單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目：四位密碼鎖設(shè)計(jì)單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)（報(bào)告）摘要本課程設(shè)計(jì)以《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程為基礎(chǔ)，以利用單片機(jī)AT89C51設(shè)計(jì)一個(gè)4位密碼鎖，能夠使用數(shù)碼管顯示器來顯示密碼輸入的相關(guān)信息，通過10位數(shù)字按鍵（0~9）設(shè)置4位數(shù)字（0~9）密碼，4位功能按鍵A(輸入校驗(yàn)密碼并驗(yàn)證密碼)和B(設(shè)置新密碼)，利用繼電器模擬電子門鎖作出是否開門以及報(bào)警等反應(yīng)。，采用C語言在PROTEUS平臺(tái)下，完成了硬件及軟件設(shè)計(jì)和仿真調(diào)試。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；LCD顯示屏；矩陣鍵盤；數(shù)碼管；蜂鳴器；

目錄摘要 第1章概述1.1單片機(jī)簡介單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上,但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件:CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng),目前大部分還會(huì)具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器,實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機(jī)也被稱為微控制器(Microcontroller),是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中,使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小,更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器,從此以后,單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。1.2設(shè)計(jì)意義單片機(jī)的應(yīng)用是具有高度現(xiàn)實(shí)意義的。單片機(jī)極高的可靠性，微型性和智能性（我們只要編寫不同的程序后就能夠完成不同的控制工作)，單片機(jī)已成為工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍采用的智能化控制工具，已經(jīng)深深地滲入到我們的日常生活當(dāng)中。通過此次基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的密碼鎖系統(tǒng)，我們可以更清楚詳細(xì)的了解單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的基本指令功能、編程步驟和技巧來講述單片機(jī)編程，并對(duì)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行講述，以及基于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的相關(guān)芯片的工作原理，并且可以在將來的工作和學(xué)習(xí)中加以應(yīng)用。1.3設(shè)計(jì)目的在日常的生活和工作中，住宅與部門的安全防范、單位的文件檔案、財(cái)務(wù)報(bào)表以及一些個(gè)人資料的保存多以加鎖的辦法來解決。若使用傳統(tǒng)的機(jī)械式鑰匙開鎖，人們常需要攜帶多把鑰匙，使用極不方便，且鑰匙丟失后安全性即大打折扣。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)日常生活中的安全保險(xiǎn)器件的要求越來越高。為了滿足人們對(duì)鎖的使用要求，增加其安全性，用密碼代替鑰匙的密碼鎖應(yīng)運(yùn)而生。密碼鎖具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等優(yōu)點(diǎn)。 在安全技術(shù)防范領(lǐng)域，具有防盜報(bào)警功能的電子密碼鎖逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式密碼鎖，克服了機(jī)械式密碼鎖密碼量少，安全性能差的缺點(diǎn)，使密碼鎖無論在技術(shù)上還是在性能上都大大提高一步。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，特別是單片機(jī)的問世，出現(xiàn)了帶微處理器的只能密碼鎖，它除了具有電子密碼鎖的功能外，還引入了智能化管理、專家分析系統(tǒng)等功能，從而使密碼鎖具有很高的安全性、可靠性，應(yīng)用日益廣泛。 本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)為主控芯片，結(jié)合外圍電路，組成電子密碼鎖，用戶想要打開鎖，必先通過提供的鍵盤輸入正確的密碼才能將鎖打開，密碼輸入錯(cuò)誤就有提示，為了提高安全性，當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤次將報(bào)警。密碼可以由用戶自己修改設(shè)定，鎖開后才能修改密碼。修改密碼前必須再次輸入密碼，在輸入新密碼時(shí)候需要二次確認(rèn)，以防止誤操作。1.4任務(wù)和要求1、可用LCD1602顯示密碼。2、密碼鎖的密碼由矩陣鍵盤輸入，輸入完密碼后進(jìn)行對(duì)比。3、輸入錯(cuò)誤三次后鎖死鍵盤。4、要求輸入4位密碼，初始化密碼1234。5、根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求編寫程序，并在Proteus下進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。

第2章設(shè)計(jì)要求和方案選擇方案：用AT89C51設(shè)計(jì)的多功能密碼鎖。以單片機(jī)作為微控制器，可以實(shí)現(xiàn)基于以上優(yōu)點(diǎn)，按鍵有效指示、輸入錯(cuò)誤、控制開鎖、錯(cuò)誤報(bào)警、密碼修改等功能，工作穩(wěn)定可靠，保密性高，實(shí)用性強(qiáng)。電子密碼鎖總體設(shè)計(jì)

第3章單片機(jī)的選擇以及主要部分簡介3.1單片機(jī)的選擇本次課程設(shè)計(jì)采用的是51系列的AT89C51片機(jī)，51單片機(jī)是按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造的。其內(nèi)核是基于使用多個(gè)內(nèi)部寄存器結(jié)構(gòu)的累加器，用于數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和外部設(shè)備管理。作為微型機(jī)的一個(gè)分類，它包括運(yùn)算器，控制器，存儲(chǔ)器，輸入輸出接口電路這五個(gè)基本組成部分。AT89C51片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示振蕩器時(shí)序OSC振蕩器時(shí)序OSC程序存儲(chǔ)器4KBROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器256BRAM/SFR2*16位定時(shí)、計(jì)數(shù)器89C51CPU可編程I/O可編程全雙工串行口圖2總線51單片機(jī)用的是40引腳雙列直插式集成電路芯片，其引腳排列如圖所示圖33.2矩陣按鍵模塊在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口(如P1口)就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵(9鍵)。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來做鍵盤較為合理。識(shí)別方法：行列掃描，我們可以通過高四位全部輸出低電平，低四位輸出高電平。當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)，低四位不全為高電平時(shí)，說明有按鍵按下，然后通過接收的數(shù)據(jù)值，判斷是哪一列有按鍵按下，然后再反過來，高四位輸出高電平，低四位輸出低電平，然后根據(jù)接收到的高四位的值判斷是那一行有按鍵按下，這樣就能夠確定是哪一個(gè)按鍵按下了。本設(shè)計(jì)采用的就是矩陣按鍵其硬件電路圖如圖所示圖4下面將按鍵的功能加以說明；K0-Kb：數(shù)字密碼輸入?yún)^(qū)ENTER:確認(rèn)按鈕DELETE:刪除一位數(shù)字密碼CLEAR:刪除所有數(shù)字密碼LOCK:鎖定

第4章軟件設(shè)計(jì)4.14×4矩陣鍵盤的編程方法:（1）先讀取鍵盤的狀態(tài)，得到按鍵的特征編碼。（2）從P1口的高四位輸出低電平，低四位輸出高電平，從P1口的低四位讀取鍵盤狀態(tài)。再從P1口的低四位輸出低電平，高四位輸出高電平，從P1口的高四位讀取鍵盤狀態(tài)。將兩次讀取結(jié)果組合起來就可以得到當(dāng)前按鍵的特征編碼。使用上述方法我們得到16個(gè)鍵的特征編碼。4.2舉例說明如何得到按鍵的特征編碼（1）假設(shè)“1"鍵被按下，找其按鍵的特征編碼。（2）從P1口的高四位輸出低電平，即P1.4-P1.7為輸出口。低四位輸出高電平，即P1.0-P1.3為輸入口。讀P1口的低四位狀態(tài)為“1101”，其值為“ODH”。（3）再從P1口的高四位輸出高電平，即P1.4-P1.7為輸入口。低四位輸出低電平，即P10-P13為輸出口，讀P1口的高四位狀態(tài)為“1110”。（4）用同樣的方法可以得到其它15個(gè)按鍵的特征編碼。4.2PROTEUS軟件仿真接線圖5

4.3矩陣鍵盤程序分析voidKey(){u8a=0; //矩形式鍵盤函數(shù) if(mode){ if((key!=0x0f)) {delay(1000); if((key!=0x0f)){ key=0x0f; switch(key){ case0x07:keyz=0;biao=1;break; case0x0b:keyz=1;biao=1;break; case0x0d:keyz=2;biao=1;break; case0x0e:keyz=3;biao=1;break; } key=0xf0; switch(key){ case0x70:keyz=keyz;biao=1;break; case0xb0:keyz=keyz+4;biao=1;break; case0xd0:keyz=keyz+8;biao=1;break; case0xe0:keyz=keyz+12;biao=1;break; } } } while((a<50)&&(key!=0xf0)){a++;delay(10000);} }}

第5章PROTEUS軟件仿真在計(jì)算機(jī)中打開PROTEUS軟件,建立新的項(xiàng)目,在元件庫中選擇相應(yīng)的元件,放在編輯窗口中,依次連線,組成仿真原理圖。在用Protues進(jìn)行仿真之前,先要用keil軟件將我們編寫好的C語言程序編譯。具體方法是在keil中先新建一項(xiàng)目,之后輸入編寫的程序,輸入完成后保存然后執(zhí)行項(xiàng)目、編譯,在目標(biāo)文件夾內(nèi)生成編譯好的程序文件,其中*.hex文件就是我們所需要的,在之后電路設(shè)計(jì)好后用于放入AT89S51中執(zhí)行其功能。檢查連接好的電路,確保無誤后,下載到電路連接好的PROTEUS中AT89S52中。點(diǎn)擊仿真鍵進(jìn)行仿真,在仿真過程中點(diǎn)擊矩陣按鍵。矩陣按鍵說明：K0-Kb：數(shù)字密碼輸入?yún)^(qū)，ENTER:確認(rèn)按鈕DELETE:刪除一位數(shù)字密碼，CLEAR:刪除所有數(shù)字密碼，LOCK:鎖定輸入密碼，密碼正確后顯示屏顯示“OK”,LED燈會(huì)亮，LCD液晶屏顯示OK，密碼鎖打開；密碼輸入錯(cuò)誤后，LED燈不亮，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲2秒，液晶顯示屏顯示“ON”：當(dāng)連續(xù)輸錯(cuò)3次密碼后密碼鎖鍵盤被鎖死。觀察LED燈，數(shù)碼管，蜂鳴器以及液晶顯示屏的工作情況,看是否符合設(shè)計(jì)的要求。圖6

總結(jié)本次的基于密碼鎖的課程設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過程中我們主要做了最小相位系統(tǒng)的搭建，顯示電路，報(bào)警電路，矩陣鍵盤以及液晶顯示屏的設(shè)計(jì)。還有驅(qū)動(dòng)硬件電路工作的程序編寫。通過這次課程設(shè)計(jì)使我們對(duì)52單片機(jī)的結(jié)構(gòu)組成，引腳排列有了更加深刻的印象，同時(shí)也對(duì)單片機(jī)的工作原理有了不同的理解，我們了解到軟硬件結(jié)合解決實(shí)際問題的一些方法。給予了我們對(duì)待解決現(xiàn)實(shí)問題的一些思路，特別是矩陣按鍵識(shí)別的原理，和適用場(chǎng)合，還有學(xué)會(huì)了巧妙的運(yùn)用蜂鳴器，數(shù)碼管，液晶顯示屏等，能夠使使用者的體驗(yàn)更加的流暢愜意。本設(shè)計(jì)最終的電子密碼鎖成品具有以下功能：（1）當(dāng)通過4*3矩陣鍵盤輸入正確密碼時(shí)，密碼鎖正常開鎖，同時(shí)顯示屏出現(xiàn)相應(yīng)的顯示信息。（2）當(dāng)輸入密碼不正確時(shí)，不能開鎖，蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)顯示屏出現(xiàn)相應(yīng)顯示信息。（3）本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，密碼鎖的密碼可以通過矩陣鍵盤更改，但只有在輸入原始密碼正確的前提下方可設(shè)置新密碼，同時(shí)顯示器的顯示屏出現(xiàn)相應(yīng)顯示信息。在這次課程設(shè)計(jì)中，從定下課題、查閱資料，到著手制作、修改完善，每一步都令我受益匪淺，不僅鞏固了大學(xué)期間學(xué)到的知識(shí)，又增加了許多工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。紙上得來終覺淺，很多時(shí)候，不親手去做一件事，就無法真正了解其中的關(guān)鍵、困難，多多實(shí)踐動(dòng)手，才能理論聯(lián)系實(shí)際，增強(qiáng)自身能力.，將書本上的知識(shí)有了更進(jìn)一步的深化和認(rèn)識(shí)。做到了軟硬件的完美結(jié)合。在這次的課程設(shè)計(jì)中，我們?nèi)齻€(gè)人互相幫助，互相學(xué)習(xí)，通力合作，完美的完成了本次的課程設(shè)計(jì)。這不僅僅是我們知識(shí)的拓展，而且是鍛煉我們合作能力的一次重要的機(jī)會(huì)。積累的寶貴經(jīng)驗(yàn)為我們以后的學(xué)習(xí)打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。

致謝課程設(shè)計(jì)即將完成之際，我借此機(jī)會(huì)向我的老師、同學(xué)以及朋友們致以深切的感謝!首先，我要感謝我的導(dǎo)師，整篇設(shè)計(jì)寫作過程中，給予了我最大的指導(dǎo)與幫助，對(duì)我在課程設(shè)計(jì)寫作過程中提出的疑問進(jìn)行解答，提供思路與方法，使我有了明確的寫作方向，在此我要向他表示最衷心的感謝!其次，我要感謝我的其他老師和同學(xué)，在學(xué)習(xí)時(shí)光里，老師們?yōu)槲沂跇I(yè)解惑，使我的思想與知識(shí)得到成長與積累，為我的寫作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同學(xué)們也在我需要幫助的時(shí)候給予了我關(guān)心與鼓勵(lì)，生活上給予了我極大的照顧，大家之間互幫互助，給我留下了深刻的印象，使我有了一個(gè)良好的生活環(huán)境與學(xué)習(xí)氛圍，為了課程設(shè)計(jì)的完成提供了良好的條件。在此，我一并向他們表示感謝!最后，我還要借此機(jī)會(huì)感謝我的朋友和家人們，正是有他們?cè)诒澈竽闹С?，我才能得以順利完成，在此我向他們表示深深的感謝!

參考文獻(xiàn)：[1]余發(fā)山.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2003.[2]佟云峰,等.單片機(jī)原理及其應(yīng)用.重慶:重慶大學(xué)出版社,2004,1.[3]吳金戌,等.8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社,2001,8.[4]劉瑞新.單片機(jī)原理及應(yīng)用教程.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.[5]聶毅.宏匯編語言程序設(shè)計(jì)教程.北京:電子工業(yè)出版社,1998.[6]周航慈.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002.

附錄#include<reg52.h>typedefunsignedcharu8;typedefunsignedintu16;//sbit特殊功能位聲明：聲明某特殊功能寄存器中的一位#definekeyP1 //按鍵io口sbitfen=P3^0; //蜂鳴器io口sbitrs=P3^1;//LCD控制口sbitrw=P3^2;sbite=P3^3;sbitled=P3^4;//LED燈io口//bit位變量聲明：定義一個(gè)位變量的值u8keyz=17,j=0,biao1=0;a=10,b=10,c=10,d=10,s=0;bitbiao=0;bitmode=1;u16zh;u8shu[]={0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0c,0x0d,0x0e,0x0f};u8zi[]={"lnputpassword:"};u8num[]={"0123456789ABCDEF"};voiddelay(u16i){ while(i--); }/*蜂鳴器*/voidFen(u8a,b)//蜂鳴器發(fā)聲函數(shù){ u8i,j; for(i=0;i<a;i++) { for(j=0;j<100;j++) {fen=~fen;delay(b);} }}/*LCD*/voidwritecom(u8com){ //LCD寫指令 rs=0; rw=0; e=0; P0=com; delay(5); e=1; e=0;}voidwritedat(u8dat){ //LCD寫數(shù)據(jù) rs=1; rw=0; e=0; P0=dat; delay(5); e=1; e=0;}voidinitlcd(){ //LCD初始化函數(shù) writecom(0x38);//顯示模式設(shè)置 writecom(0x0c); writecom(0x06); }voidxian(){ //LCD顯示數(shù)字函數(shù)writedat(num[keyz]); if(a==10){a=keyz;} //對(duì)abcd，四位數(shù)的單獨(dú)賦值 elseif(b==10){b=keyz;} elseif(c==10){c=keyz;} else{d=keyz;} if(j!=3){j++;}biao=0;}/*鍵盤*/voidKey(){u8a=0; //矩形式鍵盤函數(shù) if(mode){ if((key!=0x0f)) {delay(1000); if((key!=0x0f)){ key=0x0f; switch(key){ case0x07:keyz=0;biao=1;break; case0x0b:keyz=1;biao=1;break; case0x0d:keyz=2;biao=1;break; case0x0e:keyz=3;biao=1;break; } key=0xf0; switch(key){ case0x70:keyz=keyz;biao=1;break; case0xb0:keyz=keyz+4;biao=1;break; case0xd0:keyz=keyz+8;biao=1;break; case0xe0:keyz=keyz+12;biao=1;break; } } } while((a<50)&&(key!=0xf0)){a++;delay(10000);} }} voidshi(){u8i; //按鍵值判斷函數(shù) if(biao&&keyz!=15){//判斷標(biāo)志位biao是否為1，為1則有按鍵操作并且按鍵的值不等于15 if(mode){ writecom(0x80+0x40+j); //數(shù)字顯示位置進(jìn)行累加操作 if(j<0){j=0;} //數(shù)字顯示位置邊界 switch(keyz){ //switch判斷按鍵并執(zhí)行對(duì)應(yīng)操作 case0:xian();break; case1:xian();break; case2:xian();break; case3:xian();break; case4:xian();break; case5:xian();break; case6:xian();break; case7:xian();break; case8:xian();break; case9:xian();break; case10:writedat(num[keyz]); j++;biao=0;break; case11:writedat(num[keyz]); j++;biao=0;break; case12: biao1=0; //重置標(biāo)志位biao1,上鎖 biao=0;break; case13:writecom(0x01); delay(1000); //全屏清除 for(i=0;i<sizeof(zi);i++){ writecom(0x80+i); writedat(zi[i]); } j=0;biao=0;break; case14: //對(duì)當(dāng)前數(shù)字位刪除的操作 writedat(''); j--; writecom(0x80+0x40+j);writedat(''); biao=0;break; case15://確定按鍵 if(s<=3) { j++;biao=0;break; } } } } if(keyz==15){ //判斷按鍵值如果等于15，便視為按下確定鍵 writecom(0x01);delay(1000); zh=a*1000+b*100+c*10+d; //將ABCD，四位數(shù)合并并進(jìn)行判斷是否為正確密碼 if(zh==1234){//設(shè)密碼為1234 j=0; s=0; biao1=1; //將biao1標(biāo)志位置1便為密碼正確 keyz=17; //使按鍵值跳出最