密碼鎖設(shè)計題目，采用存儲單元24C04和顯示單元1602LCD來進行設(shè)計。單片機技術(shù)是智能化檢測與控制領(lǐng)域應(yīng)用非常普與并且具有很大潛力的技術(shù)。論文闡述一個基于單片機的液晶顯示電子密碼鎖的設(shè)計與實現(xiàn)。系統(tǒng)采用美國Atmel公司的AT89C51單片機作為系統(tǒng)核心

5、，用串行的24C04作為存儲器，液晶顯示器LCD1602作為輸出設(shè)備顯示系統(tǒng)提示信息，4*4矩陣薄膜鍵盤作為輸入設(shè)備，配合蜂鳴器、繼電器等電路構(gòu)成整個系統(tǒng)硬件；系統(tǒng)軟件采用匯編語言編寫。設(shè)計的系統(tǒng)液晶顯示，密碼修改方便，具有報警、鎖定等功能，使用便捷簡單，符合住宅、辦公用鎖需求，具有一定的實用價值.而且使用AT89C51單片機價格相對低廉，成本較低，便于推廣。1.3容與結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)一個基于單片機控制的電子密碼鎖。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)上鎖、開鎖、修改開鎖密碼和報警功能，用串行的24C04作為存儲器，液晶顯示器LCD1602作為輸出設(shè)備顯示系統(tǒng)提示信息。該文檔主要包括五個部分，第一部分緒論，主要包

6、括選題背景、研究意義和容與結(jié)構(gòu)；第二部分系統(tǒng)整體設(shè)計方案，主要包括相關(guān)知識介紹和系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計；第三部分硬件電路，主要包括單元電路設(shè)計和系統(tǒng)總硬件電路圖，其中單元電路設(shè)計包括單片機最小系統(tǒng)模塊，24C04存儲電路模塊，1602LCD數(shù)碼管顯示電路和矩陣鍵盤電路設(shè)計模塊；第四部分軟件模塊設(shè)計，主要包括系統(tǒng)開發(fā)工具使用和系統(tǒng)主要開發(fā)流程和各軟件設(shè)計模塊；第五部分結(jié)果分析，主要包括測試過程和測試結(jié)果分析。2 系統(tǒng)整體設(shè)計方案2.1相關(guān)知識介紹2.1.1AT89C51引腳功能描述AT89C51是這幾年我國非常流行的單片機，由美國ATMEL公司生產(chǎn)，是低電壓，高性能CMOS8位單片機，片含4kbyte

7、s的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元。其中的40個引腳大致可以分為4類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。(1)電源:VCC為芯片電源端，一般為+5V，GND為接地端；(2)時鐘：XTAL1為晶體振蕩電路的反相輸入端，XTAL2為晶體振蕩電路的輸出端；(3)控制線：MCS-51單片機的控制線有4根，其中3根是復(fù)用線，具有兩種功能。ALE/PROG為地址鎖存允許/編程脈沖信號端，PSEN為外部ROM讀選通信號

8、，RST為復(fù)位引腳；EA/VPP為外ROM選擇/EPROM編程電源；(4)I/O引腳：MCS-51單片機共有4個8位并行I/O端口，共32個可編程I/O引腳。其外形引腳如圖2-1所示：圖2.1 AT89C51實物圖（左）與其引腳圖（右）2.1.2 LCD1602性能描述LCD1602是工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符，是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊，字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣6。LCD引腳圖如下圖2.6所示： 圖2.2 LCD1

9、602功能引腳圖2.1.3 24C04性能描述24C04是采用鐵電技術(shù)生產(chǎn)的EEPROM，掉電后數(shù)據(jù)不丟失。相比傳統(tǒng)的EEPROM具有壽命長，讀寫速度快的優(yōu)點，采用I2C總線與外界通訊，容量應(yīng)該是512字節(jié)。主要用于存儲掉電后需要保存的數(shù)據(jù)。24C04存儲電路如圖2.3所示：圖2.3 24C04存儲電路2.2系統(tǒng)總體設(shè)計此設(shè)計的主要容與任務(wù)如下：（1）設(shè)計一單片機控制的智能報警系統(tǒng)，通過按鍵輸入密碼，并用LCD顯示相關(guān)信息；（2）密碼可由鍵盤設(shè)置，鍵盤有數(shù)字鍵、還有確認按鍵；（3）密碼可通過按鍵修改；（4）輸入字符時，LCD上顯示“*”號，若密碼正確，則可以修改密碼；（5）系統(tǒng)設(shè)置默認初始密碼

10、，且可以修改,修改后系統(tǒng)按新密碼進行操作。依據(jù)設(shè)計的要求，可以得到系統(tǒng)軟件模塊圖，如圖2.4所示： 基于單片機的電子密碼器時鐘震蕩電路模塊矩陣鍵盤輸入模塊LCD顯示模塊密碼存儲模塊蜂鳴器報警電路模塊 圖2.4 系統(tǒng)的軟件模塊圖3硬件電路 用單片機做主機運算器，能進行密碼修改和管理員密碼設(shè)置，可復(fù)位，設(shè)置有退出鍵、管理員模式鍵、設(shè)定鍵、刪除鍵和確定鍵。LCD在開鎖前顯示you password，然后根據(jù)密碼正確與否顯示出相應(yīng)的提示。本設(shè)計初始密碼為123456，密碼輸入正確后，可以修改密碼，密碼個數(shù)可以是0-9的數(shù)字。采用24C04存儲密碼，有掉電保護功能，本設(shè)計采用4*4的矩陣鍵盤作為輸入，A

11、T89C51單片機作為主機，二極管指示燈和喇叭組成發(fā)聲系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)擬達到的總體功能得到系統(tǒng)整體框圖如圖3.1所示：LCD顯示鍵盤輸入AT89C51蜂鳴器報警與開鎖電路掉電存儲電路圖3.1系統(tǒng)整體框圖3.1單元電路設(shè)計要實現(xiàn)基于單片機電子密碼鎖的功能。硬件設(shè)計包括單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計，1602LCD數(shù)碼管顯示電路設(shè)計，矩陣鍵盤電路設(shè)計和系統(tǒng)總電路的設(shè)計。3.1.1單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)都是由組成單片機應(yīng)用系統(tǒng)所必需的一些部件和電路構(gòu)成的。無論應(yīng)用系統(tǒng)要完成什么功能，這些部件和電路都是必須的。一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)至少有：單片機芯片、保證單片機正常工作必須要有電源、產(chǎn)生時鐘信號的晶體振蕩器，

12、還需要能使單片機復(fù)位的電路等。單片機最小系統(tǒng)如圖3.2所示：圖3.2單片機最小系統(tǒng)3.1.2 1602LCD數(shù)碼管顯示電路1602LCD液晶顯示器是一種字符點陣式LCD顯示器模塊。它不僅能夠顯示阿拉伯?dāng)?shù)字，而且還能夠顯示特殊的符號，以與英文字母（即英文語句提示信息），因此其用途比較靈活，應(yīng)用比較廣泛，當(dāng)然價格也較高。單片機AT89C51從接收器得到的數(shù)據(jù)運算程序后，結(jié)果傳送給1602LCD數(shù)據(jù)端并在液晶屏上顯示出。顯示電路如圖3.3所示： 圖3.3 1602LCD數(shù)碼管顯示電路3.1.3矩陣鍵盤電路矩陣式鍵盤又叫行列式鍵盤。用I/O接口線組成行、列結(jié)構(gòu)，鍵位設(shè)置在行、列的交點上。例如本設(shè)計4*

13、4的行、列結(jié)構(gòu)可組成16個鍵盤，比一個鍵位用一根I/O口線的獨立式鍵盤少了一半的I/O接口線。而且鍵位越多，情況越明顯。因此，在按鍵比較多時，往往采用矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤的按鍵識別方法有“行掃描法”。行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法，介紹過程如下。 (1) 判斷鍵盤中有無鍵按下將全部行線Y0-Y3置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。 (2)判斷閉合鍵所在的位置在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線

14、置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。 矩陣鍵盤電路如圖3.4所示： 圖3.4 矩陣鍵盤電路圖3.2系統(tǒng)總硬件電路圖各模塊組合之后的總體硬件電路圖如下圖3.5所示：圖3.5總體硬件電路圖4 軟件模塊設(shè)計4.1系統(tǒng)開發(fā)工具使用本系統(tǒng)使用keil軟件，打開軟件后的界面，如下圖4.1所示，圖4.1軟件運行界面單擊Project選擇New Project.，彈出Create New Project對話框,圖4.2新建系統(tǒng)工程 選擇工程文件要存放的路徑 ,輸入工程文

15、件名, 最后單擊保存, 圖4.3設(shè)置工程路徑 在彈出的對話框中選擇 CPU 廠商與型號，選擇好 Atmel 公司的 89C51 后 , 單擊確定，圖4.4選擇芯片廠商和型號新建一個 C51 文件 , 點擊file菜單下的NEW，或單擊左上角的 New File快捷鍵如圖4.5，圖4.5新建文件 保存新建的文件，單擊SAVE，在出現(xiàn)的對話框中輸入保存文件名LCD_18b20.c（注意后綴名必須為.C），再單擊“保存”， 保存好后把此文件加入到工程中方法如下 : 用鼠標(biāo)在 Source Group1 上單擊右鍵 , 然后再單擊 Add Files to Group Source Group 1 如

16、圖4.6,圖4.6將文件添加到工程中在編輯框里輸入如下代碼 ，到此我們完成了工程項目的建立以與文件加入工程 , 現(xiàn)在我們開始編譯工程，即單擊快捷鍵或單擊Project/Rebuild all the files， 如果在錯誤與警告處看到 0 Error(s) 表示編譯通過。生成 .hex 燒寫文件，先單擊Options for Target,如圖4.7， 圖4.7生成.hex 在下圖中，我們單擊 Output, 選中 Create HEX Fi。再單擊“確定”，然后我們必須再次編譯才能產(chǎn)生HEX文件 圖4.8對系統(tǒng)進行配置4.2系統(tǒng)開發(fā)流程圖程序主要完成的任務(wù)，開始時LCD顯示“Your Pa

17、ssword”提示輸入密碼，輸入密碼后按確認鍵，系統(tǒng)會將所輸入的密碼與系統(tǒng)密碼進行對比，如果輸入正確則顯示“Unlock OK”開鎖，然后可以選擇上鎖或者修改密碼，如果密碼錯誤則顯示“Error”,如果連續(xù)輸入三次錯誤密碼系統(tǒng)會發(fā)出報警聲音，程序流程圖如圖4.9所示：圖4.9 系統(tǒng)總體流程圖4.3系統(tǒng)軟件設(shè)計模塊4.3.1鍵盤掃描軟件設(shè)計 在按鍵當(dāng)中，有與輸入、開鎖、清除、設(shè)置、確認的程序相對應(yīng)的按鍵，并按順序與輸入的數(shù)相比較，當(dāng)輸入正確時，進入密碼程序，錯誤時進行清除，輸入兩次新密碼正確時，可進行重新設(shè)置密碼，最后確認程序。按鍵的檢測主要是通過查詢的方法來實現(xiàn)的，利用按鍵進行密碼的輸入與設(shè)置

18、。圖4.10 鍵盤掃描流程圖4.3.2 24C04讀寫操作的軟件設(shè)計圖4.11 24C04讀寫操作流程圖4.3.2 24C04讀寫操作的軟件設(shè)計圖4.12開鎖流程圖4.3.4修改密碼軟件設(shè)計圖4.13 修改密碼流程圖5 結(jié)果分析程序編寫完之后，單擊Rebuild（）按鈕，進行編輯，單擊build（）按鈕，進行編譯，將.hex文件下載到ATC89C51開發(fā)板中。圖5.1 配置電路圖參數(shù)單擊左下角的中的按鈕進行仿真。5.1電子密碼鎖開鎖和上鎖 在矩陣鍵盤上輸入初始密碼123456，并點擊開鎖按鈕，如果輸入密碼錯誤，則LCD顯示“ERROR！”，無法開鎖；若輸入正確，則顯示“Unlock OK！”，

19、表示開鎖成功，如圖5.2所示： 圖5.2 開鎖后LCD顯示圖 再按下上鎖按鍵后，電子密碼鎖重新上鎖，需要重新輸入開鎖密碼才可開鎖，當(dāng)三次輸入錯誤密碼時，蜂鳴器會發(fā)出響聲報警。5.2修改電子密碼鎖密碼在已經(jīng)開鎖的狀態(tài)下，按下輸入新密碼按鈕，可重新輸入密碼，設(shè)置成你想要改的密碼，再按下保存新密碼按鈕，新密碼就設(shè)置成功了，這時開鎖需要輸入新密碼了，如圖5.3所示 圖5.3電子密碼鎖修改密碼此次項目實踐的基于單片機電子密碼鎖設(shè)計比較成功，能實現(xiàn)開鎖上鎖、修改密碼、報警防盜等功能。結(jié)論本次項目實踐過程中，對我所學(xué)的所有的嵌入式知識進行一個總結(jié)性的復(fù)習(xí)，特別是對AT89C51單片機方面的知識有了更深的了解

20、。同時也鞏固了對LCD1602，數(shù)據(jù)存儲等方面的知識，為我以后的學(xué)習(xí)以與工作奠定了一定的專業(yè)基礎(chǔ)。在這次設(shè)計中，遇到了一些設(shè)計上的難題，通過查閱相關(guān)圖書資料和詢問同學(xué)幫助解決了難題。參考文獻1祁偉, 亭.單片機C51程序設(shè)計教程與實驗M. 航空航天大學(xué),2006.2文濤.單片機語言C51典型應(yīng)用設(shè)計M. 人民郵電,2005.3譚浩強.C程序設(shè)計（第三版）M. 清華大學(xué),2005.4德金.MCS-51系列單片機接口電路與應(yīng)用程序?qū)嵗齅.航空航天大學(xué), 1990.5賴麒文. 8051單片機C語言徹底應(yīng)用M.科學(xué), 2002.6余永權(quán).單片機在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用M. 電子工業(yè),2003.7艷麗,仁弟.

21、數(shù)字溫濕度傳感器SHT11與其應(yīng)用J.工礦自動化,2007.6第3期.8慶陽.8051單片機實踐與應(yīng)用M.清華大學(xué)2004 .9高衛(wèi)東.51單片機原理與實踐（C語言版）M.航空航天大學(xué)，2011.10輝平,周國雄.基于Protues的單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真實例M. 機械工業(yè),2009.附錄：程序代碼：#include #include #define uchar unsigned char#define unit unsigned intuchar Pre_KeyNo = 16, KeyNo = 16;uchar code Title_Text = Your Password.;uchar DS

22、Y_BUFFER10 = ;uchar UserPassword10 = ;void LCD_Init();void Display_String(uchar * str,uchar LineNo);void IIC_24C04_Init();uchar RecString(uchar Slave,uchar Subaddr,uchar *Buffer,uchar N);uchar SendString(uchar Slave,uchar Subaddr,uchar *Buffer,uchar N);uchar Keys_Scan();sbit LED_OPEN = P27;void Dela

23、yMS(int x ) uchar i; while (x-) for (i = 0;i120;i+);void Clear_Password() UserPassword0 = 0; DSY_BUFFER0 = 0;void main() uchar i = 0; uchar IIC_Password10; uchar IS_Valid_User = 0; P0 = P1 = P2=0xFF; TMOD = 0X02; TH0 = 175; TL0 = 175; TR0 = 1; DelayMS(10); LCD_Init(); IIC_24C04_Init(); Display_Strin

24、g(Title_Text,0x00); RecString(0xa0,0,IIC_Password,6); IIC_Password6 = 0; while(1) P1 = 0xF0; if(P1 !=0xF0) KeyNo =Keys_Scan(); if(Pre_KeyNo !=KeyNo) if(i10) switch (KeyNo) case 0: case 1: case 2: case 3: case 4: case 5: case 6: case 7: case 8: case 9: if(i=0) Display_String( ,0x40); UserPasswordi=Ke

25、yNo + 0; UserPasswordi+1=0; DSY_BUFFERi = *; DSY_BUFFERi+1=0; Display_String(DSY_BUFFER,0X40); i+; break; case 10: if (strcmp(UserPassword,IIC_Password) = 0) LED_OPEN = 0; Clear_Password(); Display_String(Unlock OK! ,0x40); IS_Valid_User = 1; else LED_OPEN = 1; Clear_Password(); Display_String(ERROR

26、 ! ,0x40); IS_Valid_User = 0; i=0; break; case 11: LED_OPEN = 1; Clear_password(); Display_String(Title_Text,0x00); Display_String( ,0x40); i=0; IS_Valid_User = 0; break; case 12: if(!IS_Valid_User) Display_String(No rights !,0x40); else i=0; Display_String(New Password: ,0x00); Display_String( ,0x4

27、0); break; case 13: if(!IS_Valid_User ) Display_String(No rights !,0x40);else SendString(0xa0,0,UserPassword, 6); RecString(0xa0,0,IIC_Password, 6); IIC_Password6 = 0; i=0; Display_String(Title_Text,0x00); Display_String(Password Saved! ,0x40); break; case 14: i=0; Clear_Password(); Display_String(

28、,0x40); Pre_KeyNo = KeyNo; DelayMS(100); #include #include #define uchar unsigned char #define unit unsigned int #define Delay4us(); _nop_();_nop_(); _nop_();_nop_(); sbit SCL = P32; sbit SDA = P33; void Start() SDA = 1;SCL = 1;Delay4us();SDA = 0;Delay4us();SCL = 0; void Stop()SDA =0;SCL =1;Delay4us

29、();SDA = 1;Delay4us();SCL=0; void IIC_24C04_Init() SCL = 0; Stop(); void ACK() SDA =0;SCL =1;Delay4us();SCL = 0;SDA=1; void No_ACK() SDA =1;SCL =1;Delay4us();SCL = 0;SDA=0; uchar RecByte() uchar i,rd; rd = 0x00; SDA = 1; for(i=0;i8;i+) SCL =1 ;rd=1; rd |=SDA;Delay4us();SCL = 0;Delay4us(); SCL=0; Delay4us(); return rd; uchar SendByte(uchar wd) uchar i; bit ack0; for(i=0;i8;i+) SDA=(bit)(wd & 0x80); _nop_();_nop_();SCL = 1;Delay4us();SCL = 0;wd=1; Delay4us(); SDA = 1;SCL = 1; Delay4us(); ack0 = !SDA; SCL = 0