EDA课程设计电气121周思博1.docx

齐齐哈尔大学

计 控 学 院
College of computer and control engineering
Qiqihar university

电气工程课程设计报告

系 别 电 气 工 程 系
班 级 电 气 121
姓 名 周 思 博
指导教师 李艳东、赵丽娜
提交日期 2014年 12 月26日

LCD显示电子密码锁设计
第1章 设计背景及意义
锁具是源流千古的社会性用品,主要用于日常生活和工作中，住宅与部门的安全防范。当前门锁的主流是弹子锁，其保密性不强，钥匙容易被仿制和意外丢失；且持有者需随时携带钥匙，使用不方便。保存贵重物件的保险箱主要用机械密码锁，其结构较为复杂，制造精度要求高，成本高昂，且易出现故障。针对原有锁具的特点和缺陷，为满足人们对锁的使用需求，增加其安全性，用密码代替钥匙的电子密码锁应运而生。
早期开发的电子密码锁由于电子器件所限，种类不多，保密性差，最基本的就是只依靠最简单的模拟电子开关来实现的，制作简单但不安全。后来多是基于EDA实现，其电路结构复杂，电子元件繁多，也有使用早先2051系列单片机来实现的，但密码简单，容易破解。随着电子元件的进一步发展，电子密码锁也出现了很多的种类，功能日益强大，使用更加方便，保密安全性更强；由以前的单密码输入发展到现在密码加感应元件，实现了真正的电子加密。电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。电子密码锁的出现给人们带来了极大的方便，有很广阔的市场前景。现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。本系统采用STC89C52单片机，应用液晶显示器1602作为输出显示系统提示信息的电子密码锁的设计与实现。
第2章 方案论证
2.1 功能要求
1密码的设定，此密码是固定在程序存储器ROM中，假设预设的密码为“123456”共6位密码。
2密码的输入： 采用两个按键来完成密码的输入，其中一个按键为功能键，另一个按键为数字键。在密码都已经输入完毕并且确认功能键之后，才能完成密码的输入过程。然后进入密码的判断比较处理状态并给出相应的处理过程。
3按键禁止功能：初始化时，允许按键输入密码，当有按键按下并开始进入按键识别状态时，按键禁止功能被激活，但启动的状态是在3次密码输入不正确的情况下发生的。
4当密码出入正确时，指示灯亮，否则指示灯属于灭的状态，并密码错误三次，蜂鸣器报警并启动定时器计时。
2.2 单片机的选择
方案一：采用传统的STC89C52RC作为电机的控制核心。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。
方案二：采用FTC10F04单片机，还带有非易失性Flash程序存储器。它是一种高性能、低功耗的8位CMOS微处理芯片，市场应用最多。其主要特点如下：8KB Flash ROM，可以擦除1000次以上，数据保存10年。
由于本系统对CPU运算速度要求很高，需要执行很复杂的运算，方案一成本比较低，适合做设计，方案二运算速度高，性能好，所以两种方案都有可取之处。选用方案一作为主方案，方案二作为备用方案。
2.3 显示模块的选择 
方案一：使用液晶显示屏显示。 液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。
方案二：使用传统的LED数码管显示。 数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护。数码管采用BCD编码显示数字，但是数码管显示单一。根据以上的论述，采用方案一。在本系统中，采用了液晶lcd1602显示。
2. 4 密码输入键盘选择
方案一：使用独立式键盘。独立式键盘是指直接用I/O口线构成的单个按键电路。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单。
方案二：使用4*4矩阵式键盘。矩阵式键盘是由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，行线、列线分别连接到按键开关的两端。其特点是简单且不增加成本，这种键盘适合按键数量较多的场合。根据以上的论述，因本系统密码设计为六位数字及其他功能键，因此采用4*4矩阵式键盘。
2.5、总体方案设计
本设计主要由STC89C52RC单片机、4*4矩阵键盘、LCD1602液晶显示器AT24C02 EPROM密码存储等部分组成。其中4*4矩阵键盘用于输入数字密码和进行各种功能的实现。由用户通过连接单片机的矩阵键盘输入密码，后经过单片机对用户输入的密码与自己保存的密码进行对比，从而判断密码是否正确，然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者报警电路控制开锁还是报警。
2.6、所需要的元件
STC89c52单片机一块、AT24C02、LCD1602液晶、蜂鸣器一个、、电容若干、电阻若干、时钟晶振12MHZ、指示灯若干、开关若干、5V电池、高精度滑动变阻器、排阻（10k）。
第三章 系统硬件设计及主要芯片介绍
3.1、主要芯片介绍
3.1.1STC89C52
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM， MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。
3.1.2 LCD1602显示器
现在的字符型液晶模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。1602型LCD显示模块具有体积小，功耗低，显示内容丰富等特点。1602型LCD可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0~D7和RS，R/W，EN三个控制端口，工作电压为5V，并且具有字符对比度调节和背光功能。

第1脚
VSS 电源地
第9脚
D2双向数据线
第2脚
VDD +5V电源
第10脚
D3双向数据线
第3脚
VEE 液晶显示偏压信号
第11脚
D4双向数据线
第4脚
RS 数据/命令选择端
第12脚
D5双向数据线
第5脚
R/ W 读/写 选择端
第13脚
D6双向数据线
第6脚
E 使能端
第14脚
D7双向数据线
第7脚
D0双向数据线
第15脚
BLA 背光源正极
第8脚
D1 双向数据线
第16脚
BLK 背光源负极

3.1.3、AT24C02 存储芯片
AT24C02是一个2K位串行CMOS E2PROM， 内部含有256个8位字节，CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。AT24C02有一个16字节页写缓冲器。该器件通过IIC总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。AT24C02支持I2C，总线数据传送协议I2C，总线协议规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器。任何从总线接收数据的器件为接收器。数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。主器件和从器件都可以作为发送器或接收器，但由主器件控制传送数据（发送或接收）的模式，由于A0、A1和A2可以组成000~111八种情况，即通过器件地址输入端A0、A1和A2可以实现将最多8个AT24C02器件连接到总线上，通过进行不同的配置进行选择器件。
3.1.4、键盘输入模块
由于本设计所用到的按键数量较多而不适合用独立按键式键盘。采用的是矩阵式按键键盘，它由行和列组成，也称行列式键盘，按键位于行列的交叉点上，密码锁的密码由键盘输入完成，与独立式按键键盘相比，要节省很多I/O口。本设计中使用的这个4×4键盘不但能完成密码的输入还能作特别功能键使用。键盘的每个按键功能在程序设计中设置。
3.1．5、开锁模块
开锁控制电路的功能是当输入正确的密码后将锁打开。系统使用单片机其中一引脚线发出信号，经三极管放大后，由继电器驱动电磁阀动作将锁打开。用户通过键盘任意设置密码，并储存在E2PROM中作为锁码指令。只有用户操作键盘时，单片机的电源端才能得到3V电源，否则，单片机处于节电工作方式。开锁步骤如下：首先按下键盘上的开锁按键，然后利用键盘上的数字键0－9输入密码，最后按下确认键。当用户输入密码后，单片机自动识别密码，如果密码不符，则报警。只有当密码正确，单片机才能使继电器处于开锁状态。
3.1.6、报警模块
报警部分由陶瓷压电发声装置及外围电路组成，加电后不发声，当有键按下时，“叮”声，每按一下，发声一次，密码正确时，不发声直接开锁，当密码输入错误时，单片机的P1.5引脚为低电平，三极管T3导通蜂鸣器发出噪声报警。
第四章 心得体会
课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。在这次课程设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。当我终于完成了所有打字、绘图、排版、校对的任务后整个人都很累，但同时看着电脑荧屏上的课程设计稿件我的心里是甜的，我觉得这一切都值了。
这次课程设计我学到很多很多的东西，学会了怎么样去制定计划，怎么样去实现这个计划，并掌握了在执行过程中怎么样去克服心理上的不良情绪。不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识，掌握了一种系统的研究方法，可以进行一些简单的编程。
第五章 总原理图
电子密码锁硬件原理图，如图5-1所示。

5-1密码锁硬件原理图

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