毕业论文---基于单片机电子密码锁的设计.doc

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1、 毕业设计(论文) 课 题 名 称 基于单片机电子密码锁的设计 学 生 姓 名 刘海龙 学 号 0914400320 系、年级专业 机电一体化 指 导 教 师 胡 畔 年 月 日 II 摘摘 要要 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。随着科学技术的 不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。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。密码锁具有安全性高、 成本低、功耗低、易

2、操作等优点。 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传统的机械式密码 锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是 在性能上都大大提高一步。随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世， 出现了带微处理器的智能密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化管 理、专家分析系统等功能，从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性，应用日益广泛。 随着人们对安全的重视和科技的发展，许多电子智能锁（指纹识别、IC 卡辨认） 已在国内外相继面世。但是这些产品的特点是针对特定的指纹和有效卡，只能适用于 保密要求的箱、柜、门等。而且指纹识识别器若在公共场所使

3、用存在容易机械损坏， IC 卡还存在容易丢失、损坏等特点。加上其成本较高，一定程度上限制了这类产品的 普及和推广。鉴于目前的技术水平与市场的接收程度，电子密码锁是这类电子防盗产 品的主流。 基于以上思路，本次设计使用 ATMEL 公司的 AT89C51 实现一基于单片机的电子 密码锁的设计，其主要具有如下功能： (1) 设置 6 位密码，密码通过键盘输入，若密码正确，则将锁打开。 (2) 密码可以由用户自己修改设定（只支持 6 位密码） ，锁打开后才能修改密码。 修改密码之前必须再次输入密码，在输入新密码时候需要二次确认，以防止误操作。 (3) 报警、锁定键盘功能。密码输入错误数码显示器会出现

4、错误提示，若密码输 入错误次数超过 3 次，蜂鸣器报警并且锁定键盘。 电子密码锁的设计主要由三部分组成：34 矩阵键盘接口电路、密码锁的控制电 路、输出八段显示电路。另外系统还有 LED 提示灯，报警蜂鸣器等。 密码锁设计的关键问题是实现密码的输入、清楚、更改、开锁等功能： (1)密码输入功能：按下一个数字键，一个“”就显示在最右边的数码管上，同 时将先前输入的所有“”向左移动一位。 (2)密码清除功能：当按下清除键时，清除前面输入的所有值，并清除所有显示。 (3)密码更改功能：将输入的值作为新的密码。 III (4)开锁功能：当按下开锁键，系统将输入与密码进行检查核对，如果正确锁打开， 否则

5、不打开。 主要的设计实施过程：首先，选用 ATMEL 公司的单片机 AT89C51，以及选购其 他电子元器件。第二步，使用 DXP 2004 设计硬件电路原理图，并设计 PCB 图完成人 工布线（后因 PCB 板损坏决定采用万能板焊接的方法） 。第三步，使用 Keil uVision3 软件编写单片机的 C 语言程序、仿真、软件调试。第四部，使用 PROTEUS 软件进行 模拟软、硬件调试。最后，联合软、硬件调试电路板，完成本次毕业设计。 关键词：关键词：34 矩阵键盘；AT89C51；密码锁；密码二次确认 1 目录目录 摘摘 要要I 第第 1 章章 绪论绪论1 1.1 背景.2 1.1.1

6、电子锁.2 1.21.2 电子密码锁的特点.2 1.3 电子密码锁的发展趋势2 第第 2 章章 系统总体设计系统总体设计3 2.1 系统结构4 2.2 系统组成.4 2.3 系统可行性分析.4 第第 3 章章 硬件电路设计硬件电路设计5 3.1 单片机 AT89C51 简介5 3.1.1 主要特性.5 3.1.2 管脚说明.5 3.1.3 震荡特性.7 3.1.4 芯片擦除.7 3.2 34 矩阵键盘7 3.3 复位电路.8 3.4 振荡电路.9 3.5 数码管10 3.6 发光二极管 LED10 3.7 蜂鸣器.11 3.8 完整电路图12 3.9 使用到的元器件列表.12 3.10 完整

7、PCB 板14 第第 4 章章 PROTEL99SE 运用运用 15 4.1 建立一个数据库文件.15 4.2 使用 protel99se 原理图绘制15 4.3 如果新建 PCB 文件以及载入封装图.15 4.4 将 SCH 转为 PCB 文件 15 2 4.5 protel99se 的自动布线.16 4.6 创建原理图元件库16 4.7 创建 PCB 元件封装.16 4.8 protel99se 的 PCB 设计中的技巧.17 第第 5 章章 软件程序设计软件程序设计17 5.1 软件设计流程图18 5.2 具体功能软件实施.19 5.2.1 开始等待流程.19 5.2.2 密码检查功能.

8、19 5.2.3 显示功能.20 5.2.4 键盘扫描.22 5.2.5 修改密码.23 结束语及展望结束语及展望24 致致 谢谢25 参考文献参考文献26 附录附录 .27 附录 1：元件清单.27 附录 2：完整电路图.28 附录 3：完整 PCB 图.29 附录 4：程序.30 3 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 背景 随着社会物质财富的日益增长，安全防盗已成为社会问题。而锁自古以来就是把 守门户的铁将军，人们对它要求甚高，既要安全可靠地防盗，又要使用方便，这也是 制锁者长期以来研制的主题。目前国内，大部分人使用的还是传统的机械锁。然而， 眼下假冒伪劣的机械锁泛滥成灾，互开率非常之高。

9、所谓互开率，是各种锁具的一个 技术质量标准，也就是1把钥匙能开几把锁的比率。经国家工商局、国家内贸局、中国 消协等部门对锁具市场的调查，发现个别产品的互开率居然超标26倍。 为何弹子锁的“互开率”会如此之高？据有关专家人士剖析，弹子锁质量好坏主 要取决于弹子数量的多少以及弹子的大小，而弹子的多少和大小受一定条件的限制。 此外，即使是一把质量过关的机械锁，通过急开锁，甚至可以在不损坏锁的前提下将 锁打开。机械锁的这些弊端为一种新型的锁-电子密码锁，提供了发展的空间。 1.1.1 电子锁电子锁 电子锁是采取电子电路控制，以电磁铁或者卫星电机和锁体作为执行装置的机电 一体化锁具，相比传统的机械锁具，

10、电子锁不使用金属钥匙，保密性、精度都有很大 提高。 电子锁的发明思路，源自古代发明的自动机械，例如古希腊数学家赫伦的液压自 动门，中国古代诸葛亮的木牛流马，它们以重力或蒸汽压力驱动，最广泛的用途乃是 用在古代墓道的地下机关。电子工业的诞生，使得以微小电量驱动机械成为可能，于 是有了电子锁一日千里的跃进。 1.21.2 电子密码锁的特点 电子密码锁是一种通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，通过编程 来实现的。其性能和安全性已大大超过了机

11、械锁，主要特点如下： 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。 用户可以经常更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员 的更替而使锁的密级下降。 4 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，防止试探密码。 1.3 电子密码锁的发展趋势 从目前的技术水平和市场认可程度看，使用最为广泛的是键盘式电子密码锁，该 产品主要应用于保险箱、保险柜和金库，还有一部分应用于保管箱和运钞车。键盘式 电子密码在键盘上输入，与打电话差不多，因而易于掌握，其突出优点是“密码”是记在 被授权人脑子里的数字和字符，既准确又可靠，不会丢失（除了忘记） ，难以被窃（除 非

12、自己泄露） 。但是密码不能太简单，太简单了就容易被他人在键盘上试探出来，或者 可能被旁观者窥测出来，造成保密性不足。当然，密码又不能太复杂，太复杂了可能 自己都糊涂了，或者输入密码操作成功率低，造成使用不便。因此，为了发扬优点、 克服弱点，键盘式电子密码也在不断发展中，如“任意设定密码”技术使得被授权人可以 根据自己的需要或喜好设定密码，常用常新；而“自动更改密码”技术使得本次输入的密 码将自动更改成下次应输入的密码，更改的规律不为他人所知，因而不怕旁观者窥测； 独出心裁的“键盘乱序显示”技术使得键盘上的固定键位每次显示出的字符不固定，并且 显示的窄小角度只能由操作者正面看得到，因而即使旁观者

13、看见操作动作也难以窥测 出密码；“多重密码设定”技术使得单组密码不一定有效，适合多人分权使用，需要输入 两组以上的密码才被认可，大大提高了保密性，如果限定输入这些密码的先后顺序或 时间区段，则保密性还可提高。在输入密码的过程中，为了限制试探密码的企图，通 常输入错误码若干次或若干时间内输入不正确，即“封锁”键盘，不再接受输入操作。总 之，尽管新式电子防盗锁层出不穷，但键盘式电子密码防盗锁不仅在市场上居于主流 地位，而且，还经常作为其他类型电子防盗锁的辅助输入手段。 5 第第 2 章章 系统总体设计系统总体设计 2.1 系统结构 AT89C51 数码管 蜂鸣器 LED 34 键盘 复位电路 图

14、21（系统结构） 2.2 系统组成 如图 21 所示系统主要由 AT89C51(51 系列)、数码管、蜂鸣器、LED、34 矩 阵键盘、复位电路等组成。 2.3 系统可行性分析 系统工作原理分析：使用 AT59C51 单片机、34 矩阵键盘、LED、蜂鸣器等。矩 阵键盘分别为 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、OK、Enter。系统开始输入密码；输 入密码时，数码管显示电路显示为“对应的数字” ，当密码输入完毕按下 OK 键时，对 输入密码与设定的密码进行比较，若密码正确则蜂鸣器发出提示音，并且 LED 点亮； 电源 6 若密码不正确，则蜂鸣器不发出声音。 第第 3 章章 硬件电路设计硬

15、件电路设计 3.1 单片机 AT89C51 简介 AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片机，片内含 4K bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和 128bytes 的随机存取数据序存器 （RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度/非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指 令系统，片内置通用 8 位中央处理器（CPU）和 FLASH 存储单元，AT89C51 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。 3.1.1 主要特性主要特性 8031 CPU 与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程 FLASH 存

16、储器(寿命：1000 写/ 擦循环) 全静态工作：0Hz-24KHz 三级程序存储器保密锁定 128*8 位内部 RAM 32 条可编程 I/O 线 两个 16 位定时器/计数器 6 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 图 31（AT89C51） 3.1.2 管脚说明管脚说明 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可 以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原

17、码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 7 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉 为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口 作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并 因此作为输入时，P2 口的管脚被

18、外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址 的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对 外部八位地址数据存储 器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接 收高八位地址信号和控制信号。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电 流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于 外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为

19、 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 管脚 备选功能: P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断 0） P3.3 /INT1（外部中断 1） P3.4 T0（记时器 0 外部输入） P3.5 T1（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） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：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。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 F

20、LASH 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。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周 期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSE

21、N 信号将不出现。 8 /EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH）， 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端 保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编 程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 3.1.3 震荡特性震荡特性 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片 内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，X

22、TAL2 应不 接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽 无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 3.1.4 芯片擦除芯片擦除 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持 ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空 存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种 软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定时器，计数器，串 口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所用 其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 3.2 34 矩阵键盘 如图所示，本系统采用 34 矩阵键盘，12 个按键分为输入数字键： 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9；功能键 OK、Enter。矩阵键盘。