基于单片机的密码锁设计毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的密码锁设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

于非集电极（或漏极）开路输出型电路（如普通门电路）提升电流和电压的能力是有限的，上拉电阻的功 能主要是为集电极开路输出型电路输出电流通道。 上拉，就是把电位拉高，比如拉到 VCC 下拉，就是把电压拉低，拉到 GND 一般就是刚上电的时候，端口电压不稳定，为了让他稳定为高或低，就会用到上拉或下拉电阻。 有些芯片内部集成了上拉电阻（如单片机的 P 3口），所以外部就不用上拉电阻了。 但是有一些开漏的（如单片机的 P0口），外部必须加上拉电阻。 7 图 35 排组上拉电阻原理图 三极管介绍 常见的三极管为 901 s8550、 901 开关作用。 其中 9012 与 8550 为 pnp 型三极管，可以通用。 其中 9013 与 8050 为 npn 型三极管，可以通用。 区别引脚：三极管向着自己，引脚从左到右分别为 ebc，原理图中有箭头的一端为 e，与电阻相连的为 b，另一个为 c。 箭头向里指为 PNP(9012 或 8550)，箭头向外指为 NPN（ 9013或 8050）。 三极管的工作原理 三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极 C，基极 B，发射极 E。 分成 NPN和 PNP 两种。 我们仅以 NPN 三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。 （ 1）电流 放大 下面的分析仅对于 NPN 型硅三极管。 如上图所示，我们把从基极 B 流至发射极 E的电流叫做基极电流 Ib；把从集电极 C 流至发射极 E 的电流叫做集电极电流 Ic。 这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极 E上就用了一个箭头来表示电流的方向。 三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制（假设电源 能够提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变 化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大 倍数（β一般远大于 1，例如几十，几百）。 如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射 极之间，这就会引起基极电流 Ib 的变化， Ib 的变化被放大后，导致了 Ic很大的变化。 如果集电极电流 Ic是流过一个电阻 R的，那么根据电压计 8 算公式 U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。 我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。 （ 2）偏置电路 三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。 这有几个原因。 首先是由于三极管 BE 结的非线性（相当于一个二极管），基极电流必须在输入电压 大到一 定程度后才能产生（对于硅管，常取 ）。 当基极与发射极之间的电压小于 时，基极电流就可以认为是 0。 但实际中要放大的信号往往远比 要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（因为小于 时，基极电流都是 0）。 如果我们事先在三极管的基极上加上一 个合适的电流（叫做偏置电流，上图中那个电阻 Rb 就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻），那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小 信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。 另一个原 因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的 信号放大，而对减小的信号无效（因为没有偏置时集电极电流为 0，不能再减小了）。 而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极 电流就可以减小；当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。 这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。 （ 3）开关作用 下面说说三极管的饱和情况。 像上面那样的图，因为受到电阻 Rc的限制（ Rc 是固定值，那么最大电流为 U/Rc，其中 U 为电源电压），集电极电流是不能无限增加下去的。 当基极电流的增大， 不能使集电极电流继续增大 时，三极管就进入了饱和状态。 一般判断三极管是否饱和的准则是： Ib*β〉 Ic。 进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为 一个开关闭合了。 这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为 0时，三极管集电极电流为 0（这叫做三极管截止），相当于开关断开；当基极电流很 大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。 如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。 （ 4）工作状态 如果我们在上面这个图中，将电阻 Rc 换成一个灯泡，那么当 基极电流为 0 时，集电极电流为 0，灯泡灭。 如果基极电流比较大时（大于流过灯泡的电流除以三极管 的放大倍数 β），三极管就饱和，相当于开关闭合，灯泡就亮了。 由于控制电流只需要比灯泡电流的β分之一大一点就行了，所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通 断。 如果基 9 极电流从 0慢慢增加，那么灯泡的亮度也会随着增加（在三极管未饱和之前）。 图 36 三极管引脚介绍 图 37 PNP型原理图 图 38 NPN型原理图 继电器介绍 电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。 只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。 当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。 这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。 对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样 来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。 继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。 继电器的线圈和接线端子是分立的，互补影响的 ~~~~继电器的触点只相当于开关 图 39 继电器硬件图 图 310 继电器原理图 供电方式 10 图 311 DC插头 图 312 USB电源线 轻触按键 图 313 实物图 图 314 按键原理图 图 315 按键解析图相赠 图 316 按键解析图 开锁机构 通过单片机送给开锁执行机构，电路驱动电磁锁吸合，从而达到开锁的目的。 如下图所示，为密码锁开锁电 路原理图。 当用户输入的密码正确时，单片机便输出开门信号，送到开锁驱动电路，然后驱动电磁锁，达到开门的目的。 本次设计中，基于节省成本考虑，用发光二极管代替电磁锁，信息通过 LCD 显示，并利用蜂鸣器和二极管声光指示。 其中，绿发光二极管亮，表示开锁； 11 否则，表示密码输入错误并开启报警电路。 密 码 密码正确 N 返回 输 入 电 Y 磁 锁 开锁驱动电路 图 317 密码锁开锁电路原理图 矩阵键盘设计电路 每一条水平（行线）与垂直线（列线）的交叉处不相通，而是通过一个按键来连通，利用这种行列式矩阵结构只需要 M条行线和 N条列线，即可组成具有 M N个按键的键盘。 由于 本设计中要求使用 16 个按键输入，为 减少键盘与单片机接口时所占用的 I/O 线的数目， 故 使用矩阵键盘。 本设计中，矩阵键盘行线和单片机 相连，列线与单片机 相连。 矩阵键盘设计 电路图，如图 4 所示。 键盘扫描采用行扫描法，即依次置行线中的每一行为低电平，其余均为高电平，扫描列线电平状态，为低电平即表示该键按下。 12 1234K11234K21234K31234A1234K41234K51234K61234B1234K71234K81234K91234C1234*1234K012341234DP 1 0P 1 1P 1 2P 1 3P 1 4P 1 5P 1 6P 1 7 图 318 矩阵键盘设计电路 声音提示电路设计 声音提示电路采用小蜂鸣器提示。 蜂鸣器能够根据脉冲 信号，以及信号的频率发出各种不同的声音，这样可以根据系统要求在密码出入正确和密码输入错误时发出不同的声音提示，已达到报警的要求。 蜂鸣器电路，如下图所示。 13 图 319 蜂鸣器电路 AT24C02 掉电存储单元的设计 本设计中掉电存储单元采用 AT24C02 外部存储器 [89]， 其作用是在系统电源断开的时候，存储当前设定的密码数据。 AT24C02 是 一个 2K 位串行 CMOS E2PROM， 内部含有 256 个 8 位字节 ， 含 一个 16字节页写缓冲器 ，具有 写保护功能。 其 采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到 ，额定电流为 1mA，静态电流 10Ua()，芯片内的资料可以在断电的情况下保存 40 年以上，而且采用 8 脚的 DIP 封装，使用方便。 如下所示，下图为 AT24C02 管脚示意图，下表为 AT24C02 管脚说明。 图 320 AT24C02管脚示意图 管脚名称 功能 管脚名称 功能 A0 A1 A2 器件地址选择 SDA 串行数据 /地址 A0 A1 A2 GND SDA SCL WP VCC 1 2 3 4 8 7 6 5 C02 14 表 1 AT24C02管脚说明 本设计中， AT24C02 的 SCL 和 SDA 引脚接上拉电阻后与单片机的 （ T0）和 （ T1）脚相连，其电路下图所示。 图 322 AT24C02掉电存储单元设计图 第四章 系统模块与程序设计 模块介绍 与硬件电路相关联，本系统软件包括主程序模块、密码比较判断模块、键盘扫描模块、修改密码模块、 1602A 液晶显示模块等 [10]。 系统程序流程下图所示。 SCL 串行时钟信号 WP 写保护 VCC 工作电压 VSS 接地 15 图 41 系统程序流程图 主程序模块 开始 系统初始化 调用 E2PROM 密码 显示主界面 输入密码 判断密码 确定密码 开锁模拟声光 锁定键盘 Y N 计数 Y 次数 N? Y 未超过 N 次 输入密码 ? 密码设置完毕 N 设 置新 密码 Y 按键 N 判断。