0.png (24.66 KB, 下載次數(shù): 143)

下載附件

2018-12-14 02:30 上傳

0.png (34.48 KB, 下載次數(shù): 87)

下載附件

2018-12-14 02:30 上傳

2.硬件電路設(shè)計(jì)

為了達(dá)到系統(tǒng)要求，硬件應(yīng)該包括如下部分：

   單片機(jī)最小系統(tǒng)，最小系統(tǒng)主要包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路；

   LCD電路，為了能直觀的看到生成的密碼，以及用戶(hù)輸入的密碼，就需要一個(gè)顯示設(shè)備，而在單片機(jī)系統(tǒng)中，比較常見(jiàn)的顯示設(shè)備就是LED和LCD，相比較于LED來(lái)說(shuō)，LCD顯示效果更加美觀，更加真實(shí)；

  按鍵電路，為了做到密碼的提取以及校驗(yàn)，就需要有人機(jī)交互的操作，本設(shè)計(jì)采用了機(jī)械按鍵充當(dāng)此功能。

   LED電路，本設(shè)計(jì)有紅綠兩個(gè)LED，當(dāng)密碼校驗(yàn)正確時(shí)，綠燈亮；相反當(dāng)密碼校驗(yàn)錯(cuò)誤時(shí)，紅燈亮。

   繼電器電路，為了模擬鎖的開(kāi)和關(guān)，用到了繼電器的開(kāi)關(guān)來(lái)模擬。

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

本次選用的主控芯片為單片機(jī)STC89C52。其引腳圖如圖2.1-1所示。

圖2.1-1 STC89C52引腳圖

目前，不管是在工業(yè)，農(nóng)業(yè)還是消費(fèi)電子領(lǐng)域，51系列單片機(jī)的身影隨處可見(jiàn)，例如，我們可以利用單片機(jī)來(lái)檢測(cè)溫濕度，來(lái)檢測(cè)空氣質(zhì)量，我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娮訒r(shí)鐘等等都能很方便的使用51單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。STC89C52單片機(jī)是深圳宏晶科技有限公司生產(chǎn)的一種單片機(jī)，它是在一小塊很小的集成電路上集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)。每一個(gè)單片機(jī)的組成都離不開(kāi)如下幾種組成成分：

CPU:51系列單片機(jī)內(nèi)部集成的CPU都是8位的；

IO口；數(shù)據(jù)輸入輸出的并行口，51單片機(jī)有32個(gè)IO口，分別是P0,P1,P2,P3，每種有8條數(shù)據(jù)線(xiàn)；

ROM：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，它主要用來(lái)存儲(chǔ)程序的，一般大小為4K；

RAM:片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它主要用來(lái)存儲(chǔ)臨時(shí)數(shù)據(jù)，一般大小為512K；

中斷源；它主要用來(lái)引發(fā)中斷的，有5個(gè)中斷源；

定時(shí)器：它主要用來(lái)計(jì)數(shù)定時(shí)用，51單片機(jī)有2個(gè)，分別是定時(shí)器0和定時(shí)器1；

圖2.1-2 STC89C52最小系統(tǒng)

2.2 液晶顯示電路

隨著人機(jī)界面的越來(lái)越人性化，液晶屏應(yīng)運(yùn)而生，十九世紀(jì)八十年代，奧地利科學(xué)家賴(lài)倪次在一種植物身上提取出了看起來(lái)很奇怪的物質(zhì)，它既不是液態(tài)的，也不是固態(tài)的，徘徊于兩者之間，但是他即具有固態(tài)的特征，也有液態(tài)的特征，所以，當(dāng)時(shí)的人們就把它叫做成液態(tài)的晶體，這就是當(dāng)今液晶的前身。

市面上的LCD顯示屏可謂是林林總總，大型的有拼接墻，數(shù)十寸的等等，從才子上來(lái)分，有TFT、LED等等，但對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，常用的LCD有兩種：分別是1602和12864型號(hào)。

12864的意思就是該LCD的點(diǎn)陣是128行*64列，總共有8192個(gè)像素點(diǎn)， 控制器AIP31020。可顯示漢字及圖形， 內(nèi)置8192 個(gè)中文漢字 （16X16 點(diǎn)陣）、 128 個(gè)字符 （8X16點(diǎn)陣）及64X256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM）。可與CPU 直接接口，提供兩種界面來(lái)連接微處理機(jī)：8-位并行及串行兩種連接方式。具有多種功能：光標(biāo)顯示、畫(huà)面移位、睡眠模式等。而1602的意思就是該LCD的點(diǎn)陣是16行*2列，總共有32個(gè)像素點(diǎn)，1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，帶背光的用起來(lái)就比較方便，但缺點(diǎn)就是比較厚，而不帶背光的需要自己加一個(gè)背光片，不方便使用，但他比較輕薄。

本次設(shè)計(jì)采用了LCD1602液晶顯示器，本次設(shè)計(jì)采用了LCD1602液晶顯示器。

圖2.2-1 液晶顯示電路

2.3 矩陣按鍵模塊

本實(shí)驗(yàn)選用矩陣按鍵來(lái)輸入密碼值。矩陣按鍵電路如下圖2.3-1所示：

圖2.3-1 矩陣按鍵電路

為了滿(mǎn)足輸入功能的需要，本設(shè)計(jì)采用了14個(gè)按鍵，如果全部接成獨(dú)立式按鍵，那么就需要14個(gè)IO口，資源占用過(guò)多，所以這里采用了矩陣式4*4規(guī)格的鍵盤(pán)，多余兩個(gè)按鍵做備用。它總共占用8個(gè)IO口，分別接到了P0口上，由于P0口的特殊結(jié)構(gòu)，必須接一個(gè)上拉電阻，才能輸出高電平。

其按鍵功能如下所示：

0-9的數(shù)字按鍵用來(lái)輸入密碼；

“存包”按鍵  --    按下此鍵生成四位隨機(jī)數(shù)密碼

“取包”按鍵  --    按下此按鍵，提示輸入密碼

“清空”按鍵 --     在輸入密碼過(guò)程中，按下此鍵清掉剛才輸入的數(shù)字

“確認(rèn)”按鍵  --    密碼輸入完畢后，按下此鍵進(jìn)行密碼的校驗(yàn)。

2.4 i2C 24C02模塊

串行E2PROM是基于I2C-BUS 的存儲(chǔ)器件，遵循二線(xiàn)制協(xié)議，由于其具有接口方便，體積小，數(shù)據(jù)掉電不丟失等特點(diǎn)，在儀器儀表及工業(yè)自動(dòng)化控制中得到大量的應(yīng)用。

24C02與單片機(jī)的接口非常簡(jiǎn)單，如下圖2.4-1所示

圖2.4-1 24C02電路

E0，E1，E2為器件地址線(xiàn)，WP為寫(xiě)保護(hù)引腳，SCL，SDA為二線(xiàn)串行接口，符合I2C總線(xiàn)協(xié)議。在一般單片機(jī)系統(tǒng)中，24C02 數(shù)據(jù)受到干擾的情況是很少的。

本實(shí)驗(yàn)采用AT24C02。AT24WC02是一個(gè)2K位串行CMOS,EEPROM內(nèi)部含有256個(gè)8位字節(jié)CATALYST公司的先進(jìn)CMOS技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗。AT24WC02有一個(gè)16字節(jié)頁(yè)寫(xiě)緩沖器,該器件通過(guò)I2C總線(xiàn)接口進(jìn)行操作有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的寫(xiě)保護(hù)功能。

其引腳說(shuō)明如表2.4-1：

表2.4-1 AT24C02引腳說(shuō)明

2.5.蜂鳴器電路

在單片機(jī)應(yīng)用的設(shè)計(jì)上，很多方案都會(huì)用到蜂鳴器，大部分都是使用蜂鳴器來(lái)做提示或報(bào)警，比如按鍵按下、開(kāi)始工作、工作結(jié)束或是故障等等。

蜂鳴器電路如圖2.5-1所示。

圖2.5-1 蜂鳴器電路

本次設(shè)計(jì)使用了ULN2003D來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。其電路如圖2.5-2所示

圖2.5-2 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路

本設(shè)計(jì) 用到了一個(gè)紅色LED和一個(gè)綠色LED來(lái)指示輸入密碼的正確與否。每個(gè)LED的正極通過(guò)一個(gè)限流電阻接到電源正極，然后負(fù)極分別接到P33和P34，當(dāng)IO口為高電平時(shí)，燈熄滅，當(dāng)LED為低電平時(shí)，燈亮起來(lái)。圖2.5-3是其連線(xiàn)圖。

圖2.5-3 LED提示燈電路

本設(shè)計(jì)用繼電器來(lái)模擬鎖的動(dòng)作，當(dāng)繼電器吸合表示開(kāi)始鎖關(guān)閉，當(dāng)繼電器斷開(kāi)表示斷開(kāi)，繼電器的控制引腳接在單片機(jī)的P37口，高電平讓其吸合，低電平讓其斷開(kāi)，圖2-6是其連接圖。

主程序里面首先對(duì)單片機(jī)的硬件資源進(jìn)行初始化，硬件資源的初始化包括：

• IO口的初始化，本設(shè)計(jì)所采用的51單片機(jī)有32個(gè)IO口，并且單片機(jī)復(fù)位后，所有IO口被默認(rèn)賦值為高電平（1），這就給一些功能帶來(lái)了一些不必要的麻煩，所以就需要對(duì)某些上電需要置低電平的IO口置低電平（比如本設(shè)計(jì)中的LCD某些管腳）；
• 定時(shí)器的初始化，定時(shí)器是單片機(jī)中的一個(gè)非常重要的資源，有了它，單片機(jī)就能“并行”的處理多個(gè)事情了，不然為了做到定時(shí)，只能用死等來(lái)實(shí)現(xiàn)，那樣會(huì)造成單片機(jī)資源大量的浪費(fèi)，更嚴(yán)重的是，單片機(jī)運(yùn)行會(huì)相當(dāng)不流暢；
• 串口的初始化，串口的存在使得單片機(jī)跟外界的通訊帶來(lái)了很大的方便，因?yàn)樗�遵循�?biāo)準(zhǔn)的RS232協(xié)議，所以可以跟任何具有RS232接口的設(shè)備通信，
  

    基本的資源初始化完畢后，程序然后進(jìn)入了一個(gè)while(1)死循環(huán)，這樣保證了程序不斷的運(yùn)行，在該循環(huán)中，多個(gè)任務(wù)逐一按順序的執(zhí)行。

3.2 LCD顯示子程序

LCD1602的讀時(shí)序如圖3-2-1所示。

圖3-2-1  LCD1602讀時(shí)序

LCD1602的寫(xiě)時(shí)序如圖3-2-2 所示。

圖3-2-3 LCD2602寫(xiě)時(shí)序

從時(shí)序圖可以看出，首先判斷RS和RW，從硬件那一章我們得知，RS代表了是指令的操作（高電平）還是數(shù)據(jù)的操作（低電平），而RW代表了是往LCD里面寫(xiě)數(shù)據(jù)（高電平）還是從LCD里面讀出數(shù)據(jù)（低電平）。

然后再通過(guò)控制器把使能端拉低（通過(guò)上面一章，我們知道此管腳為高表示禁用該芯片，此管腳為低表示使能該芯片），拉低后需要延時(shí)一段時(shí)間，至于要不要 延時(shí)，延時(shí)的時(shí)間多長(zhǎng)，對(duì)于51單片機(jī)來(lái)說(shuō)，其實(shí)關(guān)系都不大，不影響其使用。

以上兩步準(zhǔn)備操作完成后，就可以開(kāi)始讀和寫(xiě)了，也就是從這時(shí)候開(kāi)始數(shù)據(jù)或地址信號(hào)就被送上了數(shù)據(jù)總線(xiàn)，數(shù)據(jù)送完之后，然后又將使能端拉高（禁止芯片），當(dāng)然，這中間需要一個(gè)建立時(shí)間的延遲，改時(shí)間最短為40納秒。然后再將使能端拉低（啟用），就可以將剛才數(shù)據(jù)總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)送入LCD了。

1602液晶顯示子程序主要是對(duì)內(nèi)部控制指令進(jìn)行指定如液晶初始化，顯示空白，讀，寫(xiě)，判斷液晶是否忙及指定字符的位置等函數(shù)構(gòu)成。液晶顯示子程序流程圖如圖所示。首先進(jìn)行液晶初始化，再寫(xiě)地址命令到LCD,然后放發(fā)送字符串，最終液晶顯示。

  根據(jù)上面描述的時(shí)序，可以得出如圖3-2-4所示的流程圖

3.3 矩陣按鍵子程序

16個(gè)按鍵接在了P0的8個(gè)口，其中P00-P03為四行，P04-P07為四列，本設(shè)計(jì)采用的是行掃描法，也就是說(shuō)每次給四行當(dāng)中的一行輸出低電平（其他三行為高電平），然后再讀取四列的值，如果發(fā)現(xiàn)四列全部為高電平，那么就表示沒(méi)有按鍵按下，如果有某一列為低電平，就表示有按鍵按下了。

3.4 密碼比對(duì)子程序

  密碼比對(duì)過(guò)程主要是將按鍵輸入的密碼與正確密碼進(jìn)行比較的過(guò)程。該過(guò)程要求把密碼放入24C02芯片中存儲(chǔ)，每按下一個(gè)按鍵則與芯片中相應(yīng)位進(jìn)行比較。流程如圖3.4-1所示   

4.系統(tǒng)調(diào)試

整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，要進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，排除軟件和硬件的故障，同時(shí)驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性，使系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求。本系統(tǒng)的調(diào)試主要分兩個(gè)步驟:單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試(硬件調(diào)試和軟件調(diào)試)及整個(gè)控制系統(tǒng)試運(yùn)行調(diào)試。

單片機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試應(yīng)包括硬件及軟件兩部分，主要是通過(guò)調(diào)試發(fā)現(xiàn)硬件及軟件中存在的問(wèn)題，查看其運(yùn)行結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。

    系統(tǒng)硬件和軟件的研制可以相互獨(dú)立的平行進(jìn)行，軟件調(diào)試可以在硬件完成之前，硬件也可以在無(wú)完整應(yīng)用軟件的情況下進(jìn)行調(diào)試，但它們需要借助另外的工具提供調(diào)試環(huán)境。硬件和軟件分調(diào)完成之后，還要再進(jìn)行軟件和硬件的聯(lián)調(diào)，在調(diào)試中找出問(wèn)題，判斷故障源，修改軟硬件。

4.1 硬件調(diào)試

靜態(tài)調(diào)試主要是排除明顯的硬件故障。在電路搭建好后，對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)檢查，查看端口是否正確連接，連接是否可靠。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)用萬(wàn)用表檢查電路，看應(yīng)當(dāng)開(kāi)路的地方是否開(kāi)路，應(yīng)當(dāng)短路的地方是否短路，電源地線(xiàn)連接是否可靠。在焊接后，查看焊接是否牢固，有無(wú)虛焊或短路等。在將芯片、傳感器等元件插到電路板上時(shí)，要保證各處電源極性、電壓正確，以防止因電源極性接反或電壓過(guò)高損壞芯片或傳感器。此外，插入芯片必須在斷電的情況下進(jìn)行，特別注意芯片的方向不要插反。

4.2 軟件調(diào)試

    系統(tǒng)軟件程序在編制好以后，可通過(guò)匯編軟件對(duì)源程序進(jìn)行匯編，變?yōu)榭蓤?zhí)行的目標(biāo)代碼，在匯編過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，要及時(shí)糾正。在軟件調(diào)試時(shí)采用軟件模擬開(kāi)發(fā)系統(tǒng)對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，這種模擬開(kāi)發(fā)系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)上利用模擬軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的硬件模擬、指令模擬及運(yùn)行狀態(tài)模擬，從而完成應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)的全過(guò)程。調(diào)試過(guò)程中的運(yùn)行狀態(tài)、各寄存器狀態(tài)、端口狀態(tài)等都可以在指定的窗口區(qū)域顯示出來(lái)，通過(guò)這些顯示結(jié)果隨時(shí)跟蹤程序運(yùn)行狀態(tài)，以確定程序運(yùn)行無(wú)誤。

4.3動(dòng)態(tài)調(diào)試

    控制系統(tǒng)的軟件和硬件是密切相關(guān)的，軟件模擬開(kāi)發(fā)系統(tǒng)不能對(duì)硬件部分進(jìn)行診斷，同時(shí)也不能實(shí)時(shí)在線(xiàn)仿真，所以用戶(hù)程序還需跟硬件連接起來(lái)進(jìn)行聯(lián)調(diào)，同時(shí)對(duì)軟件和硬件進(jìn)行檢查和診斷。整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行在線(xiàn)調(diào)試時(shí)，需借助仿真開(kāi)發(fā)工具來(lái)對(duì)用戶(hù)軟件及硬件電路進(jìn)行診斷、調(diào)試。在應(yīng)用系統(tǒng)各電路板調(diào)試成功后，將用戶(hù)程序加載到在線(xiàn)仿真器上，這時(shí)就能單步、多步或連續(xù)地執(zhí)行目標(biāo)程序，同時(shí)也可以根據(jù)需要分段設(shè)置斷點(diǎn)執(zhí)行用戶(hù)程序。系統(tǒng)中的硬件故障(如各個(gè)部件內(nèi)部存在的故障和部件之間連接的邏輯錯(cuò)誤)主要是靠聯(lián)機(jī)仿真來(lái)排除的。對(duì)于與硬件無(wú)聯(lián)系的用戶(hù)程序，例如定時(shí)標(biāo)志等，雖然已經(jīng)沒(méi)有語(yǔ)法錯(cuò)誤，但可能存在邏輯錯(cuò)誤，這時(shí)，就借助于動(dòng)態(tài)在線(xiàn)調(diào)試手段發(fā)現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤，直至邏輯錯(cuò)誤糾正為止。而對(duì)于一些與硬件相關(guān)的用戶(hù)程序，如接口驅(qū)動(dòng)程序等，則需要配合硬件，進(jìn)行在線(xiàn)調(diào)試，如果有邏輯錯(cuò)誤，也要及時(shí)糾正修改。程序調(diào)試完畢后，利用在線(xiàn)編程器將程序固化到單片機(jī)中，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)。

0.png (15.09 KB, 下載次數(shù): 81)

下載附件

2018-12-14 02:29 上傳

4.4 實(shí)驗(yàn)圖

按下取包鍵，獲取密碼，得到密碼為2392，此時(shí)繼電器為關(guān)閉狀態(tài)：

調(diào)試圖a：

調(diào)試圖a

              當(dāng)輸入密碼錯(cuò)誤時(shí)紅燈亮，即D1燈亮，此時(shí)繼電器為關(guān)閉狀態(tài)：

調(diào)試圖b：

調(diào)試圖b

當(dāng)輸入密碼正確是綠燈亮，即D2燈亮，此時(shí)繼電器為打開(kāi)狀態(tài)：

結(jié)果圖：

結(jié)果圖

附錄

附錄1：電路原理圖

電子密碼鎖（自改）.rar (141.51 KB, 下載次數(shù): 758)

2018-12-12 18:06 上傳

點(diǎn)擊文件名下載附件
代碼加仿真
下載積分: 黑幣 -5

電子密碼鎖.docx (3.07 MB, 下載次數(shù): 392)

2018-12-12 18:06 上傳

點(diǎn)擊文件名下載附件
文檔
下載積分: 黑幣 -5