可修改密码的3位数字号码锁全解

课程设计说明书（2012 /2013 学年第二学期）

课程名称：单片机课程设计

题目：可修改密码的3位数字号码锁

专业班级：电气1022班

学生姓名：谢涛

学号：100062229

指导教师：王静爽段广玉韩昱

设计周数：2周

设计成绩：

2013年7月11日

目录

摘要 (1)

1.课程设计目的 (1)

2.课程设计具体要求 (1)

2.1主要任务 (1)

2.2技术要求 (2)

3.课程设计正文 (2)

3.1硬件设计…………………………………………….………………….... .2

3.1.1方案设计……………………………………………………………. .2

3.1.28051，CD4511，数码管简介 (2)

3.1.3 方案设计 (8)

3.1.4 单元电路设计 (9)

3.1.5 材料清单 (9)

3.1.6 原理图 (10)

3.1.7 PCB图 (11)

3.1.8 系统调试 (12)

3.2 软件设计 (12)

3.2.1 系统分析 (12)

3.2.2 系统设计 (13)

3.2.3 系统实施及程序 (13)

4.课程设计心得体会 (18)

5.参考文献 (19)

摘要：

单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广，发展很快。单片机体积小，重量轻，抗干扰能力强，环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛应用在工业自动化控制，自动检测，智能仪器仪表，家用电器，电力电子，机电一体化设备等各个方面。

1.课程设计目的

1）掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性，控制方法。

2）通过课程设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术。

3）通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。

4）与模拟电子技术，数字电子技术等课程相结合，进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理，为以后所学的后续课程打下良好的基础。

5）通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，使学生了解开发一单片机应用系统的全过程，为今后从事相应打下基础。

2.课程设计具体要求

本次课程设计旨在设计一个带3*3的电子密码号码锁，系统内定的密码为111，通过各种模块电路的连接，实现：1）当上电时，数码管显示000；2）当按下不同的按键时，数码管动态显示按下的数字；3）所允许的密码的输入范围为1—6，6键9键分别为确认键和改密键；4）输入密码时，如果输入密码正确，蜂鸣器报警同时显示器清零，如果输入密码错误，显示器直接清零；5）修改密码时，在输入密码后方可输入所要修改的密码，然后按下改密键，密码修改完毕；6）再次输入修改后的密码，同4）

2.1.主要任务

（1）确定总体设计方案

（2）设计键盘输入电路

（3）设计显示电路

（4）合理分配地址，编写系统程序

（5）利用PROTEL设计硬件电路原理图和PCB图

（6）软硬件联机调试

2.2 技术要求

（1）掌握数码管显示相关电路和程序设计。

（2）会用仿真器对软硬件电路进行实时仿真，调试，以期达到预期的效果。

（3）熟练应用PROTEL绘制原理图和PCB图；

3.课程设计正文

3.1硬件设计

3.1.1方案设计

本课程设计为一个各种模块电路的综合系统，系统单片机的标准的频率时间信号必须做到准确稳定，通常使用石英晶体振荡电路构成。在硬件设计上主要由复位电路、晶体振荡电路、键盘输入电路、驱动电路、数码管显示电路、蜂鸣器报警电路、单片机模块电路、位选电路等构成。所用到的主要元器件有8051、数码管、晶体振荡器、按键、三极管、蜂鸣器、CD4511等。

3.1.2 8051，CD4511，数码管简介

8051：

a.8051主要特性

●与MCS-51单片机产品兼容

● 4K字节在系统可编程Flash存储器

● 32个可编程I/O口线

● 2个16位定时器/计数器

● 6个中断源

●全双工UART串行通道

●低功耗空闲和掉电模式

●掉电后中断可唤醒

●看门狗定时器

●双数据指针

● 4.0---5.5V电压工作范围

b.内部结构

图3-1 是单片机8051的内部结构总框图。它可以划分为CPU、存储器、并行口、串行口、定时/计数器和中断逻辑几个部分。

● CPU由运算器和控制逻辑构成，其中包括若干特殊功能寄存器（SFR）。

● 8051时钟有两种方式产生，即内部方式和外部方式。

● 8051在物理上有四个存储空间：片内/片外程序存储大路、片内/片外数据存储器。片

内有256B数据存储器RAM和4KB的程序存储器ROM。除此之外，还可以在片外扩展RAM 和ROM，并且和有64KB的寻址范围。

●8051内部有一个可编程的、全双工的串行接口。它串行收发存储在特殊功能寄存器SFR

的串行数据缓冲器SBUF中的数据。

●8051共有4个（P0、P1、P2、P3口）8位并行I/O端口，共32个引脚。P0口双向I/O

口，用于分时传送低8位地址和8位数据信号；P1、P2、P3口均为准双向I/O口；其中P2口还用于传送高8位地址信号；P3口每一引脚还具有特殊功能，用于特殊信号的输入输出和控制信号。

● 8051内部有两个16位可编程定时器/计数器T0、T1。最大计数值为216-1。工作方式和定时器或计数器的选择由指令来确定

图3-1 AT89C51 内部结构框图

图3-1 8051内部结构框图

图3-2 8051的时钟电路

c.外部特性（引脚功能）

8051芯片有40条引脚，双列直插式封装引脚图如2-4所示：● Vcc(40)：电源+5V

● Vss(20): 接地

● XTAL1（19）和XTAL2（18）：使用内部振荡电路时，用来接石英晶体和电容；使用外部时钟时，用来输入时钟脉冲。

● P0口（39—32）：双向I/O口，既可作地址/数据总线口用，也可作普通I/O口用。

● P1口（1—8）：准双向通用I/O口。

● P2口（21—28）：准双向口，既可作地址总线口输出地址高8位，也可作普通I/O口用。

● P3口（10—17）：多用途口，既8051引脚图可作普通I/O口，也可按每位定义的第二功能操作。

●ALE/~PROG（30）：地址锁存信号输出端。在访问片外丰储器时，若ALE为有效高电平，则P0口输出地址低8位，可以用ALE信号作外部地址锁存信号。公式（2—1）f ALE=1/6f OSC,也可作系统中其它芯片的时钟源。第二功能~PROG是对EPROM编程时的编程脉冲输入端。

● RST/V PD（9）：复位信号输入端。AT89S51接能电源后，在时钟电路作用下，该脚上出现两个机器周期以上的高电平，使内部复位。第二功能是V PD，即备用电源输入端。当主电源Vcc发生故障，降低到低电平规定值时，V PD将为RAM提供备用电源，发保证存储在RAM中的信号不丢失。

● ~EA/Vpp(31):内部和外部程序存储器选择线。~EA=0时访问外部ROM 0000H—FFFFH；~EA=1时，地址0000H—0FFFH空间访问内部ROM，地址1000H—FFFFH空间访问外部ROM。

● ~PSEN（29）：片外程序存储器选通信号，低电平有效。

图1 CD4511引脚图

a引脚介绍

引脚 7、1、2、6为 CD4511的BCD码输入端，9、10、11、12、13、14、15代表输出段码,另外，又设又三个辅助控制引脚：LT、BI、LE。

b引脚功能

引脚 7、1、2、6分别代表CD4511的BCD码输入，9、10、11、12、13、14、15分别代表输出段码的ABCDEFG,通过7个电阻与数码管abcdefg引脚相连，实现数码管的输出。另外，又设又三个辅助控制引脚：LT、BI、LE。其中LT为试灯输入低电平有效；BI为灭灯输入；LE为使能端。

功能介绍如下：

LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，cd4511输出被保持在LE=0时的数值。

A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。

a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。

BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。

LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否正常。

数码管：

这个设计采用的是共阴极数码管。

数字对应数码管显示控制转换字节

（共阴编码）

显示－－HGFE,DCBA－－编码

0 －－0011,1111－－0x3F;

1 －－0000,0110－－0x06;

2 －－0101,1011－－0x5B;

3 －－0100,1111－－0x4F;

4 －－0110,0110－－0x66;

5 －－0110,1101－－0x6D;

6 －－0111,1101－－0x7D;

7 －－0000,0111－－0x07;

8 －－0111,1111－－0x7F;

9 －－0110,1111－－0x6F;

共阳为编码取反即可

3.1.3 方案设计

本次课程设计的内容是设计一个带3*3键盘3位数电子号码琐，3*3键盘输入电路采用行列式结构，输出显示电路部分利用CD4511驱动三个数码管显示，密码修改通过软件编程实现，故在硬件设计上本次设计课题主要由3*3键盘输入电路、复位电路、晶体振荡电路、驱动电路，位选电路和蜂鸣器提示电路等组成。主要元器件有8051、CD4511、PNP、数码管、晶体振荡器、按键。

3.1.4 单元电路设计

1）复位电路的实现

当正常工作时单片机接低电平正常工作，当按下按键，单片机接通高电平，实现复位功能。

2）晶体振荡电路的实现

电容C1、C2与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个180度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了震荡器的功能。由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。

3）驱动电路的实现

通过CD4511来实现译码驱动的功能，把BCD码转化成段码显示。

4）键盘输入电路的实现

3*3键盘输入电路采用行列式电路结构，3个行线，3个列线分别与P1口的P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,P1.4,P1.5相连。

5）位选电路的实现

通过P2.0,P2.1,P2.2经过三个三极管放大来实现位选，分别控制三个数码管的显示。5）蜂鸣器提示电路

通过P2.3经过一个PNP和蜂鸣器来实现提示密码输入是否正确。

硬件结构功能框图：

3.1.5材料清单

3.1.8 系统调试

硬件调试：

硬件调试是利用DVCC实验与开发系统、基本测试仪器（万用表、示波器等），检查用户系统硬件中存在的故障。

硬件调试可分为静态调试与动态调试两步进行。

静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测。

第一步：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。

第二步用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电源线与地线之间是否有短路现象。

第三步加电检测。给板加电，检测所有插座或是器件的电源端是否符合要求的值

第四步是联机检查。因为只有用单片机开发系统才能完成对用户系统的调试。

动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障、器件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。由分到合是指首先按逻辑功能将用户系统硬件电路分为若干块，当调试电路时，与该元件无关的器件全部从用户系统中去掉，这样可以将故障范围限定在某个局部的电路上。当各块电路无故障后，将各电路逐块加入系统中，在对各块电路功能及各电路间可能存在的相互联系进行调试。由分到合的调试既告完成。由近及远是将信号流经的各器件按照距离单片机的逻辑距离进行由近及远的分层，然后分层调试。调试时，仍采用去掉无关元件的方法，逐层调试下去，就会定位故障元件了。

软件调试：

软件调试是通过对程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。

3.2 软件设计

3.2.1 系统分析

本次课题设计是基于单片机的特性来实现其功能的。本系统采用的单片机是8051型号。系统集成了3个数码管，9个按键开关，主要实现数字输入和复位功能。3*3键盘九个按键，其中六个数字键，一个确认键，一个密码修改键，一个复位按键。蜂鸣器提示

电路，当输入密码正确时，蜂鸣器响，起提示作用。

3.2.2 系统设计

本系统需实现3个功能，3*3键盘输入电路通过九个按键采用行列式电路结构实现，输出显示电路部分通过CD4511驱动三个数码管结合位选电路来显示输入的密码，当密码输入正确时，蜂鸣器响，起提示作用，密码修改功能通过软件编程实现。

流程图：

3.2.3 系统实施及程序

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 1000H

MAIN:CLR P2.3

MOV r1,#00h ;停止响铃标志初值

MOV 50H,#01H ; 初始密码定为111

MOV 51H,#01H

MOV 52H,#01H

LOOP:MOV R0,#60H

MOV 60H,#00H ;显示单元及存值单元

MOV 61H,#00H

MOV 62H,#00H

LJMP CXSM

DEK8:CLR C

MOV A,50H

SUBB A,60H ;比较第一个单元数据是否与预设值相等 JNZ LOOP ;不等跳转LOOP

CLR C ;相等请进位标志

MOV A,51H

SUBB A,61H ;比较第二个单元

JNZ LOOP

CLR C

MOV A,52H

SUBB A,62H

JNZ LOOP

SETB P2.3 ;全部相等，报警

ACALL DELAY11

AJMP LOOP

DEK9:JNB P2.3,LOOP

CLR P2.3

MOV 50H,60H ;存设定的密码

MOV 51H,61H

MOV 52H,62H

AJMP LOOP

CXSM:

CJNE R0,#63H,KKA ;比较次数控制3次 MOV R0,#60H

KKA:

MOV P1,#38H

JNB p1.3,hang1

JNB p1.4,hang2

JNB p1.5,hang3

LCALL xianshi

here:AJMP CXSM

hang1:LCALL DEL10MS

JB P1.3, cxsm

MOV p1,#07h

JNB p1.0,jian1

JNB p1.1,jian2

JNB p1.2,jian3

hang2:LCALL xianshi

LCALL DEL10MS

JB P1.4, cxsm

MOV p1,#07h

JNB p1.0,jian4

JNB p1.1,jian5

JNB p1.2,jian6

hang3:LCALL xianshi

LCALL DEL10MS

JB P1.5, cxsm

MOV p1,#07h

JNB p1.0,jian7

JNB p1.1,jian8

JNB p1.2,jian9

AJMP cxsm

jian1:MOV @R0,#01h

INC R0

J1:ACALL DELAY11

JNB P1.0,J1

AJMP CXSM

jian2:MOV @R0,#02h

INC R0

J2:ACALL DELAY11

JNB P1.1,J2

AJMP CXSM

jian3:MOV @R0,#03h

INC R0

J3:ACALL DELAY11

JNB P1.2,J3

AJMP CXSM

jian4:MOV @R0,#04h

INC R0

J4:acall DELAY11

JNB P1.0,J4

AJMP CXSM

jian5:

MOV @R0,#05h

INC R0

J5:acall DELAY11

JNB P1.1,J5

AJMP CXSM

jian6:

CJNE r1,#0,stop ;标志与初值比较，不等跳转STOP

MOV @R0,#06h

INC R0

J6:acall DELAY11

JNB P1.2,J6

AJMP CXSM

jian7:

J7:acall DELAY11

JnB P1.0,J7

AJMP main

jian8:

J8:ACALL DELAY11

JNB P1.1,J8

MOV r1,#01h ;键8有按下，响铃标志置1 ACALL DELAY11

AJMP DEK8

jian9:

J9:acall DELAY11

JNB P1.2,J9

LJMP DEK9

xianshi:

CLR P2.1 ;显示

CLR P2.2

SETB P2.0

MOV A,60H

MOV P0,A

LCALL DEL10MS

CLR P2.0

MOV A,61H

MOV P0,A

SETB P2.1

LCALL DEL10MS

CLR P2.1

MOV A,62H

MOV P0,A

SETB P2.2

LCALL DEL10MS

RET

DEL10MS:MOV R7,#18h

DEL1:MOV R6,#25h

DEL2:DJNZ R6,DEL2

DJNZ R7,DEL1

RET

DELAY11:MOV R7,#00h

DEL11:MOV R6,#00h

ACALL xianshi

DEL12:DJNZ R6,DEL2

DJNZ R7,DEL1

RET

delay: MOV r4,#0ffh ;约4S del: MOV r5,#0ffh

del123: MOV r3,#1fh

DJNZ r3,$

DJNZ r5,del123

DJNZ r4,del

RET

stop:

ACALL delay

CLR P2.3 ;停止响铃

MOV r1,#0 ;标志恢复初值 AJMP loop