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单片机电子密码锁课程设计

单片机技术及应用综合训练（设计报告）

前言
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为突出。在科学技术不断发展的今天，电子密码防盗锁作为防盗卫士的作用显得日趋重要。
本文从经济实用的角度出发，系统由STC89C52与低功耗CMOS型E²PROM AT24C02作为主控芯片与数据存储器单元，结合外围的键盘输入、LCD显示、报警、开锁等电路模块。它能完成以下功能：正确输入密码前提下，开锁；错误输入密码情况下，报警；密码能够根据用户需要更改。用C语言编写的主控芯片控制程序与EEPROM AT24C02读写程序相结合，并用Keil软件进行编译，设计了一款能够多次更改密码，具有报警功能的电子密码控制系统。
本密码锁具有设计方法合理，简单易行，成本低，安全实用，保密性强，灵活性高等特点，具有一定的推广价值。
关键词：电子密码锁、报警、液晶显示

目录
一、 选题要求·····································1
二、 硬件电路设计·································1
2.1 51单片机································2
2.2 键盘电路·································2
2.3 液晶显示电路·····························2
2.4 警报电路·································3
2.5 密码储存电路·····························3
2.6 晶振、复位及关锁·························3
三、 软件设计·····································4
四、 软硬件调试结果·······························9
4.1 电路总原理图·····························9
4.2 调试结果································10
五、 总结········································11

一、选题要求
本文从经济实用的角度出发，设计采用单片机为主控芯片，结合外围电路，组成电子密码控制系统，密码锁共6位密码，每位的取值范围为0~9，用户能够自行设定和修改密码。用户想要打开锁，必先经过提供的键盘输入正确的密码才能够，密码输入错误有提示，为了提高安全性，当密码输入错误三次将报警，期间输入密码无效，以防窃贼多次试探密码。6位密码同时输入正确，锁才能打开。锁内有备用电池，只有内部上电复位时才能设置或修改密码，因此，仅在门外按键是不能修改或设置密码的，因此保密性强、灵活性高。其特点如下：
1) 保密性好，编码量多，远远大于弹子锁。随机开锁成功率几乎为零。
2) 密码可变，用户能够随时更改密码，防止密码被盗，同时也能够避免因人员的更替而使锁的密级下降。
3) 误码输入保护，当输入密码多次错误时，报警系统自动启动。
4) 无活动零件，不会磨损，寿命长。
5) 使用灵活性好，不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁。
6) 电子密码锁操作简单易行，一学即会。

二、 硬件电路设计
下面是整个设计的流程图：
开开始 开始始
初始化
次数加1
输入密码
密码正确？
返返回回
N
Y
Y
开锁程序
开锁？
N
修改密码？
次数>3？
报警程序
修改程序
Y
N
N
Y
开始
返回

2.1 51单片机
这次课程设计采用的是5系列单片机AT89C52。其外部封装如下图所示：

AT89C52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[8]。
P0口（Pin39～Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7
P1口（Pin1～Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7
P2口（Pin21～Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7
P3口（Pin10～Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7

2.2 键盘电路
本次试验采用的是行列键盘，C语言程序中有相应的驱动程序，其硬件电路如下所示，下右对应的为各个按键所对应的数字及功能。
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
确认
重输
改密

2.3 液晶显示电路
实验中采用的是LM016L液晶显示，其数据端口采集数据经过单片机的P0口，接法如下图所示。不同情况下会有不同的显示，显示内容包括：Welcome、Hello Boss、Wrong、OK等内容。

2.4 警报电路
下图是警报电路连接图，警报触发为：连续三次输错密码，警报触发后会有一个时间延迟，延迟时间内任何操作都是无效的，过后经过关锁按钮可解除。

2.5 密码储存电路
实验中考虑到实用性方面时，就想到了密码储存及修改的问题，于是采用了FM24C02F作为面膜储存模块，电路连接如下所示：

2.6 晶振、复位及关锁
晶振、复位及关锁电路如下所示(作图所示按钮为复位按钮)：

三、软件设计
C语言源程序：

#include<reg52.h>
#include<stdio.h>
#include<intrins.h>
#define CHECK_BUSY
#define DataPort P0
#define KeyPort P1
sbit RS = P2^4;//液晶显示的定义端口
sbit RW = P2^5;
sbit EN = P2^6;
sbit scl=P3^0;//24c02端口定义
sbit sda=P3^1;
sbit baojing=P2^1;//报警器
sbit jdq=P2^0;//继电器
sbit jb=P2^3;//警报灯
sbit close=P2^2;
unsigned char old1,old2,old3,old4,old5,old6; //原始密码000000
unsigned char new1,new2,new3,new4,new5,new6;//代表新密码
void delay1(unsigned int m)
{
unsigned int n;
for(n=0;n<m;n++);
}
void delay(unsigned int m)
{
unsigned int a;
unsigned char b;
for(a=0;a<m;a++)
{for(b=0;b<125;b++);}
}
void DelayUs2x(unsigned char t)
{
while(--t);
}
void DelayMs(unsigned char t)
{
while(t--)
{
DelayUs2x(256);
DelayUs2x(256);
}
}
void baojingqi()
{
baojing=0;
DelayUs2x(256);
if(baojing==0)
{
baojing=0;
DelayUs2x(256);
}
}
bit LCD_Check_Busy(void)//判忙函数
{
#ifdef CHECK_BUSY
DataPort= 0xFF;
RS=0;
RW=1;
EN=0;
_nop_();
EN=1;
return (bit)(DataPort & 0x80);
#else
return 0;
#endif
}
void LCD_Write_Com(unsigned char com) //写入命令函数
{
// while(LCD_Check_Busy()); //忙则等待
DelayMs(5);
RS=0; RW=0; EN=1;
DataPort= com;
_nop_(); EN=0;
}
void LCD_Write_Data(unsigned char Data) //写入数据函数
{
//while(LCD_Check_Busy()); //忙则等待
DelayMs(5);
RS=1; RW=0; EN=1;
DataPort= Data;
_nop_(); EN=0;
}
void LCD_Clear(void)//清屏函数
{
LCD_Write_Com(0x01);
DelayMs(5);
}
void LCD_Write_Char(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char Data) //写入字符函数
{
if(y==0)
{ LCD_Write_Com(0x80 + x); }
else
{ LCD_Write_Com(0xC0 + x); }
LCD_Write_Data( Data);
}
void LCD_Write_String(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *s) //写入字符串函数
{
while(*s)
{
LCD_Write_Char(x,y,*s);
s++; x++;
}
}
void LCD_Init(void) //液晶显示的初始化函数
{
LCD_Write_Com(0x38); //显示模式设置
DelayMs(5);
LCD_Write_Com(0x38);
DelayMs(5);
LCD_Write_Com(0x38);
DelayMs(5);
LCD_Write_Com(0x38);
LCD_Write_Com(0x08); //显示关闭
LCD_Write_Com(0x01); //显示清屏
LCD_Write_Com(0x06); //显示光标移动设置
DelayMs(5);
LCD_Write_Com(0x0C); //显示开及光标设置
}
unsigned char KeyScan(void) //键盘扫描函数，使用行列反转扫描法
{
unsigned char cord_h,cord_l;//行列值中间变量
KeyPort=0x0f; //行线输出全为0
cord_h=KeyPort&0x0f; //读入列线值
if(cord_h!=0x0f) //先检测有无按键按下
{
DelayMs(10); //去抖
if((KeyPort&0x0f)!=0x0f)
{
cord_h=KeyPort&0x0f; //读入列线值
KeyPort=cord_h|0xf0; //输出当前列线值
cord_l=KeyPort&0xf0; //读入行线值
while((KeyPort&0xf0)!=0xf0);//等待松开并输出

return(cord_h+cord_l);//键盘最后组合码值
}}return(0xff); //返回该值
}
unsigned char KeyPro(void)
{
switch(KeyScan())
{
case 0x7e:return 0;break;//0 按下相应的键显示相对应的码值
case 0x7d:return 1;break;//1
case 0x7b:return 2;break;//2
case 0x77:return 3;break;//3
case 0xbe:return 4;break;//4
case 0xbd:return 5;break;//5
case 0xbb:return 6;break;//6
case 0xb7:return 7;break;//7
case 0xde:return 8;break;//8
case 0xdd:return 9;break;//9
case 0xdb:return 10;break;//10
case 0xd7:return 11;break;//11
case 0xee:return 12;break;//12
case 0xed:return 13;break;//13
case 0xeb:return 14;break;//14
case 0xe7:return 15;break;//15
default:return 0xff;break;
}
}
void init() //24c02初始化子程序
{
scl=1;
_nop_();_nop_();
sda=1;
_nop_();_nop_();
}
void respons() //应答
{
unsigned char i;
scl=1;
_nop_();_nop_();
while((sda==1)&&(i<250))
i++;
scl=0;_nop_();_nop_();
}
void clock() //I2C总线时钟
{
unsigned char i=0;
scl=1;
_nop_();_nop_();
while((sda==1)&&(i<255))
i++;
scl=0;
_nop_();_nop_();
}
void start() //启动I2C总线
{
sda=1;
_nop_();_nop_();
scl=1;
_nop_();_nop_();
sda=0;
_nop_();_nop_();
scl=0;
_nop_();_nop_();
}

void stop() //停止I2C总线
{
sda=0;
_nop_();_nop_();
scl=1;
_nop_();_nop_();
sda=1;
_nop_();_nop_();
}
void writebyte(unsigned char a) //写一个字节
{
unsigned char b,tem;
tem=a;
for(b=0;b<8;b++)
{
tem=tem<<1;
scl=0;
_nop_(); _nop_();
sda=CY; //temp左移时，移出的值放入了CY中
_nop_(); _nop_();
scl=1; //待sda线上的数据稳定后，将scl拉高
_nop_(); _nop_();
}
scl=0;
_nop_(); _nop_();
sda=1;
_nop_(); nop_();
}
unsigned char readbyte() //读一个字节
{
unsigned char i,j,k=0;
scl=0;
_nop_();
_nop_();
sda=1;
for(i=0;i<8;i++)
{
_nop_();
_nop_();
scl=1; _nop_();
_nop_();
if(sda==1) j=1;
else j=0;
k=(k<<1)|j;
scl=0;
}
_nop_();
_nop_();
return(k);
}

unsigned char read24c02(unsigned char address)//从24c02的地址address中读取一个字节数据
{
unsigned char date;
start();
writebyte(0xa0);
clock();
writebyte(address);
clock();
start();
writebyte(0xa1);
clock();
date=readbyte();
stop();
delay1(100);
return(date);
}
void write24c02(unsigned char address,unsigned char info) // 向24c02的address地址中写入一字节数据info
{
start();
writebyte(0xa0);
clock();
writebyte(address);
clock();
writebyte(info);
clock();
stop();
delay1(5000); //这个延时一定要足够长，否则会出错。因为24c02在从sda上取得数据后，还需要一定时间的烧录过程。
}
main()
{
unsigned char num,i,bj,c=0;
unsigned char temp[6];
bit Flag;
init(); //初始化24C02
LCD_Init(); //初始化液晶屏
DelayMs(10); //延时用于稳定，能够去掉
LCD_Clear(); //清屏
LCD_Write_String(0,0,"welcome"); //写入第一行信息
old1=read24c02(110);
old2=read24c02(111);
old3=read24c02(112);
old4=read24c02(113);
old5=read24c02(114);
old6=read24c02(115);
while (1) //主循环
{
num=KeyPro(); //扫描键盘
if(num!=0xff) //如果扫描是按键有效值则进行处理
{
if(i==0) //输入是第一个字符的时候需要把改行清空，方便观看密码
LCD_Write_String(0,1," ");//清除该行
if(i<6) //密码是6位，大于6位时不再输入按键值
{
temp[i]=num;
LCD_Write_Char(i,1,'*');
}
i++; //输入数值累加
if(num==11) //重试键
{i=0;LCD_Write_String(0,1," ");}
}
if(num==12)
{i=0;LCD_Write_String(0,1," ");
if(bj==0)
{
while(i<=6)
{
num=KeyPro(); //扫描键盘
if(num!=0xff) //如果扫描是按键有效值则进行处理
{
if(i==0) //输入是第一个字符的时候需要把改行清空，方便观看密码
LCD_Write_String(0,1," ");//清除该行
if(i<6) //密码是6位，大于6位时不再输入按键值
{
temp[i]=num;
LCD_Write_Char(i,1,'*');
}
i++; //输入数值累加
if(num==11) //重试键
{i=0;LCD_Write_String(0,1," ");}
}
if(num==10)
{
num=0;
new1=temp[0];new2=temp[1];new3=temp[2];
new4=temp[3];new5=temp[4];new6=temp[5];
old1=new1;old2=new2;old3=new3;
old4=new4;old5=new5;old6=new6; //新密码代替旧密码
write24c02(110,old1);
write24c02(111,old2);
write24c02(112,old3);
write24c02(113,old4);
write24c02(114,old5);
write24c02(115,old6);
LCD_Write_String(0,1,"ok ");
bj=1; DelayMs(220);
DelayMs(220);DelayMs(220);
}
if(close==0)
{
bj=1;i=0;
LCD_Write_String(0,1," ");}
}
}
i=0;
}
if(num==10) //数字10为确认键
{
new1=temp[0];new2=temp[1];
new3=temp[2];new4=temp[3];
new5=temp[4];new6=temp[5];
if(i==7)//6位后的按键输入数值，相当于确认按键（任意按键即可）
{
i=0; //计数器复位
Flag=1;//先把比较位置1
old1=read24c02(110);
old2=read24c02(111);
old3=read24c02(112);
old4=read24c02(113);
old5=read24c02(114);
old6=read24c02(115);
Flag=Flag&(new1==old1)&(new2==old2)&(new3==old3)&(new4==old4)&(new5==old5)&(new6==old6);//比较输入值和已有密码
if(Flag)//如果比较全部相同，标志位置1
{
i=0;
LCD_Write_String(0,1,"Hello Boss! ");//密码正确显示的信息
jdq=0;bj=0;
delay(3000);
jdq=1;
LCD_Write_String(0,1," ");
}
else
{
i=0;c++;
LCD_Write_String(0,1,"error!");//密码错误，提示重新输入
while(c==3)
{
baojingqi();
jb=0;
DelayMs(255);DelayMs(255);
baojing=1;i=0;jb=1;LCD_Write_String(0,1," ");
if(close==0)
{
i=0;bj=1;jb=1;c=0;baojing=1;LCD_Write_String(0,1," ");
}
}
}
}
else//当密码不是6位数字时按下确认键也算输错密码一次
{
i=0;LCD_Write_String(0,1,"error!");
c++;
while(c==3)
{
baojingqi();
jb=0;
DelayMs(255);DelayMs(255);
if(close==0)
{
i=0;jb=1;bj=1;c=0;baojing=1;LCD_Write_String(0,1," ");
} } } }
if(close==0)
{
i=0;bj=1;jb=1;c=0;
jdq=1;baojing=1;
LCD_Write_String(0,1," ");
jdq=1;
}
}

四、软硬件调试结果
4.1 电路总原理图
电路总原理图如下所示：

4.2 调试结果
各种情况下的的调试结果如下个图所示：依次为开机、开锁、成功修改密码、密码错误。

五、 总结
在这次实验中，用到了单片机和C语言的知识，这两门知识都是非常具有实用性的。在这次实验中再次加深了对此的认识。
首先，在一开始输程序的时候，在程序仿真过程中出现了不能打开头文件的现象，后来经老师知道后知道了头文件的具体作用和使用方式。这些都是以前所没能掌握的。在后面的硬件电路调试过程中也遇到了很多问题，经过不懈努力之后都一一解决了。本次试验为期一周，不得不说，这次试验让我学到了好多东西。也感谢老师的辛勤指导！