基于单片机的指纹键盘密码锁设计.docx

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1、毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：智能电子密码锁设计毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）：设计要求：1. 设计基于单片机的密码锁硬件电路.2. 设计基于单片机密码锁主要软件框图。3. 密码锁的技术要求如下：1） 输入密码时显示：error。2） 密码输错可按取消键，从新输入。3） 密码输入正确，正确指示等亮。密码输入不正确，报警。4） 要求密码可更改。5） 键盘是4*4键盘，由09和功能键构成。6） 忘记密码后可强行恢复初始密码。7） 上位机通信功能。设计原始数据：1. 设计第一周根据设计题目到图书馆、Internet网上查与毕业设计的有关资料。2. 熟悉单片机嵌入式系统原理及接口

2、技术。第1页毕业设计（论文）主要内容：1. 设计以单片机嵌入式系统为核心的主机电路图。2. 设计显示、键盘、通讯电路图。3. 印刷电路板的设计。4. 总体硬件电路的设计详细说明。5. 详细设计软件程序框图。6. 编写汇编语言或C 语言程序（主监控系统程序、显示、键盘、通讯）。7. 对编写程序写出详细注释。第2页学生应交出的设计文件（论文）：（1） 设计说明书文本1份，电子版1份。（2） 设计图纸 2份（电路原理图、印刷版图）。（3） 与题目有关的英文科技文章翻译稿 1份。（4） 以上内容电子版（光盘） 1份。 第3页主要参考文献（资料）：1 传感器原理与检测技术 徐科军 电子工业出版社2 单片

3、机原理与接口技术 李晓林 电子工业出版社3 智能仪器原理及设计实例4 单片机与嵌入式系统专业期刊 何利民 北京航空航天大学出版社5 与自动化有关的科技杂志（仪器仪表学报、自动化与仪表等）专业班级自动化0905学生 要求设计(论文)工作起止日期2 指导教师签字日期教研室主任审查签字日期系主任批准签字日期 第4页智能电子密码锁设计摘要 随着计算机技术的广泛应用和指纹识别技术的迅速成熟，物美价廉的指纹识别产品广泛应用于商业市场同时逐渐进入家庭。 国内外科研人员很早就致力于指纹识别的检测方法，研制各式各样的指纹识别的模块及其应用产品，用于保险箱、实验室、楼道的身份确认等。另一方面,由于磁卡拥有数据可读

4、写，即具有现场改变数据的能力；数据的存储一般能满足需要；使用方便、成本低廉等特点，使的磁卡在在对保安建筑、旅馆房间和其它设施的进出控制方面大量使用。其它应用包括时间与出勤系统、库存追踪、人员识别、娱乐场所管理、生产控制、交通收费系统和自动售货机。本设计开发了一款基于单片机的磁卡指纹识别电子密码锁系统。该系统以80C51单片机作为模块核心，通过串口通信控制ZAZ-010指纹模块实现录取指纹并存储指纹数据，通过读卡器读取IC卡数据，并通过LCD-1602液晶显示比对流程及比对结果，辅以发光二极管模拟开锁的动作。关键词：单片机；指纹识别；IC卡识别；液晶屏；密码锁Design of Intellig

5、ent electronic locks AbstractWith the widespread application of computer technology and rapid maturing of fingerprint identification technology, fingerprint recognition and cheaper products are widely used in commercial market at the same time gradually into the families. Researchers at home and abr

6、oad have long devoted to detecting method of fingerprint identification to develop a wide range of module and its application of fingerprint identification products, for the safe, laboratories, such as identification of the corridor.The other hand, the magnetic card, which has data read / write, tha

7、t is, with the ability to change data; General to meet the needs of data storage, and easy to use, low cost characteristics, magnetic card to the Security building, hotel rooms and other facilities in and out of control in heavy use. Other applications include time and attendance system, inventory t

8、racking, personal identification, entertainment management, production control, transport charging systems and vending machines.The design and development of a magnetic card fingerprint recognition based on single - chip Microcomputer electronic locks systems. The system to 80c51 microcontroller as

9、a core module, through the Realization of Serial Communication Control zaz-010 fingerprint module taking of fingerprints and stores the fingerprint data, through the card reader reads the magnetic stripe card data, and through lcd-1602 on the LCD display of the process and results, supported by the

10、simulation of light emitting diode unlock action.Keywords: SCM; fingerprint; magnetic card identified; the LCD ；Password lock IV目录摘要IAbstractII第1章 概述11.1主要研究领域以及研究背景11.2系统设计的特点11.3指纹识别简介21.3.1指纹识别技术原理21.3.2指纹识别的应用21.3.3指纹识别的发展31.4 磁卡识别技术41.4.1磁卡识别技术原理41.4.2磁卡识别的应用51.4.3磁卡识别的发展5第2章 系统总体设计方案62.1系统总体设计

11、62.1.1系统功能描述62.1.2系统总体框架62.2设计方案的选择62.2.1数字电路密码锁方案72.2.2单片机控制密码锁方案72.3方案选择及可行性论证8第3章 硬件电路设计93.1 MCS -8051单片机93.1.1 MCS -8051单片机简介93.1.2 MCS -8051单片机引脚功能103.2单片机最小系统123.2.1复位电路123.2.2晶振电路143.3液晶显示模块153.3.1 LCD-1602系列液晶简介153.3.2 LCD-1602的引脚功能153.3.3 LCD-1602的指令说明163.4指纹模块173.4.1ZAZ-010系列独立式指纹识别模块简介173

12、.4.2 ZAZ-010系列独立式指纹识别模块引脚功能183.4.3 ZAZ-010系列指纹识别模块指令系统183.5键盘电路213.5.1矩阵键盘简介213.5.2矩阵式键盘的按键识别方法213.6开锁电路与报警电路223.7电源电路223.7.1 电源稳压芯片7805简介223.7.2电源电路设计原理图223.8 存储模块233.8.1 存储器件AT24C02简介233.8.2 AT24C02的引脚功能233.8.3 AT24C02的器件操作243.9 IC卡读卡器253.9.1 MR810 系列非接触 IC卡读写器简介253.9.2 MR810 系列非接触 IC卡读写器技术指标与可读卡型

13、25第4章 软件设计274.1 主程序设计思路及流程图274.2 LCD显示子程序的设计294.2.1 LCD显示流程图294.2.2 LCD显示子程序294.3键盘扫描子程序的设计324.3.1 键盘扫描子程序流程图324.3.2键盘扫描子程序334.4延时子程序设计354.5 AT24C02密码存储、读取子程序设计364.6中断子程序的设计39第5章 软硬件组合调试41第6章 结论43参考文献44附录A 外文文献45附录B 外文文献翻译51附录C 源程序57附录D 完整硬件图72致谢73第1章 概述1.1主要研究领域以及研究背景随着社会的发展和技术的进步，传统的安全防盗系统面临极大的挑战。

14、生物识别技术是根据人的体貌、声音等生物特征进行身份验证的科学解决方案，现有的生物识别技术大致上包括指纹识别技术、掌纹识别技术、视网膜识别技术、虹膜识别技术、面相识别技术等。生物识别技术优势主要有：1. 减少、消除身份假冒进行真实身份的确认。 2. 降低管理的成本，取代了身份人工人证的过程。3. 方便使用者，减少或消除了使用卡、钥匙的麻烦。 生物识别技术的发展起始于指纹研究，它亦是目前应用最广泛的生物识别技术。为了有效地的保护信息资料，财产的安全生物识别技术的安全系数较传统意义上的身份验证机制有了很大提高，越来越得到社会的重视。指纹锁和指纹门禁是应用最广的生物识别技术。随着计算机技术的广泛应用和

15、指纹识别技术的迅速成熟，物美价廉的指纹识别产品广泛应用于商业市场同时逐渐进入家庭。 国内外科研人员很早就致力于指纹识别的检测方法，研制各式各样的指纹识别的模块及其应用产品，用于保险箱、实验室、楼道的身份确认等。同是由于对舒适性以及成本的要求，磁卡锁的发展也非常的迅速。磁卡是一种磁记录介质卡片。它由高强度、耐高温的塑料或纸质涂覆塑料制成,能防潮、耐磨且有一定的柔韧性，携带方便、使用较为稳定可靠。通常，磁卡的一面印刷有说明提示性信息，如插卡方向；另一面则有磁层或磁条，具有2-3个磁道以记录有关信息数据。磁条的特点是：1. 数据可读写，即具有现场改变数据的能力；2. 数据的存储一般能满足需要；3.

16、使用方便、成本低廉。这些优点使得磁卡的应用领域十分广泛，如信用卡、银行ATM卡、会员卡、现金卡（如电话磁卡）、机票、公共汽车票、自动售货IC卡等。随着新技术的发展，安全性能较差的磁卡有逐步被取代的趋势，但是，现有条件下，社会上仍然存在大量的磁卡设备，再加上磁卡技术的成熟和低成本，在短期内，磁卡技术仍然会在许多领域应用。1.2系统设计的特点单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口 （I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。在单片机没有出现之前我们只能使用复杂的模拟电路来进行线路的

17、连接，这样不仅体积巨大，成本较高给我的生产生活带来的极大的不便。而单片机给我们的各领域都带来的巨大的变化，现在从飞机大炮到电子产品都离不开单片机，这是因为单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。同样本次设计同样要采用单片机进行设计。 本设计采用80C51单片机为主控芯片，结合外围器件，组成电子控制系统，用户想要打开锁，必先通过指纹识别模块对指纹进行采集比对，若指纹比对正确则开锁，否则不予开启。同样的也必须拥有通行磁卡才可以开锁。然后通过输入密码进行开锁，和对密码信息进行修改

18、。由于门锁的开启是由指纹信息来确定，而个人的指纹信息是独一无二的，一般难以被盗与仿制，因此我相信我们所设计的磁卡指纹防盗锁的安全性是有保证的。同时由于磁卡的舒适性和低成本使得我们所设计的磁卡指纹防盗锁的应用范围有所增加。而且我们拥有三种开锁方式，对于我们生活工作中的正常的使用有更大的安全性和适用性。1.3指纹识别简介 指纹识别技术是目前最成熟且价格便宜的生物特征识别技术。目前来说指纹识别的技术应用最为广泛，我们不仅在门禁、考勤系统中可以看到指纹识别技术的身影，市场上有了更多指纹识别的应用：如笔记本电脑、手机、汽车、银行支付都可应用指纹识别的技术。1.3.1指纹识别技术原理指纹其实是比较复杂的。

19、与人工处理不同，许多生物识别技术公司并不直接存储指纹图像。多年来在各个公司及其研究机构产生了许多数字化的算法（美国有关法律认为，指纹图像属于个人隐私，因此不能直接存储指纹图像。但指纹识别算法最终都归结为在指纹图像上找到并比对指纹的特征。与人工处理不同，一般的生物识别技术公司并不直接存储指纹的图像，而是使用不同的数字化算法在指纹图像上找到并比对指纹的特征。每个指纹都有几个独一无二、可测量的特征点，每个特征点都有大约57个特征，我们的十个手指产生最少4900个独立可测量的特征，这足以说明指纹识别是一个更加可靠的鉴别方式。1.3.2指纹识别的应用 指纹识别技术是生物特征识别技术中最成熟的一类，但是自

20、动指纹识别系统（AFIS）价格昂贵，极大地限制了它的应用，使得它们只能应用在银行、公安等特殊部门。随着科学技术的进步，半导体传感器的出现，指纹识别系统的价格也不断下降，使得过去高高在上的指纹识别技术，终于走入了市场广大的普通民用领域，下面是一些AFIS应用的例子。1.考勤在很多企业中往往需要进行考勤，传统的考勤方式基本上有两种，一种是卡片形式的，另一种是IC卡形式,但这两种考勤方式都无法杜绝代人打卡的现象，使考勤失去了意义。如果利用指纹作为个人身份的标识，以此来进行考勤，则可以很好地避免代人打卡这种现象，并且也方便了员工考勤，考勤时不需要任何卡片，只需将手指放在指纹采集仪上，几秒钟就能轻轻松松

21、地完成考勤。2.门禁在居民楼、智能大厦和宾馆中往往需要门禁系统来限制没有权限的人进入。如果采用传统的钥匙锁的方式，因为进入的人比较多，并且一些人只在一段时间内有权限，这样钥匙很容易被人复制，并且携带也不方便，还容易丢失，这都给用户带来了一些额外的负担；如果采用IC卡，也存在这样的问题。如果采用指纹门禁系统，则可以方便地解决以上问题。以宾馆为例，我们可以对每位顾客在他/她登记的时候为其采集指纹模板，使其在登记住宿期间能有权限打开其登记的房间的门，期满后即可注销其指纹模板，他/她就没有权限再使用该房间了。对宾馆来说，不用担心钥匙被复制或丢失而给后来的顾客造成损失。对顾客来说，他/她也不用担心丢失钥

22、匙或卡片而带来一些不必要的麻烦，也不要携带一些额外的东西。3.指纹锁在日常生活中我们能看到各种各样的锁，现有的机械锁却已经不能满足某些部门的安全性要求，如银行的金库等。如果采用指纹加密，将会大大提高金库的安全性。并且可以采用多个人的指纹进行加密，然后安排这些人不在同一天上班，当需要时再召集他们来开锁，这样不仅可以使小偷难以得逞，而且劫匪对其也无可奈何。 4.Windows登录和计算机信息安全Windows本身提供了一定的安全机制，前面我们已经提及其存在的问题，如果利用指纹来进行加密，其安全性将大大提高，并且极大地方便了用户，用户不需要手工输入密码，只需将手指放在采集仪上，不到一秒钟即可通过验证

23、（合法用户）。1.3.3指纹识别的发展 纵览全球诸多指纹识别事件：出入关按指纹、开门按指纹、领社保按指纹、上班考勤时按指纹、幼儿园接送孩子按指纹、银行取款按指纹、超市购物按指纹付款、洗衣服按指纹进行分工、打手机按指纹、上电脑按指纹等等新现象层出不穷，指纹识别已经与人们的生活休戚相关，指纹识别技术在全球范围内已经彻底拉开了“指纹时代”的巨幕。指纹行业是一个新兴的行业，本身具有很高的科技含量，相对利润高发展前景广阔。乐荣集团预测：只要有人的地方，就一定离不开指纹识别技术。“生活指纹化”是人们不可置身于外的生活现实。21世纪的人类生活，凡涉及到身份识别的电子产品，都必将全面指纹化。因此，指纹化产品呈

24、现出广阔的市场开发前景和巨大的利润空间。1.4 磁卡识别技术磁卡是利用磁性载体记录英文与数字信息，用来标识身份或其它用途的卡片。1.4.1磁卡识别技术原理1. 记录原理记录磁头由内有空隙的环形铁芯和绕在铁芯上的线圈构成。磁卡是由一定材料的片基和均匀地涂布在片磁卡刷卡器上面的微粒磁性材料制成的。在记录时，磁卡的磁性面以一定的速度移动，或记录磁头以一定的速度移动，并分别和记录磁头的空隙或磁性面相接触。磁头的线圈一旦通上电流，空隙处就产生与电流成比例的磁场，于是磁卡与空隙接触部分的磁性体就被磁化。如果记录信号电流随时间而变化，则当磁卡上的磁性体通过空隙时（因为磁卡或磁头是移动的），便随着电流的变化而

25、不同程度地被磁化。磁卡被磁化之后，离开空隙的磁卡磁性层就留下相应于电流变化的剩磁。如果电流信号（或者说磁场强度）按正弦规律变化，那么磁卡上的剩余磁通也同样按正弦规律变化。当电流为正时，就引起一个从左到右（从 N 到 S）的磁极性；当电流反向时，磁极性也跟着反向。其最后结果可以看作磁卡上从 N 到 S 再返回到 N 的一个波长，也可以看作是同极性相接的两块磁棒。这是在某种程度上简化的结果，然而，必须记住的是，剩磁 Br 是按正弦变化的。当信号电流最大时，纵向磁通密度也达到最大。记录信号就以正弦变化的剩磁形式记录，贮存在磁卡上。2. 工作原理磁卡上面剩余磁感应强度Br 在磁卡工作过程中起着决定性的

26、作用。磁卡以一定的速度通过装有线圈的工作磁头，磁卡的外部磁力线切割线圈，在线圈中产生感应电动势，从而传输了被记录的信号。当然，也要求在磁卡工作中被记录信号有较宽的频率响应、较小的失真和较高的输出电平。一根很细的金属直线可以作为一个简单的重放设备。金属直线与磁卡紧贴，方向垂直于磁卡运行方向，磁卡运行时，金属直线切割磁力线而产生感应电动势，电动势的大小与切割的磁力线成正比。当磁卡的运行速度保持不变时，金属直线的感应电动势与磁卡表面剩余磁感应强度成正比，而导体中的感应电动势可由下式表示：e=BrWv 式中 Br代表表面剩余磁感应强度；磁条磁卡裱磁机W代表记录道迹的宽度；v代表重放时磁卡的运行速度。在

27、 Br=2f/vrmcos2ft 的情况下，综合 Br 和 e 的关系式，得到 e=2fWrmcos2ft 。 当然，用一根金属线作磁卡工作设备，由于输出很小，故而是不实用的。而磁头是用高导磁系数的软磁材料制成的铁芯，上面缠有绕组线圈，磁头前面有一条很窄的缝隙，这时进入工作磁头的磁卡磁通量而言，可以看作是两个并联的有效磁阻，即空隙的磁阻和磁头铁芯的磁阻。因为空隙的有效磁阻远大于工作磁头铁芯的磁阻，所以磁卡上磁通量的绝大部分输入到磁头铁芯，并与工作磁头上线圈绕组发生交连，因而感应出电动势，在这种情况下，单根金属线得到的感应电动势公式完全适用于环形磁卡工作磁头，只是比例系数不同而已。设 N 为线圈

28、的匝数， m 为与工作磁头铁芯的大小和磁性有关的系数，则环形工作磁头绕组中所产生的感应电动势为：e=2fWmNrmcos2ft因为在工作磁绕组中所感应的电动势正比于磁通的变化率，即电动势 e By 频率 f 。在记录时 i=Isinwt ，纵向剩磁密度 Bx i （传递曲线的直线部分），所以， Bx=K1Isinwt 。由于 By dbx/dt,e By ，所以， e=K2Iwcoswt 。这里的 K2 取决于工作磁头的效率、匝数、磁带材料等。这些公式还表明：输出电压正比记录电流；输出电压正比于信号频率；输出电压得到 90的相应变化（即由正弦项改变到余弦项）。1.4.2磁卡识别的应用磁卡的使用

29、已经有很长的历史了。由于磁卡成本低廉，易于使用，便于管理，且具有一定的安全特性磁卡，因此它的发展得到了很多世界知名公司，特别各国政府部门几十年的鼎立支持，使得磁卡的应用非常普及，遍布国民生活的方方面面。一种快速发展的应用是在政府福利服务中使用磁卡来批准和支付福利金、食品卡和其它服务。另一项发展中的应用是存储倾向价值的卡片。这种卡片是事先付款的，在卡中编码一定的货币价值，用户使用它来购买商品或服务。卡片的价值在每次使用时得到磁性销减。两种理想的应用正在流行起来，一是电话卡，一是多次使用的交通票证。其它应用包括学生就餐证、桥梁、通道和道路的过路费、多次使用的交通票证、录影带出租证、自动售货机、带有

30、一定价值的驾驶证，可以用来购买商品或服务。每年有100多亿张磁卡在各种应用中使用，而应用的范围在不断扩大中。 1.4.3磁卡识别的发展磁卡技术的限制因素是数据存储的时间长短受磁性粒子极性的耐久性限制。另外，磁卡存储数据的安全性一般较低，如磁卡不小心接触磁性物质就可能造成数据的丢失或混乱，要提高磁卡存储数据的安全性能，就必须采用另外的相关技术，增加成本。随着新技术的发展，安全性能较差的磁卡有逐步被取代的趋势，现有条件下，社会上仍然存在大量的磁卡设备，再加上磁卡技术的成熟和低成本，磁卡技术仍然会在许多领域应用。第2章 系统总体设计方案2.1系统总体设计2.1.1系统功能描述密码锁功能如下：1. 在

31、指纹不匹配之前锁死键盘，不允许输入密码。2. 在磁卡不匹配之前锁死键盘，不允许输入密码。3. 密码忘记是可重置密码，强行将密码更换为原始密码。4. 密码输错可按取消键，重新输入。5. 密码输入正确，正确指示等亮。密码输入不正确，警报声响起。6. 要求密码可更改。7. 键盘是4*4键盘，由09和功能键构成。8. 密码输错三次以后报警并且锁死键盘。2.1.2系统总体框架系统的总体框架包括单片机和8个模块，如图2-1所示。图2-1 系统框架图2.2设计方案的选择 利用所学的电子技术知识和电子设计方法，设计出一个电子密码锁有以下两种基本方案可以选择。2.2.1数字电路密码锁方案用数字信号完成对数字量进

32、行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路， 或数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。逻辑门是数 字逻辑电路的基本单元。存储器是用来存储二值数据的数字电路。从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。用触发器构成的数字逻辑电路作为指纹锁的核心控制，完成与指纹识别模块进行通讯，判断是否开锁。同样密码开锁时，密码保存在JK触发器中，与输入密码通过比较器比较，判断结果是否相符合。如果我们这样设计的方案好处就是设计简单，但控制的准确性和灵活性差，故不采用。数字电路密码锁系统框图如下所示： 图2-2 数字

33、电路密码锁系统框图2.2.2单片机控制密码锁方案选用单片机作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。单片机具有资源丰富、速度快、编程容易等优点。 附加一些简单的外围电路，利用单片机的一个I/O端口组成44键盘作为输入电路，利用单片机内部的随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）及其引脚资源，外接液晶显示（LED），键盘输入等实现数据的处理传输和显示功能，基本上能实现设计指标。采用C语言编写程序来实现电子密码锁的各项功能，具有很强的实用性。系统框图参考图2-1。2.3方案选择及可行性论证综上提出的两种方案，方案一给出的采用数字逻辑电路的设计方法的好处就是设计简单，因为采用数字逻辑电路可以分成各

34、个功能模块来设计，每个模块实现各自的一个功能。这钟方法设计的密码锁电路大致包含：按键输入、密码核对、密码修改、开锁电路、错误提示电路等功能模块。采用数字电路虽然设计简单但是操作繁琐，要运用很多数字逻辑器件，硬件电路复杂，而且可能会出现较多器件故障，同时难以检查和维护。方案二提出的使用单片机为核心控制的方案，利用单片机丰富的I/O端口和灵活的编程设计，不但能实现密码锁的功能，而且控制准确性高，外围电路少硬件电路简单，方便灵活，调试简单不易出错，体积小成本低也利于现实中实现，具有较高的实际意义和实用价值。这个设计方案中的关键之处就在于编程，利用程序的执行来实现密码锁的基本功能，因此单片机方案还有较

35、大活动空间，能在很大程度上扩展功能，方便对系统进行升级。综上所诉，通过比较两种方案，本次设计拟采用以Intel公司的8051单片机为核心的单片机控制方案，利用单片机丰富的I/O端口和灵活的编程设计及其控制的准确性，实现基本密码锁功能。第3章 硬件电路设计3.1 MCS -8051单片机3.1.1 MCS -8051单片机简介80C51是美国Intel公司生产的低电压，高性能的CMOS8位单片机，它采用了CHMOS工艺，其特点是功耗低。片内含4K bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128bytes的随机存取数据寄存器（RAM），器件采用标准MCS-51指令系统，片内置通用8位

36、中央处理器（CPU）和FLASH存储单元。8051的改进型80C51单片机为许多嵌入式控制系统提供了一种灵活行高且价廉的方案。内部结构如下： 1.中央处理器CPU：8位，运算和控制功能。2.内部RAM：共256个RAM单元，用户使用前128个单元，用于存放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。3.内部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表格。4.定时/计数器：两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功能。5.并行I/O口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。6.串行口：一个全双工串行口。7.中断控制系统：5个中断源（外中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个）。8.

37、时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHZ和12MHZ。 图2-3 8051单片机的内部结构3.1.2 MCS -8051单片机引脚功能引脚功能如下：1. VCC：接+5V电源正端。2. VSS：接+5V电源地端。3. XTAL1：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部时钟时对于HMOS单片机，该引脚接地；对于CHMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。4. XTAL2：接外部石英晶体的另一端。在单片机的内部，它是片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端：对

38、于CHMOS单片机，该引脚悬空不接。5. P0口：P0.0P0.7统称为P0口。在不接片外存储器或扩展I/O接口时，可作为准双向输入输出口。在接有片外存储器或扩展I/O接口时，P0口分时复用为底8位地址总线和双向数据总线。6. P1口：P1.0P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用。对于52子系列，P1.0与P1.1还有第二功能，P1.0可作为定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2，P1.1可用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。7. P2口：P2.0P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O接口使用。在外接有外存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256KB时，P2口用作高8位地

39、址总线。8. P3口：P3.0P3.7统称为P3口。除作为准双向I/O接口使用外，P3口还可以将每一位用于第二功能，且P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入/输出或第二功能的输入/输出。P3口第二功能如下：1) P3.0 RXD 串行输入口。 2) P3.1 TXD 串行输出口。 3) P3.2 INT0 外部中断0（低电平有效）。 4) P3.3 INT1 外部中断1（低电平有效）。 5) P3.4 T0 定时计数器0 。6) P3.5 T1 定时计数器1 。7) P3.6 WR 外部数据存储器写选通（低电平有效）。 8) P3.7 RD 外部数据存储器读选通（低电平有效）。9. R

40、ST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。10. ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。11. PSEN：

41、程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当80c51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，高有两次有效的PSEN信号。12. EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU访问外部程序存储器（地址0000HFFFFH），EA端口必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时,该引脚加上12V的编程电压VPP。图3-1 80C51引脚图3.2单片机最小系统图3-2 单片机最小系统电路图单片机

42、最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。单片机最小系统电路图如图3-2所示。对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路。3.2.1复位电路一、复位电路的作用在上电或复位过程中，控制CPU的复位状态：这段时间内让CPU保持复位状态，而不是一上电或刚复位完毕就工作，防止CPU发出错误的指令、执行错误操作，也可以提高电磁兼容性能。无论用户使用哪种类型的单片机,总要涉及到单片机复位电路的设计。而单片机复位电路设计的好坏,直接影响到整个系统工作的可靠性。许多用户在设计完单片机系统,并在实验室调试成功后,在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等

43、现象,这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。二、基本的复位方式单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位 。本设计采用的就是手动按钮复位。1. 手动按钮复位手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平（图3-3）。一般采用的办法是在RST端和正电源VCC之间接一个按钮。当人为按下按钮时

44、，则VCC的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。图3-3 单片机手动按钮复位电路图2. 上电复位AT89C51的上电复位电路如图3-4所示，只要在RST复位输入引脚上接一个电容至VCC端，下接一个电阻到地即可。对于CMOS型单片机，由于在RST端口内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至1F。上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电 容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着VCC对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为了保证

45、系统能够可靠地复位，RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时，VCC的上升时间约为10ms，而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为10MHz，起振时间为1ms；晶振频率为1MHz，起振时间则为10ms。在图E的复位电路中，当VCC掉电时，必然会使RST端电压迅速下降到0V以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“l”态。如果系统在上电时得不到有效的复位，则程序计数器PC将得不到一个合适的初值，因此，CPU可能会从一个未被定义的位置开始执行程序。图3-4 单片机上电复位电路图3.2.2晶振

46、电路晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻先并联然后再串联一个电容的二端网络。电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分，其中较低的频率是串联谐振；较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近。在这个极窄的频率范围内,晶振等效为一个电感。因此当晶振的两端并联上合适的电容时，它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路。由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。 晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值。选择与负载电容值相等的并联电容就可以得到晶振

47、标称的谐振频率。 再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地。这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容。请注意一般IC的引脚都有等效输入电容，这个不能忽略。一般的晶振的负载电容为15pF的或12.5pF的。如果再考虑元件引脚的等效输入电容则两个22PF的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。3.3液晶显示模块3.3.1 LCD-1602系列液晶简介1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。市面上字符液晶大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因