基于单片机的数字万年历

第1章绪论

随着人们对房屋的装饰需要彩灯，在许多城市可以看到彩色霓虹灯。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，便宜的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前市场上各式样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、电路复杂、功率损耗大等缺点。此外从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性。

全球气候暖化危机和能源紧缺在进一步推动LED照明的普及，LED照明具有环保、光效高和寿命长的特点，但在完全取代具有墙上型调光器的白炽灯方面，LED照明还存在兼容性差的先天不足。其主要原因在于：1）现有的调光器都是针对白炽灯设计的，而白炽灯呈现的是纯阻性；LED作为固态半导体照明器件，需要恒定的直流电流驱动，所以LED照明一般都需要驱动器从交流110V/220V转换到所需要的直流电流；

2）调光器种类繁多，而且工作原理各不相同，包括前切型、后切型和智能型等；

3）LED照明器的种类也很多。这样一来，对于不同的LED照明匹配不同类型的调光器；LED的驱动器面临巨大挑战；照明属于消费电子产品，直接接触千家万户的消费者，不仅价格要适当，更重要的是要安全可靠；即便是任一元器件失效或调光器与LED不匹配，也不能造成漏电、过热、过流等任何安全故障。

第2章设计总体思路和原理框图

本设计是一种基于单片机AT89C51的LED彩灯设计制作，本设计中的LED彩灯是由主控制器、驱动电路和显示三部分组成。其中主控制器采用单片机AT89C51芯片（即以AT89C51单片机作为主控核心）。驱动模块是由1个NPN二极管和1个电阻构成的一个简单模块。显示模块是由12个LED发光二极管构成，可根据主控制器的控制进行已设定的模式发光。具体发光模式为：首先东西南北四个方向的红灯亮，然后依次单独亮黄灯，绿灯。其间间隔时间为1秒。接着，南北方向等全亮，然后单独东西方向全亮。其间时间间隔也为1秒。最后东西南北方向的灯都亮，并保持时间3秒。按照这种模式循环工作。

系统原理框图如下

图片左下角有地址-有录像

第3章硬件电路设计

3.1 主控制器模块

3.1.1 AT89C51芯片的介绍

在整个系统中，微控制器是系统的控制中心，其工作效率的高低关系到系统效率的高低以及系统运行的稳定性。而51 系列单片机具有成本低，稳定性好，且运行速度基本能满足该系统的要求。因此本系统采用AT89C51芯片作为主控制器芯片，其性能参数如下:

·与MCS-51 兼容

·4K字节可编程闪烁存储器

·寿命：1000写/擦循环

·数据保留时间：10年

·全静态工作：0Hz-24MHz

·三级程序存储器锁定

·128×8位内部RAM

·32可编程I/O线

·两个16位定时器/计数器

·5个中断源

·可编程串行通道

·低功耗的闲置和掉电模式

·片内振荡器和时钟电路

AT89C51芯片的芯片管脚图如图3-1-1所示

图3-1-1 A T89C51芯片管脚图

下面对本设计所用到该芯片的管脚进行简单的说明：

ETAL1（19脚），ETAL2（18脚）：外部时钟信号的两个管脚，本设计采用的事内部时钟方式（如图2.2所示）。

RST/Vpd（9脚）：但作为RST使用时，为复位输入端。在时钟电路工作以后，此管脚上出现两个机器周期的高电平将是单片机复位。在RST 与Vcc管脚之间接一个10～20uF的电容，RST与Vss管脚之间连接一个约8.2kΩ的电阻，就可以实现上电复位功能。本设计就是用此方式来实现复位功能的（如图2.2所示）。

P1口（1～8脚）：具有内部上拉电阻的8位准双向I/O口。在片内EPROM

编程及校验时，它接收低8位地址。P1口能去的4个LSTTL负载。

外部不扩展单片机时，则做双向I/O口用，P0口能以吸收电流的方式去的8个LSTTL负载。

3.1.2 时钟与复位电路的设计

单片机工作的时间基准是由时钟电路提供的。在单片机的XTAL1和XTAL2两个管脚，接一只晶振及两只电容就构成了单片机的时钟电路，如图3-1-2a所示。

电路中，电容器C1和C2对振荡频率有微调作用，通常的取值范围为（20-30）pF。石英晶振选择6MHz或12MHz都可以，其结果只是机器周期时间不同，影响计数器的计数初值。

3-1-2a 时钟电路图

单片机的RST管脚为主机提供一个外部复位信号输入端口。复位信号是高电平有效，高电平有效的持续时间应为2个机器周期以上。

单片机的复位方式上有电自动复位和手工复位两种。图3-1-2b所示是51系列单片机常用的上电复位和手动复位组合电路，只要Vcc上升时间不超过1ms,它们都能很好地工作。复位以后，单片机内各部件恢复到初始状态。

图3-1-2b 复位电路

3.2 LED灯驱动电路设计

发光二极管加一定的正向电压时，二极管发亮。为了保护LED灯不被

损坏，加一个三极管和一个电阻组成限流电路作为LED驱动电路。

图3-2 驱动电路图

3.3显示电路设计

显示电路有12只发光二级管构成，按照设定的模式工作。具体发光模式为：首先东西南北四个方向的红灯亮，然后依次单独亮黄灯，绿灯。其间间隔时间为1秒。接着，南北方向等全亮，然后单独东西方向全亮。其间时间间隔也为1秒。最后东西南北方向的灯都亮，并保持时间3秒。电路图如下图所示。

图3-3 显示电路图

第4章软件设计

本设计采用汇编语言通过对单片机P0口的设置实现LED彩灯的工作，其程序如下。

ORG 0000H ；本指令从0000H开始存放

LOOP:MOV P0,#01111011B ；P0.7和P0.2为低电平控制红灯亮

CALL DL1S ；延时1S

MOV P0,#10111101B ；控制黄灯亮

CALL DL1S

MOV P0,#11011110B ；控制绿灯亮

CALL DL1S

MOV P0,#00011111B ；控制南北方向灯全亮

CALL DL1S

MOV P0,#11111000B ；控制东西方向灯全亮

CALL DL1S

MOV P0,#00011000B ；灯全亮

CALL DL3S

SJMP LOOP ；跳转，循环继续运行

DL3S: MOV R3,#3 ；3S延时子程序

DL1: CALL DL1S

DJNZ R3,DL1

RET

DL1S: MOV R5,#4 ；1S延时子程序

DL3: MOV R6,#251 DL4: MOV R7,#248 DL5: NOP

NOP

DJNZ R7,DL5 DJNZ R6,DL4

DJNZ R5,DL3

RET

END

第5章电路总图设计

第6章参考文献

1、王迎旭编《单片机原理与应用》机械工业出版社

2、楼然苗编《51系列单片机设计实例》北京航空航天大学出版社.

3、黄勤编《计算机硬件技术基础实验教程》重庆大学出版社

4、刘乐善编《微型计算机接口技术及应用》华中科技大学出版社.

5、陈光东编《单片微型计算机原理及接口技术》华中科技大学出版

社

第7章总结与体会

两周的课程设计很快就要过去了，我也顺利的完成了本次课程设计。

总的来说此次课程设计还比较简单，软件设计和硬件调试都很成功。但从中我也遇到过小问题，让我对单片机控制实现功能有了更好的理解。

拿到任务书的时候，一开始我不知道应该做成怎样的彩灯，于是我现在网上收集资料，当我看到一篇关于交通灯的报告时我觉得很有意思。经过仔细考虑之后我决定将交通灯的延时改一改，改成我想要的彩灯运作模式。于是首先我要重新去理解延时程序的算法，然后将其改写。在编程时让我学到了要有严谨，仔细的心思才能迅速成功的完成软件设计。比如在编程时我将其中一个LOOP不小心写成了L00P在程序编译时老出现错误，一开始没有发现最后在同学的提醒下发现了。这让我体会到编程要有严谨，仔细的心态。

总之，通过本次课程设计，让我对单片机和汇编语言有了更加深的理解和认识，对keil软件和Protues软件的操作更加熟练。感谢设计中老师和同学的帮忙，让我顺利的完成了此次课程设计。

中文摘要

摘要：在日常的生活和工作中, 住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需携带多把钥匙, 使用极不方便, 且钥匙丢失后安全性即大打折扣。随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。

在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替传统

的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世，出现了带微处理器的智能密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化管理、专家分析系统等功能，从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性，应用日益广泛。

随着人们对安全的重视和科技的发展，许多电子智能锁（指纹识别、IC卡辨认）已在国内外相继面世。但是这些产品的特点是针对特定的指纹和有效卡，只能适用于保密要求的箱、柜、门等。而且指纹识识别器若在公共场所使用存在容易机械损坏，IC卡还存在容易丢失、损坏等特点。加上其成本较高，一定程度上限制了这类产品的普及和推广。鉴于目前的技术水平与市场的接收程度，电子密码锁是这类电子防盗产品的主流。

基于以上思路，本次设计使用 ATMEL公司的 AT89C51 实现一基于单片机的电子密码锁的设计，其主要具有如下功能：

（1）密码通过键盘输入，若密码正确，则将锁打开。

（2）报警、锁定键盘功能。密码输入错误数码显示器会出现错误提示，若密码输入错误次数超过 3 次，蜂鸣器报警并且锁定键盘。

电子密码锁的设计主要由三部分组成：4×4 矩阵键盘接口电路、密码锁的控制电路、输出八段显示电路。另外系统还有 LED 提示灯，报警蜂鸣器等。

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：按下一个数字键，一个“－”就显示在最右边的数码管上，同时将先前输入的所有“－”向左移动一位。

（2）密码清除功能：当按下清除键时，清除前面输入的所有值，并清除所有显示。

（3）开锁功能：当按下开锁键，系统将输入与密码进行检查核对，如果正确锁打开，否则不打开。

主要的设计实施过程：首先，选用 ATMEL公司的单片机 AT89C51，以及选购其他电子元器件。第二步，使用 DXP 2004设计硬件电路原理图，并设计 PCB图完成人工布线（后因 PCB 板损坏决定采用万能板焊接的方法）。第三步，使用 Keil uVision3 软件编写单片机的 C 语言程序、仿真、软件调试。第四部，使用 PROTEUS 软件进行模拟软、硬件调试。最后，联合软、硬件调试电路板，完成本次毕业设计。

关键词：4×4矩阵键盘；AT89C51；密码锁；密码二次确认

目录

中文摘要 (14)

目录……………………………………………………

(16)

第1章概述 (19)

第2章系统总体方案设计 (20)

第3章硬件电路设计 (23)

3.1键盘电路设计 (23)

3.2LED显示电路 (25)

3.3开锁电路 (26)

3.4报警电路 (27)

第四章软件设计 (29)

4.1软件设计思路 (29)

4.2各子程序设计 (29)

第5章系统调试…………………………………………………

(34)

第6章心得体会 (35)

第7章参考文献 (37)

附

录 (38)

源程序清单 (38)

硬件原理图 (45)

第1章概述

随着科技的发展，单片机已不是一个陌生的名词，它的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑，因为单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。单片机单芯片的微小体积和低的成本，可广泛地嵌入到如玩具、家用电器、机器人、仪器仪表、汽车电子系统、工业控制单元、办公自动化设备、金融电子系统、舰船、个人信息终端及通讯产品中，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。

本文所涉及的是市场占有率最高的是MCS—51系列，因为世界上很多知名的IC生产厂家都生产51兼容的芯片。到目前为止，MCS—51单片机已有数百个品种，还在不断推出功能更强的新产品。

本设计是基于单片机的密码锁设计方案，根据要求，给出了该单片机密码锁的硬件电路和软件程序，同时给出了单片机型号的选择、硬件设计、软件流程图、单片机存储单元的分配、汇编语言源程序及详细注释等内容。

第2章系统总体方案设计

方案一：采用数字电路控制。其原理方框图如图1－1所示。

图2－1 数字密码锁电路方案

采用数字密码锁电路的好处就是设计简单。用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路作为密码锁的核心控制，共设了9个用户输入键，其中只有4个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无效，需要重新输入；如果用户输入密码的时间超过40秒（一