課設 - 基於微控制器的多功能密碼鎖設計（電路+流程+論文）

 

該密碼鎖是以STC89C52微控制器為核心，加上需要的硬體部分，實現密碼的設定、儲存、檢測，從而控制電路的閉合是否進行開鎖的決定。微控制器通過使用者輸入的密碼，轉化成鍵碼，與儲存在24C02晶片中的密碼進行比較，本次設定的初始密碼為六位密碼，這就可以有300多萬組密碼可以更改和選擇，安全性大大的增加，可選密碼組是連續排列的，輸入的密碼正確，繼電器吸和，二極體發光，代表著密碼鎖開啟；如果密碼輸入不正確，則由蜂鳴器發出報警訊號，多次錯誤會鎖定鍵盤，直到再次復位才能使用。

 

 

密碼鎖主要由微控制器、鍵盤、外部硬體等器件構成。這裡面矩陣鍵盤的作用是使用者輸入密碼，修改密碼等。本次設計用繼電器代替電磁鎖，實際使用時只要繼電器變成電磁鎖即可，當然也可以用繼電器的常開觸點去控制電磁鐵吸合線圈，微控制器將每次開鎖操作和此時電磁執行器的驅動電流值作為狀態資訊傳送給微控制器的晶片處理，同時將接收來自無限迴圈的密碼識別程式的報警資訊也傳送給智慧報警器，從而使整個密碼鎖正常執行。

 

 

電源電路提供的一個直流電壓。由於微控制器工作需要一個振盪頻率，所以需要晶振電路來提供一個基準頻率。復位電路是一種使電路恢復到起始狀態的電路，這裡是讓微控制器與其他部件都保持在一個特定的狀態下，當供電後按下開關就會復位。鍵盤介面電路部分提供輸入密碼的功能。開鎖電路顧名思義，當密碼正確輸入後，微控制器會發出開鎖請求，繼電器吸和二極體發光代表著門成功開啟。報警電路是密碼輸入錯誤時，蜂鳴器發出聲響報警。

 

通過鍵盤掃描模組，既可以顯示密碼又能夠修改密碼，通過鍵盤掃描模組將密碼輸入到STC89C52微控制器中，通過LCD顯示器將我們需要的資料顯示出來。該系統還擁有掉電儲存，報警等功能，掉電儲存可以增加密碼鎖的實用性。報警模組部分，當我們輸入的密碼正確時，密碼鎖開鎖，顯示模組的燈會亮，當我們輸入的密碼錯誤時，則會由蜂鳴器發出報警音，提示錯誤。

 

1 硬體電路設計

1.1 主控制模組

微控制器最小系統包括微控制器、復位電路、時鐘電路構成。STC89C52 微控制器的工作電壓範圍：4V-5.5V,所以通常給微控制器外界5V直流電源。

 

 

微控制器最小系統包括微控制器、復位電路、時鐘電路構成。微控制器最小系統就是指能使微控制器正常工作的最低配置。

 

1.2 鍵盤電路

鍵盤需要通過介面電路和CPU相連線，CPU可以採用查詢介面或者中斷的方式來判斷使用者是否使用鍵盤，然後確定使用的鍵是在什麼位置。無論是查詢方式還是中斷方式都要用到微控制器的I/O口。因為矩陣鍵盤相比於獨立鍵盤佔用更少的I/O口，所以在需要使用多個鍵的時候，一般採用矩陣鍵盤的方式來實現多按鍵的功能。本系統採用4*4矩陣式鍵盤，鍵盤連線方式如圖所示：

 

 

1.3 液晶顯示電路

LCD1602作為一種字元型液晶顯示器，它是一種點陣式液晶顯示器，它是專門用於顯示字母、數字、符號等的。LCD1602的顯示容量為16*2個字元（既每行16個字元，共計兩列），LCD的晶片工作電壓在4.5~5.5V之間，工作電流為2.0mA（5.0V），模組的最佳工作電壓為5.0V。另外需要注意的是，LCD顯示器要想正常的工作，必須提供足夠的電流，所以，在本次設計中，為了保證LCD正常顯示，在資料埠上加了一個電阻，來保證順利進行。本設計採用液晶螢幕LCD進行顯示，具體連線方式如圖所示。

 

 

1.4 儲存晶片電路

AT24C02的工作電壓在1.8V~5.5V之間，輸入/輸出引腳相容5V。AT24C02是二線串型介面，支援硬體防寫，具有高保護性，讀寫次數高達100萬次，資料可以儲存100年。E1~E3作為器件地址選擇埠，這本次設計中，全部接地。VCC可以接入1.8V~6.0V的工作電壓，這裡接入5V電壓。VSS接地端，這裡接入電源負極。WP是專門防寫的埠，當WP=1時，只能讀取，不能寫入，當WE=0時才可以進行正常的讀寫功能。SCL是序列時鐘輸入端，SDA是序列資料、地址線，用於傳送和接受資料，是一個雙向的埠。P2.5為序列時鐘輸入線介面，P2.6為資料線介面。A0，A1，A2接地，所以微控制器在讀AT24C02時，器件地址為：10100001B=0A1H；在寫AT24C02時，器件地址為：10100000B=0A0H。WP=0，允許微控制器進行讀寫操作。

 

AT24C02系列是典型的I2C序列匯流排的EEPROM,本系統採用此晶片進行資料儲存，儲存系統連線如圖所示：

 

 

1.5 報警電路

本次設計中，報警部分由蜂鳴器及外圍電路組成，通過控制蜂鳴器發聲來實現報警的功能。蜂鳴器是一種採用直流電壓供電的電子訊響器，當P3.7口有脈衝訊號輸入時，蜂鳴器即會發音。通過控制輸入脈衝的頻率還能控制蜂鳴器的發音訊率。如圖所示。

 

 

1.6 密碼鎖電路

在微控制器密碼鎖中，輸入正確的密碼，鎖就會開啟。本次設計降低成本不用電磁鎖，用繼電器和二極體來替代。當密碼輸入正確時，燈亮起，繼電器吸和，象徵著密碼鎖開啟。所以用如圖所示的電路代替電磁鎖開鎖機構。

 

 

2 軟體程式設計

2.1 主程式流程圖

 

 

2.2 鍵盤掃描子程式

 

 

2.3 顯示模組子程式

 

 

2.4 開鎖子程式

 

 

2.5 報警子程式

 

 

2.6 掉電儲存子程式

 

 

 

在設計中我們必須首先熟悉和掌握微控制器的結構及工作原理，微控制器的介面技術及相關外圍晶片的外特性，控制方法。以微控制器核心的電路設計的基本方法和技術瞭解表關電路引數的計算方法。同時，學習使用微控制器瞭解計算機原理與結構的最佳選擇。 在本次設計中，所有的設計要求都得到了實現，可以在LCD顯示器上以“*”形式顯示密碼，修改密碼，掉電儲存等功能也全都實現。再輸入密碼的過程中，可以清空密碼、倒退，長時間不操作會有鎖定密碼鎖的功能。

 

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