电子密码锁本科毕业设计完整版.docx

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电子密码锁本科毕业设计完整版

人生最大的幸福，是发现自己爱的人正好也爱着自己。

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EEPROMAT24C02读写程序相结合

并用Keil软件进行编译

设计了一款可以多次更改密码

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

DesignofElectricPasswordLockBasedonMCU

ABSTRACT

　　Inthedailylifeandthework

thewaytothehouse'sanddepartment'ssafeguard

unit'sdocumentfile

thefinancialreportingaswellassomeindividualmaterialpreservationalmostneedmanylocks.Ifweusetraditionmechanicalkeytoopen

thepeopleoftenmustcarrymanykeys

butitisnotextremelyconvenient.Ifthekeylost

thesecuritywilldeclinegreatly.Inthesafetyworkguarddomain

thelockwithsecuritywarningfunctionelectroniccombinationhavereplacedthetraditionalmechanicalcombinationlockgradually

theelectroniccombinationlockhavethehighlysecurity

thelowlycost

thelowlypowerwastage

easytooperateandsoonmerits.

　　Thisarticleisbasedontheeconomicalandpracticalpointofview

usestheUnitedStatesAtmelCorporationAT89S51microcontrollerasamasterchipandthedatamemoryunit

itcombineswiththeexternalmatrixkeyboardinput

LCDdigitaldisplay

alarm

unlockandsooncircuits

dominatesbytheCprogramminglanguagechipEEPROMofthecontrolproceduresandcarriesonthetranslationwithKeilsoftware

thepasswordcanbechangedmanytimes

theelectronicthepasswordcontrolalsohasthealarmingfunction.

　　Thispasswordlockcircuitdesignhasanti-testbuttoninput

intelligentcontrollock

unlock

alarmandchangethepasswordmultiplefunctions.Passwordlengthcanbechanged

greatsecurityandhighflexiblethanothers

itiswidelyused

　　.

KeyWords：

Passwordlock；MCU；Alarm；LCDDisplay

摘要

第一章绪论

1.1电子密码锁简介........................................................................1

1.2电子密码锁的发展趋势...............................................................1

1.3本设计所要实现的目标...............................................................2

1.4设计方案简介...........................................................................2

第二章主要元器件介绍

2.1主控芯片AT89S51.....................................................................3

2.1存储芯片AT24C02.....................................................................6

2.3LCD1602显示器........................................................................7

2.4晶体振荡器..............................................................................8

第三章硬件系统构成

3.1设计原理.................................................................................10

3.2电路总体构成...........................................................................10

3.3电源输入电路...........................................................................11

3.4键盘输入电路...........................................................................12

3.5密码存储电路...........................................................................12

3.6复位电路.................................................................................13

3.7晶振电路.................................................................................14

3.8显示电路.................................................................................14

3.9报警电路.................................................................................15

3.10开锁电路..............................................................................15

第四章软件系统设计

4.1主程序流程图...........................................................................17

4.2按键软件设计...........................................................................18

4.3密码设置软件设计.....................................................................19

4.4开锁软件设计...........................................................................20

第五章调试与实现

5.1硬件调试.................................................................................21

5.2软件调试.................................................................................21

5.3Pruteus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

用户可以随时更改密码

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

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

目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"

可以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

必先通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

密码可以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0－9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-FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）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：

10年

　　·全静态工作：

0Hz-24Hz

　　·三级程序存储器锁定

　　·128*8位内部RAM

　　·32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

　　①RST/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10μF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（5±0.5V）内

VPD就向内部RAM提供备用电源

　　②ALE/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端可以驱动（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）

　　③PSEN（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同样可以驱动（吸收或输出）8个LS型的TTL输入

　　④EA/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

不管是否有内部程序存储器

对于常用的8031来说

无内部程序存储器

所以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/Vpd

ALE/PROG

PSEN和EA/Vpp

　　RST/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端可以驱动（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同样可以驱动八个LSTTL输入

　　EA／VppEA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）

　　①P0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

　　②P1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、8032

P1.0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

　　③P2口（21脚至28脚）：

是准双向8位I/O口

在访问外部存储器时

它可以作为扩展电路高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可以驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载

　　④P3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2-1P3口管脚备选功能

　　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）2.2存储芯片AT24C02

　　如图2-2为AT24C02的芯片引脚图

图2-2AT24C02的芯片引脚图

　　特点：

低压和标准电压运行模式

　　-2.7（VCC=2.7Vto5.5V）

　　-1.8（VCC=1.8Vto5.5V）

　　内建128x8存储序列

2线制串行接口

双向数据传送协议

100kHz（1.8V

2.5V

2.7V）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:

100年

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管脚通常外部要拉高