基于AT24C02电子密码锁的设计

单片机应用课程设计设计题目：基于AT24C02电子密码锁的设计目录1设计任务........................错误!未定义书签。2系统总体方案设计................错误!未定义书签。2.1各个模块方案论证.............错误!未定义书签。2.1.1芯片选择.................错误!未定义书签。2.1.2显示器的选择.............错误!未定义书签。2.2总体方案设计.................错误!未定义书签。3硬件电路设计....................错误!未定义书签。3.1单片机最小系统...............错误!未定义书签。3.2AT24C20储存密码电路.........错误!未定义书签。3.3矩阵键盘电路................................63.4液晶显示电路................................64系统软件设计....................错误!未定义书签。4.1主程序流程图................................74.2子程序流程图................................84.2.1AT24C20子程序流程图......................84.2.21602子程序流程图.........................95实物调试........................错误!未定义书签。5.1实性物能分析................................96心得体会........................错误!未定义书签。附录1............................错误!未定义书签。（1）系统总电路图.............................15（2）系统仿真图...............................15附录2............................错误!未定义书签。（1）程序清单...................错误!未定义书签。1.设计任务基本要求：采用AT24C02与单片机STC89C52相结合设计电子密码锁，然后通过矩阵键盘按键进行密码的输入、清除、更改、开锁等功能。2.系统总体方案设计2.1各个模块方案讨论2.1.1芯片选择由于设计的是电子密码锁，而单片机AT89C52为8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0~P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（32~39脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。所以我们以此单片机为核心，采用AT24C02作为储存密码芯片，利用单片机进行控制，外加显示电路和键盘电路，即构成一个基本的电子密码锁系统。2.1.2显示器的选择LCD1602具有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，对比度可调、内含复位电路、提供各种控制命令等特点，完全满足本次设计的需要，因此，选择LCD1602作为显示器进行使用。2.2总体方案设计密码锁设计的关键问题是实现密码的输入、清除、更改、开锁等功能：1、密码输入功能：插上电源后，第一次使用或忘记密码时可以用111111对其密码初始化，LCD提示输入密码，输入密码时在1602LCD上显示“*”每输入一个数字，LCD上向右移一格，同时“*”加一个。值到输入6个“*”为此，若一次性输入大于6个密码，则只保留前6位密码，按“确定”生效。若按取消键，锁关闭，所有输入清除错误。输入计数达三次时，报警并锁定键盘。2、密码更改功能：密码锁在打开的状态再次输入原密码，会有提示输入新密码，输入新密码后按修改键再次输入新密码后就能成功修改密码（初始密码是6个1）。3、当密码输入成功后，或者密码修改成功后，LCD上有提示成功字符LED灯亮，同时蜂鸣器响两声作为提示。AT24C02电子密码锁总体设计方案如图1所示。图1总体设计方案3.系统硬件电路设计3.1单片机最小系统单片机是电子时钟系统的主控制器。其最小系统主要由STC89C52单片机、晶振电路及单片机复位电路组成。晶振系统由两个30pf的陶瓷电容和一个12MHz的晶振组成，分别接在XTAL1、XTAL2上，在单片机内部，这两个端口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，它决定了单片机的时钟周期。单片机有一个复位引脚RST，高电平有效，只要RST保持高电平，单片机将循环复位，复位期间，ALE、PSEN输出高电平。RST从高电平变为低电平之后，PC指针变为0000H，使单片机从程序存储器地址为0000H的单元开始执行。当单片机执行程序出错或进入死循环时，也可按复位按钮重新启动。单片机最小系统如图2所示。图23.2AT24C02储存密码电路.为了保存用户设置的密码，本系统使用AT24C02用来保存用户设置的密码，它的SCL、SDA端分别接单片机的T0、T1端,用于与单片机之间读写操作的数据传输；WP接低电平表示单片机可以对器件进行正常的读/写操作；E0、E1、E2是器件地址输入端，都接低电平表示只有一个AT24C02被器件寻址。该电路要注意的是SCL、SDA必须加上一上接电阻，阻值为4.7K。用户设置的密码存放在ST24C02中，当需要更改或读取用户密码时，只需对ST24C02里的数据更改或读取。ST24C02储存密码电路如图3所示。图33.3矩阵键盘电路矩阵键盘电路主要作用就是输入密码，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，行列分别连接到按键开关的两端。无按键按动作时列线处于高电平状态；有按键按下时，交点的行线和列线相通，列线电平状态将由与此列线相连的行线电平决定。行线电平如果低，则列线电平为低；行线电平如果为高，则列线电平也为高。这是识别矩阵式键盘按键是否被按下的关键所在。由于矩阵键盘中行、列线为多键公用，各按键均影响该键所在的行和列的电平，所以必须将行、列线信号配合起来作适当的处理，才能确定闭合键所在的位置。矩阵式键盘节省了好多的I/O口，适用于按键数量比较多的场合。本设计的4*4键盘即采用矩阵式键盘。矩阵键盘电路图如图4所示图43.4液晶显示电路1602的引脚功能：第1脚：为地电源。第2脚：VCC接5V正电源。第3脚：为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个20K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第7~14脚：D0~D7为8位双向数据线。第15~16脚：15脚接VCC，16脚接地。1602电路图如图5所示。图54系统软件设计由于单片机是可编程控制器，故采用C语言对单片机进行程序的编写。主程序主要由矩阵键盘程序、1602液晶屏程序及AT24C02程序组成。4.1主程序流程图图6上图6为主程序流程图。开始先初始化，然后屏幕显示password先扫描按键，确认是否可以按键按出密码，如果没有按键按下，则重新扫描按键，若有键按下则按下修改键并保存密码就会出现新的密码，若不按下修改键则还是原来刚设置的初始密码，按下输入键并输入密码，不按下输入键则重新回到扫描按键步骤，若密码正确则开锁。密码错误则报警显示错误。4.2子程序流程图4.2.1AT24C02子程序流程图图7图7展示了AT24C02的一个工作流程：首先是对AT24C02进行初始化，方便密码的输入，当输入的密码正确，就会解锁，显示屏显示open,否则显示error并重新输入密码。4.2.21602子程序流程图图81602显示器的工作流程图展示了1602的工作流程：启动时，首先对1602进行初始化，然后检测有没有数据写入，当有数据写入时，1602便读出数据并显示，没有数据写入时，1602就一直处于等待中，直至有数据写入。1602子程序流程图如图8所示。5实物调试5.1实物性能分析用KEIL编写程序软件编写程序、经过Proteus仿真软件仿真调试之后，确认了此系统可正常运行，在这样的前提下，我们利用一个单片机最小系统、一块用电路板焊接的模块和一个1602液晶显示屏完成了第一次实物仿真。图9图9界面显示为输入密码，这时我们按下按键输入密码。当我们输入密码时，下图为密码正确的实物图，如图10所示。图10当密码输入正确时，显示屏就会显示OPEN。若密码输入错误，下图为密码输入错误的实物图，如图11所示。图11当我们输入错误的密码时，显示屏就会显示error。下图为密码修改成功的实物图，如图12所示。图12当密码修改成功时，显示屏就会显示RestPasswordOK。6心得体会通过此次课程设计，我重新把单片机及相关知识联系在了一起虽然掌握的知识不是很多，但通过查找资料我还是对单片机有了很好的了解和掌握。在设计中我才发现单片机虽然体积小但是功能很强大，在生活中很多地方都可以用到它。单片机这门学科博大精深，在以后的学习中只有多看书，理论与实践结合才能把这门课掌握好。掌握了LCD的使用方法与编程。同时我也体会到合作的好处。让我懂得了如何合作，对不同看法发表自己的意见。此次设计中最要的一点是，让我知道了，理论联系实践的好处。不管理论学的再怎么好都必须联系实践，只有在实践中我们才会更加懂得如何运用自己的所学，在实践中将自己的知识实物化。理论联系实践是我们获取知识的最佳途径。参考文献[1]谭浩强主编.C程序设计题解与上机指导（第3版）[M].北京，清华大学出版社，2005.16-24[2]谢维成杨家国董秀成,单片机原理与应用及C51程序设计（第2版）[M],北京，清华大学出版社，2009.7.25-36附录1（1）系统总电路图系统总电路图，如图12所示。图13（2）系统仿真图系统仿真图，如图13所示。图14（3）PCB板设计使用的PCB如图14所示图15附录2程序清单#includereg51.h#includeintrins.h#defineLCM_DataP0#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//#defineBusy0x80//用于检测LCM状态字中的Busy标识#definew6//定义密码位数sbitlcd1602_rs=P2^5;sbitlcd1602_rw=P2^6;sbitlcd1602_en=P2^7;sbitScl=P3^4;//24C02串行时钟sbitSda=P3^5;//24C02串行数据sbitALAM=P2^1;//报警sbitKEY=P2^0;//开锁sbitopen_led=P2^2;//开锁指示灯bitoperation=0;//操作标志位bitpass=0;//密码正确标志//bitRese