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基于C语言STC89C52单片机电子密码锁的设计与总结报告.doc

发布时间：2022-06-10 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.17M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    基于 C 语言 STC89C52 单片机电子密码锁的 设计与总结报告 张博，于娇，陈瑶，张舒 摘要 本设计中，电子密码锁使用 STC89C52 单片机控制，采用 C 语言编写，通过 Proteus 软件仿真并进行了实物焊接。电子密码锁通过矩阵键盘进行密码输入， 1602A 液晶显示模块进行显示。其可实现的功能有：（1）通过切换，对输入的 4 位密码进行显示或隐藏；（2）通过发光二极管和蜂鸣器，对解密正确或者错误 进行声光报警；（3）4 位密码修改；（4）在密码遗失情况下，通过初始密码进 行密码再设置；（5）采用 AT24C02 外部存储器，完成断电密码保护功能；（6） 具有 1-9 次的解锁次数任意设定功能；（7）模拟密码箱随机产生密码，并进行 解码。本设计特色为采用 1602A 液晶显示模块，这使得显示更加直观、使用更加 方便。密码可实现显示和隐藏切换，通过隐藏密码实现密码保护。 一、方案设计与论证 方案一：以 STC89C52 单片机为电子密码锁系统核心，使用 4*4 矩阵键盘作 为数据输入方式，驱动 1602A 显示器提示程序运行过程和开锁的步骤，利用 AT24C02 芯片实现掉电存储。图 1 为单片机控制密码锁的系统原理框图。 电源模块 STC89C5 2 单片机 矩阵 键盘 控制 AT24C02 存储芯片 LCD 1602A LED 密码校验提示 蜂鸣器提示电路 图 1 单片机控制密码锁的系统原理框图 方案二：以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路控制方案，如图2。 输 入 按 扭 开 关 5 秒定时电路 20 秒定时电路 声光指示电路 输入锁存电路 密码存储电路 开锁控制电路 机械动作构件 图 2 数字逻辑控制方案电子密码锁原理框图 1
    方案论证： 方案一中，利用单片机灵活的编程设计和强大的 I/O 端口，及其控制的准确 性，不但能实现基本的密码锁功能，还可以增添掉电存储、声光提示等功能。 方案二中，虽然数字逻辑控制系统中常用的开关电器能够实现本设计中密码 锁的逻辑控制,但存在接线复杂、寿命短、可靠性差、维护困难的缺点，给诸多 应用带来了极大的不便。 方案选定：综上论证，本设计选择方案一。 二、电路设计 使用的元器件有：核心芯片 STC89C52、存储芯片 AT24C02、液晶显示 1602A、 4×4 矩阵键盘、报警蜂鸣器、发光二极管和三极管等。 1、开锁机构 通过单片机送给开锁执行机构，电路驱动电磁锁吸合，从而达到开锁的目的。 如图 3 所示，为密码锁开锁电路原理图。 当用户输入的密码正确时，单片机便输出开门信号，送到开锁驱动电路，然 后驱动电磁锁，达到开门的目的。本次设计中，基于节省成本考虑，用发光二极 管代替电磁锁，信息通过 LCD 显示，并利用蜂鸣器和二极管声光指示。 超次锁定 否 电磁锁 STC89C5 2 单片机 密码 正确 是 开锁驱动电路 图 3 密码锁开锁电路原理图 2、矩阵键盘设计电路 由于本设计中要求使用 16 个按键输入，为减少键盘与单片机接口时所占用 的 I/O 线的数目，故使用矩阵键盘。本设计中，矩阵键盘行线和单片机 P1.0-P1.3 相连，列线与单片机 P1.4-P1.7 相连。矩阵键盘设计电路图，如图 4 所示。 键盘扫描采用行扫描法，即依次置行线中的每一行为低电平，其余均为高电 平，扫描列线电平状态，为低电平即表示该键按下。 2
    1 4 7 输入密码 2 5 8 0 3 6 9 * 解码次数 随机密码 确认 更改密码 图 4 矩阵键盘设计电路图 3、声光提示电路设计 声音提示电路采用小蜂鸣器提示。蜂鸣器能够根据脉冲信号，以及信号的频 率发出各种不同的声音，这样可以根据系统要求在密码输入正确和错误时发出不 同的声音提示，已达到报警的要求。光提示是在密码输入正确时，绿色 LED 亮。 蜂鸣器电路，如图 5（a）所示；发光二极管电路，如图 5（b）所示。 图 5（a） 蜂鸣器电路 图 5（b） 发光二极管电路 4、显示模块设计 本设计中，显示模块采用 1602A 液晶显示器显示。如下所示，图 6 为 1602A 液晶显示器的接口示意图。 图 6 1602A 液晶显示器的接口示意图 本设计中液晶串口一共用到 11 根导线与单片机相连， 具体连接情况如表 1 3
    显示模块与 MCU 连接说明所示。 序 号 1 2 3 4 5 6 1602A 液晶显 示器引脚 RS 引脚 R/W 引脚 E 引脚 D0 引脚 D1 引脚 D2 引脚 机引脚 P2.5(A13) P2.6(A14) P2.7(A15) P0.0(AD0) P0.1(AD1) P0.2(AD2) 表 1 显示模块与 MCU 连接说明 STC89C52 单片 1602A 液晶显 序 号 7 8 9 10 11 示器引脚 D3 引脚 D4 引脚 D5 引脚 D6 引脚 D7 引脚 STC89C52 单片 机引脚 P0.3(AD3) P0.4(AD4) P0.5(AD5) P0.6(AD6) P0.7(AD7) 5、AT24C02 掉电存储单元的设计 本设计中掉电存储单元采用 AT24C02 外部存储器，其作用是在系统电源断开 的时候，存储当前设定的密码数据。如下所示，图 7 为 AT24C02 管脚示意图，表 2 为 AT24C02 管脚说明。 A0 A1 A2 GND 1 2 3 4 C02 8 7 6 5 VCC WP SCL SDA 图 7 AT24C02 管脚示意图 表 2 功能 AT24C02 管脚说明 管脚名称 器件地址选择 串行时钟信号 1.8V-6.0V 工作电压 SDA WP VSS 管脚名称 A0 A1 A2 SCL VCC 功能 串行数据/地址 写保护 接地 本设计中，AT24C02 的 SCL 和 SDA 引脚接上拉电阻后与单片机的 P3.4（T0） 和 P3.5（T1）脚相连，其电路图如图 8 所示。 图 8 AT24C02 掉电存储单元设计图 4
    三、程序流程 开始 系统初始化 调用 E2PROM 密码 未超过 N 次 锁定键盘 超过 N 次 判断次数 N N 返回 显示主界面 输入密码 判断密码 Y 确定密码 开锁模拟声光 再次输入密码 N 按键 N 返回主界面 Y 设置新密码 密码设置完毕 Y Y 判断按键值 N N=0x84 N=0x82 N=0x11 设 置 解 码 次 数 产 生 随 机 密 码 输 入 密 码 图 9 主程序流程图 5
    四、测试方法与测试结果 1、测试仪器： 电子密码锁 2、测试方法： （1）开机，输入初始化密码“0806”，屏幕显示“chushihua”。输入“0000” 确认，再输入“0000”，屏幕显示“Set New Word”。输入新密码，按“更改密 码”，再次输入新密码，按“更改密码”，屏幕显示“Reset OK”。（设置新密 码为“1111”） （2）输入“1111”，观察屏幕显示；输入其他数字组合，观察屏幕显示。 （3）关机，再次开启，输入“1111”，观察屏幕显示。 （4）输入“1111”，当屏幕显示“open”后，按“解码次数”，输入“2”， 确认。然后输入密码“1111”，屏幕显示“Set New Word”。输入“1234”，按 “更改密码”，重复一次，新密码设定成功。连续输入 2 次错误密码，观察。 （5）由于键盘锁定时间长，按 2 号开关按钮复位。输入“1234”解锁，按 “随机密码”，得“3131”，确认。按“输入”，输入“3131”，观察屏幕显示。 （6）按 1 号开关按钮，输入数字“1”，；再次按 1 号开关按钮，输入数字 “1”，观察 2 次屏幕变化。 （7）根据步骤（1）——步骤（6），重复设置不同数据，观察结果。 3、测试结果： （1）按步骤（2）操作，当输入密码为“1111”时，显示“open”，绿色 LED 亮起。输入其他不超过四位的数字组合，显示“wrong”；输入超过四位， 则键盘锁定。 （2）按步骤（3）操作，屏幕显示“open”，说明可实现断电密码保护。 （3）按步骤（4）操作，若 2 次输入均为四位错误密码，则第二次输入错误 后，屏幕显示“keypad locked”，键盘锁定；否则，累计输入 2 次错误四位密 码，屏幕显示“keypad locked”， 键盘锁定。 （4）按步骤（5）操作，屏幕显示“open”，说明随机密码设置成功。 （5）按步骤（6）操作，可发现两次屏幕显示不同，分别为“1”和“*”。 （6）重复实验步骤，得出解码次数任意设定功能成功实现。 五、总结 本设计除完成比赛基本要求外，还实现了断电密码保护、解码次数任意设置、 随机密码设置和解码等功能。但是，对于丰富电子密码锁的功能还有许多值得研 究和探讨，如实现逐次清位，显示时间、日历等功能。 6
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