1、毕业设计论文电子密码锁基于AT89C5（2011届）专科毕业设计（论文）资料题 目 名 称：基于单片机的电子密码锁设计学 院（部）：电气与信息工程学院专 业：应用电子技术学 生 姓 名：渊班 级：电子0821学号指导教师：周维龙职称讲师职称最终评定成绩：工业大学教务处 （2011届）专科毕业设计（论文）基于单片机的电子密码锁设计学 院（部）：电气与信息工程学院专 业：应用电子技术 学 生 姓 名：渊班 级：电子0821学号指导教师：周维龙职称讲师职称最终评定成绩2011 年 6月摘要本次设计使用AT89C51实现一基于单片机的电子密码锁。本系统由单片机系统、矩阵键盘、LED显示和报警系统组成。
2、系统能完成开锁、超次锁定、修改用户密码基本的密码锁的功能。除上述基本的密码锁功能外，还具有温度显示、时间显示等功能，依据实际的情况还可以添加遥控功能。本系统成本低廉，功能实用。随着人们生活水平的提高，电子密码防盗锁作为防盗卫士的作用日趋重要。电子密码防盗锁用密码代替钥匙，不但省去了佩戴钥匙的烦恼，也从根本上解决了普通门锁性差的缺点。随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，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。随着人们对安全的重视和科技的发展，许多电子智能锁已在国外相继面世。但是这些产品的特点是针
3、对特定的指纹和有效卡，只能适用于要求的箱、柜、门等。而且指纹识识别器若在公共场所使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。电子锁由于其性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的欢迎。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。关键词:单片机AT89C51 LED显示 矩阵键盘 自动报警1摘要12方案的比较与论证23系统模块电路的设计43.1系统总框图43.2系统的模块电路设计4 3.2.1单片机的最小系统模块.4 3.2.2波形产生模块.53.2.3键盘模块.8 3.2.4显示模块.9 3.2
4、.5电源模块11 3.2.6温度检测模块设计13 3.2.7开锁电路和报警电路模块144系统的软件设计15 4.1软件设计思路.15 4.2系统主流程图.155总结166致187参考文献188附录192方案比较与论证方案一：采用数字电路控制。其原理方框图如图1所示。图1 数字密码锁电路方案采用数字密码锁电路的好处就是设计简单。用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路作为密码锁的核心控制，共设了9个用户输入键，其中只有6个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无效，需要重新输入；若电路连续报警三次，电路将锁定键盘10秒，防止他人的非法操作
5、。电路由两大部分组成：密码锁电路和备用电源(UPS)，其中设置UPS电源是为了防止因为停电造成的密码锁电路失效，使用户免遭麻烦。密码锁电路包含：键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输入次数锁定电路。方案二：以AT89C51为核心的单片机控制方案。利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加温度显示、时间显示甚至添加遥控控制功能。通过比较以上两种方案，单片机方案有较大的活动空间，不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能，而且还可以方便的对系统进行升级，所以我们采用后一种方案。3系统模块电路的设计31 系统总
6、框图图2系统框图32系统的模块电路设计321 单片机最小系统模块AT89C51是一种低功耗，高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和系统可编程Flash,使得AT89SC51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活，超有效地解决方案。AT89C51是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，
7、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AT89C51是一种高效微控制器， AT89C51单片机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。图3AT89C51管脚图322时钟电路模块采用专用时钟芯片DS1302，该芯片性能简介如下：DS1302的结构及工作原理 ：DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或
8、RAM数据。DS1302部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。 （1） 引脚功能及结构 图1示出DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc10.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过
9、把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc2.5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)，后面有详细说明。SCLK始终是输入端。 图4 DS1302的管脚图（2） DS1302的控制字节 DS1302 的控制字如图2所示
10、。控制字节的最高有效位(位7)必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据;位5至位1指示操作单元的地址;最低有效位(位0)如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。 图5 DS1302的控制字节（3） 数据输入输出(I/O) 在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。 （4） DS1302的寄存器 DS1302有12个寄
11、存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式,其日历、时间寄存器及其控制字见表1。 图6日历,时间寄存器及其控制字此外，DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器容。 DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0HFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。 （5） DS13
12、02与单片机连接如图7所示：图7 DS1302与单片机连接图323键盘模块使用矩阵键盘，所以本设计就采用行列式键盘，同时也能减少键盘与单片机接口时所占用的I/O线的数目，在按键比较多的时候，通常采用这样的方法。其原理如图8所示:图8 矩阵键盘每条水平(行线)与垂直线（列线）的交叉处不相通，而是通过一个按键来连通，利用这种行列式矩阵结构只需N条行线和M条列线，即可组成具有N*M个按键的键盘。在这种行列式矩阵键盘非键盘编码的单片机系统中，键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。当确认有按键按下后，下一步就要识别哪一个按键按下。对键的识别通常有两种方法：一种是常用的逐行扫描法；另一种
13、是速度较快的线反转法。对照图8所示的4*4键盘，说明线反转个工作原理。首先辨别键盘中有无按键按下，由单片机I/O口向键盘送全扫描字，然后读入行线状态来判断。方法是：向列线输出全扫描字00H，把全部列线置为低电平，然后将行线的电平状态读入累加器A中。如果有按键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为1。判断哪个键被按下：将P1.0P1.3都置低，检测P1.4P1.7是否有低的，若有，则证明有键按下，记下低的端口。然后，将P1.4P1.7置低，检测P1.0P1.3是否有低的端口，如有，则证明端口与上次的一个为地的端口交叉位置的键被按下。按键键名功能说明09键数字键输入密码*键重设密码键
14、设定新密码D键确定键比较密码C键清除键使显示器清零B键开启键开启键盘A键关闭键关闭键盘#键调整键调整时间324显示模块电子密码锁系统中，需要现实的信息较少，因此采用七段LED数码显示管作为显示器。数据传输采用串行方式，有单片机串行数据口P3.0发送，在经过74HC164串行移位器把串行数据转换成8位并行数据，用以驱动七段LED数码显示管。由于74HC164芯片中，没有数据锁存器，串行数据每到达一位，都会直接送到七段显示管中，造成所有数据都会经过其短线是数码管的每一个LED灯，是数据显示不稳定。因此在74HC164串行移位寄存器和七段数码显示管之间，加入数据锁存器（74273芯片），以稳定数码显
15、示管的数据显示。在按下开启按键后，显示器处于开启状态，同理只有按下关闭键后显示器处于关闭状态，当需要对密码锁进行开锁时，按下键盘上的开锁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“-”，输入六个数有六个“-”出现。当密码输入完成时，按下确认键。如果正确的话LED显示“111111”,单片机其中P2.0出现低电平，使三极管T2导通，电磁铁吸合，电子密码锁被打开，如果密码错误，LED显示”000000”,单片机P2.0输出的是高电平，电子密码锁不能被打开。在LED屏上时间出错时，可通过“#”键修改时间设定。图9显示电路。32.5电源模块为了防止停电情况的发生，本电路后
16、备了UPS电源，它包括市电供电电路，停电检测电路，电子开关切换电路，蓄电池充电电路和蓄电池组成。电源电路图如图5所示。图12供电电路220V市电通过变压器降压成12V的交流电,再经过整流桥整流,7805稳压到5V送往电子切换电路，由于本电路功耗较少，所以选用10W的小型变压器。由R8，R9，R6，R7及IC14构成电压比较器，正常情况下，V+V- IC14输出高电平，由T3，T4构成的达林顿管使继电器J开启，将其常开触电将蓄电池和电路相连，实现市电和蓄电池供电的切换，保证电子密码锁的正常工作（视电池容量而定持续时间）。其电路图如下图6所示：图13停电检测及电子开关切换电路T1，T2构成的蓄电池
17、自动充电电路，它在电池充满后自动停止充电，其中D1亮为正在充电，D2为工作指示。由R4，R5，T1构成电压检测电路，蓄电池电压低，则T1，T2导通，实现对其充电；充满后，T1，T2截止，停止充电，同时D1熄灭，电路中C4的作用是滤除干扰信号。其电路图如图7所示：图14蓄电池自动充电电路3.2.6 温度检测电路设计采用一线总线式温度传感器DS18B20,该传感器性能如下：(1) DS18B20的主要特性:（a）适应电压围更宽，电压围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电（b）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯（c
18、）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温（d）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路（e）温围55125，在-10+85时精度为0.5（f）可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温（g）在9位分辨率时最多在93.75ms把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms把温度值转换为数字，速度更快（h）测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力（i）负压特性：
19、电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。（2）DS18B20与单片机接口电路图如图15：3.2.7开锁电路与报警电路设计开锁电路在本次设计中，基于节省材料的原则，暂时用发光二极管代替电磁锁，发光管亮，表示开锁；灭，表示没有开锁。电路图如3.3所示。当P2.0口输出低电平时，二极管发光，表示开锁。图16 开锁电路报警电路 报警模块由蜂鸣器和单片机组成。选择一只压电式蜂鸣器，压电式蜂鸣器工作时需要100mA驱动电流。当89c51的P2.1口输出低电平时，蜂鸣器产生蜂音，89c51输出高电平时，蜂鸣器不发声。 图17 报警电路4 系统的软件设计41 软件设计思路电子密码锁工作的主要过程
20、是LED数码管提示开始输入密码，通过键盘输入密码，同时LED显示密码输入状况，接下来确认密码的判断，做出开锁或报警处理。当输入密码连续输入错误3次时，系统报警。其中还有温度和时间显示。多功能电子密码锁的基本要求:1、通过键盘修改、输入密码。2、连续三次输入密码错误后锁定键盘10秒，并给出提示。3、具有日期时间设置（小时和分钟）、显示，环境温度显示功能。4、220V供电下，设计系统所需电源，并考虑掉电后原始数据的保存。4.2系统主流程图图21报警流程图5 总结在没有做毕业设计前觉得毕业设计只是对所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种
21、检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识。在多人做项目的时候，队员的交流是非常重要的，是很关键的部分。这次的毕业设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神
22、。刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务，大家有的绘制原理图，进行仿真实验，有的积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。在毕业设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。程序的设计思想的精巧的重要性，是不管怎么说都不为过的，好
23、的设计可以让大家很快的明白你的思想，而且很方便的来实现它。良好的编程习惯，它可以使你的程序很方便的被别人阅读，也很方便的被更改，所以可以的话，尽可能多的写出注释，没有人会闲你写的太多。 在设计过程中，通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最
24、大收获和财富，使我终身受益。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。6 致本论文虽然凝聚着自己的汗水，但却不是个人智慧的产品，没有父母和朋友的帮助和支持，我在大学的学术成长肯定会大打折扣。当我打完毕业论文的最后一个字符，涌上心头的不是长途跋涉后抵达终点的欣喜，而是源自心底的诚挚意。我首先要感我的导师周维龙老师，对我的构思以及论文的容不厌其烦的进行多次指导和悉心指点，周老师多次询问进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓
25、励。周老师一丝不苟的作风，严谨的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却给以终生受益无穷之道。对周老师的感激之情是无法用言语表达的，使我在完成论文的同时也深受启发和教育。再次由衷感答辩组的各位老师对学生的指导和教诲，我也在努力的积蓄着力量，尽自己的微薄之力回报母校的培育之情，争取使自己的人生对社会产生些许积极的价值学生签名：渊 日 期：2011年6月 参考文献1MCS-51单片机原理及应用教程 迎春等 清华大学2单片机外围电路设计 沙占友等 电子工业3单片机原理机应用 念强等 机械工业5单片机应用技术教程 洪润 ：清华大学，19976单片机应用程序设计技术 周航慈 著
26、航空航天大学 7单片机原理及及应用王迎旭编 机械工业 2001附录1主电路图 图20主电路图附录2LED1 EQU 6FH BUFF EQU 6EH TIMERS1 EQU 6DH ;输入回车的次数 TIMERS2 EQU 6CH ;报警的次数 TIMERS EQU 6BH ;输入数字的位数 ;LED6 EQU 6AH ;密码缓冲区 PS1 EQU 69H PS2 EQU 68H PS3 EQU 67H PS4 EQU 66H PS5 EQU 65H PS6 EQU 64H ;AT24C02读取缓冲区 AT1 EQU 63H AT2 EQU 62H AT3 EQU 61H AT4 EQU 60
27、H AT5 EQU 5FH AT6 EQU 5EH ;按键标志位 F_1 BIT 20H F_2 BIT 21H F_3 BIT 22H F_4 BIT 23H BUF_FULL BIT 24H ;密码已经够六位的标志位，为1表示满 CH_STATE BIT 25H ;系统更改的状态标志位，为1表示busy FLAG1 BIT 26H ;功能键标志位，为1表示功能按键。 F_F1 BIT 27H F_F2 BIT 28H PSW_F BIT 29H ;密码是否正确的标志位 ;口资源定义 SPK BIT P2.1 JDQ BIT P2.3 SDA BIT P2.4 ;定义串口数据端 SCL BI
28、T P2.5 ;发光二极管灯 L1 BIT P1.0 L2 BIT P1.1 L3 BIT P1.2 ; ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH ;AJMP TIMER0 ORG 001BH ;AJMP TIMER1 ORG 0030H MAIN:MOV SP, #70H MOV TMOD, #11H MOV TH0, #3CH MOV TL0, #0B0H MOV TH1, #3CH MOV TL1, #0B0H CLR F_1 ;清除标志位 CLR F_2 CLR F_3 CLR F_4 CLR BUF_FULL CLR CH_STATE CLR FLAG1 CLR F
29、_F1 CLR F_F2 CLR PSW_F MOV BUFF,#00H ;调用 LCALL INITPS ;初始化环境 LCALL INITAT LCALL XSA ;调用默认显示 MOV TIMERS1,#00H NOP MOV PS1, #11H ;初始化密码830620 MOV PS2, #0AH MOV PS3, #02H MOV PS4, #13H MOV PS5, #0BH MOV PS6, #02H START:NOP ;程序开始 LCALL CH_KEY ;检查键盘 AJMP START ;返回 CH_KEY:LCALL KS ;检查有没有按键按下 JNZ LK1 AJMP CH_KEY LK1: LCALL T12MS ACALL KS JNZ LK2 RET LK2: NOP LCALL SBIE ;按键识别子程序 MOV BUFF
