基于STC12LE5A60S2单片机触屏式防盗电子锁毕业设计论文

毕业设计（论文）
基于STC12LE5A60S2单片机触屏式
防盗电子锁
目录
摘要 (3)
关键词 (3)
Abstract (4)
Key Words (5)
前言 (5)
1.整体方案设计 (3)
1.1方案设计 (3)
1.2 方案分析 (3)
1.2预计目标 (4)
2. TFT触摸屏简介 (5)
2.1 TFT液晶屏简介 (5)
2.2 主要参数 (5)
2.3 触摸控制原理 (6)
2.4 TFT触摸模块接口电路 (7)
2.5 电源电路 (9)
2.6 IO扩展电路 (9)
2.7 触屏控制芯片XPT2046介绍 (10)
3．系统硬件设计 (11)
3.1 系统设计硬件框图 (11)
3.2 主控芯片STC12LE5A60S2 (12)
3.3 芯片主要引脚介绍 (12)
3.4蜂鸣器 (13)
3.5 步进电机 (13)
4. 系统软件设计 (14)
4.1 系统软件设计整体思路 (14)
4.2程序设计流程图 (15)
4.3 触摸模块重要函数 (16)
4.4 电子锁操作模块 (18)
4.5 引脚定义以及与单片机的连接 (20)
4.6 将程序烧入芯片实现控制 (21)
结束语 (22)
参考文献 (23)
致谢 (24)
附录 (25)
基于STC12LE5A60S2单片机触屏式防盗电子锁
摘要
近两年来，触屏手机的普及极大改变了人们对世界的认识，与之而来的平板电脑，智能电视的推广让人们随处可以体验到触屏带来的便捷，进而促进了人们对触屏型电子类产品的需求，触屏类的电子锁由此而生，该此类电子锁具有实用性强，功能齐全，技术先进的特点，它的广泛应用代表着科技进步的实用成果。

并且它让人类懂得，智能化时代的发展将改变人类的生活，加快科学技术的发展。

本文以STC12LE5A60S2型号芯片为基础外加简单外围电路实现了一个具有较多功能的触屏式防盗电子锁。

本设计将实现让用户可以任意输入6位密码，更改密码以及锁定屏幕并报警等基本功能，这些基本功能可以满足一般用户的需求。

其优点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等，具有一定使用和参考价值。

依据电子锁设计流程，本文依次介绍STC12LE5A60S2芯片，蜂鸣器，步进电机的工作原理及使用方法。

并详细介绍此设计的硬件电路图，程序流程图。

关键词：STC12LE5A60S2芯片；TFT触摸屏；电子锁；步进电机
Touch-screen-based pickproof electronic lock design with STC12LE5A60S2 Single Chip
Abstract
For the past few years, our knowledge of the world had been changed for the popular of the cell phone with touch screen. And then the panel computer and intelligent TV popular follow up, then all people know convenient by the touch screen, so many people want to use it anywhere he want, so the touch-screen-based pickproof electronic lock comes, this kind of electronic lock has many kinds of feature ,such as practical, multi-functional, vanguard technology . It represents the extensive application of technological progress and practical results. And it let humans understand the development, and intelligent age will change the human life, accelerate the development of science and technology.
This article introduced a design system which using the STC12LE5A60S2
monolithic manufactures integrated circuit which a simple
touch-screen-based pickproof electronic lock. this design can let you put a password which have 6 bits , you also can change it by yourself , and if you put password error 3times ,alarm system will be triggered. A common customer should satisfy about it. Its advantage is hardware circuit is simple, software function consummation, the control system is reliable, cost-effective higher, has some of the use and reference value.
Base on the design of the clock, this article will introduce the working principle and use method STC12LE5A60S2 chip, TFT touch-screen, buzzer and stepper motor one by one. After this, this article should introduce the circuit diagram and program flowchart detailedly.
Key Words:STC12LE5A60S2 chip; TFT touch-screen; electronic lock; stepper motor
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

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涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日
导师签名：日期：年月日
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：（签名）单位：（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：（签名）单位：（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：（签名）
年月日
前言
总所周知，近年来我国的城市化水平不断提高，但是当下城市的特殊环境中，居民住宅发生的盗窃事件依旧比较严重，对居民的人生安全，财产安全有很大影响。

而传统的机械类锁的安全性能很低，居民对此类锁缺乏信任感。

而与之相比较安全的带警报功能的电子锁虽然安全性较高，但由于硬件成本过高，导致此类电子锁价格比较昂贵，普通城市居民难以接受。

且此类锁具极易损坏，经常出现卡死在锁槽中的情况，而且使用此类锁具的人必须带着锁的钥匙，钥匙多后非常沉重，十分不变。

而近两年来，触屏手机的普及极大促进了人们对触屏型电子类产品的需求，所以触屏型的电子锁也有了代替传统锁制品的趋势，与传统的锁制品相比，触屏类电子锁有如下优点：
1.安全性高
有与电子密码锁的特殊性，与传统的机械类锁相比，有着无法取代的优势，可以完全避免被窃贼通过钥匙孔撬开的危险。

而且电子锁的密码存于单片机芯片内，极大加大了不法分子盗取密码的难度。

2.性能可靠
本类产品功能齐全，有密码设置，密码修改，管理员权限，自动报警等诸多功能。

极大的提高了电子锁的安全性，可靠性。

3.功耗低
随着液晶技术的飞速发展，液晶屏幕的能耗越来越低。

此种电子锁正常状况下接家用电源，停电时自备电池供电，防止了因断电而带来的麻烦
4.成本低，易维护
由于触屏类电子锁硬件线路简单，故不宜损坏，可靠性更高。

也应为硬件的简单，与其它类的电子锁相比成本更低，也更易维护。

5.应用场合广泛
无论是公寓，家庭住宅，学生宿舍，工厂都可以安置。

如果改变触摸屏的材质，便可适应于高温或寒冷等恶劣环境的地方。

甚至也可用于珍贵物品（如保险箱）的防护！
本设计以51单片机为基础，外接触摸屏及相关元件，实现触屏类电子锁的基本功能。

用以模拟触屏类电子锁的各种功能。

由于作者水平有限，时间仓促，错误和疏漏在所难免，欢迎读者批评指正。

1.整体方案设计
1.1方案设计
(1)方案一
单片机电子锁，一般采用独立键盘来当作数字输入键使用，一个具有完整功能的电子锁，至少需要10个独立当作数字输入键使用，外加一个确认输入按钮，并在每个按钮上注以相应标识，以便识别对应的按钮。

此外还需要一个1062或其它型号的液晶显示器。

(2)方案二
触屏式电子锁则可以完全不用物理键盘，而直接在触摸屏上实现按键功能，触摸屏上可以轻松模拟出多个按键，并且标识这些按键只需在相应位置显示对应的文本（如数字），而输入信息可以直观的显示在触摸屏上，硬件结构非常简单。

1.2 方案分析
方案一中，独立键盘上若无数字标识难以确认键盘所对应的数字，而一个简单功能的完整电子锁的实现完成至少需要十个以上的物理键盘，物理结构复杂，成本也高，还要考虑硬件维护，按键间的摩擦等诸多问题，而且若要扩展功能必须重新设计硬件，所以这样的电子锁已经不适合这个时代。

方案二中的触屏式电子锁直接在触摸屏上实现按键功能，这样不仅节省了硬件成本，触屏锁的功能也可得到尽可能的扩展，而这些功能的扩展完全依赖于软件的编写，不必花费心力去重新设置硬件电路，各种各样的成本自然降低，虽然现在触摸屏的价格比较贵，但相比有诸多限制的普通电子锁有这无法比拟的优越性。

综上所述，方案二比方案一更加优越，硬件上，方案一的硬件一旦固定就无法更改或必须重新设计，而方案二中物理电路简单，功能的扩展很少设计到硬件方面；软件上，方案一中软件只能对应相应的硬件电路，软件无法得到升级，否则必须改变硬件电路，而方案二中软件基本不依赖于硬件系统，能方便的升级软件，增加触屏锁的功能，这也是本文选择触屏防盗电子锁的重要原因。

1.2预计目标
(1) 密码设定
用户初次使用时可自己设定密码，密码设定需两次输入完成，输入密码要求不超过六位，设定密码时若密码不符合要求要求重新输入，若第二次输入密码与第一次不相符会要求重新输入，直到两次设定成功密码设定就会成功；
(2) 密码修改
当要更换密码时，在屏幕上按一个特殊按钮，便可更改密码，更改密码过程与密码设置过程类似；
(3) 管理员权限
为了防止用户忘记密码而设，管理员权限密码可以有他人持有，在屏上输入特定密码即可重新设定密码；
(4) 自动报警
当密码输入次数超过一定次数是，触发警报，并将自动将门反锁，报警信息由蜂鸣器代替，门锁制动由步进电机代替
(5) 电路保护
防止因断电而带来的无法开锁问题，可以将密码存储于特殊寄存器中来实现。

2. TFT触摸屏简介
2.1 TFT液晶屏简介
Thin Film Transistor (薄膜场效应晶体管)，是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。

从而可以做到高速度高亮度高对比度显示屏幕信息。

目前在手机上TFT使用最为广泛，中高端彩屏手机中普遍采用的屏幕，分65536色及26万色，1600万色三种，其显示效果非常出色。

随着技术的进步，TFT不仅应用在手机上，许多智能仪表，工控人机界面也都在使用TFT取代之前的黑白屏。

TFT屏主要的构成包括：背光源、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基本、配向膜、液晶材料、薄膜晶体管，触摸感应薄膜等。

TFT显示屏和驱动IC集成在一起，就成立TFT显示模块。

TFT模块和几种常见液晶模块的对比：
a.字符式液晶模块(常用型号1602)：智能显示数字、英文字符，
单色。

b.段式液晶屏：智能显示数字（少量英文字符），预定图标，单色。

c.图形式液晶模块（常用型号 12864）：可以显示数字、中英文字
符和图案，单色，图案分辨率较低；
d.TFT液晶模块：可以显示数字，中英文字符和图案，彩色，图案
分辨率较高。

现今，TFT显示器成本逐渐降低，别且人们越来越渴望拥有用户友好程度更高的图形界面，因此选择TFT屏作为电子锁显示界面是一个非常有优势的选择，且其市场非常广阔。

本次设计采用的是NBCTFT2.6—V2.2型号触摸屏。

2.2主要参数
NBCTFT2.6—V2.2主要有如下参数特点如表2-1所示，表中列出了触摸屏的尺寸，像素，驱动IC等相关信息，在触摸屏编程中有些数据处理要以此为依据。

表2-1 NBCTFT2.6—V2.2主要参数
类目参数
模块尺寸（长X宽）76mmx51mm
像素320x240
颜色26万色
驱动IC ILI9320
触摸类型电阻式
背光类型LED
2.3触摸控制原理
图2-2 触摸屏结构图
触摸屏结构如图2-2所示，典型触摸屏的结构一般由三部分组成：两层透明的阻性导体层、两层导体之间的隔离层、电极。

触摸屏工作时，上下导体层相当于电阻网络。

当某一层电极加上电压时，会在该网络上形成电压梯度。

如有外力使得上下两层在某一点接触，则在电极未加电压的另一层可以测得接触点处的电，从而知道接触点处的坐标。

比如，在顶层的电极(X+,X-)上加上驱动电压，则在顶层导体层上形成电压梯度，当有外力使得上下两层在某一点接触，在底层就可以测得接触点处的电压，再根据该电压与电极(X+)之间的距离关系，知道该处的X坐标。

然后，将驱动电压切换到底层电极（Y+,Y-）上，并在顶层测量接触点处的电压，从而知道Y坐标。

计算触点的X，Y坐标具体分为如下两步：
a.通过触摸屏控制芯片ADS7843/XPT2046分别采集触点在X轴和Y轴上产
生的电压数字量，如下面公式中的X值和Y值。

b.计算坐标公式为：
式中，X和Y分别为触点在X工作面和Y工作面上产生的电压的数字量的测量值；（X﹐Y）反映了触点在触摸屏上的坐标。

Xmin，Ymin，Xmax和Ymax 分别为触摸屏上最小和最大坐标点在X轴和Y轴上产生的电压的数字量的实际测量值，它们是常量，可通过测量得到；（Xmin，Ymin）和（Xmax，Ymax）反映了触摸屏上最小、最大坐标点的坐标；W和H分别是LCD显示屏X轴和Y 轴上的像素点总数，例如本2.6寸TFT，W为240，H为320；（XLCD，YLCD）为触点映射到LCD显示屏上的像素点坐标。

2.4 TFT触摸模块接口电路
图2-3 TFT接口电路
TFT接口电路如图2-3所示，其中各引脚功能如表2-2所示。

图中第1脚到第20脚是为兼容12864接口而设计
第1脚为电源地；
第2脚为电源输入；
第4脚到第16脚与控制器间增加了一个限流电阻，作用是在使用5V控制器驱动TFT时，保护TFT以免被过流损坏；
第17脚为IO扩展控制位；
第21脚到第24脚为SD卡控制接口；
第26脚到第33脚为TFT数据口的低8位，由于模块上增加了IO扩展；
第35脚到第40脚为触摸控制接口；
表2-2 触摸屏引脚功能
引脚号引脚名称功能说明
1 GND 模块的电源地
2 VIN 模块的电源正端（3.3V供电时需将J2短接）
3 NC 空脚
4 RS 并行的指令/数据选择信号；
5 R/W 并行的读写选择信号；
6 RD 读控制信号
7~14 D11-D17 数据口高8位
15 CS 片选
16 RST 复位
17 LE10 74HC573锁存控制
18-20 NC 空脚
26-33 D8-D1 数据口低8位
35 CLK 触摸屏外部时钟输入
36 TPCS 触摸屏片选信号
37 TPDI 触摸屏串行数据输入，在时钟上升沿数据移进
38 BUSY 触摸屏忙指示，低电平有效
39 TPDO 触摸屏串行数据输出，在时钟下降沿数据移出
40 PEN 触摸屏中断输出
2.5电源电路
图2-4 触摸屏电源电路
触摸屏电源电路如2-4所示，由于TFT只能在3.3V电压下工作，所以当输入电压VIN为5V时，需要通过3.3V稳压IC降到3.3V电压，当输入电压为3.3V 时，需要使用0欧电阻将J2短接，相当于不通过稳压IC直接给模块供电。

2.6 IO扩展电路
为了节省IO资源，通过IO扩展仅需要使用8位控制器的IO口即可驱动16位数据模式，电路如图2-5所示：
图2-5 触摸屏IO扩展电路
控制器的8位IO（D10~D17）与锁存器的D0~D7连接，锁存器的输出与TFT
的低8位数据口连接，当写16位数据时，先将16位数据的低8位送到D10~D17，此时通过控制LE管脚将数据锁存到TFT的低8位数据口，然后再将16位数据的高8位送到D10~D17，即完成16位数据送的TFT数据口的工作。

2.7触屏控制芯片XPT2046介绍
XPT2046是一款4线制电阻式触摸屏控制器，内含12位分辨率125KHz转换速率逐步逼近型A/D转换器。

XPT2046支持从1.5V到5.25V的低电压I/O接口。

XPT2046能通过执行两次A/D转换查出被按的屏幕位置，除此之外，还可以测量加在触摸屏上的压力。

内部自带2.5V参考电压，可以作为辅助输入、温度测量和电池监测之用，电池监测的电压范围可以从0V到6V。

XPT2046片内集成有一个温度传感器。

在2.7V的典型工作状态下，关闭参考电压，功耗可小于0.75mW。

XPT2046采用微小的封装形式：TSSOP-16,QFN-16和VFBGA－48。

工作温度范围为-40℃～+85℃。

与ADS7846、TSC2046、AK4182A完全兼容。

在PD0=0的掉电状态下，Y驱动器工作，触摸屏的Y－面板被连到GND。

——PEN——IRQ输出通过两个开关和XP输入连在一起。

当屏幕上有触摸动作时，XP输入通过触摸屏下拉到地。

在XPT2046的绝大部分工作方式下，内部上拉电阻标称值是50KΩ，但它的实际值可随温度的变动而在36 KΩ～67 KΩ之间波动。

为了确保出现在——PEN——IRQ电路中的逻辑0电平电压低于0.35·VCC，XP 和YN之间的总电阻必须小于21KΩ。

需要注意的是，上拉电阻越高，——PEN——IRQ对触摸屏的反应也就也越慢，所以，编写软件时要考虑到这一点。

3．系统硬件设计
3.1 系统设计硬件框图
图3-1 系统设计框图
硬件设计如图3-1所示，主电路芯片采用STC12LE5A60S2芯片，其40引脚
分别与TFT 触摸屏，蜂鸣器，步进电机等原件分别相连；TFT 触摸屏用于模拟物理键盘和显示输入信息和操作信息；触摸屏驱动芯片集成于触摸屏中，其功能是处理各种触摸事件，如测量电压以便计算坐标，其触摸功能引脚STC12LE5A60S2芯片相连接；除复位按键为实体键外其余功能用触摸键实现，此按钮即实现复位功能；蜂鸣器作为报警提示，使用步进电机代替锁的动作。

此外本设计中采用USB 线为电路供电（外接锂电池供电）；使用串口数据线传递信息；用MAX232芯片实现RS-232电平与TTL 电平之间的转换。

单 片 机
TFT 触摸屏 触摸屏驱动芯片
复位按钮
LED
蜂鸣器
电源
锂电池 步进电机
3.2 主控芯片STC12LE5A60S2
STC12LE5A60S2芯片是一款单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。

内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合，工作电压为5V，工作频率范围：0 - 35MHz，相当于普通8051的0～420MHz，片上集成1280字节RAM，共4个16位定时器，其中两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器。

3.3芯片主要引脚介绍
(1) P0口
P0 是一个漏极开路的8位双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动多个LS 型TTL 负载。

P0浮空，锁存器为“1”，可作为高阻抗输入。

P0口一般作为数据传输使用，在本设计中也曾如此考虑，但后期为了合理分配端口，用作触摸屏控制端口相连。

（2）P1口
P1 是一个带内部上拉电阻的8位准双向I/O 口。

每位能驱动LS 型TTL 负载。

当P1口作为输入口用时，向内部锁存器写入“1”，P1 引脚被内部上拉电阻拉为高电平。

在本设计中用作控制步进电机和蜂鸣器。

其中P1^1至P1^4控制步进电机，P1^5控制蜂鸣器。

（3）P2口
P2 是一个带内部上拉电阻的8位准双向I/O 端口，当被作为输入时，向它写“1”，P2 引脚被内部上拉电阻拉为高电平。

作为输入使用时，被内部上拉电阻下拉为低电平的P2 会产生电流。

在本设计中P2口与TFT触摸屏显示相关引脚相连。

与TFT触摸相关引脚有6个，将在下文中介绍。

（4）P3口
P3 是一个带内部上拉电阻的8位准双向I/O 口，每个口可独立控制。

作为第一功能使用时就当作普I/O口，与P1口相似，作为第二功能使用时，可以控
制定时器/计时器，和中断。

在本设计中用作数据传输端口，没有涉及其第二功能。

3.4蜂鸣器
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具等电子设备产品中用作发声器件。

本设计采用电磁式蜂鸣器，电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。

接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。

振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。

（本设计中蜂鸣器由STC12LE5A60S2芯片的P1^5引脚控制。

）
3.5 步进电机
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。

在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。