Báo cáo môn THIẾT kế MẠCH sử DỤNG máy TÍNH đề tài mạch khóa số điện tử sử dụng vi điều khiển 8051

HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG     Báo cáo mơn:   THIẾT KẾ MẠCH SỬ DỤNG MÁY TÍNH   Đề tài: Mạch khóa số điện tử sử dụng vi điều khiển 8051           Giảng viên: Ths.Lại Hồng Nhung   Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Nguyệt – DT030232  Nguyễn Công Tùng – DT030247                                                                 Tieu luan Hà Nội, 2022 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHÓA SỐ ĐIỆN TỬ 1.1 Sơ đồ khối chức khối 1.2 Nguyên lý hoạt động CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan vi điều khiển 8051 .8 2.2 Tổng quan LCD 13 2.2.1 Cấu tạo 13 2.2.2 Chức chân 15 2.3 Tổng quan bàn phím 21 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH VÀ THI CÔNG 22 3.1 Lưu đồ thuật toán 22 3.2 Mạch mô 23 3.4 Mạch in 27 3.5 Mạch 3D 28 3.6 Kết luận 29 Ưu điểm: 29 Nhược điểm: 29 Hướng phát triển: 29 Tieu luan 3.7 Code 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO .37 Tieu luan DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Sơ đồ khối .5 Hình 2: Sơ đồ khối vi điều khiển Hình 3: Sơ đồ cấu tạo 89C51 .9 Hình 4: Sơ đồ chân 8051 10 Hình 5: Màn hình LCD 16x2 15 Hình 6: Sơ đồ nguyên lý bàn phím 4x4 21 Hình 7: Lưu đồ chương trình mở cửa 22 Hình 8: Sơ đồ nguyên lý mạch khóa số điện tử .23 Hình 9: Khối trung tâm mạch khóa số .23 Hình 10: Khối hiển thị LCD 16x2 25 Hình 11: Khối bàn phím 4x4 25 Hình 12: Sơ đồ mạch in 27 Hình 13: Sơ đồ mặt trước mạch 3D 28 Hình 14: Sơ đồ mặt sau mạch 3D 29 Tieu luan LỜI NÓI ĐẦU Ngành công nghệ kỹ thuật không ngừng phát triển, việc ứng dụng vi điều khiển ngày sử dụng rộng rãi lĩnh vực dân dụng công nghiệp, thiết bị điện tử phần gắn với sống người xã hội đại, hệ thống kiểm soát bảo vệ an ninh xu đó, phần lớn khóa sử dụng chủ yếu khóa khí, cơng việc có bảo mật, giám sát an ninh giới hạn người vào, việc ứng dụng khóa điện tử vào quan, nhà máy phương án có hiệu cao Ở chúng em xin giới thiệu đề tài khóa điện tử với số yêu cầu thiết bị khóa thơng dụng:  Tính an tồn: phải có chức bảo mật cao  Dễ sử dụng  Hệ thống vận hành ổn định, tuổi thọ cao Trên sở đó, chúng em đưa phương án thiết kế khóa điều khiển với chức sau:  Hệ thống gồm chuỗi mã số từ đến 9, độ dài mật mã không 10 số có người phân quyền sử dụng biết  Hệ thống hiển thị trực quan qua LCD 16x2, có đèn chiếu sáng điều kiện mơi trường tối Trong q trình học tập chúng em có hội làm quen với vi điều khiển qua mơn học lớp tìm hiểu thêm thơng qua tài liệu sách báo internet, em nhận thấy: “Ứng dụng vi điều khiển vào sống điều thú vị trình sáng tạo” Trong báo cáo môn thiết kế mạch điện sử dụng máy tính này, chúng em chọn đề tài: “Thiết bị khóa số điện tử sử dụng vi điều khiển 8051” Tieu luan Sau thời gian học tập rèn luyện, với bảo tận tình cô giáo Lại Hồng Nhung trợ giúp anh chị khóa trên, bạn lớp tài liệu có liên quan, chúng em hồn thành xong đề tài Báo cáo hoàn thành xong, khơng thể tránh nhiều thiếu sót mong q thầy cô giáo thông cảm bảo thêm để đề tài ứng dụng rộng rãi thực tế Em xin chân thành cảm ơn thầy cô! Tieu luan CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHÓA SỐ ĐIỆN TỬ 1.1 Sơ đồ khối chức khối Khóa số điện tử nói chung khóa mã điện tử dựa mật Trong báo cáo này, chúng em thiết kế mạch khóa số điện tử sử dụng vi điều khiển 8051, sử dụng hệ thống kiểm tra bảo mật để hạn chế quyền truy cập vào khu vực định có mật Hệ thống thiết kế gồm khối:  Khối nguồn DC sử dụng nguồn 5V  Khối bàn phím 4x4  Khối xử lý trung tâm sử dụng AT89C51  Khối hiển thị LCD sử dụng LCD 16x2  Khối điều khiển sử dụng mạch cầu H KHỐI NGUỒN KHỐI HIỂN THỊ DC LCD KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BÀN PHÍM KHĨA VÀ MỞ CỬA Hình 1: Sơ đồ khối Khối xử lý trung tâm Chức năng: Đóng vai trị đầu não hệ thống, tiếp nhận tín hiệu từ bàn phím so sánh mã đưa thông tin hiển thị LCD thông báo cho người dùng Từ đưa tín hiệu điều khiển đến cho khối mạch điều khiển động Tieu luan Sử dụng chip: AT89C51 Bàn phím Bàn phím gồm nút Mỗi nút phận đóng mở khí Các mã bàn phím tạo tạo trực tiếp phép quét hàng quét cột Bàn phím gồm 16 phím xắp xếp theo kiểu 4x4(với cột dòng) Thực chức nhập liệu đưa đến vi điều khiển bao gồm thao tác nhập mật khẩu, thay đổi mật khẩu, mở cửa, khóa cửa Khối hiển thị Dùng LCD 16x2 có chức để giao tiếp người dùng với vi điều khiển  Ưu điểm: - Hiển thị rõ ràng có kèm theo dẫn - Thay đổi nội dung linh hoạt Xử lý lập trình đơn giản LED7 ma trận điểm  Nhược điểm: Giá thành đắt Khối nguồn Chức năng: cung cấp nguồn hoạt động cho hệ thống vi điều khiển Khối mạch điều khiển động đóng ,mở cửa Chức năng: Đóng mở cửa có tín tương ứng từ xử lý trung tâm Mạch sử dụng mạch cầu H để điều khiển động sử dụng động DC 1.2 Nguyên lý hoạt động Nhập mật mã đưa tới khối giao tiếp hiển thị thông tin tới người dùng Rồi khối điều khiển gửi tín hiệu tới thiết bị chấp hành đóng/ngắt điều khiển cho đóng mở mật mã đưa thơng báo có mật sai Ban đầu:  Trên hình LCD hiển thị “ KHOA SO DIEN TU DT3 HVKTMM N10”,“NHAP MAT KHAU” Tieu luan Nhập mật khẩu:  LCD hiển thị nhập mật khẩu, người sử dụng nhập mã thơng qua bàn phím, nhập LCD hiển thị “ CHINH XAC, MO CUA SAU 5S”, nhập sai LCD hiển thị: “ SAI MAT KHAU, K MO DUOC CUA” Tieu luan CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan vi điều khiển 8051 Hình 2: Sơ đồ khối vi điều khiển Kiến trúc vi xử lý điều khiển 8051 IC vi điều khiển 8051/8031 thuộc họ MCS51 có đặt điểm sau : - kbyte ROM (được lập trình nhà sản xuất có 8051) - 128 byte RAM - port I/0 bit - Hai định thời 16 bits - Giao tiếp nối tiếp - 64KB khơng gian nhớ chương trình ngồi - 64 KB khơng gian nhớ liệu ngồi - Bộ xử lí luận lí (thao tác bit đơn) - 210 bit địa hóa - Bộ nhân / chia 4μs Tieu luan 3.2 Mạch mô h4 h3 h2 h1 U2 VCC 5.0V C7 R2 10µF 10µΩ C5 1µF C6 X1 5.0V P1B0T2 P1B1T2EX P1B2 P1B3 P1B4 P1B5MOSI P1B6MISO P1B7SCK RST P3B0RXD P3B1TXD P3B2INT0 P3B3INT1 P3B4T0 P3B5T1 P3B6WR P3B7RD XTAL2 XTAL1 GND VCC P0B0AD0 P0B1AD1 P0B2AD2 P0B3AD3 P0B4AD4 P0B5AD5 P0B6AD6 P0B7AD7 EAVPP ALEPROG PSEN P2B7A15 P2B6A14 P2B5A13 P2B4A12 P2B3A11 P2B2A10 P2B1A9 P2B0A8 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 E RS RW VDD U1 VCC CV GND c4 c3 c2 c1 R1 3kΩ VCC 5.0V 8051 R3 220Ω 1µF HC-49/U_15MHz led K1 c4 c3 c2 c1 h4 h3 h2 h1 LED1 + - * C = / NUMERIC_KEYPAD_4X4 Hình 8: Sơ đồ ngun lý mạch khóa số điện tử Khối trung tâm h4 h3 h2 h1 U2 VCC C7 R2 10µF 10µΩ C5 1µF C6 X1 VCC P0B0AD0 P0B1AD1 P0B2AD2 P0B3AD3 P0B4AD4 P0B5AD5 P0B6AD6 P0B7AD7 EAVPP ALEPROG PSEN P2B7A15 P2B6A14 P2B5A13 P2B4A12 P2B3A11 P2B2A10 P2B1A9 P2B0A8 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 5.0V U1 P1B0T2 P1B1T2EX P1B2 P1B3 P1B4 P1B5MOSI P1B6MISO P1B7SCK RST P3B0RXD P3B1TXD P3B2INT0 P3B3INT1 P3B4T0 P3B5T1 P3B6WR P3B7RD XTAL2 XTAL1 GND E RS RW 5.0V 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 VCC CV GND c4 c3 c2 c1 VDD R1 3kΩ VCC 5.0V 8051 R3 220Ω 1µF HC-49/U_15MHz led K1 c4 c3 c2 c1 số + Hình 9: Khối trung tâm mạch khóa Tieu luan h4 h3 h2 h1 - * C = / 24 NUMERIC_KEYPAD_4X4 LED Khối xử lý trung tâm với 8051 có nhiệm vụ nhận biết tín hiệu thu từ bàn phím Sau xử lý tín hiệu xuất tín hiệu điều khiển thích hợp để điều khiển hệ thống theo chương trình lập sẵn  Địa chức kết nối hệ thống xử lý trung tâm sau: P3.0- RS P3.1-RW P34 - Tín hiệu đóng,mở cửa P2 nối với D0-D7 LCD P1.0- Hàng P1.1- Hàng P1.2- Hàng P1.3- Hàng P1.4- Cột P1.5- Cột P1.6- Cột P1.7- Cột Bộ dao động thạch anh có tác dụng tạo xung nhịp với tần số 12MHz cho VĐK hoạt động Hai đầu nối vào hai chân XTAL1 XTAL2 VĐK Bộ RESET có tác dụng đưa vi điều khiển trạng thái ban đầu Khi nút Reset ấn điện áp +5V từ nguồn nối vào chân Reset vi điều khiển chạy thẳng xuống đất lúc điện áp chân vi điều khiển thay đổi đột ngột 0, VĐK nhận biết thay đổi khởi động lại trạng thái ban đầu cho hệ thống 25 Tieu luan Khối hiển thị LCD h4 h3 h2 h1 U2 VCC C7 R2 10µF 10µΩ C5 1µF C6 X1 P1B0T2 P1B1T2EX P1B2 P1B3 P1B4 P1B5MOSI P1B6MISO P1B7SCK RST P3B0RXD P3B1TXD P3B2INT0 P3B3INT1 P3B4T0 P3B5T1 P3B6WR P3B7RD XTAL2 XTAL1 GND 5.0V VCC P0B0AD0 P0B1AD1 P0B2AD2 P0B3AD3 P0B4AD4 P0B5AD5 P0B6AD6 P0B7AD7 EAVPP ALEPROG PSEN P2B7A15 P2B6A14 P2B5A13 P2B4A12 P2B3A11 P2B2A10 P2B1A9 P2B0A8 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 5.0V 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 E RS RW VDD U1 VCC CV GND c4 c3 c2 c1 R1 3kΩ VCC 5.0V 8051 R3 220Ω 1µF HC-49/U_15MHz led K1 c4 c3 c2 c1 LED1 Hình 10: Khối hiển thị LCD 16x2 + LCD sử dụng 16x2 với dòng hiển thị 4x4 Các chân nối: P3.0- CRS h4 h3 h2 h1 * = / NUMERIC_KEYPAD_4X4 P3.1-RW P34- Tín hiệu đóng, mở P2 nối với D0-D7 LCD Bàn phím K1 c4 c3 c2 c1 h4 h3 h2 h1 + - * C = / NUMERIC_KEYPAD_4X4 Hình 11: Khối bàn phím 4x4 26 Tieu luan Người dùng nhập mã thơng qua bàn phím bàn phím thiết bị đầu vào kết nối với vi điều khiển, cung cấp tín hiệu cho xử lý trung tâm, sau phân tích tính hiệu so sánh cho tín hiệu điều khiển tương ứng Bàn phím dùng phương pháp quét phím theo hàng cột Dùng bàn phím với cột hàng Xắp xếp hàng cột bảng: Cột Cột Cột Cột Hàng + Hàng - Hàng 3 * Hàng C = / Được ghép nối với vi điều khiển Port P1 Với : P1.0- Hàng P1.4- Cột P1.1- Hàng P1.5- Cột P1.2- Hàng P1.6- Cột P1.3- Hàng P1.7- Cột 27 Tieu luan 3.4 Mạch in Hình 12: Sơ đồ mạch in 28 Tieu luan 3.5 Mạch 3D Mặt trước Hình 13: Sơ đồ mặt trước mạch 3D 29 Tieu luan Mặt sau Hình 14: Sơ đồ mặt sau mạch 3D 3.6 Kết luận Ưu điểm:  Dễ dàng thay đổi mật mã thường xuyên để đảm bảo an toàn  Có thể cho phép người khác vào nhà cách chia sẻ mật Nhược điểm:  Giá thành cao gấp nhiều lần so với khóa truyền thống  Phải nhập xác dãy mật Hướng phát triển:  Cải thiện để phát triển thêm khóa vân tay, khóa thẻ điện từ 30 Tieu luan 3.7 Code #include #include /********Khai bao chan giao tiep LCD************/ #define RS P30 #define E P31 #define lcd_data P2 // khai bao chan giao tiep phim #define row0 P10 #define row1 P11 #define row2 P12 #define row3 P13 #define col0 P14 //hang //cot #define col1 P15 #define col2 P16 #define col3 P17 #define led P34 #define bat #define tat void delay_ms(unsigned int t); void mocua(); void dongcua(); void mocua() { int sv; for(sv=0;sv