基于单片机实现的电子密码锁设计.docx
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基于单片机实现的电子密码锁设计
题目电子密码锁
一、基本情况
学时：
2周学分：
2学分适应班级：
09电气工程
二、课程设计的意义、性质、目标、要求
1．意义
课程设计是单片机课程教学的最后一个环节，是对学生进行全面的系统的训练。
进行课程设计可以让学生把学过的比较零碎的知识系统化，真正的能够把学过的知识落到实处，能够开发简单的系统，也进一步激发了学生再深一步学习的热情，因此课程设计是必不少的，是非常必要的。
2．性质
课程设计是提高学生单片机技术应用能力以及文字总结能力的综合训练环节，是配合单片机课程内容掌握、应用得的专门性实践类课程。
3．目标
通过典型实际问题的实际，训练学生的软硬件的综合设计、调试能力以及文字组织能力，建立系统设计概念，加强工程应用思维方式的训练，同时对教学内容做一定的扩充。
4．要求
（1）课程设计的基本要求
单片机课程设计的主要内容包括：
理论设计与撰写设计报告等。
其中理论设计又包括选择总体方案，硬件系统设计、软件系统设计；硬件设计包括单元电路，选择元器件及计算参数等；软件设计包括模块化层次结构图，程序流程图。
程序设计是课程设计的关键环节，通过进一步完善程序设计，使之达到课题所要求的指标。
课程设计的最后要求是写出设计总结报告，把设计内容进行全面的总结，若有实践条件，把实践内容上升到理论高度。
（2）课程设计的教学要求
单片机课程设计的教学采用相对集中的方式进行，以班为单位全班学生集中到设计室进行。
做到实训教学课堂化，严格考勤制度，在实训期间（两周）累计旷课达到6节以上，或者迟到、早退累计达到8次以上的学生，该课程考核按不及格处理。
在实训期间需要外出查找资料，必须在指定的时间内方可外出。
课程设计的任务相对分散，每3—5名学生组成一个小组，完成一个课题的设计。
小组成员既有分工、又要协作，同一小组的成员之间可以相互探讨、协商，可以互相借鉴或参考别人的设计方法和经验。
但每个学生必须单独完成设计任务，要有完整的设计资料，独立撰写设计报告，设计报告雷同率超过50%的课程设计考核按不及格处理。
三、课程设计题目及设计过程
本设计通过1个单片机AT89C2051芯片，三极管，开关，电池线圈等完成一个8位电子密码锁，其工作原理是通过开关控制单片机的P3.7，P3.2口输出电流信号，从而控制喇叭的响声与电池线圈的磁通量变化，通过磁力的效应，吸引开关的开通与报警。
用单片机设计一个密码锁，要求设计一个8位密码的密码锁。
能完成密码设置，密码检验，错误时报警5秒提示，错误超过3次时报警1分钟作用
设计并制作有如下功能的电子密码锁：
1）时钟功能
由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器，并产生振荡时钟脉冲。
2）复位电路
复位操作完成单片机片内电路的初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。
3）开锁电路
利用电磁继电器的工作原理和特性，形成开锁电路。
4）放大电路与中断
利用三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小。
5）报警电路
采用普通5V成品小蜂鸣器。
四、设计报告
设计完成后，必须撰写课程设计报告。
设计报告必须独立完成，格式符合要求，文字（不含图形、程序）不少于3000字，图形绘制规范报告书用A4纸书写，装订成册。
设计报告的格式如下：
1、封面
2、内容提要（摘要）
3、目录
4、正文
（1）所作题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能；
（2）硬件电路设计及描述；
1）确定元器件的型号及参数。
2）画出完整的原理图。
3）列出元器件清单。
（3）软件设计流程及描述；
5、心得体会（总结）
6、参考文献
7、附录（源程序代码、相关图纸）
五、进度安排
单片机课程设计共安排2周，合计80学时，具体分配如下：
实习动员及准备工作：
2学时
总体方案设计：
10学时
硬件设计：
16学时
软件设计：
20学时
撰写设计报告：
12学时
答辩与总结：
8学时
教师辅导：
12学时
六、考核方法
单片机课程设计的考核方式为考查，考核结果为优秀、良好、中等、及格和不及格五等，分数在90-100之间为优秀，80-89分之间为良好，70-79分之间为中等，60-69分之间为及格，60分以下为不及格。
考核分三个方面进行：
平时表现20%；设计过程25%；设计报告40%；设计答辩15%。
有下列情形之一者，课程设计考核按不及格处理：
1、设计期间累计迟到、早退达8次；
2、设计期间累计旷课达6节；
3、设计报告雷同率超过50%或无设计报告；
4、不能完成设计任务，达不到设计要求。
摘 要
随着科技和人们的生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统机械锁由于构造简单，被撬事件屡见不鲜；电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的青睐。
本设计以单片机AT89C2051作为8位电子密码锁监控装置的检测和控制核心，分为主机控制和从机执行机构，实现钥匙信息在主机上的初步认证注册、密码信息的加密、钥匙丢失报废等功能。
根据51单片机之间的串行通信原理，这便于对密码信息的随机加密和保护。
而且采用键盘输入的电子密码锁具有较高的优势。
采用数字信号编码和二次调制方式，不仅可以实现多路信息的控制，提高信号传输的抗干扰性，减少错误动作，而且功率消耗低、反应速度快、传输效率高、工作稳定可靠等。
软件设计采用自上而下的模块化设计思想，以使系统朝着分布式、小型化方向发展，增强系统的可扩展性和运行的稳定性。
测试结果表明，本系统各项功能已达到本设计的所有要求。
关键词：
C2051单片机，电子密码锁
目录
1绪论1
1.1课题背景1
1.2单片机简介1
1.3单片机的发展1
1.4单片机与电子密码锁的关联及应用2
2系统方案设计3
2.1系统总设计机构图3
2.2开锁机构图3
2.3设计要求3
3系统硬件设计4
3.1系统芯片的选择4
3.2时钟电路4
3.3放大电路与中断4
3.4复位电路5
3.5开锁电路6
3.6报警电路7
4系统软件设计8
4.1系统软件设计整体思路8
4.2串口引脚功能及其他引脚8
4.3系统软件设计整体思路9
结论10
参考文献11
附录12
1参考程序12
2硬件原理图14
1绪论
1.1课题背景
单片微型计算机简称为单片机，又称为微型控制器，是微型计算机的一个重要分支。
单片机是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统于同一硅片的器件。
80年代以来，单片机发展迅速，各类新产品不断涌现，出现了许多高性能新型机种，现已逐渐成为工厂自动化和各控制领域的支柱产业之一。
1.2单片机简介
本课题采用AT89C2051单片机，是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含2kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机数据存储器（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位中央处理器和Flash存储单元，AT89C2051单片机在电子类产品中有广泛的应用。
1.3单片机的发展
如果将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段：
（1）第一阶段（1976-1978）：
单片机的控索阶段。
以Intel公司的MCS–48为代表。
MCS–48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola、Zilog等，都取得了满意的效果。
这就是SCM的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。
（2）第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。
Intel公司在MCS–48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS–51。
它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。
①完善的外部总线。
MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。
②CPU外围功能单元的集中管理模式。
③体现工控特性的位地址空间及位操作方式。
④指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。
（3）第三阶段（1982-1990）：
8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。
Intel公司推出的MCS–96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。
随着MCS–51系列的广应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制的特征。
（4）第四阶段（1990—）：
微控制器的全面发展阶段。
随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。
1.4单片机与电子密码锁的关联及应用
目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。
电子锁可以在日常生活和现代办公中，住宅与办公室的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存等多种场合使用。
大大提高了主人物资的安全性，安全可以代替老式机械锁。
目前使用的密码锁种类繁多，各具特色。
本文从经济实用的角度出发，采用AT89C2051单机，研制了一款具有防盗自动报警功能的电子密码锁。
该密码锁设计方法合理，简单易行，成本低，符合住宅、办公室用锁要求，具有一定的推广价值。
2系统方案设计
2.1系统总设计机构图
图2.1总设计机构图
本设计由主控芯片51单片机，单片机时钟电路，键盘，和开锁电路组成。
单片负责控制整个系统的执行过程。
2.2开锁机构图
密码密码正确
图2.2开锁机构图
2.3设计要求
设计并制作有如下功能的电子时钟：
1）时钟功能
由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器，并产生振荡时钟脉冲。
2）复位电路
复位操作完成单片机片内电路的初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。
3）开锁电路
利用电磁继电器的工作原理和特性，形成开锁电路。
4）放大电路与中断
利用三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小。
3系统硬件设计
3.1系统芯片
图3.1系统芯片
3.2时钟电路
图3.2时钟电路
内部振荡方式:
在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器（简称晶振）或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方式。
由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器，并产生振荡时钟脉冲。
晶振通常选用6MHz、12MHz或24MHz。
内部振荡方式如图1所示。
图中电容器C1,C2起稳定振荡频率、快速起振的作用。
电容值一般为5~30pF。
内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定，实用电路中使用较多。
3.3放大电路
图3.3放大电路
三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。
但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。
IC的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数β（β=ΔIC/ΔIB,Δ表示变化量。
），三极管的放大倍数β一般在几十到几百倍。
晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：
锗管和硅管。
而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，（其中，N表示在高纯度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而p是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电）。
两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。
对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结，而集电区与基区形成的PN结称为集电结，三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极c。
3.4复位电路
图3.4复位电路
复位操作完成单片机片内电路的初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。
当8051单片机的复位引脚RST出现5ms以上的高电平时单片机就完成了复位操作。
如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态，而无法执行程序。
因此要求复位后能脱离复位状态。
根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：
上电复位、开关复位。
上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。
3.5开锁电路
图3.5开锁电路
电磁继电器的工作原理和特性
电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。
只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。
当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。
这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：
继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
3.6报警电路
采用普通5V成品小蜂鸣器。
利用AT89S51单片机的IO口控制一个8550的三极管，三极管控制蜂鸣器的电源通断。
从而实现输出声音。
图3.6报警电路
4系统软件设计
4.1系统软件设计整体思路
一个应用系统要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。
同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。
甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单，如数字滤波，信号处理等。
因此充分利用其内部丰富的硬件资源和软件资源，采用与C51系列单片机相对应的51汇编语言和结构化程序设计方法进行软件编程。
程序设计语言有三种：
机器语言、汇编语言和高级语言。
机器语言是机器唯一能“懂”的语言，用汇编语言或高级语言编写的程序（称为源程序）最终都必须翻译成机器语言的程序（成为目标程序），计算机才能“看懂”，然后逐一执行。
高级语言是面向问题和计算过程的语言，它可通过于各种不同的计算机，用户编程时不必仔细了解所用的计算机的具体性能与指令系统，而且语句的功能强，常常一个语句已相当于很多条计算机指令，于是用高级语言编制程序的速度比较快，也便于学习和交流，但是本系统却选用了汇编语言。
原因在于，本系统是编制程序工作量不大、规模较小的单片机微控制系统，使用汇编语言可以不用像高级语言那样占用较多的存储空间，适合于存储容量较小的系统。
4.2串口引脚功能及其他引脚
单片的P1口外接1位8段数码管，作为密码输入显示器；INT0外接蜂鸣器，当INT0被置0时，蜂鸣器发出声音；P0口外接发光二极管用作系统工作状态提示。
ALE引脚悬空，复位引脚接到复位电路、VCC接电源、VSS接地、EA接电源。
图4.1AT89C2051单片机电路图
4.3系统软件设计整体思路
图4.2软件设计整体
结论
作为一名电气工程及其自动化专业的大四学生，我觉得做单片机课程设计是十分有意义的，而且是十分必要的。
在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是专业课。
我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，如何去锻炼我们的实践能力？
如何把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去呢？
我想做类似的课程设计就为我们提供了良好的实践平台。
在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。
为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。
我们是在做单片机课程设计，但我们不是艺术家，他们可以抛开实际尽情在幻想的世界里翱翔，而我们一切都要有据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。
其次，在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，如：
protel99制图、汇编语言等。
虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。
最后，要做好一个课程设计，就必须做到：
在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常德，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。
另外，这次课程设计让我感到了团队合作的重要性。
在团队中，我们互帮互助，对整个课程设计来说，这是至关重要的，缺少每一个人都会对我们的设计产生影响。
还有要感谢指导老师在我们遇到困难时，给予我们的建议与鼓励。
几周的课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。
发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。
参考文献
1.谢维成单片机原理与应用及C51程序设计[M].2版:
清华大学出版社2009.07
2.李文华单片机应用技术[M].1版:
人民邮电出版社2011.07
3.康华光电子技术基础（模拟部分）[M].5版:
高等教育出版社2005.07
4.赵广林PROTEL99SE电路设计与制板［M］.机械工业出版社，2007
5.黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程［M］.北京：
电子工业出版社,2005
附录
1参考程序
ORG0000H
AJMPSTART
ORGOO3OH
START：
ACALLPB
MOVRO，#31H
MOVR2，#8
SET：
MOVP1，#0FFH
MOVA，P1
CJNEA，#0FFH，L8；当A≠0FFH时，转移（判断有无按键按下）
AJMPSET
L8：
ACALLDELAY；调用延时
CJNEA，#0FFH，SAVE
AJMPSET；设置8位密码
SAVE：
ACALLBP
MOV@R0A；把A送给R0中内容所指向地址
INCR0
DJNZR2，SET；R2-1≠0,转移（判断输入密码够8位否）
MOVR5，#16
D2S：
ACALLBP；延时
DJNZR5，D2S
MOVR0，#31H
MOVR3，#3
AA1：
MOVR2，#8
AA2：
MOVP1，#0FFH
MOVA，P1
CJNZA，#0FFH，L9
AJMPAA2
L9ACALLDELAY
CJNEA，#0FFH，AA3
AJMPAA2；判断输入密码有错误否
AA3：
ACALLBP
CLRC；对进位清零
SUBBA，@R0；A-@R0-CY（判断输入密码与设置密码相等否）
INCR0
CJNEA，#00H，AA4；A≠00H,转移
AJMPAA5
AA4：
SETB00H；记错误一次，00H单元内容置“1”
AA5：
DJNZR2，AA2；R2-1≠0,转移到AA2（判断输入密码够8位否）
JB00HAA6；00H单元=1，转移
CLRP3.2；标志=1否
L3MOVR5，#8
ACALLBP；延时
DJNZR4，L3
MOVR3，#3
SETBP3.2
AJMPAA1
AA6：
DKNZR3，AA7；判断3次错误到否
MOVR5，#24
L5：
MOVR4，#200
L4：
ACALLBP；错误3次，警告1分钟
DJNZR4，L4
DJNZR5，L5
MOVR3，#3
AA7：
MOVR5，#40
ACALLBP；延时
DJNZR5，AA7
AA8：
CLR00H；错误标志清零
AJMPAA1
BP：
CLRP3.7；错误次数清零
MOVR7，#250
L2：
MOVR6，#124
L1：
DJNZR6，L1；R6-1≠0,转移
CPLP3.7；P3.7口取反
DJNZR7，L2
SETBP3.7；P3.7口置“1”
RET
DELAYMOVR7,#20
L7:
MOVR6,#125；延时（短音提示）
L6:
DJNZR6,L6
DJNZR7,L7
RET
END
2硬件原理图
升级会员 