基于單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告2015 2016學(xué)年第 一 學(xué)期課程名稱 單片機(jī)原理及應(yīng)用 設(shè)計(jì)題目 電子密碼鎖設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 楊會(huì)毫 學(xué) 號(hào) 專業(yè)班級(jí) 計(jì)算機(jī)15升 指導(dǎo)教師 蘇 百 順 2016 年 1 月 5 日摘 要近年來，隨著改革開放的深入發(fā)展，電子電器的飛速發(fā)展。人民的生活水平有了很大提高。各種高檔家電產(chǎn)品和貴重物品為許多家庭所擁有。然而不法分子也是越來越多，原因在于大部分人防盜意識(shí)還不夠強(qiáng)，造成偷盜現(xiàn)象屢見不鮮。越來越多的居民家庭對(duì)財(cái)產(chǎn)安全問題十分擔(dān)憂。因此，出于安全方便等方面的需求，電子密碼鎖相繼問世。本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)AT89S51為主控芯片，并結(jié)合外圍液晶顯示LCD1602、存儲(chǔ)芯片AT24C02、紅外遙控HS0038，以及鍵盤輸入、復(fù)位、電源等電路組合而成。系統(tǒng)能夠完成開鎖、報(bào)警、修改密碼等基本功能，還能夠通過紅外來控制單片機(jī)的開鎖，以及掉電儲(chǔ)存密碼的功能。整個(gè)設(shè)計(jì)在Keil開發(fā)環(huán)境下，用C語言編寫主控芯片的控制程序來實(shí)現(xiàn)具有多功能的電子密碼鎖。關(guān)鍵詞：密碼鎖 AT89S51 儲(chǔ)存 顯示 紅外目 錄摘 要I引 言11 概述21.1 課題背景和意義21.2電子密碼鎖的發(fā)展趨勢(shì)22 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路32.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求32.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案33 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)43.1主控芯片AT89S5143.2 存儲(chǔ)模塊AT24C0273.3紅外模塊HS003893.4 顯示模塊LCD1602103.5 電源電路模塊113.6 鍵盤輸入模塊123.7 報(bào)警電路133.8 開鎖電路133.9 復(fù)位電路143.10串行通信電路143.11 系統(tǒng)整體原理圖164系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)174.1 主程序設(shè)計(jì)174.2鍵值判斷設(shè)計(jì)184.3開鎖設(shè)計(jì)194.4密碼修改設(shè)計(jì)204.5 紅外遙控設(shè)計(jì)235 仿真設(shè)計(jì)245.1 Protues仿真軟件概述245.2 Protues與Keil的連調(diào)255.3 Protues與Keil的連調(diào)的仿真結(jié)果265.4問題及解決辦法27結(jié) 論28參考文獻(xiàn)29引 言隨著新技術(shù)的不斷開發(fā)與應(yīng)用，近年來單片機(jī)發(fā)展十分迅速，一個(gè)以微機(jī)應(yīng)用為主的新技術(shù)革命浪潮正在蓬勃興起，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到冶金、電力、建材、化工、機(jī)械、石油、食品等各個(gè)行業(yè)。單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人們帶來的方便也是不可否認(rèn)的其中單片機(jī)控制就是一個(gè)典型的例子。MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用廣泛，是學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)較好的系統(tǒng)平臺(tái)，同時(shí)也是單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的一個(gè)重要系列。目前，單片機(jī)原理與應(yīng)用教材大都采用匯編語言講解和設(shè)計(jì)程序?qū)嵗珔R編語言學(xué)習(xí)困難。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)調(diào)試中，特別是開發(fā)比較復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，為了提高開發(fā)效率和使程序便于移植，現(xiàn)在多用C語言。在信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的今天，我們生活中必不可需的設(shè)備都向著小型化、便攜化、智能化、自動(dòng)化的方向發(fā)展。所以電子密碼鎖隨著快節(jié)奏的生活應(yīng)運(yùn)而生。在我國(guó)六七十年代還是傳統(tǒng)的一把鑰匙配一把鎖，不管是單位還是個(gè)人每天都要認(rèn)真檢查是否鎖上了門，而且鑰匙還不能隨便亂放，一旦不小心忘記放在哪里很可能就打不開門了。傳統(tǒng)的鎖也相當(dāng)?shù)牟话踩?，?huì)有一些不法分子想盡辦法打開你的房鎖去偷盜東西。電子密碼鎖的產(chǎn)生使得這些問題都不再是問題，我們只需簡(jiǎn)單的記住四位密碼即可。1 概述1.1 課題背景和意義人們從前使用的鎖不但不方便，而且安全系數(shù)也比較低。隨著社會(huì)的進(jìn)步和人們生活水平的提高，老式的鎖已經(jīng)跟不上人們的要求，況且人們對(duì)防盜的要求越來越高，特別是對(duì)使用的便捷性也有了更高的需求。因此近幾年一種新型的電子密碼鎖應(yīng)運(yùn)而生，受到了人們的青睞。有報(bào)警功能的密碼鎖這時(shí)正為人們解決了不少問題。但是市場(chǎng)上的密碼鎖大部分都是用于一些大公司財(cái)政機(jī)構(gòu)、價(jià)格高昂，一般人們難以接受。如果再設(shè)計(jì)和生產(chǎn)一種價(jià)格低廉、性能靈敏可靠的密碼鎖，必將在防盜和保證財(cái)政安全方面發(fā)揮更加有效的作用。密碼鎖是現(xiàn)代生活中經(jīng)常用到的工具之一，廣泛應(yīng)用于保險(xiǎn)柜、房門、賓館、車庫等。電子密碼鎖克服了機(jī)械式密碼鎖量少、安全性能差的缺點(diǎn)，特別是使用單片機(jī)控制的智能電子密碼鎖，不但功能全，而且具有更高的安全性和可靠性。并且電子密碼鎖只需記住一組密碼，無需攜帶鑰匙，免除了人們攜帶鑰匙的煩惱，被越來越多的人所喜歡。隨著我國(guó)第三產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，電子密碼鎖會(huì)在不久的將來得到廣泛的應(yīng)用，方便社會(huì)和個(gè)人。1.2電子密碼鎖的發(fā)展趨勢(shì)20世紀(jì)80年代后，隨著電子鎖專用集成電路的出現(xiàn)，電子鎖的體積縮小，同時(shí)可靠性提高，成本也相對(duì)提高，所以只適合使用在安全性要求較高的場(chǎng)合，且需要有電源提供能量，使用還局限在一定范圍，難以普及，所以對(duì)密碼鎖的研究一直沒有明顯進(jìn)展。到了90年代，美國(guó)、意大利、德國(guó)、日本、加拿大、韓國(guó)以及我國(guó)的臺(tái)灣、香港等地的微電子技術(shù)的進(jìn)步和通信技術(shù)的發(fā)展為密碼鎖提供了技術(shù)上的支持，從而推動(dòng)密碼鎖走向?qū)嶋H應(yīng)用的階段。目前，在西方國(guó)家，電子密碼鎖技術(shù)相對(duì)先進(jìn)，種類齊全，電子密碼鎖已被廣泛應(yīng)用于智能門禁系統(tǒng)中，使之更加安全更加可靠實(shí)現(xiàn)大門的管理。我國(guó)于90年代初期開始對(duì)密碼鎖進(jìn)行初步的探索。到目前為止，隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，電子密碼鎖的技術(shù)領(lǐng)域已發(fā)展的十分成熟。從目前的技術(shù)水平和市場(chǎng)認(rèn)可程度看，使用最為廣泛的是鍵盤式電子密碼鎖，該產(chǎn)品主要應(yīng)用于保險(xiǎn)箱、保險(xiǎn)柜和金庫，還有一部分應(yīng)用于保管箱和運(yùn)鈔車。在其他技術(shù)領(lǐng)域還有遙控式電子密碼鎖以及卡片式密碼鎖等。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求單片機(jī)密碼鎖主要內(nèi)容：用戶可以自由設(shè)定密碼、具有報(bào)警提示功能、可設(shè)置萬用密碼、具有掉電存儲(chǔ)密碼功能。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本系統(tǒng)采用以單片機(jī)為核心元件的控制方案。由于單片機(jī)種類繁多，各種型號(hào)都有其一定的應(yīng)用環(huán)境，因此在選用時(shí)要多加比較，合理選擇，以獲得最佳的性價(jià)比。一般來說在選取單片機(jī)時(shí)從下面幾個(gè)方面考慮：性能、存儲(chǔ)器、運(yùn)行速度、I/O口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行接口、模擬電路功能、工作電壓、功耗、封裝形式、抗干擾性、保密性，除了以上的一些方面外，還有一些最基本的條件，比如：中斷源的數(shù)量和優(yōu)先級(jí)、工作溫度范圍、有沒有低電壓檢測(cè)功能、單片機(jī)內(nèi)有無時(shí)鐘振蕩器、有無上電復(fù)位功能等。在開發(fā)過程中還要考慮開發(fā)工具、編程器、開發(fā)成本、開發(fā)人員的適應(yīng)性、技術(shù)支持和服務(wù)等因素?；谝陨弦蛩乇驹O(shè)計(jì)選用單片機(jī)AT89S51作為本設(shè)計(jì)的核心元件，利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的I/O端口，及其控制的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)基本的密碼鎖功能。在單片機(jī)的外圍電路外接輸入鍵盤用于密碼的輸入和一些功能的控制，外接AT24C02芯片用于密碼的存儲(chǔ)，外接LCD1602顯示器用于顯示作用。其原理如下圖1所示。顯示電路電源電路單片機(jī)AT89S51報(bào)警電路鍵盤輸入開鎖電路復(fù)位電路紅外遙控密碼儲(chǔ)存AT89S51 圖1單片機(jī)控制方案3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1主控芯片AT89S51在本設(shè)計(jì)中選用 ATMEL 公司的 AT89S51單片機(jī)作為主控芯片。它是一款低功耗，AT89S51就是一款廣泛應(yīng)用的，高性能CMOS 8位單片機(jī)，由于系統(tǒng)控制方案簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)量也不大，考慮到電路的簡(jiǎn)單和成本等因素，因此在本設(shè)計(jì)中選用 ATMEL 公司的 AT89S51單片機(jī)作為主控芯片。主控模塊采用單片機(jī)最小系統(tǒng)是由于 AT89S51芯片內(nèi)含有8 B的 E2PROM ，無需外擴(kuò)存儲(chǔ)器，電路簡(jiǎn)單可靠，其時(shí)鐘頻率為 024 MHz，并且價(jià)格低廉，批量?jī)r(jià)在 10元以內(nèi)。AT89S51是一款功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)，它可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比。單片機(jī)的最小系統(tǒng)是由復(fù)位電路、時(shí)鐘電路和電源組成。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位、按鍵復(fù)位和外部脈沖復(fù)位3種方法。本文采用的是上電復(fù)位它是通過系統(tǒng)外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)電路原理可知電容兩極板間的電壓不能突變當(dāng)單片機(jī)電源接通電源的瞬間單片機(jī)的9管腳會(huì)產(chǎn)生一個(gè)階躍信號(hào)，所以RTS端維持高電平由于這個(gè)充電時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1ms，一般就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的上電自動(dòng)復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的初始化。初始化是為了讓單片機(jī)從地址0000H開始執(zhí)行, 除此之外單片機(jī)要想正常工作還必須有時(shí)鐘電路，時(shí)鐘電路是產(chǎn)生時(shí)序的基礎(chǔ)，單片機(jī)每執(zhí)行一條指令都是建立在時(shí)序電路上的，為了能保證單片機(jī)執(zhí)行指令的同步，電路就要在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下按時(shí)序的先后進(jìn)行工作。它分為內(nèi)部時(shí)鐘電路和外部時(shí)鐘電路。本文采用的是內(nèi)部時(shí)鐘電路，在MCS51單片機(jī)的內(nèi)部有一個(gè)高增益的反向放大器，其輸入端為引腳XTAL1，輸出端為XTAL2，只要在外部接上兩個(gè)電容和一個(gè)晶振，就能夠成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。這里主要看一下電容和晶振的選擇，晶振的大小與單片機(jī)的振蕩頻率有關(guān)，電容的大小影響著振蕩器振蕩的穩(wěn)定性和起振的快速性，通常選擇1030pF的瓷片電容。本系統(tǒng)電容選擇為33pF，晶振為12MHz之所以選擇這一頻率的晶振是為了在進(jìn)行單片機(jī)與電腦進(jìn)行串口通信時(shí)容易產(chǎn)生和電腦時(shí)鐘同步的波特率，另外在設(shè)計(jì)電路時(shí)，晶振和電容應(yīng)盡可能的靠近芯片，這樣可以提高系統(tǒng)的抗干擾能力，電源部分，電源與地之間可以接一個(gè)0.1uF的電容，它用來濾除電源的紋波，使單片機(jī)穩(wěn)定工作，單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖3-1所示。 圖3-1 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)引腳說明：VCC：電源電壓輸入端。 GND：電源地。 P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開路雙向I/O端口，每個(gè)引腳可以吸收8TTL門電流。P0口當(dāng)作數(shù)據(jù)輸出時(shí)需要加上拉電阻，當(dāng)P0口的I/O口被寫“1”后，被定義為高阻抗輸入狀態(tài)。P0可以用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，P0口可以是地址的低八位以及數(shù)據(jù)輸出口。 P1口：P1口是一個(gè)8位雙向的I/O端口單片機(jī)內(nèi)部加上了上拉電阻的端口，P1口緩沖器可接收的4TTL柵極電流輸出。P1口的I/O口被寫 “1”后，內(nèi)部上拉的是高的，可以作為輸入，P1口外部下拉低時(shí)輸出電流，這是因?yàn)橛袃?nèi)部上拉的緣故。P2口：P2口是一個(gè)8位雙向的I/O端口單片機(jī)內(nèi)部加上了上拉電阻的端口，P2口緩沖器可接收的4TTL柵極電流輸出。當(dāng)P2口的I/O口被寫“1”后，內(nèi)部上拉的是高的，可以作為輸入，P2口外部下拉低時(shí)輸出電流，這是因?yàn)橛袃?nèi)部上拉的緣故。當(dāng)P2口用于外部程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)P2口是地址高八位輸出。P3口：P3口是一個(gè)8位雙向的I/O端口單片機(jī)內(nèi)部加上了上拉電阻的端口，P3口緩沖器可接收的4TTL柵極電流輸出。P3口的I/O口被寫“1”后，內(nèi)部上拉的是高的，可以作為輸入，P3口外部下拉低時(shí)輸出電流，這是因?yàn)橛袃?nèi)部上拉的緣故。P3口除了普通I/O口功能，還有其第二功能P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（T0定時(shí)器的外部計(jì)數(shù)輸入） P3.5 T1（T1定時(shí)器的外部計(jì)數(shù)輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀選通） RST：復(fù)位引腳高電平時(shí)MCU復(fù)位，復(fù)位信號(hào)輸入端口，當(dāng)MCU要復(fù)位時(shí)，給與此引腳高電平，高電平持續(xù)時(shí)間是不少于兩個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間。ALE/PROG：地址鎖存使能以及編程脈沖信號(hào)端口。當(dāng)單片機(jī)訪問外部的存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存使能鎖存地址低八位。通常情況下，ALE引腳輸出單片機(jī)外部振蕩器的頻率的1/6的頻率輸出。應(yīng)該注意到的是：當(dāng)用于單片機(jī)擴(kuò)展外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，它會(huì)少一個(gè)ALE脈沖。如果你想禁止ALE輸出可以設(shè)置為0在SFR8EH地址。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時(shí)ALE才起作用。此外，ALE引腳倍稍微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE的禁令，設(shè)置無效。PSEN：程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端，在讀外部程序存儲(chǔ)器時(shí)PSEN低電平有效，以實(shí)現(xiàn)外部程序存儲(chǔ)器單元的讀操作。EA/VPP：外部程序存儲(chǔ)器訪問允許。當(dāng)/EA接高電平時(shí)，單片機(jī)讀取內(nèi)部程序序存儲(chǔ)器，當(dāng)擴(kuò)展有外部ROM時(shí)，當(dāng)讀完內(nèi)部ROM后自動(dòng)讀取外部ROM，當(dāng)/EA接低電平時(shí)，單片機(jī)直接讀取外部程序存儲(chǔ)器。XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。3.2 存儲(chǔ)模塊AT24C02存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)是把WP引腳接到GND上因?yàn)橐屍骷M(jìn)行正常的讀/寫操作，把SDA串行數(shù)據(jù)/地址與單片機(jī)的P3.7引腳使AT24C02與單片機(jī)進(jìn)行所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收，把SCK串行時(shí)鐘引腳與單片機(jī)的P3.6引腳相連接，讓單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)AT24C02工作的時(shí)鐘，使其正常的工作。存儲(chǔ)模塊電路如圖3-2所示。圖3-2存儲(chǔ)模塊 AT24C02硬件結(jié)構(gòu)AT24C02的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)線看門狗定時(shí)器；可編程復(fù)位門級(jí)；高數(shù)據(jù)傳輸速率400kHz速率和I2C總線；2.7V至7V電壓；低功耗CMOS工藝兼容；16 bespate寫緩沖區(qū)；反撇寫保護(hù)芯片；高低電平復(fù)位信號(hào)輸出；100萬擦除周期；保存長(zhǎng)達(dá)100年。定義如下的總線狀態(tài)，見圖3-3。 圖3-3 總線時(shí)序1 總線空閑(狀態(tài)A) 數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線都保持高電平狀態(tài)。2 起始信號(hào)(狀態(tài)B) 時(shí)鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線從高電平到低電平的跳變作為I2C總線的起始信號(hào)。所有操作都必須以起始信號(hào)為前提。3 停止信號(hào)(狀態(tài)C) 時(shí)鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線從低電平到高電平的跳變作為I2C總線的停止信號(hào)。所有操作都必須以停止信號(hào)結(jié)尾。4 數(shù)據(jù)有效(狀態(tài)D) 起始信號(hào)之后，在時(shí)鐘信號(hào)保持高電平期間，數(shù)據(jù)線傳送的數(shù)據(jù)有效。 數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須在時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí)改變，以傳輸下一字節(jié)的數(shù)據(jù)。每傳輸一字節(jié)的數(shù)據(jù)，就會(huì)有一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的暫停。數(shù)據(jù)傳輸都必須以起始信號(hào)開頭，以停止信號(hào)結(jié)尾。在起始信號(hào)和停止信號(hào)期間傳輸數(shù)據(jù)的總量大小由主器件決定，理論上是沒有限制的。但是在寫狀態(tài)下只有最后16個(gè)周期傳送的數(shù)據(jù)會(huì)被寫入。如果待寫入的數(shù)據(jù)超出了這個(gè)限制，會(huì)根據(jù)先入先出的原則覆蓋掉前面的數(shù)據(jù)。圖3-4地址控制字節(jié) 每一個(gè)被尋址到的從設(shè)備，在成功接收一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)后，都必須產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。主設(shè)備必須增加一個(gè)額外的時(shí)鐘信號(hào)，接收從器件對(duì)收到數(shù)據(jù)的響應(yīng)。器件應(yīng)答的方式是在響應(yīng)時(shí)鐘周期時(shí)將SDA線拉低，表示其已收到一個(gè)8位數(shù)據(jù)。如圖3-4。當(dāng)然，調(diào)整時(shí)間和保持時(shí)間都必須計(jì)算在內(nèi)。主器件在傳送完最后一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)之后，不傳送應(yīng)答信號(hào)，從而向從器件標(biāo)明數(shù)據(jù)傳送結(jié)束。在這種情況下，從器件必須保持SDA高電平，使主器件可以產(chǎn)生停止信號(hào)。當(dāng)AT24C02在內(nèi)部讀寫周期內(nèi)是不會(huì)產(chǎn)生任何響應(yīng)信號(hào)的。3.3紅外模塊HS0038紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)：成本廉價(jià)、建設(shè)工程期短、適應(yīng)性好、擴(kuò)展性好、設(shè)備維護(hù)上更容易實(shí)現(xiàn)。使用紅外模塊進(jìn)行傳輸，豐富了系統(tǒng)的功能，提高了系統(tǒng)的可操作性，因而達(dá)到了交互式與智能化。紅外數(shù)據(jù)傳輸廣泛地運(yùn)用在紅外遙控系統(tǒng)和車輛的監(jiān)控、門禁系統(tǒng)、小區(qū)的安全防火系統(tǒng)和傳呼系統(tǒng)、身份的識(shí)別、非接觸RF的智能卡等。工業(yè)設(shè)備中，在高壓，輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾。一體化紅外線接收頭三個(gè)管腳分別是地、+5 V電源、解調(diào)信號(hào)輸出端接在單片機(jī)P3.3引腳上。利用外部中斷進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收。下圖3-5為紅外模塊硬件結(jié)構(gòu)。 圖3-5 紅外模塊硬件結(jié)構(gòu)紅外線接收器大都將信號(hào)的接受、放大、檢波等集于一身，而且可以經(jīng)過編碼解碼時(shí)單片機(jī)收到可識(shí)別的信號(hào)源。這樣一來便會(huì)減少硬件設(shè)計(jì)過程中的麻煩，使電路簡(jiǎn)單化，且應(yīng)用起來比較方便。下圖為紅外一體化接受頭HS0038，外觀圖如圖所示。 圖3-6紅外接收元器件3.4 顯示模塊LCD1602如果想要了解系統(tǒng)的運(yùn)行與工作狀態(tài)顯示器是不可缺少的，顯示器是一個(gè)典型的輸出設(shè)備并且它的實(shí)際應(yīng)用也是極為廣泛的，幾乎所有的電子產(chǎn)品都會(huì)使用到顯示器其差別僅在于顯示器的結(jié)構(gòu)類型不同而已。最簡(jiǎn)單的顯示器可以是LED發(fā)光二極管或者數(shù)碼管，它可以給出一個(gè)簡(jiǎn)單的開關(guān)信息或者數(shù)字顯示，而需要顯示復(fù)雜的完整的信息上述的器件就不能勝任，而液晶的出現(xiàn)就很好的解決了這一問題，它不僅顯示內(nèi)容豐富而且好節(jié)約了單片機(jī)的管腳資源。本設(shè)計(jì)采用的是液晶顯示LCD1602。LCD1602內(nèi)部的字符已經(jīng)儲(chǔ)存了不同的字符形式，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，其代碼與標(biāo)準(zhǔn)的ASCII字符代碼一致。因此只要寫入顯示字符的ASCII碼即可，這種標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)給使用帶來很大的方便。比如英文字母“C”的ASCII代碼是（43H），顯示時(shí)單片機(jī)往液晶模塊寫入顯示指令，模塊就會(huì)把地址為43H中的點(diǎn)陣字符圖形識(shí)別出，并會(huì)在液晶屏相應(yīng)位置上看到字母“C”。LCD1602液晶顯示與單片機(jī)的連接可以分為兩種方式：總線方式和模擬口線方式。在實(shí)驗(yàn)中，我們常采用模擬口線連接方式。如圖3-7所示。 圖3-7 顯示模塊硬件結(jié)構(gòu)目前市場(chǎng)字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780的液晶芯片，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780的寫控制程序可以很容易地應(yīng)用到市場(chǎng)上大部分的字符液晶。LCD1602液晶的幾個(gè)特性：+5V電壓、對(duì)比度可調(diào)、內(nèi)含復(fù)位電路；提供各種控制命令，如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能；有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM；內(nèi)建有160個(gè)5X7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM 8個(gè)可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。 表3-1 LCD液晶屏引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地9D2Data I/O2VDD電源正極10D3Data I/O3VEE液晶顯示偏壓信號(hào)11D4Data I/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）12D5Data I/O5R/W讀寫選擇端（H/L）13D6Data I/O6E使能信號(hào)14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正極8D1Data I/O16BLK背光源負(fù)極LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中VSS為地電源，VDD接5V正電源，VEE為液晶顯示器。RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。RW為讀寫信號(hào)線，高電平1時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平0時(shí)進(jìn)行寫操作。E端為使能端。D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。3.5 電源電路模塊控制系統(tǒng)主控制部分電源需要用5V直流電源供電，其電路如圖3-8所示，把有效值為220V頻率為50Hz單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定的5V直流電壓。其主要原理是把單相交流電，經(jīng)過電源變壓器降壓。 由于輸入電壓為電網(wǎng)電壓，一般情況下所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而電源變壓器的主要作用是起到降壓作用。降壓后還是交流電壓，所以需要整流電路把交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會(huì)影響到負(fù)載電路的正常工作。需要通過低通濾波電路濾除交流成分使輸出電壓平滑穩(wěn)定。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受負(fù)載電阻變化和電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，從而獲得穩(wěn)定性足夠高的直流電壓。本電路使用集成穩(wěn)壓芯片LM7805解決了電源穩(wěn)壓?jiǎn)栴}，在穩(wěn)壓芯片的前段分別放置兩個(gè)電容主要是為了濾除電源中的高低頻干擾而在芯片之后又經(jīng)過一級(jí)的濾波以使電源更為潔凈，并在電源輸出端加上LED以此來顯示電源的開關(guān)狀態(tài)。圖3-8 電源電路硬件結(jié)構(gòu)3.6 鍵盤輸入模塊鍵盤是單片機(jī)十分重要的輸入設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的紐帶。鍵盤是由一組規(guī)則排列的按鍵組成，一個(gè)按鍵實(shí)際上就是一個(gè)開關(guān)元件，即鍵盤是一組規(guī)則排列的開關(guān)。根據(jù)按鍵與單片機(jī)的連接方式不同，按鍵主要分為獨(dú)立式按鍵和矩陣式按鍵 ，有了這些按鍵，對(duì)單片機(jī)的控制就方便多了。本設(shè)計(jì)按鍵數(shù)量較多，所以采用矩陣式按鍵以節(jié)省I/O口線。將16個(gè)按鍵分為4排4列排列好，如圖3-9矩陣鍵盤硬件結(jié)構(gòu)。當(dāng)有一個(gè)鍵按下時(shí)，通過某一邊引腳賦低電平，掃描全部引腳看是否與最初的賦值一樣，不一樣則根據(jù)相應(yīng)的算法（通過改變后的值與初始值相或，根據(jù)結(jié)果賦值）確定是哪個(gè)鍵按下。圖3-9鍵盤模塊硬件結(jié)構(gòu)鍵盤為44形式，按鍵包括阿拉伯?dāng)?shù)字09，以及鎖定、更改和改密三個(gè)應(yīng)用按鍵。當(dāng)用戶需要輸入密碼或修改密碼時(shí)，按下相應(yīng)按鍵即會(huì)與單片機(jī)產(chǎn)生信號(hào)，并會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的程序。3.7 報(bào)警電路當(dāng)密碼輸入兩次的數(shù)值與所設(shè)定的參數(shù)值不同時(shí)，單片機(jī)AT89C51便通過P2.7口控制三極管來驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器報(bào)警，當(dāng)輸出低電平時(shí)三極管截止，當(dāng)輸出高電平時(shí)三極管導(dǎo)通揚(yáng)聲器報(bào)警。如圖3-10所示。圖3-10報(bào)警電路硬件結(jié)構(gòu)3.8 開鎖電路開鎖電路的功能是當(dāng)輸入正確的密碼后密碼鎖將被鎖定，既開鎖。當(dāng)單片機(jī)P2.6引腳發(fā)出信號(hào)經(jīng)三極管放大后，觸動(dòng)電磁閥即會(huì)把鎖打開。一旦輸入密碼，單片機(jī)便會(huì)與初始密碼進(jìn)行比對(duì)，如果密碼輸入兩次都與原始密碼不相符即會(huì)報(bào)警。其原理圖如圖3-11所示。 圖3-11 開鎖電路硬件結(jié)構(gòu)3.9 復(fù)位電路能讓單片機(jī)運(yùn)行起來的最小硬件連接就是單片機(jī)最小系統(tǒng)電路，51單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路一般包括工作電源、振蕩電路和復(fù)位電路等幾部分。復(fù)位電路（圖3-12是單片機(jī)復(fù)位電路）具有上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位的雙重功能。單片機(jī)的RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，復(fù)位信號(hào)是高電平的時(shí)候才有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)震蕩脈沖周期（即2個(gè)機(jī)器周期）以上；通常為了保證應(yīng)用系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地復(fù)位，復(fù)位電路應(yīng)使引腳RST腳保持10ms以上的高電平狀態(tài)。只要RST保持高電平，單片機(jī)就會(huì)自動(dòng)循環(huán)復(fù)位。當(dāng)RST引腳從高電平狀態(tài)轉(zhuǎn)為低電平狀態(tài)時(shí)，單片機(jī)退出復(fù)位狀態(tài)，從程序存儲(chǔ)器的0000H地址開始執(zhí)行用戶程序。電容C3和電阻R5組成上電復(fù)位電路。上電瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容C11的充電，RST引腳的高電平逐漸下降。只要高電平保持足夠的時(shí)間，單片機(jī)就能完成復(fù)位。手動(dòng)復(fù)位的原理與此類似。圖3-12 復(fù)位電路硬件結(jié)構(gòu)3.10串行通信電路隨著計(jì)算機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和智能化控制的發(fā)展，多微機(jī)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，計(jì)算機(jī)的通信功能顯得越來越重要。計(jì)算機(jī)通信是指將計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合完成計(jì)算機(jī)與外部控制設(shè)備或計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的信息交換或信息處理，按通信方式可以分為兩大類：并行通信與串行通信。并行通信通常是將數(shù)據(jù)字節(jié)的各位用多條數(shù)據(jù)線同時(shí)進(jìn)行傳送 , 并行通信控制簡(jiǎn)單、傳輸速度快，但是由于傳輸線較多長(zhǎng)距離傳送時(shí)成本高且接收方的各位同時(shí)接收存在一定的困難。串行通訊傳輸線少，長(zhǎng)距離傳送時(shí)成本低且可以利用電話網(wǎng)等現(xiàn)成的設(shè)備所以本設(shè)計(jì)采用串口與單片機(jī)進(jìn)行通信。大多數(shù)PC機(jī)都有一個(gè)串行通訊端口，RS-232主要用于計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換與通訊RS-232通訊接口是電子領(lǐng)域的一種標(biāo)準(zhǔn)化傳輸接口，主要是為了進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸與通訊連接終端設(shè)備的物理接口。RS-232采用非平衡連接在這個(gè)線路中信號(hào)的電壓都使用一個(gè)公共的接地線，所有信號(hào)電壓都加到一條導(dǎo)線上為了能提高串口通信的抗干擾能力和數(shù)據(jù)傳送距離，RS-232芯片的信號(hào)和電平采用負(fù)邏輯電平，直流電壓值在-15至-5V芯片規(guī)定為邏輯值“1”，直流電壓值在+ 5至+15V芯片規(guī)定邏輯值“0”，直流電壓在-5至+5V為過渡區(qū)。由于單片機(jī)輸入與輸出為TTL電平這與 PC機(jī)所執(zhí)行的串行接口標(biāo)準(zhǔn)不一致數(shù)據(jù)無法正常傳輸。因此要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)通讀，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。一般常用的電平轉(zhuǎn)換器件有MC1488、MC1489及MAX232等，但MC1488、MC1489需要12V電源，這對(duì)于不具備12V電源的單片機(jī)系統(tǒng)是非常不便的。故本系統(tǒng)使用MAX232實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。單片機(jī)的第10、11管腳與MAX232芯片的11、12管腳相連并互相傳送數(shù)據(jù)通過MAX232芯片將單片機(jī)的TTL電平轉(zhuǎn)換成電腦所能識(shí)別的電平。電路原理如圖3-13所示。圖3-13 串行通信電路硬件結(jié)構(gòu)3.11 系統(tǒng)整體原理圖智能電子密碼鎖的基本原理是：從矩陣鍵盤輸入一組密碼，單片機(jī)把該密碼和設(shè)置密碼進(jìn)行比較，若輸入的密碼正確，則控制電磁鎖動(dòng)作，將電磁鎖抽回，從而將鎖打開；若輸入的密碼不正確，則要求從新輸入，并記錄錯(cuò)誤次數(shù)，如果2次錯(cuò)誤，則被強(qiáng)制鎖定并報(bào)警。如下圖3-14所示：圖3-14 系統(tǒng)整體原理圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)主要包括了主程序設(shè)計(jì)、鍵盤掃描設(shè)計(jì)、密碼修改設(shè)計(jì)、開鎖程序設(shè)計(jì)以及紅外遙控設(shè)計(jì)五個(gè)方面。本設(shè)計(jì)采用Keil編譯器來進(jìn)行軟件的編程。4.1 主程序設(shè)計(jì) 圖4-1 主程序流程圖設(shè)計(jì)主程序主要完成了系統(tǒng)的初始化、按鍵掃描、按鍵功能、以及調(diào)用顯示等功能。主程序部分如下：En bit P8 將LCD的en引腳連接到單片機(jī)的P8Rw bit P9 Rs bit P10 Speaker bit P2.7Open bit P2.6 開鎖電路的控制端連接到P2.6口 4.2鍵值判斷設(shè)計(jì)鍵盤掃描和鍵值讀取程序主要判斷矩陣按鍵是否按下，按下的是哪一個(gè)鍵，并求出按鍵的鍵值。矩陣鍵盤的識(shí)別方法有多種。相對(duì)來說，矩陣式鍵盤的軟件設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)以下功能：是否有按鍵被按下；消除抖動(dòng)；確定哪個(gè)鍵被按下，若按鍵閉合了一次，操作也只能是一次。鍵功能程序鍵值 =0-9密碼輸入程序 N Y N 鍵值 =鎖定開鎖程序 Y鍵值 =改密 N改密程序 Y鍵值 =更正 N設(shè)置程序 Y N鍵值 =確認(rèn)確認(rèn)程序 Y結(jié)束 圖4-2 鍵盤流程圖設(shè)計(jì)鍵盤程序如下：if(0keydata)|(4keydata)|(8keydata)|keydata=14)/在0-9之間的數(shù)字通過passwordi=keydata;/鍵盤值進(jìn)行保存keydata=0;/把鍵盤值置其它值，不被其它利用，以一樣i+;4.3開鎖設(shè)計(jì)當(dāng)輸入密碼正確時(shí)，單片機(jī)輸出低電平，控制繼電器工作，模擬開鎖動(dòng)作，同時(shí)，當(dāng)輸入密碼或開鎖成功時(shí)，蜂鳴器發(fā)出相應(yīng)的提示音。初始化按開鎖鍵輸入密碼確認(rèn)程序所輸入密碼正確Y開鎖成功開鎖程序輸入次數(shù)加1次數(shù)2?報(bào)警程序返回NYN圖4-3開鎖流程圖設(shè)計(jì)開鎖程序設(shè)計(jì)如下：while(1)if(keydata=4)/鎖定功能P3_6=0;EX1=1;goto start;4.4密碼修改設(shè)計(jì)輸入密碼前，要先將正確的密碼從存儲(chǔ)器24C02中讀出，并存放在單片機(jī)RAM從40H開始的6個(gè)單元中。6位密碼鎖由矩陣按鍵輸入，輸入的密碼存儲(chǔ)在單片機(jī)RAM從30H開始的6個(gè)單元中，每輸入一位密碼，都要和正確的密碼進(jìn)行比較；若全部6位密碼均輸入正確，顯示密碼正確信息；若輸入的密碼不完全正確，則進(jìn)行第二位輸入，若輸入3次仍不正確，則報(bào)錯(cuò)。輸入密碼時(shí)，還要打開定時(shí)器T0，使定時(shí)器T0工作，當(dāng)計(jì)時(shí)到30s時(shí)，若輸入的密碼不正確或未輸入密碼，則顯示出錯(cuò)信息。密碼修改程序用來設(shè)置新密碼，當(dāng)輸入的開鎖密碼正確后，可重新設(shè)置新密碼，輸入的新密碼暫存在單片機(jī)RAM從40H開始的單元中，然后，調(diào)用存儲(chǔ)器子程序，將40H開始的6位密碼存儲(chǔ)在24C02中。密碼程序初始化按下設(shè)置鍵輸舊密碼確認(rèn)程序所輸入舊密碼正確輸新密碼確認(rèn)程序設(shè)置成功輸入次數(shù)加1 大于2報(bào)警程序NYNY返回確認(rèn)程序再次輸新密碼兩次新密碼輸入相同NY圖4-4 密碼修改流程圖設(shè)計(jì)密碼程序如下：if(keydata=33) /確定進(jìn)入密碼比較keydata=0;panduan:i=0;for(j=0;j6;j+)l+=passwordj;k+=Random_Read(j);if(l!=k)/密碼不同進(jìn)行處理l=0;k=0;LCD_Write_String(0,0,bb);DelayMs(1000);a1+=1;if(a1=2)while(1)P3_7=1;P3_6=0;/兩次錯(cuò)誤發(fā)出報(bào)警goto start; /第二次輸入密碼4.5 紅外遙控設(shè)計(jì)HS0038 接收頭負(fù)責(zé)紅外遙控信號(hào)的解調(diào)，將調(diào)制在38kHz上的紅外脈沖信號(hào)解調(diào)并反相后輸入到單片機(jī)的P3.2引腳，接收的信號(hào)由單片機(jī)進(jìn)行高電平與低電平寬度的測(cè)量，并進(jìn)行解碼處理。解碼編程時(shí)，既可以使用中斷方式，也可以使用查詢方式。圖4-5 紅外遙控流程圖設(shè)計(jì)5 仿真設(shè)計(jì)5.1 Protues仿真軟件概述Protues是目前使用比較廣泛的單片機(jī)類的仿真系統(tǒng)的軟件之一，它可以實(shí)現(xiàn)的功能比較多，可以實(shí)現(xiàn)程序與原理圖的連調(diào)，也可以單獨(dú)作為繪制原理圖的工具使用，與Protel有著過之不及的功能，于此同時(shí)還可以進(jìn)行PCB版圖的生成，在方法中與Protel類似。此款軟件及繪制原理圖、PCB版圖和仿真于一身。Protues此款軟件的使用比較簡(jiǎn)單。在運(yùn)行環(huán)境搭載好的前提