密码锁控制说明书

单片机课程设计报告

课题名称：密码锁控制

学院：机电汽车工程学院 班级：机092-1 姓名：李凡亮 学号：200923502115 指导老师：王东兴

小组成员：李凡亮 宋凯 万倩倩 张峰山

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单片机课程设计

基于单片机8051的密码锁控制

一、 题目：密码锁控制 二、 任务要求：

1、密码锁由4x4键盘和LCD显示器组成。

2、其基本功能为：（1）使用LCD显示器来显示密码输入的相关信息（2）可以设置4位数字（0-9）密码；（3）内定另一组4位数字密码为‘1234’；（4）密码输入正确则继电器启动2s，密码输入错误则发出警报声。程序执行后工作指示灯LED亮，表示程序开始执行，LCD显示“PASSWORD A OR B KEY”,按下操作键A或B动作如下：操作键A：设置新的4位数字密码，操作键B：输入4位数字密码并做检查。

三、组内成员：

李凡亮 宋凯 万倩倩 张峰山 四、指导老师：王东兴

2012

年7月13日

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本组成员及分工情况

组长：李凡亮

组员：张峰山 宋凯 万倩倩

李凡亮：任务分配，领导整体程序编制以及电路的模拟. 张峰山 宋凯：电路图的仿真

张峰山 宋凯 李凡亮：程序的编译调试

万倩倩 李凡亮 张峰山 宋凯：前期资料的搜集整理

全体小组成员集体参与资料搜集，前期程序的研讨，程序的编制和任务书的编写。

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绪论

单片机自二十世纪七十年代问世以来，以其极高的性能价格比受到人们的重视和关注，应用广泛，发展快。由于其的优点多而突出，所以其的应用领域极广，几乎到了无孔不入的地步。在我国广泛的应用于工业自动化控制、自动检测、智能仪表、智能家用电器、航空航天系统和国防军事、尖端武器等各个方面。可以采用软硬件结合的办法提高系统的性能的控制技术为微控技术。

LCD 液晶显示器是 Liquid Crystal Display 的简称，是20世纪70年代初发展起来的一种液晶显示器。随着技术的发展其的分辨率、屏幕发光颜色等进入批量化合实用化。

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的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的亲呢。

本系统由单片机系统、矩阵键盘、LCD显示和报警系统组成。系统能完成开锁、报警、修改用户密码基本的密码锁的功能。本文详细阐述了个模块的功能以及它们之间的联系。

一、单片机概述

采用以8051为核心的单片机控制方案。利用单片机灵活的编程

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设计和丰富的IO端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加调电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能。其原理如图所示。

图2－2单片机控制方案

2、单片机

8051

1>、芯片8051有40条引脚，共分为端口线、电源线和控制线三类

·4并行I/O端口，每个端口有8条端口线，用于传送数据、地址。

·可编程串行通道 ·5个中断源

·低功耗的闲置和掉电方式 ·两个16位定时器、计数器 ·片内振荡器和时钟脉冲 ·4K内部RoM ·128内部RaM

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2>、管脚说明

1)、、主电源引脚VCC和VSS VCC——（40脚）接+5V电压； VSS——（20脚）接地。

2)、外接晶体引脚XTAL1和XTAL2

XTAL1（19脚）接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对HMOS单片机，此引脚应接地；对CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。

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XTAL2（18脚）接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对HMOS单片机，该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对XHMOS，此引脚应悬浮。

3)、控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP

①RST/VPD（9脚）当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。推荐在此引脚与VSS引脚之间连接一个约8.2k的下拉电阻，与VCC引脚之间连接一个约10μF的电容，以保证可靠地复位。VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部RAM的数据不丢失。当VCC主电源下掉到低于规定的电平，而VPD在其规定的电压范围（5±0.5V）内，VPD就向内部RAM提供备用电源。

②ALE/PROG（30脚）：当访问外部存贮器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个LS型的TTL输入电路。 对于EPROM单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（PROG）。

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③PSEN（29脚）：此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。PSEN同样可以驱动（吸收或输出）8个LS型的TTL输入。

④EA/VPP（引脚）：当EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH（对851/8751/80C51）或1FFFH（对8052）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当EA保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。对于常用的8031来说，无内部程序存储器，所以EA脚必须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。

对于EPROM型的单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚也用于施加21V的编程电源（VPP）。

4)、输入/输出（I/O）引脚P0、P1、P2、P3（共32根） ①P0口（39脚至32脚）：是双向8位三态I/O口，在外接存储器时，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载。

②P1口（1脚至8脚）：是准双向8位I/O口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。P1口能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。对8052、8032，P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入，P1.1引脚的第

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二功能为T2EX捕捉、重装触发，即T2的外部控制端。对EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。 ③P2口（21脚至28脚）：是准双向8位I/O口。在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。在对EPROM编程和程序验证期间，它接收高8位地址。P2可以驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。 ④P3口（10脚至17脚）：是准双向8位I/O口，在MCS-51中，这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。P3能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。 作为第一功能使用时，就作为普通I/O口用，功能和操作方法与P1口相同。值得强调的是，P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。 P3各口线的第二功能定义 口线 引脚 第二功能 P3.0 10 RXD（串行输入口） P3.1 11 TXD（串行输出口） P3.2 12 INT0（外部中断0） P3.3 13 INT1（外部中断1） P3.4 14 T0（定时器0外部输入） P3.5 15 T1（定时器1外部输入） P3.6 16 WR（外部数据存储器写脉冲） P3.7 17 RD（外部数据存储器读脉冲） 9

2>、MCS-51单片机的片外总线结构

综合上面的描述可知，I/O口线都不能当作用户I/O口线。除8051/8751外真正可完全为用户使用的I/O口线只有P1口，以及部分作为第一功能使用时的P3口。如图，是MCS-51单片机按引脚功能分类的片外总线结构图。

由图我们可以看到，单片机的引脚除了电源、复位、时钟接入，用户I/O口外，其余管脚是为实现系统扩展而设置的。这些引脚构成MCS-51单片机片外三总线结构，即：

①地址总线（AB）：地址总线宽为16位，因此，其外部存储器直接寻址为64K字节，16位地址总线由P0口经地址锁存器提供8位地址（A0至A7）；P2口直接提供8位地址（A8至A15）。 ②数据总线（DB）：数据总线宽度为8位，由P0提供。

③控制总线（CB）：由P3口的第二功能状态和4根独立控制线RESET、EA、ALE、PSEN组成。

下表列出各个子系列的配制情况供读则参考。

芯片种类 片内存储器 中断源 定时/计数器 串行口 电源消耗（mA） 制造工艺 ROM/EPROM RAM

8051（8751，8031） 4K 128 5 2 同、异步方式，8位或10位可程序控制 125 HMOS

8052（8752，8032） 8K 256 6 3 同、异步方式，8位或10位可程序控制 100 HMOS

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80C51（87C51，80C31） 4K 128 5 2 同、异步方式，8位或10位可程序控制 24 CHMOS

80C52（87C52，80C32） 8K 256 7 3 同、异步方式，8位或10位可程序控制 24 CHMOS

8044（8744，8344） 4K 192 5 2 S.L.U 200 HMOS 3>、控制部件

控制部件是单片机的神经中枢，它包括时钟电路、复位电路、指令寄存器、译码以及信息传送控制部件。它以主振频率为基准发出CPU的时序，对指令进行译码，然后发出各种控制信号，完成一系列定时控制的微操作，用来控制单片机各部分的运行。其中有一些控制信号线能简化应用系统外围控制逻辑，如控制地址锁存的地址锁存信号ALE，控制片外程序存储器运行的片内外存储器选择信号EA，以及片外取指信号PSEN

二、硬件设计

2.1 硬件设计思想

●键盘采用4×4矩阵式键盘，P1口作为键盘的输入口。

●显示采用LCD显示 ●报警声音由P3.6引脚控制 ●错误指示灯由P3.7引脚控制

●电源与接地要做好片内外以及强弱电的隔离。

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2.2 部分硬件方案论述 2.2.1 键盘输入单元：

这是用户使用时将密码输入单片机内的输入设备，具体结构构成见图：

采用16个按键开关，分别代表0~D14个数字输入键位，一个确认键和一个取消键。采取矩阵式键位设计，此举为减少对单片机的I/O口的使用，同时也是的我们键盘的的外形更好看，使用更人性化。键盘的行线和列现分别接80C51单片机的P1.0~P1.7八个端口。对键盘的识别方式我们采取行扫描法。具体使用由编程由单片机完成。 逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，介绍过程如下。

1>、判断键盘中有无键按下。将全部行线置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。

2>、判断闭合键所在的位置。在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。

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图 键盘输入单元

2.2.2 显示单元：

此设备是用户使用密码防盗锁的的显示装置，是实现人机交换的重要设备。用户通过它来观看键位数字的信息，了解已输入的密码个数，单片机通过它告知用户操作的正确与否，对用户的操作进行提示和引导。

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HEADER2vccd321HEADER112d2DPYd11A2Bag9cdpdbCLKLCD显示电路

89MRDPYQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7345601111213abcfdeefgpd12345678IC1ag9cdpdbLED01A2BCLKLCD显示器的基本结构和原理

89MRQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7345610111213abcfdeefgpd12345678IC2DPYag9cdpdbLED1 14

CLK345601111213abcfdeefgpd123456781A2B89MRQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7IC3DPYag9cdpdbLED21A2BCLK89MRQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7345610111213abcfdeefgpd12345678IC4DPYag9cdpdbLED31A2BCLK89MRQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7345601111213abcfdeefgpd12345678IC5DPYagdb9cdpLED41A2BCLK8C9MRQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7345601111213abcfdeefgpd12345678 IC6

LED5

LCD模组是由控制器，驱动器，显示器三部份所组成，而目前市面上LCD的模组驱动/控制器都是由日制的HD44780控制器晶片(或是相容产品)，因此外部接脚的功能也都相同,这个控制器的内部共有80 个位元组可供储存由外部送进来的资料，因此使用此款控器的LCD模组最多一次可显示80个字HD44780中储存显示资料的80个位元组，称之为Display DataRAM(DDRAM),DDRA的位址从00H~67H,共80个Byte。在LCD 上Show出资料DDRAM位址与可供显示位置的对应图

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至于CPU如何将资料送给LCD显示的方法,是将欲显示的字元的ASCII 码写到LCD内部的DDRAM,LCD就会将这个自在其对应的位置显示出来.例如,若想在LCD 的左上角处(位址00h),显示’A’.就将ASCII码-41H,送到DDRAM 的00H 位址.

例:

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2.2.3报警电路模块：

此设备用于输出按键声、开锁提示声、操作错误提示声及报警声；由P3.6输出脉冲驱动喇叭发声，电路如图：

图 报警电路模块

2.2.4晶振电路模块：

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此模块为单片机提供时钟频率

图 晶振电路

2.2.5复位电路模块：

此模块用于实现密码锁的密码重置，复位电路接单片机的RST引脚，但复位键按下时，低电平使单片机复位，从而实现密码锁密码的重置。

图 复位电路模块

2.26 掉电存储单元

SCK:串行时钟端；

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SDA：串行数据端，串行发送接收的数据从此引脚一位接一位输出输入

WP：写保护，当WP为高电平时存储器只读，当WP为低电平时，存储器可读可写。AT24C02的WP引脚为测试脚，可接地处理。 A0，A1，A2：片选或块选。

2.3 使用到的元器件列表

元器件 单片机 LCD显示器 蜂鸣器 晶体振荡器 可擦除存储芯片 按键开关 电容 电阻 发光二极管 滑动变阻器 非门 三极管 8051 LM016L SPEAKER CRYSTAL 24C024 BUTTON CAP RES LED-RED,LED-GREEN POT NOT 规格和型号 1 1 1 1 1 16 3 4 2 1 1 1 数量 Transistors 3 总框图设计

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整体程序设计和程序流程图

1>、程序分为主程序和中断服务程序两个主要部分，主程序完

成变量和单片机特殊功能寄存器的初始化后，进入一个循环结构。在循环中，首先判断有无按键按下，若有则判断是数字键还是功能键，根据按键的情况执行相应的功能。然后根据密码是否正确的判断情况，执行相应的操作。循环中最后需要显示的内容通过动态扫描子在液晶显示器上显示。中断服务程序需要实现待机计时5秒。 单片机采用MCS51系列的单片机8051作为主要主控制器，外围电路器件包括液晶显示驱动、蜂鸣器的驱动输出、独立式键盘和发光二极管的输出等。

2>、程序主要包括以下几个模块

1)、主程序模块——主要完成初始化、设置中断向量、检查有无按键按下、以及调用显示等等。

2）、键盘扫描及识别子程序——键盘采用查询方式，放于主程序中，当没有按键按下时，单片机循环主程序，当按键按下时便转向相应的子程序处理，处理结束后返回。

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3）、掉电存储服务程序——当比较密码的时候，需要读取AT24C02程序，将存储于芯片内的数据读到RAM中，然后和输入密码相比较，当修改密码时需要把密码保存于24C02中。

4）、显示子程序——包括关闭状态显示子程序（dis-A）、开锁状态显示子程序（DIS-B）、密码输入及修改状态显示子程序(DIS-C)、密码输入错误报警状态子程序（DIS-D）.

程序流程图

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四、程序设计

#include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char int pw_error,audio_out,cnt_state; void key_scan();

uchar count0,count1,count3,num,n=0,temp,a,j,count4; uchar mima[4]; //初始密码存储区 uchar tab_key[50]; //输入密码存储区 uchar code table[]={ 0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c, 0x39,0x5e,0x79,0x71};

bit enterflag; //确认键按下与否的标志 bit mimaflag; //密码正确与否的标志 bit xiugaiflag; //修改密码标志 bit enter1flag; //修改密码确认键标志 sbit red=P3^7; sbit bell=P3^6; sbit rs=P2^0;

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sbit rw=P2^1; sbit lcden=P2^2; sbit green=P3^2; sbit scl=P3^4; sbit sda=P3^5;

uchar code table1[]=%uchar code table2[]=\ --------%uchar code table3[]=\

uchar code table4[]=\ (^_^) %uchar code table5[]=\

uchar code table6[]=%uchar code table7[]=\ --------%uchar code table8[]=\ is new%uchar code table9[]=\//*********************************键盘消抖**************************** void delay1() { ;; }

void delay2(uchar x) {

uchar a,b; for(a=x;a>0;a--)

23

数

函 for(b=100;b>0;b--); }

void delay(uint z) { uint x,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); }

//****************************e^2room******************************* void start() //开始信号 { sda=1; delay1(); scl=1; delay1(); sda=0; delay1(); }

void stop() //停止

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初始化

的{ sda=0; delay1(); scl=1; delay1(); sda=1; delay1(); }

//****************************

应

答

信

************************************* void respond() { uchar i; scl=1; delay1();

while((sda==1)&&(i<250))i++; scl=0; delay1(); }

//**********************************写字节操作函*****************************

void write_byte(uchar date)

25

号

数

{ uchar i,temp; temp=date; for(i=0;i<4;i++)

{

temp=temp<<1; //保持最高位，左移到进位 scl=0; delay1(); sda=CY; delay1(); scl=1; delay1();

}

scl=0; delay1(); sda=1;//总线释放

delay1();

}

//**********************************读字节************************** uchar read_byte() {

26

CY 操作函数

uchar i,k; scl=0; delay1(); sda=1; delay1(); for(i=0;i<4;i++) { scl=1; delay1();

k=(k<<1)|sda; //或运算，放到最低位 scl=0; delay1();

}

return k; }

//***********************************写地址***************************

void write_add(uchar address,uchar date) { start();

write_byte(0xa0); respond();

27

数

函 write_byte(address); respond(); write_byte(date); respond(); stop(); }

//******************************************************************** uchar read_add(uchar address) {

uchar date; start();

write_byte(0xa0); respond();

write_byte(address); respond(); start();

write_byte(0xa1); respond(); date=read_byte(); stop(); return date;

28

读地址函数

}

//**************************LCD1602******************************** void write_com(uchar com) { rs=0; lcden=0; P0=com; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0; }

void write_date(uchar date) { rs=1; lcden=0; P0=date; delay(5); lcden=1; delay(5);

29

的初始化

lcden=0; }

//*****************************

密

码

比

较

函

数

***************************************** bit mimacmp() { bit flag; uchar i; for(i=0;i<4;i++) {

if(mima[i]==tab_key[i]) flag=1; else {

flag=0; i=4;

}

}

return(flag); //返回flag }

30

////**************************LCD显示函数开始

********************************************** void lcd_display() { }

//***********************************键盘功能分配函数群开始*********************************

//** 0 ** 4 ** 8 **修改(clr) ** //** 1 ** 5 ** 9 **修改密码键(a)**

//** 2 ** 6 ** 确认(en)**修改确认密码键(b)** //** 3 ** 7 **

void key_manage1() {

uchar i=0;

write_com(0x80+0x40+4); for(i=0;i

write_date(table3[0]); }

tab_key[n]=0;

31

n++;

if(xiugaiflag==1) {

mima[count4]=0; count4++; }

}

void key_manage2() {

tab_key[n]=1; n++; if(xiugaiflag==1) {

mima[count4]=1; count4++; }

}

void key_manage3() {

32

tab_key[n]=2; n++;

if(xiugaiflag==1) {

mima[count4]=2; count4++; }

}

void key_manage4() { tab_key[n]=3; n++;

if(xiugaiflag==1) {

mima[count4]=3; count4++; }

}

void key_manage5()

33

{ tab_key[n]=4; n++;

if(xiugaiflag==1) {

mima[count4]=4; count4++; }

}

void key_manage6() { tab_key[n]=5; n++;

if(xiugaiflag==1) {

mima[count4]=5; count4++; }

}

void key_manage7() {

34

tab_key[n]=6; n++;

if(xiugaiflag==1) {

mima[count4]=6; count4++; }

}

void key_manage8() { tab_key[n]=7; n++;

if(xiugaiflag==1) { mima[count4]=7; count4++;

}

}

void key_manage9() {

tab_key[n]=8;

35

n++;

if(xiugaiflag==1) { mima[count4]=8; count4++;

}

}

void key_manage10() { tab_key[n]=9; n++;

if(xiugaiflag==1) { mima[count4]=9; count4++;

}

}

//**********************************

确

认

************************************************************ void key_manage11() {

enterflag=1; //确认键按下

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键

if(n==4) //只有输入4个密码后按确认才做比较 mimaflag=mimacmp(); else

mimaflag=0;

if(enterflag==1) {

enterflag=0; n=0;

//用FFFF清除已经输入的密码 for(count3=0;count3<4;count3++) { delay(5);

tab_key[count3]=0x0f; }

TR1=1; //打开计数器

count1=0; //定时器1由50MS累计到1S所用的计数器

if(mimaflag==1) { a=0;

write_com(0x01);

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write_com(0x80);

for(count3=0;count3<16;count3++) {

write_date(table4[count3]); //密码正确，显示

RIGHT，绿灯亮

green=0;

delay(5);

}

delay(1000);delay(1000);delay(1000);delay(1000);delay(1000);

write_com(0x01);write_com(0x80); for(count3=0;count3<20;count3++) {write_date(table9[count3]);} } else { n=0; red=0; // bell=~bell; // delay(100) ;

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a++; if(a==3) {

// for(count3=0;count3<8;count3++) //ffffffff清除密码 // {

// delay(5);

// tab_key[count3]=0x0f; // }

write_com(0x01); write_com(0x80);

for(count3=0;count3<9;count3++) {

write_date(table5[count3]); //密码错误，显示红灯亮 } // {

green=1;

pw_error=0; //密码错误指示灯亮 bell=0; //长鸣声报警 delay(60000); delay(60000); delay(60000);

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error， delay(60000); delay(60000); delay(60000); delay(60000); delay(60000); delay(60000); bell=1; //-------------

TR1=1; //打开定时器计时 cnt_state=2; //下一状态处于15秒计时的状态 // } delay(5); // } TR1=0; } } } }

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/v3z6.html