电子密码锁系统设计

电子信息与通信工程《专业基础课程设计》研究报告电子密码锁系统设计学生姓名：糊糊学生学号：200740723指导教师：所在学院：专业班级：中国·2010年11月信息技术学院课程设计任务书信息技术学院专业07级，学号姓名一、课程设计课题：电子密码锁系统设计二、课程设计工作日自2010年11月4日至2010年11月26日三、课程设计进行地点：四、程设计任务要求：(详细内容见课程设计文档)1.课题来源:2.目的意义:采用单片机作为控制器。系统由单片机系统、矩阵键盘、液晶显示和报警系统组成。能完成开锁、超时报警、超次锁定、声光提示等基本的密码锁的功能。用户可自行设定和修改密码。当密码输入正确，发光二极管发光，同时锁打开，如果输入的三次的密码不正确，就锁定按键同时发出报警声。在5分钟内没有按键操作的时候，就关闭显示。直流稳压电源自行设计。3.基本要求:画出采用方案的系统框图，设计主要模块电路（包括电源电路），用protel绘制电路原理图。标出各个模块之间互相联系，并用文字对各功能模块的工作原理作详细说明。画出整体电路图，描述设计电路的工作过程。画出系统软件工作流程图，给出实现电路功能的源程序。总结设计过程中遇到的困难，写出设计体会。课程设计评审表指导教师评语：成绩：签字：日期：摘要--I摘要围绕电子密码锁系统的设计与开发工作进行研究和实践,详细介绍了电子密码锁系统的整体结构、硬件设计、软件设计，系统方案以及其的开发和具体实现。介绍一种基于在系统可编程技术和ATMEGA16编译器配有集成开发的新型电子密码锁的设计方法，阐述了其工作原理和软硬件设计。在硬件上，用KEIL公司的ATMEGA16大规模集成芯片对其外围电路进行集成，用1片ATMEGA16实现了几十片分离元件才能实现的功能，几乎将整个系统下载于同一芯片中，实现了所谓的片上系统，从而大大简化了系统结构，增强了系统的可靠性和性价比。该密码锁特别适用于宾馆、办公大楼、公寓等场所。关键词：单片机密码锁设计ABSTRACT--IIABSTRACTAroundelectroniccombinationlocksystemdesignanddevelopmentworkinresearchandpractice,introducesindetailtheoverallstructureoftheelectroniccombinationlocksystem,hardwaredesign,softwaredesignandsystemsolutionsanditsdevelopmentandimplementation.IntroducesasystembasedonprogrammabletechnologyandATMEGA16compilerequippedwithintegrateddevelopmentofnewelectroniccombinationlockdesignmethods,expoundsitsworkingprinciple,softwareandhardwaredesign.Onhardware,withKEILcompany'sATMEGA16largescaleintegratedcircuitchiptoitsperipherywithintegrated,1sliceATMEGA16realizeddozensofsliceseparationcomponentscanrealizethefunction,almostthewholesystemdownloadonthesamechip,soastorealizetheso-calledchipsystem,thusgreatlysimplifiesthestructureofthesystem,enhancethereliabilityofsystemandcost-effective.Thiscombinationlockparticularlysuitableforhotels,officebuildingsandapartmentandotherplaces.Keywords:SCMcombinationlockdesign目录--III目录摘要....................................................IABSTRACT...............................................II1任务与要求........................................-1-1.1任务：.........................................-1-1.2要求：.........................................-1-2方案比较..............................................22.1主控芯片的选择.....................................22.2键盘模块选择.......................................32.3显示模块的设计选择.................................32.4解锁成功报警模块的选择.............................32.5总体方案设计.......................................43单元电路设计..........................................53.1主控单元电路图.....................................53.2矩阵键盘电路图.....................................53.3显示单元电路图.....................................63.4解锁成功报警电路的设计.............................63.5电源电路设计.......................................74元件选择..............................................85整体电路图............................................9总结...................................................10参考文献...............................................11致谢...................................................12附录....................................................1设计任务与要求---1-1任务与要求1.1任务：o采用单片机作为控制器。o系统由单片机系统、矩阵键盘、液晶显示和报警系统组成。o能完成开锁、超时报警、超次锁定、声光提示等基本的密码锁的功能。o用户可自行设定和修改密码。当密码输入正确，发光二极管发光，同时锁打开，如果输入的三次的密码不正确，就锁定按键同时发出报警声。o在5分钟内没有按键操作的时候，就关闭显示。o直流稳压电源自行设计。o辅助电路及元器件自选。1.2要求：o画出采用方案的系统框图，设计主要模块电路（包括电源电路），用protel绘制电路原理图。o标出各个模块之间互相联系，并用文字对各功能模块的工作原理作详细说明。o画出整体电路图，描述设计电路的工作过程。o画出系统软件工作流程图，给出实现电路功能的源程序。o总结设计过程中遇到的困难，写出设计体会。方案比较--22方案比较2.1主控芯片的选择方案一：采用硬件电路进行电子密码锁的设计，使用74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路控制方案。该方案可实现基本密码说的功能，而且不需要编程，但是电路连接比较复杂，且不能实现自由修改密码的功能。方案二：采用单片机作为处理单元的核心。常用的有51系列和AVR系列的单片机两种系列的单片机都可以实现其基本功能。AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元(ALU)相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率。ATmega16有如下特点:16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP封装)的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。工作于空闲模式时CPU停止工作，而USART、两线接口、A/D转换器SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；ADC噪声抑制模式时终止CPU和除了异步定时器与ADC以外所有I/O模块的工作，以降低ADC转换时的开关噪声；Standby模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。可以通过软件编程来实现电子密码锁设计的各项功能要求和功能，而且单片机方案比较--3的I/O口也足够用，硬件电路连接也比较简单。综上所述，本次电子密码锁系统设计的主控芯片选择AVR单片机的ATMEGA16来完成，采集输入数据对其处理并发出相应的指令。2.2键盘模块选择方案一：采用独立式键盘。对于独立式键盘，其每个键都独立的介入一根数据线，平时所有的数据线都被拉高，当有键按下时，与之相对应的数据线被拉低。方案二：选择矩阵式键盘作为输入模块。矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，行列分别接到按键开关的两端上。无按键动作时行线处于高电平状态，有按键按下时交叉点的行列先相接通，行线状态由与此相连的列线电平决定。矩阵式键盘节省很多的I/O口，适用于按键数量较多的场合。综上所述选择使用了4*4矩阵式键盘来完成输入密码值，功能简单实用，成本比较低，同时有很好的扩展功能。2.3显示模块的设计选择方案一：采用数码管来实时现实输入密码的数值，显示清晰。由于密码有六位所以只需连接6个七段密码管即可满足要求。缺点是数码管不能显示汉字。方案二：采用128*64来作为住液晶显示器。此液晶可以输入4行汉字，功能满足要求同时比较通用，缺点是背光亮度低，在强光线效果不如数码管效果好，且成本高。综上所述选择使用128*64，因为能够显示汉字，具有很好的提示功能。且本密码锁系统不会工作在强光线下。2.4解锁成功报警模块的选择方案一：采用数码管显示特殊的数字或字母来表示输入密码的正确或者错误，可以直观表示。方案二：通过继电器来控制声光双重效果进行报警，如果密码输入正确后解锁灯点亮而且蜂鸣器会报警。且采用继电器可以用来扩展达到小电流控制大方案比较--4电流的目的。综上所述，决定使用方案二的声光报警来表示解锁成功。2.5总体方案设计本次密码锁要实现的功能是每按下一个键，要求在液晶上显示并以此左移，每删除一位在左边空出的位补充零；按下设置功能键可以进行密码设置，输入密码，按下检验键可以确定密码输入是否正确，并由提示部分做出相应的反应。经初步分析确定系统总体方框图如下所示：图