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电子密码锁本科毕业设计完整版104资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。知识不但是指课本的内容,还包括社会经验、 文明文化、 时代精神等整体要素,才有竞争力,知识是新时代的资本,五六十年代人靠勤劳能够成事; 今天的香港要抢知识,要以知识取胜 基于单片机的电子密码锁设计摘 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了传统的机械式密码锁电子密码锁具有安全性高、 成本低、 功耗低、 易操作等优点本文从经济实用的角度出发采用美国Atmel公司的单片机AT89S51作为主控芯片与数据存储器单元结合外围的矩阵键盘输入、 LCD液晶显示、 报警、 开锁等用C语言编写的主控芯片控制程序与EEPROM AT24C02读写程序相结合并用Keil软件进行编译设计了一款能够多次更改密码具有报警功能的电子密码控制系统这种密码锁的电路设计具有防试探按键输入、 智能控制上锁、 开锁、 报警、 修改密码等多种功能密码长度可变、 保密性强、 灵活性高、 应用日益广泛 关键词 密码锁 单片机 报警 LCD显示Design of Electric Password Lock Based on MCUABSTRACTIn the daily life and the work the way to the houses and departments safe guard units document file the financial reporting as well as some individual material preservation almost need many locks. If we use tradition mechanical key to open the people often must carry many keys but it is not extremely convenient. If the key lost the security will decline greatly. In the safety work guard domain the lock with security warning function electronic combination have replaced the traditional mechanical combination lock gradually the electronic combination lock have the highly security the lowly cost the lowly power wastage easy to operate and so on merits. This article is based on the economical and practical point of view uses the United States Atmel Corporation AT89S51 microcontroller as a master chip and the data memory unit it combines with the external matrix keyboard input LCD digital display alarm unlock and so on circuits dominates by the C programming language chip EEPROM of the control procedures and carries on the translation with Keil software the password can be changed many times the electronic the password control also has the alarming function. This password lock circuit design has anti-test button input intelligent control lock unlock alarm and change the password multiple functions. Password length can be changed great security and high flexible than others it is widely used. Key Words: Password lock; MCU; Alarm; LCD Display 目 录摘要第一章 绪论 1.1电子密码锁简介.11.2电子密码锁的发展趋势.11.3本设计所要实现的目标.21.4设计方案简介.2第二章 主要元器件介绍2.1主控芯片AT89S51.32.1存储芯片AT24C02.62.3 LCD1602显示器.72.4 晶体振荡器.8第三章 硬件系统构成3.1设计原理.103.2电路总体构成.103.3电源输入电路.113.4键盘输入电路.123.5密码存储电路.123.6复位电路.133.7晶振电路.143.8显示电路.143.9报警电路.153.10开锁电路 .15第四章 软件系统设计4.1主程序流程图.174.2按键软件设计.184.3密码设置软件设计.194.4开锁软件设计.20第五章 调试与实现5.1硬件调试 .215.2软件调试 .215.3 Pruteus仿真.22结论与展望致谢参考文献附录 第一章 绪 论1.1 电子密码锁简介 电子密码锁是一种经过密码输入来控制电路或是芯片工作从而控制机械开关的闭合完成开锁、 闭锁任务的电子产品它的种类很多有简易的电路产品也有基于芯片的性价比较高的产品现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心经过编程来实现的其性能和安全性已大大超过了机械锁其特点如下: 1) 保密性好编码量多远远大于弹子锁随机开锁成功率几乎为零2) 密码可变用户能够随时更改密码防止密码被盗同时也能够避免因 人员的更替而使锁的密级下降3) 误码输入保护当输入密码多次错误时报警系统自动启动4) 无活动零件不会磨损寿命长5) 使用灵活性好不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁6) 电子密码锁操作简单易行一学即会1.2 电子密码锁的发展趋势 日常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当前门锁主要用弹子锁其钥匙容易丢失; 保险箱主要用机械密码锁其结构较为复杂制造精度要求高成本高且易出现故障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针对这些锁具给人们带来的不便若使用机械式钥匙开锁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由于电子器件所限以前开发的电子密码锁其种类不多保密性差最基本的就是只依靠最简单的模拟电子开关来实现的制作简单但很不安全在后为多是基于EDA来实现的其电路结构复杂电子元件繁多也有使用早先的20引角的2051系列单片机来实现的但密码简单易破解随着电子元件的进一步发展电子密码锁也出现了很多的种类功能日益强大使用更加方便安全保密性更强由以前的单密码输入发展到现在的密码加感应元件实现了真真的电子加密用户只有密码或电子钥匙中的一样是打不开锁的随着电子元件的发展及人们对保密性需求的提高出现了越来越多的电子密码锁出于安全、 方便等方面的需要许多电子密码锁已相继问世但这类产品的特点是针对特定有效卡、 指纹或声音有效且不能实现远程控制只能适用于保密要求高且供个人使用的箱、 柜、 房间等由于数字、 字符、 图形图像、 人体生物特征和时间等要素均可成为钥匙的电子信息组合使用这些信息能够使电子防盗锁获得高度的保密性如防范森严的金库需要使用复合信息密码的电子防盗锁组合使用信息也能够使电子防盗锁获得无穷扩展的可能使产品多样化对用户而言是千挑百选、 自得其所能够看出组合使用电子信息是电子密码锁以后发展的趋势1.3 本设计所要实现的目标 本设计采用单片机为主控芯片结合外围电路组成电子密码锁用户想要打开锁必先经过提供的键盘输入正确的密码才能将锁打开密码输入错误有提示为了提高安全性当密码输入错误三次将报警密码能够有用户自己修改设定锁打开后才能修改密码修改密码之前必须再次输入就的密码在输入新密码的时候要二次确认以防止误操作1.4 设计方案简介 采用以单片机为核心的控制方案 由于单片机种类繁多各种型号都有其一定的应用环境因此在选用时要多加比较合理选择以期获得最佳的性价比一般来说在选取单片机时从下面几个方面考虑: 性能、 存储器、 运行速度、 I/O口、 定时/计数器、 串行接口、 模拟电路功能、 工作电压、 功耗、 封装形式、 抗干扰性、 保密性除了以上的一些的还有一些最基本的比如: 中断源的数量和优先级、 工作温度范围、 有没有低电压检测功能、 单片机内有无时钟振荡器、 有无上电复位功能等在开发过程中单片机还受到: 开发工具、 编程器、 开发成本、 开发人员的适应性、 技术支持和服务等等因素基于以上因素本设计选用单片机AT89S51作为本设计的核心元件利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口及其控制的准确性实现基本的密码锁功能在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制外接AT24C02芯片用于密码的存储外接LCD1602显示器用于显示作用当用户需要开锁时先按键盘开锁键之后按键盘的数字键09输入密码密码输完后按下确认键如果密码输入正确则开锁不正确显示密码错误重新输入密码当三次密码错误则发出报警; 当用户需要修改密码时先按下键盘设置键后输入原来的密码只有当输入的原密码正确后才能设置新密码新密码输入无误后按确认键使新密码将得到存储密码修改成功第二章 主要元器件2.1主控芯片AT89S51单片机AT89S51功能介绍AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器( FPEROM-Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory) 的低电压高性能CMOS8位微处理器俗称单片机该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案AT89S51芯片引脚图如图2-1所示主要特性: 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: 全静态工作: 0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32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 管脚说明: 下面按其引脚功能分为四部分叙述这40条引脚的功能 1、 主电源引脚VSS和VSS AT89S51芯片引脚图VSS-( 40脚) 接+5V电压; VSS-( 20脚) 接地 2、 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1( 19脚) 接外部晶体的一个引脚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振荡器时对HMOS单片机此引脚应接地; 对SHMOS单片机此引脚作为驱动端 XTAL2( 18脚) 接外晶体的另一端在单片机内部接至上述振荡器的反相放大器的输出端采用外部振荡器时对HMOS单片机该引脚接外部振荡器的信号即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端; 对XHMOS此引脚应悬浮 3、 控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、 ALE/PROG、 PSEN和EA/VPP RST/VPD( 9脚) 当振荡器运行时在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位推荐在此引脚与VSS引脚之间连接一个约8.2k的下拉电阻与VSS引脚之间连接一个约10F的电容以保证可靠地复位 VSS掉电期间此引脚可接上备用电源以保证内部RAM的数据不丢失当VSS主电源下掉到低于规定的电平而VPD在其规定的电压范围( 50.5V) 内VPD就向内部RAM提供备用电源 ALE/PROG( 30脚) : 当访问外部存贮器时ALE( 允许地址锁存) 的输出用于锁存地址的低位字节即使不访问外部存储器ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号此频率为振荡器频率的1/6因此它可用作对外输出的时钟或用于定时目的然而要注意的是每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲ALE端能够驱动( 吸收或输出电流) 8个LS型的TTL输入电路 对于EPROM单片机( 如8751) 在EPROM编程期间此引脚用于输入编程脉冲( PROG) PSEN( 29脚) : 此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号在从外部程序存储器取指令( 或常数) 期间每个机器周期两次PSEN有效但在此期间每当访问外部数据存储器时这两次有效的PSEN信号将不出现PSEN同样能够驱动( 吸收或输出) 8个LS型的TTL输入 EA/VPP( 引脚) : 当EA端保持高电平时访问内部程序存储器但在PS( 程序计数器) 值超过0FFFH( 对851/8751/80S51) 或1FFFH( 对8052) 时将自动转向执行外部程序存储器内的程序当EA保持低电平时则只访问外部程序存储器不论是否有内部程序存储器对于常见的8031来说无内部程序存储器因此EA脚须常接地这样才能只选择外部程序存储器 对于EPROM型的单片机( 如8751) 在EPROM编程期间此引脚也用于施加21V的编程电源( VPP) 4控制或与其它电源复用引脚 RST/VpdALE/PROGPSEN 和EA/VppRST/Vpd 当振荡器运行时在此引脚上出现两个机器同期的高电平( 由低到高跳变) 将使单片机复位在 VSS掉电期间此引脚可接上备用电源由 Vpd向内部 RAM提供备用电源以保持内部RAM中的数据ALE/PROG 正常操作时为ALE功能( 允许地址钱存) 提供把地址的低字节锁存到外部锁存器ALE引脚以不变的频率( 振荡周期的1/6) 周期性地发出正脉冲信号因此它可用作对外输出的时钟或用于定时目的但要注意每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE脉冲 ALE端能够驱动( 吸收或输出电流) 八个 LSTTL电路对于 EPROM型单片机在 EPROM编程期间此引脚接收编程脉冲( PROG功能) PSEN 外部程序存储器读选通信号输出端在从外部程序存储器取指令( 或数据) 期间; PSEN 在每个机器周期内两次有效 PSEN 同样能够驱动八个LSTTL输入EAVpp EA为内部程序存储器和外部程序存储器选择端当EA为高电平时访问内部程序存储器( PS值小于4K) 当EA为低电平时则访问外部程序存储器对于EPROM型单片机在EPROM编程期间此引脚上加21VEPROM编程电源( Vpp) 5、 输入/输出( I/O) 引脚P0、 P1、 P2、 P3( 共32根) P0口( 39脚至32脚) : 是双向8位三态I/O口在外接存储器时与地址总线的低8位及数据总线复用能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载 P1口( 1脚至8脚) : 是准双向8位I/O口由于这种接口输出没有高阻状态输入也不能锁存故不是真正的双向I/O口P1口能驱动( 吸收或输出电流) 4个LS型的TTL负载对8052、 8032P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、 重装触发即T2外部控制端对EPROM编程和程序验证时它接收低8位地址 P2口( 21脚至28脚) : 是准双向8位I/O口在访问外部存储器时它能够作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址在对EPROM编程和程序验证期间它接收高8位地址P2能够驱动( 吸收或输出电流) 4个LS型的TTL负载 P3口( 10脚至17脚) : 是准双向8位I/O口在MSS-51中这8个引脚还用于专门功能是复用双功能口P3能驱动( 吸收或输出电流) 4个LS型的TTL负载 作为第一功能使用时就作为普通I/O口用功能和操作方法与P1口相同作为第二功能使用时各引脚的定义如表所示 值得强调的是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表2-1 P3口管脚备选功能P3.0RXD( 串行输入口) P3.1TXD( 串行输出口) P3.2/INT0( 外部中断0) P3.3/INT1( 外部中断1) P3.4T0( 记时器0外部输入) P3.5T1( 记时器1外部输入) P3.6/WR( 外部数据存储器写选通) P3.7/RD( 外部数据存储器读选通) 2.2 存储芯片AT24C02如图2-2为AT24C02的芯片引脚图图2-2 AT24C02的芯片引脚图特点: 低压和标准电压运行模式- 2.7 (VCC = 2.7V to 5.5V)- 1.8 (VCC = 1.8V to 5.5V)内建128x8存储序列2线制串行接口双向数据传送协议100kHz(1.8V2.5V2.7V) 和400kHz(5V)兼容写同步时钟(最大10ms)高可靠性极限: 1M写时钟周期数据保存:1 不断推进的芯片等级扩大了设备的可用温度范围AT24C02提供电可擦除的串行1024位存储或可编程只读存储器(EEPROM)128字(8位/字)芯片在低压的工业与商业应用中进行了最优化设备操作: CLOCK 和DATA变化: SDA管脚一般外部要拉高SDA管脚上的数据只能在SCL低期间改变数据在SCL高期间改变定义为一个开始或停止信号开始状态: 在任何操作之前必须有一个开始信号-在SCL为高时SDA上产生一个下降沿停止状态: SCL为高时SDA产生一个上升沿是停止信号停止信号后将停止所有通信在一个读的序列之后停止信号将让EEPROM进入备用电源模式2.3 LCD16022显示器液晶显示模块已作为很多电子产品的经过器件如在计算器、 万用表、 电子表及很多家用电子产品中都能够看到显示的主要是数字、 专用符号和图形1602型LCD显示模块具有体积小功耗低显示内容丰富等特点1602型LCD能够显示2行16个字符有8位数据总线D0-D7和RSR/WEN三个控制端口工作电压为5V而且具有字符对比度调节和背光功能接口信号说明: 1602型LCD的接口信号说明如表2-2所示表2-2 LCD1602接口信号说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极1602型LCD主要技术参数: 显示容量:162个字符芯片工作电压:4.5-5.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm1602型LCD基本操作程序如下表所示: 表2-3 LCD1602基本操作程序读状态输入RS=LR/W=HE=H输出D0-D7=状态字写指令输入RS=LR/W=LD0-D7=指令码E=高脉冲输出无读数据输入RS=HR/W=HE=H输出D0-D7=数据写数据输入RS=HR/W=LD0-D7=数据E=高脉冲输出无2.4晶体振荡器晶体振荡器简称晶振其作用在于产生原始的时钟频率这个频率经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率以声卡为例要实现对模拟信号44.1kHz或48kHz的采样频率发生器就必须提供一个44.1kHz或48kHz的时钟频率如果需要对这两种音频同时支持的话声卡就需要有两颗晶振可是现在的娱乐级声卡为了降低成本一般都采用SCR将输出的采样频率固定在48kHz可是SRC会对音质带来损害而且现在的娱乐级声卡都没有很好地解决这个问题现在应用最广泛的是石英晶体振荡器 石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器石英晶体振荡器也称石英晶体谐振器它用来稳定频率和选择频率是一种能够取代LC谐振回路的晶体谐振元件石英晶体振荡器广泛地应用在电视机、 影碟机、 录像机、 无线通讯设备、 电子钟表、 单片机、 数字仪器仪表等电子设备中为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号在单片机中为其提供时钟频率石英晶体振荡器是利用石英晶体( 二氧化硅的结晶体) 的压电效应制成的一种谐振器件它的基本构成大致是: 从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片( 简称为晶片它能够是正方形、 矩形或圆形等) 在它的两个对应面上涂敷银层作为电极在每个电极上各焊一根引线接到管脚上再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器简称为石英晶体或晶体、 晶振其产品一般用金属外壳封装也有用玻璃壳、 陶瓷或塑料封装的只要在晶体振子板极上施加交变电压就会使晶片产生机械变形振动此现象即所谓逆压电效应当外加电压频率等于晶体谐振器的固有频率时就会发生压电谐振从而导致机械变形的振幅突然增大 第三章 硬件系统设计3.1 设计原理 本设计主要由单片机、 矩阵键盘、 液晶显示器和密码存储等部分组成其中矩阵键盘用于输入数字密码和进行各种功能的实现由用户经过连接单片机的矩阵键盘输入密码后经过单片机对用户输入的密码与自己保存的密码进行对比从而判断密码是否正确然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者报警电路控制开锁还是报警实际使用时只要将单片机的负载由继电器换成电子密码锁的电磁铁吸合线圈即可当然也能够用继电器的常开触点去控制电磁铁吸合线圈本系统共有两部分构成即硬件部分与软件部分其中硬件部分由电源输入部分、 键盘输入部分、 密码存储部分、 复位部分、 晶振部分、 显示部分、 报警部分、 开锁部分组成软件部分对应的由主程序、 初始化程序、 LCD显示程序、 键盘扫描程序、 启动程序、 关闭程序、 建功能程序、 密码设置程序、 EEPROM读写程序和延时程序等组成 图3-1 电子密码锁原理框图3.2 电路总体构成在确定了选用什么型号的单片机后就要确定在外围电路其外围电路包括电源输入部分、 键盘输入部分、 密码存储部分、 复位部分、 晶振部分、 显示部分、 报警部分、 开锁部分组成根据实际情况键盘输入部分选择4*4矩阵键盘显示部分选择字符型液晶显示LCD1602密码存储部分选用AT24C02芯片来完成其原理图如图3-2所示: 图3-2 电路总体结构图3.3 电源输入电路密码锁主要控制部分电源需要用5V直流电源供电其电路如图3-3所示而5V电源输入时往往伴有杂波因此加一个2.2uF的电容滤波这样输出的电压一般能满足要求图3-3 电源输入电路原理图3.4 键盘输入电路 由于本设计所用到的按键数量较多而不适合用独立按键式键盘采用的是矩阵式按键键盘它由行线和列线组成也称行列式键盘按键位于行列的交叉点上密码锁的密码由键盘输入完成与独立式按键键盘相比要节省很多I/O口本设计中使用的这个4*4键盘不但能完成密码的输入还能作特别功能键使用比如清空显示功能等键盘的每个按键功能在程序设计中设置 其大致功能( 看键盘按键上的标记) 及与单片机引脚接法如图3-4所示: 图3-4 键盘输入原理图3.5 密码存储电路 AT24C02是ATMEL公司的2KB字节的电可擦除存储芯片采用两线串行的总线和单片机通讯电压最低能够到2.5V额定电流为1mA静态电流10Ua(5.5V)芯片内的资料能够在断电的情况下保存40年以上而且采用8脚的DIP封装使用方便其电路如图3-5所示图中1、 2、 3脚是三条地址线用于确定芯片的硬件地址在AT89S51上它们都能接地第5脚和第8脚分别为正、 负电源AT24C02中带有片内地址寄存器每写入或读出一个数据字节后该地址寄存器自动加1以实现对下一个储存单元的读写所有字节均以单一操作方式读取3.6 复位电路 单片机复位是使CPU和系统中的其它功能部件都处在一个确定的初始状态并从这个状态开始工作例如复位后PC0000H使单片机从第-个单元取指令无论是在单片机刚开始接上电源时还是断电后或者发生故障后都要复位在复位期间( 即RST为高电平期间) P0口为高组态P1P3口输出高电平; 外部程序存储器读选通信号PSEN无效地址锁存信号ALE也为高电平根据实际情况选择如图2-8所示的复位电路该电路在最简单的复位电路下增加了手动复位按键在接通电源瞬间电容C1上的电压很小复位下拉电阻上的电压接近电源电压即RST为高电平在电容充电的过程中RST端电压逐渐下降当RST端的电压小于某一数值后CPU脱离复位状态由于电容C1足够大能够保证RST高电平有效时间大于24个振荡周期CPU能够可靠复位增加手动复位按键是为了避免死机时无法可靠复位当复位按键按下后电容C1经过R5放电当电容C1放电结束后RST端的电位由R11与R15分压比决定由于R11R15 因此RST为高电平CPU处于复位状态松手后电容C1充电RST端电位下降CPU脱离复位状态R11的作用在于限制按键按下瞬间电容C1的放电电流避免产生火花以保护按键触电 图3-6 复位电路原理图3.7 晶振电路 AT89C51引脚XTAL1和XTAL2与晶体振荡器及电容C2、 C1按图3-7所示方式连接晶振、 电容C2C3及片内与非门( 作为反馈、 放大元件) 构成了电容三点式振荡器振荡信号频率与晶振频率及电容C1、 C2的容量有关但主要由晶振频率决定范围在033MHz之间电容C2、 C3取值范围在530pF之间根据实际情况本设计中采用12MHZ做系统的外部晶振电容取值为20pF 图3-7 晶振电路原理图3.8 显示电路 为了提高密码锁的密码显示效果能力本设计的显示部分由液晶显示器LCD1602取代普通的数码管来完成只有按下键盘上的开启按键后显示器才处于开启状态同理只有按下关闭按键后显示器才处于关闭状态否则显示器将一直处于初始状态当需要对密码锁进行开锁时按下键盘上的开锁按键后利用键盘上的数字键09输入密码每按下一个数字键后在显示器上显示一个*输入多少位就显示多少个*当密码输入完成时按下确认键如果输入的密码正确的话 LCD子显示RIGHT单片机其中P2.0引角会输出低电平使三极管T2导通电磁铁吸合电子密码锁被打开如果密码不正确LCD显示屏会显示ERRORP2.0输出的