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电子与信息工程毕业论文:单片机电子密码锁的设计与实现.doc

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本 科 毕 业 设 计 单片机电子密码锁的设计与实现 所在学院 专业班级 电子与信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 现在电子密码锁在我们生活中非常实用。而现在主流密码锁都是以 芯片为核心,通过编程来实现的 。此文通过用单片机芯片来达到设计要求 。 单片机 是 采用 超大规模集成电路 技术把 CPU、 RAM、 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器 /计时器 等功能集成 到一块硅片上 的 小而完善的 计算机系统 。它最早是被用在工业控制领域 ,现在单片机在我们生活中运用非常广泛。 单片机 是执行一条条的指令程序从而来自动完成我们赋予的任务的 。 本次单片机密码锁设计 选用单片机 STC89C52RC 作为核心元件,利用单片机的编程设计和I/O 端口以及控制的准确性来实现基本的密码锁功能。 运用利用率相对较高的汇编语言 编写单片机程序,最后用实验板来实现这个设计的实物。 本次设计系统共有两部分构成,即硬件部分与软件部分。其中硬件部分由电源输入部分、键盘输入部分、密码存储部分、复位部分、晶振部分、显示部分、报警部分、开锁部分组成 ,软件部分为相对应的系统程序。 关键词 单片机;密码锁; WAVE;程序调试;汇编语言 II Abstract Nowadays, electronic combination lock is very practical in our life, but now the mainstream combination lock treats chips as the core, through programming to fulfill. This chapter meets the design requirements through the single chip. A single chip computer adopts large scale integrated circuit technology, integrating functions of the CPU, RAM, ROM, many I/O port and interrupt system, timer/timer to such small and perfect computer system which is on a piece of silicon chip. Single chip is used in the area of industry at the first time, and now it is widely used in our daily life. Single-chip microcomputer cutes the program one by one automatically to complete instructions that we give. Single chip combination lock chooses STC89C52RC as the core element, using programming and accuracy of the controlling to embody the functions of the combination lock. Adopting the relatively high utilization rate of assembly language to write the single chip program, we use experiment panel to achieve the substance. The design of system consists of two parts, namely, the hardware and software. Hardware parts are made up of power , part of the keyboard and the stored password, clear part, crystal display parts, the alarm parts and the lock parts. Software parts are corresponding parts of the system. Key words Single Chip; Coded Lock; WAVE; Program test III 目录 前 言 ............................................................. IV 第一章 单片机的概述与电子密码锁的优点 ............................... 1 1. 1 单片机的发展 ................................................ 1 1. 2 单片机的应用 ................................................ 2 1. 3 电子密码锁的优点 ............................................ 3 第二章 系统硬件设计 ................................................. 4 2. 1 系统功能确定 ................................................ 4 2. 2 系统硬件设计 ................................................ 5 2. 3 设计总图 ................................................... 11 第三章 系统软件设计 ................................................ 13 3. 1 主程序设计 ................................................. 13 3. 2 单片机电子密码锁总程序 ..................................... 13 3. 3 程序流程图 ................................................. 28 第四章 系统调试 .................................................... 29 4. 1 硬件调试 ................................................... 29 4. 2 软件调试 ................................................... 29 4. 3 指标测 试 ................................................... 30 小 结 .............................................................. 31 致 谢 .............................................. 错误 未定义书签。 参考文献 ........................................................... 32 附录 1汇编程序 .................................................... 33 附录 2论文相关图标 ................................................ 48 IV 前 言 单片微型计算机简称 为 单片机,是典型的嵌入式 微控制器 ( Microcontroller Unit),常用英文字母 MCU 表示单片机,它最早是被用在工业控制 方向的 领域。 此次毕业设计主要是利用 单片机 STC89C52RC 来实现基本的密码锁功能 。主要包括设计总体大纲,编写程序,调试,最后做出实验板实物。 本文主要研究内容 第一章 单片机的概述与电子密码锁的优点 。 第二章 系统硬件设计。 第三章 系统软件设计。 第四章 系统调试与指标测试。 本次设计为什么选择用单片机来设计密码锁,也是应为单片机的发展与它的成熟。很多行业的许多地方都需要密码锁 ,不过普通的密码锁的密码很方 便被多次试探被破译而损失。本文设计的密码锁能有效的防止像普通密码锁因为多次试探被破译从而有效地克服了上述缺点。很多文献上的的电子密码锁的程序大致一样,所以设计按照如下设计 1.共 6 位密码 ,每位的取值范围为 0~ 9。 2.在密码输入的过程中,如果安下 P3.2 键,则清楚前面已输密码,并且 60 秒重新计时,等待新的密码输入。 3.在输入密码完成后,按 P3.3 键确认密码输入,系统自动判断密码是否正确,如果正确,自动跳回原始界面,并且蜂鸣器发出音乐,如果密码输入错误,则会跳回密码输入界面,倒计时不变, 3 次密码输入错误后 ,蜂鸣器发出警报,界面跳回原始状态。 1 第一章 单片机的概述与电子密码锁的优点 1. 1 单片机的发展 现在的 计算机系统 正 朝 着 巨型化,单片化,网络化 着 三个方向发展; 单片机自从诞生至今,已经发展成了上百种系列近千个机种。 中国 在 使用单片机 方面 的历史 仅有 短短的 三十多年,在 开始 的五年 中 发展极为迅速。单片机在出现时, Intel 公司就给单片机取名为嵌入式微控制器( embedded microcontroller)。单片机最明显的优势,就是可以嵌入到各种仪器设备中。这一点是 很多 巨型机和网络不可能做到的 。 数字单片机的技术发展 1. 1. 1 单片机在制作上 的进步 现在的单片机基本 是 上采用 CMOS技术 和 光刻工艺, 因为 这些技术 不断的发展和走向成熟,间接的 提高了单片机内部密度和 在工作运行中的 可靠性。 1. 1. 2 单片机在自身 结构 上 的 改进 随着现在集成电路不断的发展, 单片机在内部集成了 各种功能 的部件,这些部件 中 包括一般 我们 常用的电路, 比 如定时器,比较器, A/D 转换器, D/A 转换器 ;还有一些 单片机为了构成控制网络,内部含有局部网络控制模块 CAN。在系统较为复杂 的 时 候 , 用这种单片机 构成一个控制网络 是 十分有用 的 。 还有 的单片机 在 其 内部设置了专门用于变频控制的脉宽调制控制电路 ,从而使单片机在变频控制中实用起来更加的方便。 现在最引人注目的还是单片机 三核( TrCore)结构。这是一种建立在系统级芯片概念上的结构。 显然 这种单片机 是 由三个核组成一个是微控制器和 DSP 核,一个是数据和程序存储器核,最后一个是外围专用集成电路( ASIC)。 这种单片机 把 DSP 和微控制器做在 了 一个片上。 和传统的 单片机结合集成 极大程度的 提高了单片机的功能。 1. 1. 3 单片机在 功耗、封装 和 电源电压 等方面上的提高 ( 1) 现在单片机的功耗 做的 越来越小, 其中 设置了包括等待 ,暂停,睡眠,空闲,节电等多种 的 工作方式 来减小功耗。 ( 2) 单片机 在 封装 上技术也比以前 大大提高,随着贴片 这种 工艺的出现,单片机也采用了 大量 各种贴片工艺的封装, 用来 减少 大量的 体积。 ( 3)如今 单片机 在 扩大电源电压范围 和让其 在较低电压下能工作 的改进还是我们 发展的一个 目标 [14]。 1. 1. 4 单片机系统在抗干扰性能上的提高 随着半导体技术的发展,单片机相对应的采用了一些新的抗干扰技术,使其在可靠性上不断的提高。一些抗干扰元器件的使用很大程度上提高了系统的可靠性。此外,单片机系统在电路设计、电路板的设计上、布线工艺 上、系统安装时有无良好的接地,滤波等,都直接会影响到系统的可靠性。 1. 1. 5 单片机嵌入式系统和 Internet 的 连接 要实现嵌入式设备和 Internet 的 连接,就需要颠倒 Internet 理论和嵌入式设备的实践。现在有专 门为嵌入式微控制器设备设计 的 网络服务器, 能 使嵌入式设备可以和 Internet 连接起来 ,并通过标准 的 网络浏览器进行过程 的 控制 。 EmWare 公司提出 的 嵌入式系统入网的方案 -EMIT 技术。 技术包含了 三个主要 组成 部分 2 emMicro, emGateway 和网络浏览器 三个部分 。其中 emMicro 是一 个 很小 的网络服务器;emGateway 能对 用户或服务器实现对多个嵌入式设备的管理 ; 网络浏览器 部分 使用 的是emObjicts 进行显示和嵌入式设备之间的数据传输。 [15] 1. 1. 6 单片机的发展前景 目前全球单片机年产量已经达到十多亿片这样一个恐怖的产量,用最少的芯片实现最强大的功能这将是以后电子产品的主流方向,单片机将一步步取代其它同类产品,其广大的数量群和大面积的应用,是其它任何类型的计算机都无法可比的。 1. 2 单片机的应用 1. 2. 1 单片机系统的组成 单片机最小系统的组成 单片机是为了适应工业测控的需要产 生的。单片机把计算机最基本的功能电路,如 CPU、程序存储器、数据存储器、计数器、定时、 I/O 接口、复位电路,中断系统,晶振电路等集成到一块芯片上 ,这样形成的一个单片形态的计算机。 单片机系统的组成 单片机系统由电源部分,外围功能部件,单片机最小系统,存储部分组成。单片微处理器包括逻辑处理单元总线、寄存器、控制器、少量的数据 /程序存储器,通用控制器等。外围扩展电路包括外扩的大容量数据 /程序存储器,通讯接口、扩展的 I/O 接口、显示接口、键盘接口等。还包括电流系统、变压器、整流稳压电路等等。 1. 2. 2 单片机系统 的应用 从 飞机上各种仪表的控制,到导弹的导航装置,从工业自动化过程的实时控制和数据处理到 计算机的网络通讯与数据传输,以及生活中 的各方面,单片机的作用无处不在。 单片机 在智能仪器仪表上的应用 单片机 因为 控制功能强、体积小、扩展灵活, 在各种 仪器仪表 应用很广,它可以提高仪表仪器测量的自动化程度和精确度,还能使仪器仪表的硬件结构简单化,提高性价比。单片机和传感器相结合,能 实现 对电流 、湿度、流量、电压、压力 、 温度、速度、长度等物理量的测量 。目前这块在研发前线有着很广泛的应用,比如智能传感器和温度检测系统 、 分布式电量 计量计费监控系统 、 收费仪器系统等等。 在 实时 控制中的应用 单片机可以 用作温控系统的构成,距离控制 、 液位控制 、 时间控制等多种多样的 控制系统、 实现对温度 、 湿度 、 电流 、 电压多种 数据采集系统。 比如现在很多 工厂流水线 上 的智能化管理、电梯 上 智能化 的 控制、各种报警系统 等 等、 教室节能控制系统里也有单片机的应用。 在 我们生活 中的应用 现在 我们使用的 家用电器基本上都 是 采用单片机控制,从电饭褒 的定时系统 、 出租车计价牌 、还有 电冰箱空调机 的温度控制系统无 所不在 。还可以用单片机实现万年历的制作,电话遥控的系统 [14]。 在 实时通话和计 算机系统中 的应用 为了能更 方便地与计算机进行数据 的连通 ,现代单片机具备通信接口, 这个也为 计算机网络和通信设备 之 间的应用提供了 很好 的条件,现在的通信设备基本上都 是 单片机智能控制,3 比如 手机、电话机、 抢答器 、交换机 , 再到日常 生活 中随处可见的移动电话、集群移动通信、无线对讲机等 [16]。 单片机 在公共医疗 领域 上 的应用 单片机在医用设备中 具有很广泛的用途 , 比如电子血压仪 、各种分析仪、监护仪、超声诊断设备 还有基于单片机的无线病房呼叫器等等。 因为测控系统的工作环境一般都是比较复杂的 ,所以单片机应用的可靠性和安全性就成为 了一个很突出的问题,能导致单片机系统不可靠的因素主要有以下几个元器件本身的性能。单片机系统的结构设计外部电气条件,比如电源的稳定性,电场、磁场的影响等。外部空间存在的条件,像温度,湿度,空气的清洁度这样的。外部机械条件,如振动,冲击等安装与调试。 1. 3 电子密码锁的优点 普通的机械锁在我们生活中已经使用了有上百年,它悠久的历史。使得我们在生活中无时无刻不用到它,可是随着时代发展,科技技术的发展。普通机械锁的缺点正在慢慢地显示出来比如一把钥匙只能配一个相同的锁,还有过多的钥匙让我们带起来很不方便;它的安全性 能也相对较差,优点技术的人只需使用一点工具就可以打开绝大多数的机械锁所以这种锁在使用中有很大的安全隐患。而电子密码锁它内在的程序量巨大,可以采用程序加密增加密码锁的安全性,还有就是密码锁没有可以让人打开的机械结构,一定程度上加大了锁具的安全性。因为是程序加密,所以不知道密码的普通人无法在短时间内把锁打开。 此次的设计程序 编码量 较 多 。所以 随机 打 开锁 几率 几乎为零。 第二 密码 可以在程序中改变 。 这样 用户 就 可以经常更改密码, 用来 防止密码 使用时间过长而外泄 , 第三当输入错误密码后的系统 保护。当多次 输入 错误 密码 时,报警系统 会 自动启动。 最后这种 电子密码锁操作非常 简单易行 。因为这次为第一次设计电子密码锁,所以一些功能还无法实现,技术上也稍显嫩稚。 4 第二章 系统硬件设计 2. 1 系统功能确定 基于如今单片机发展的成熟与稳定性高,相比数字逻辑电路作为密码锁的核心单片机更具有灵活的特点。 设计选用单片机 STC89C52RC 作为本设计的核心元件, 利用单片机灵活的编程设计和丰富的 I/O 端口,及其控制的准确性,实现基本的密码锁功能 。在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制,外接 8 块 LED 显示块用 于显示作用。 设计主要由单片机、键盘、液晶显示器和密码存储等部分组成。其中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。 本系统共有两部分构成,即硬件部分与软件部分。其中硬件部分由电源输入部分、键盘输入部分、密码存储部分、复位部分、晶振部分、显示部分、报警部分、开锁部分组成 ,其原理框图如图 2.1 所示。 图 2.1 密码锁原理框图 5 2. 2 系统硬件设计 2. 2. 1 主芯片 典型系列的单片机是有 CPU 系统、外围功能单元和归一 I/O 端口 3 部分组成 ,单片机基本原理如图 2.2 所示。 图 2.2 单片机基本原理图 本次设计实验板的主芯片采用 STC89C52RC, proteus 仿真器中的是 AT89C52。如图 2.3。基本引脚 电源 VCC、 VSS,时钟 XTAL2、 XTAL1 和复位键 RST。并线扩展总线数据总线 P0 口,地址总线 P0 口(低 8 位)、 P2 口(高 8 位)和控制总线 ALE、 P S E N 、 E A 。串行通信总线发送口 TXD 和接收口 RXD。 I/O 端口 P1 口为普通 I/O 口, P3 口可复用作普通 I/O 口, P0、 P2口不作并线口时也可作普通 I/O 口。 图 2.3( a) STC89C52RC,bAT89C52 2.2.2 显示单元 这个系统的显示单元采用 8 块 LED 共阳数码显示管。 它由 8 个发光二极管构成,通过不SFR ROM RAM I/O 定时器 / 计时器 中断 系统 串行接口 UART 总线控制逻 CPU 时钟系统 RST ALE EA PSEN XTAL2 XTAL1 P0 P1 P2 P3
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