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1、西南科技大学网络教育毕业设计（论文）题目名称： 电子密码系统的设计 年 级： 层次： 本科专科学生学号： 指导教师： 学生姓名： 技术职称： 讲师 学生专业： 学习中心名称： 重庆学习中心 西南科技大学网络教育学院制毕业设计（论文）任 务 书题目名称 电子密码系统的设计 题目性质 真实题目 虚拟题目学生学号 指导教师 学生姓名 专业名称 技术职称 学生层次 学习中心名称 重庆学习中心 2010年 5 月 26 日毕业设计（论文）内容与要求： 1.本课题是电子密码系统的设计，根据我国实际国情，为适应电子密码锁向自动化发展的要求而设计出的合理，经济，实用的电子密码系统。2.该电子密码系统的设利用避
2、开了以前密码系统存在的多种不足之处。保证了密码系统工作的稳定并大大节省了制造成本。3.本设计是用单片机控制，增加错误输入密码报警功能。密码视个人而定，应能保证密码的正确输入、修改和复位，这样可代替原设计中的固定密码，又能在防盗方面做出了相应的改进。4.本设计从电子密码系统的性能进行全面的比较，并从实践中得到证明，同时为开发新一代的电子密码锁理清了思路。 毕业设计领导小组负责人： （签字）2010年 月 日毕业设计（论文）成绩考核表过程评分评阅成绩答辩成绩总成绩百分制等级制1、 指导教师评语建议成绩 指导教师签字： 2010年 月 日2、 论文评阅教师评语建议成绩 评阅教师签字： 2010年 月
3、 日3、 毕业答辩专家组评语建议成绩 答辩组长签字： 年 月 日4、 毕业设计领导小组推优评语组长签字： 年 月 日摘 要随着科技和人们的生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统机械锁由于构造简单，被撬事件屡见不鲜；电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的青睐。本设计由单片机系统，矩形键盘，LED显示和报警系统组成，重点是在密码锁的电子线路部分，主要是为了实现密码锁常用的功能以及对外围器件接口的设置。突出密码锁与机械锁的对比优势，实现出错报警锁定功能。系统能完成开锁，超时报警，操作错误报警，输入状态显示的功能。除上述基本的密码锁功能外，依据实际的情
4、况还可以添加遥控功能。本系统成本低廉，功能实用。关键词 AT89C51 电子密码锁 LED显示ABSTRACTAlong with science and technology and raise the level of peoples life, and how to realize the family security this problem has become particularly prominent, the traditional mechanical lock because of simple structure, common broken, Electronic
5、locks, use because of its high flexibility good secrecy, high safety coefficient by the majority of customers.This design by single-chip microcomputer system, rectangle, LED display and keyboard, the key is the alarm system composed of electronic circuit in locks, main part is to realize the functio
6、n of commonly used locks and peripheral device interface. Outstanding locks and mechanical lock comparison superiority, realize error alarm lock function. System can accomplish the lock, overtime, operating error alarm, alarm input status display function. Besides the fundamental locks function, acc
7、ording to the actual circumstance also can add function of remote control. This system cost, function and practical.Key words AT89C51 Electronic locks LED display目 录第一章 绪论11.1 课题背景11.2 课题来源21.3 方案设计2第二章 单片机的结构32.1 AT89C51单片机的简介32.2 单片机的构成32.3 控制器42.4 存储器的结构42.5 并行I/O口52.6 时钟电路与时序62.7 AT89C51单片机的引脚说明
8、62.8 AT89C51单片机逻辑图和引脚图6第三章 硬件设计93.1 单片机控制方案93.2 开锁机构93.3 基本复位功能103.4 震荡电路113.5 矩阵式键盘接口123.6 扬声器部分设计13第四章 程序设计16第五章 调试仿真185.1 Keil调试185.2 Proteus仿真18结 论20致 谢21参考文献22第一章 绪论1.1 课题背景单片机自1976年由Intel公司推出MCS48开始，迄今已有二十多年了。由于单片机集成度高，功能强，可靠性高，体积小，功耗低，使用方便，价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。单片机的应用领域
9、已从面向工业控制，通讯，交通，智能仪表等迅速发展到家用消费产品，办公自动化，汽车电子，PC机外围一记网络通讯等广大领域。单片机有两种基本形式：一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程序存储器和数据存储器合用一个 的结构，称为普林斯顿结构。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，一般需要较大的存储器，目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。本文谈论的单片机多功能定时器的核心是目前应用极为广泛的51系列单片机，配置了外围设备，构成了一个可编程的计时定时系统，具有体积小，可靠性高，功能强等特点。不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供开发，有着广泛的应用领域。20
10、世纪80年代中期以后，Inter公司以专利转让的形式把8051内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家，如ATMEL，PHILIPS，ANALOG，DEVICES，DALLAS等。这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，准确的说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。这些兼容机与8051的系统结构相同，采用CMOS工艺，因而，常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机，它们对8051单片机一般都做了一些扩充，更具有特点，其功能和市场竞争力更强，不该把它们直接称呼为MCS-51系列单片机，因为MCS只是Intel公司专用的单片机系列型号。MCS-51系列以及80C51单片机有多种
11、品种。它们的引脚和指令系统相互兼容，主要在内部结构上有些区别。目前使用的MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：基本型，增强型，低功耗性，专用型，超8位型，片内闪烁存储器型。 1.2 课题来源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得尤其突出，传统的机械锁由于去构造的简单，机械锁在使用中暴露了很多缺点，被撬的事件屡见不鲜。机械锁存在的问题有：1）容易被技术开启；2）结构复杂，故障率极高；3）换锁的烦恼；4）互开率高；5）易被破坏；6）带钥匙的烦恼；7）钥匙开门的烦恼：开门前总要花一定时间在许多钥匙之间挑选。针对机械锁的缺点电子锁的设计就显得非常重要，电子锁由于其保密性高
12、，使用灵活性好，安全系数高，受到广大用户的亲睐。1.3 方案设计本设计是以AT89C51为核心的单片机控制方案，采用的是8位密码管组成的显示电路作为提示信息，密码为“987654”。初始化时，显示“ZJ”，接着输入密码，当密码输入完后，按下“ENTER”，当密码正确时，在数码管上显示“RIGHT”的信息，当密码错误时，在密码管上显示“ERROR”的信息。若密码输入错误时，可以利用键盘上的“DEL”键删除刚才输入的错误数字。该设计有能按设计的密码开锁；输入状态显示；密码错误报警；复位功能；键盘扫描电路；驱动电路和密码的显示功能。22第二章 单片机的结构2.1 AT89C51单片机的简介AT89C
13、51单片机是一种低功耗，高性能的片内含有4KB的ROM。FPER芯片上的ROM允许在线编程或非遗失存储编辑器对编辑器重复编程。AT89C51单片机带有2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机，其内部的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51单片机是一种高效微控制器，也为嵌入式控制系统提供了一种灵活高且价廉的方案，这就显示出了AT89C51单片机的优越性。2.2 单片机的构成AT89C51单片机是在一块芯片中集成了CPC
14、、RAM、ROM、定时器/计数器和多种功能的I/O线等一台计算机所需要的基本功能部件，AT89C51单片机内包含了下列几个部件：1）一个8位CPU；2）一个片内振荡器及时钟电路；3）4K字节ROM程序存储器；4）128字节RAM数据存储器；5）两个16位定时器/计数器；6）可寻址64K外部数据存储器和64K外部程序存储器空间的控制电路；7）32条可编程的I/O线（四个8位并行I/O端口）；8）一个可编程全双工串行口；9）具有五个中断源、两个优先级嵌套终端结构。其内部机构框图如图2.1所示：图2.1 MCS-51单片机内部机构框图2.3 控制器控制器（CPU）是单片机的指挥控制部件，控制器的主要
15、任务是识别指并根据指令的性质控制单片机各功能部件，从而保证单片机各部分能自动而协调的工作。单片机执行指令是在控制器的控制下进行的。首先从程序存储器中读出指令，送指令寄存器保存，然后送至指令译码，译码结果送定时控制逻辑电路，有定时控制逻辑产生各种定时信号和控制信号，再送到单片机的各个部件去进行相应的操作。这就是执行一条指令的全过程，执行程序就是不断重复这一过程 。控制器主要包括程序计数器、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令译码器、条件转移逻辑电路及时序控制逻辑电路。2.4 存储器的结构单片机在存储器的设计上，其共同特点是将程序存储器与数据存储器分开，它们有各自的寻址方式。AT89C51单片机内
16、具有数据存储器，同时还具有强大的外部存储器扩展能力，存储其实单片机系统中的重要组成部分。在一片芯片内除了许多基本的记忆单元构成的存储矩阵外，还包括译码驱动电路，读写电路等。图2.2为半导体存储器芯片的基本结构框图。图2.2 半导体存储器芯片的基本结构框图MCS-51 单片机存储器采用的结构，即程序存储器空间和数据存储器空间截然分开，程序存储器和数据存储器各有自己的寻址方式，寻址空间和控制系统。这种结构对于单片机面向控制的实际应用极为方便，有利。在8051/8751弹片击中，不仅在片内集成了一定容量的程序存储器和数据存储器级众多的特殊功能寄存器，而且还具有极强的外存储器的扩展能力，寻址能力分别可
17、达64KB，寻址和操作简单方便。MCS-51的存储器空间可划为如下几类：程序存储器；内部数据存储器；特殊功能寄存器（SFR-Special Function Register）。2.5 并行I/O口MCS-51单片机共有4个双向的8位并行I/O端口（Port），分别记作P0-P3，共有32 根口线，各口的每一位均由锁存器、输出驱动器和输入缓冲器所组成。实际上P0-P3已被归入特殊功能寄存器之列。这四个口除了按字节寻址以外，还可以按位寻址。由于它们在结构上有一些差异，故各口的性质和功能有一些差异。P0口是双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时复用口，可驱动8个LS型TTL负
18、载。PI口是8位准向I/O口，可驱动4个LS型负载。P2口是8位准向I/O口，与地址总线（高8位）复用，可驱动4个LS型TTL负载。P3口是8位准双向I/O口，是双功能复用口，可驱动4个LS型TTL负载。P1口、P2口、P3口各I/O口线片内均有固定的上拉电阻，当这3个准双向I/O口做输入口使用时，要向该口先写“1”，另外准双向I/O口无高阻的“浮空”状态，故称为双向三态I/O口。2.6 时钟电路与时序时钟电路用于产生MCS-51单片机工作时所必须的时钟信号。MCS-51单片机本身就是一种复杂的同步时序电路，为保证同步工作方式的实现，MCS-51单片机应在唯一的时钟信号控制下，严格的按时序执行
19、进行工作。2.7 AT89C51单片机的引脚说明AT89C51单片机采用40条引脚双向直插式器件，引脚除5V(Vcc40脚)和电源地（Vss20脚）外，其功能分为时钟电路、控制信号、输入、输出三部分，逻辑图及引脚图如图2.3所示： 图2.3 AT89C51单片机的引脚2.8 AT89C51单片机逻辑图和引脚图Vcc：供电电源GND：接地时钟电路控制信号：芯片内部进行初始化复位，P0口-P3口输出高电平，将初始值07H写入堆栈指针。ALE（30脚）地址锁存信号：当访问外部存储器时，P0口输出的8位地址由ALE输出控制信号锁存到片外地址存储器，P0口输出地址低8位后，又能与片外存储器之间传送信号。
20、PSEN片外程序存储器读选通：PSEN低电平有效，PSEN作为程序存储器的读信号，输出负脉信号，PSEN可驱动8个TTL门。EA/vpp（30脚）：当EA为高电平且PC值小于OFFFH时，CPU执行内部程序存储器程序：当EA为低电平时，CPU仅执行外部程序存储器程序。 I/O接口：P0口（P0.0-P0.7，39-32脚）三态双向口：P0口结构包括一个输出储存器、两个三态缓冲器、一个输出驱动电路和一个输出控制端。P0口做地址线/数据复用总线使用。若从P0口输出地址数据信息，此时控制端为低平，若从P0口输入数据指令时，引脚信号应从输入三态缓冲器进入地址总线，它可驱动8个TTL门。P0-P3口上的
21、“读-修改-写”功能，其操作是将字节的全部8位数读入，再通过指令修改某些位，然后将新的数据写入到所存储器中。P1口（P1.1-P1.7，1-8脚）准双向口：P1口做通用I/O接口使用，P1口的每一位口线能独立的作用与输入线，P1口可驱动4个TTL门。P2 口（P2.0-P2.7，21-28脚）通用I/O接口：它是一个准双向口，此时转换开关MUX导向左边，输出极与锁存器相连，引脚可作为用户I/O口线使用。P3口（P3.0-P3.7，）双功能口：P3口做通用I/O接口使用，输出功能控制线为高电平，与非门的输出取决于锁存器的状态，此时锁存器的Q端的状态与其引脚状态是一致的。P3口作为AT89C51的
22、一些特殊功能口使用如：P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INTO（外部中断0）P3.3/INTI（外部中断1）P3.4/TO（计时器0外部输入）P3.5TI(计时器1外部输入)P3.6/WR（外部数据存储器写选通）。第三章 硬件设计3.1 单片机控制方案本系统采用的是8位数码管组成的显示电路作为提示信息，默认密码为“987654”。初始上电时，显示“ZJ”，接着输入最大的6位数的密码，密码输入完，按“ENTER”，进行密码比较，密码正确时显示“RIGHT”，错误输出“ERROR”。每输入一位密码显示器显示“8”。从右向左依次显示。输入超过6位时，给出报警。输入过
23、程中可以利用“DEL”键删除错误数字。利用单片机灵活的编程设计和丰富的T/O端口，不但能实现基本的密码锁定功能，换能添加调电储存、声光提示，甚至添加遥控控制功能。其原理功能如图3.1所示： 图3.1 单片机控制方案3.2 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。其原理如图3.2所示：，图3.2 密码锁开锁机构示意图当用户输入的密码正确而且是在规定时间内输入完后的话，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，达到开门目的。如果密码错误，或者未按规定的时间内输入，那么单片机便输出不开门信号，送到错误驱动电路，同时报警器将报警。电源部分的设计如图3.
24、3所示： 图3.3 电源设计3.3 基本复位功能复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至电源稳定后，撤销复位信号。为可靠期间，电源稳定后换要经过一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源擦头分合过程中引起的抖动而影响复位。复位电路如图3.4所示： 图3.4 复位电路3.4 震荡电路震荡电路：单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用振荡器。按1819脚。只要买来晶振，电容，连上就可以了，按图接上即可。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器。晶振电路如图3.5所示：图 3.5 晶振电路3.5 矩阵
25、式键盘接口矩阵式键盘（也称行列式键盘）适用于按键数目较多的场合，它由航线和列线组成，按键位与行列的焦点上。一个3*3的行列结构可以构成一个有9个按键的键盘。同理，一个4*4的行列结构可以构成一个16键的键盘，很显然，在按键数量较多的场合，矩阵式键盘与独立式键盘相比，要节省很多的I/O口线。按键设置在行列线交点上，行列线分别接到按键开关两端。行线通过上拉电阻接到+5V上。平时无按键按下时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由于此行线相连的该列线电平为高电平。这是识别矩阵键盘按键是否按下的关键所在。由于矩阵键盘中行列线为多键公用，个按键均影响该键所在的行列的电平。因此各按键彼此将
26、相互发生影响，所以必须将行列信号配合起来再作适当的处理，才能确定闭合健的位置。矩阵键盘电路如图3.6所示：图3.6 显示电路在单片机应用系统中，如果需要显示的内容只有数码和某些字母，使用LED数码管是一种较好的选择。LED数码管显示清楚、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行。LED数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件，其中七只发光二极管分别对应a-g笔端构成“日”字形，另一只发光二极管Dp作为小数点。因此这种LED显示器称为七段数码管或八段数码管。在本次设计中， 7SEG-MPX4-CA LED数码管（如图3.7所示）和LED显示电路采用74LS245驱动器（如图3.8所示）。
27、图3.7 数码管显示 图3.8 74LS245驱动器3.6 扬声器部分设计在本次设计中，密码多次输入错误时，电路会进行报警提示，设计的电路由扬声器和三极管、电阻等组成。电路如图3.9所示： 图3.9 扬声器电路整体电路如图3.10A、3.10B、3.10C所示： 图3.10A 整体电路图 图3.10B 整体电路图（续上） 3.10C 整体电路图（续上）第四章 程序设计1.主程序模块主程序主要完成初始化、设置中段向量、检查有无按键按下、以及调用显示等。主程序图如图所示。2.键盘采用查询方式，放在主程序中，当没有按键按下时，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，处理结束再返回。
28、主程序如图4.1所示： 图4.1 键盘扫描程序图3.程序流程图如图4.2所示： 图4.2 程序流程图第五章 调试仿真5.1 Keil调试1)在Wendows下运行Keil uvisiion2软件，进入Keil uvisiion2开发环境。2)在Keil uvisiion2选择projct/new prejct，建一个新的工程那个项目。3)给工程项目取名lock，然后保存。4)紧接着自动化弹出期间选择窗，选择Atml公司的AT89C51，并在弹出窗口中选择否。5)在keil uvisiion2中选择File/New，打开程序编辑器。6)输入程序，检查无误后保存文件（扩展名.asm或扩展名.c）在
29、工程项目相同的目录中。7)在Preject wokspace窗口中，选择source groupl条目并单击右键，在弹出的菜单再选择add files to goupsource goup 1。8)加入刚才保存的混编程序源文件led88.asm，注意，按一次add即可，选完后单击close退出。9)在Preject wokspace窗口中，选择target 1条目并单击右键，在弹出的菜单中选择option for target target 1，准备为Target 1配置编译环境。10）选择配置好后.在Keil uvisiion2 中选择Project/Build target编译工程项目。1
30、1)编译结果显示在Output windows中，若有错，可双击错误提示行，然后定位到源程序侦破修改；若无误可进下面的软件调试。5.2 Proteus仿真Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的电路分析仿真系统，可仿真各种电路和IC并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。该软件的特点：1）全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。2）具有模式电路仿真，数字电路仿真.单片机及其外围电路组成的系统的仿真。3） RS-232：动态仿真、1C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能、有各种虚似仪器，如示波器、逻辑分
31、析仪、PICI6系列、Z80系列以及各种外围芯片。4）支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件一款单片机和SPCE分析于一身的仿真软件、功能及其强的可仿真51.AVR.PIC。启动Proteus软件、按照元件清单选择所需要的元件、按照电路图连接好电路图，选择单片机，载入已编译好的程序，然后运行，此时已完成了对电子密码锁的仿真。 结 论经过自己的努力，我终于完成了大学生涯最具有挑战的毕业设计。经过努力顺利完成了基于AT809C51单片机控制的电子密码的电子密码锁的设计，所完成的工作主要包括以下几个方面：1）准备阶段的工作：准备阶段的工作主要包括：查阅国内外相关文件，了解单片机微控制器的主要作用，发
32、展过程及发展趋势和使用方法，详细了解电子密码锁电路的工作原理。2）本次的设计基于AT89C51单片机的电子密码锁组要由89C51单片机处理器控制键盘输入，开锁控制电路，锁定键盘控制电路，报警电路等组成。此外还包括一些基本的电路如：晶振。3）根据电子密码锁的功能和系统硬件电路，进行系统软件设计。本系统设计采用模块化设计，即控制系统中的各个功能块都按照模块化方式进行设计。软件由键盘输入子程序和输入数字比较程序两部分组成。最终实现密码锁大的功能，电路能够按设定的秘密进行开锁；有输入状态显示；秘密输入错误能进行报警提示；三次错误输入；正确后则锁定键盘。通过做我得到了一次难得的将理论和实践相结合的机会，
33、让我更加熟悉了prote199和KeilC51的使用，通过做设计让我更加的理解了所学的知识，还通过查阅资料学了更多的东西，也知道自己许多地方还不足，以后还要不断的学习！致 谢从开始写作到毕业论文成稿，光靠我一个人是完不成的，这里面包括着很多人的心血和汗水。我要感谢大学教导过我的所有老师。他们不仅教给了我很多专业知识，使我有能力为社会做贡献，而且，教给了我许多做人的道理，对我以后的人生之路具有很重要的意义。本篇论文从提纲到初稿乃至成稿，都经过他们精心的指导和修改，提出了严格的要求和许多宝贵的意见。可以说，我的整篇论文凝聚着他们的心血。这里再次感谢你们，所有给过我宝贵意见的人！谢谢你们！参考文献1. 何立民. 单片机高级教程，第一版，北京.北京航空航天大学出版社，20012. 赵晓安. MCS-51单片机原理及应用，天津.天津大学出版社，2001.33. 李广第. 单片机基础，第一版，北京.北京航空航天大学出版社，19994. 赵惠民、安德宁. 单片微型计算机原理接口与应用，第一版，北京.北京5邮电大学出版社，19965. 何立民. 从Cygnal 80C51F看8位单片机发展之路，单片机与嵌入式系统应用，2002年，第5期：P5-86. 陈志强、胡辉. 单片机应用系统设计实践指南，自编教材7. 夏继强. 单片机实验与时间教程，北京.北京航空航天大学出版社，2001
