1、八位电子密码锁的设计 学 士 学 位 论 文八位电子密码锁的设计姓 名：化秀艳学 号：200905120309指导教师：李爱云 田中俊院系(部所)：光电工程学院专 业：电子信息工程完成日期：2013年04月15日 学 士 学 位 论 文八位电子密码锁的设计姓 名：化秀艳学 号：200905120309指导教师：李爱云 田中俊院系(部所)：光电工程学院专 业：电子信息工程完成日期：2013年04月15日摘 要由于人们生活水平的日益提高，怎样实现安全防盗这一问题也变的尤其重要，传统意义上的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件层出不穷。然而数字电子密码锁是一种由电子电路控制锁体的新型电子产品，它采用触
2、摸式键盘输入开锁密码，操作方便。触摸式电子锁的输入部分采用触摸开关（键盘输入），相比于于传统的机械开关其优势在于其保密性高，灵活性好，安全系数高，无活动零件，无磨损，寿命长等因此深受广大用户的亲睐。最早的数字电子密码锁源于80年代的日本。随着日本经济复苏，电子行业的飞速发展，一些基于门电路原理的密码锁相继诞生了。这类电路安全性差，容易破解。到了90年代，微电子技术的进步和通信技术的发展为数字密码锁的更新提供了技术上的基础，从而推动密码锁走向实际应用的阶段。我国从90年代初开始对密码锁进行初步的探索。到目前为止，在此领域虽已有较大的发展，采用各种原理的数字电子锁也屡见不鲜，技术也相当先进，电子技
3、术发展至今已达到相当高的水平，但现存在的电子密码锁的大部分都是四位的，被破译的可能性很大，因此更高位的密码锁的诞生是必须的。本设计拟采用C51单片机作为核心单元，利用单片机串行发射、接受等功能设计具有本机开锁和报警功能的电子密码锁。关键词:单片机；密码锁；单片机设计；电子锁；数字键盘AbstractAlong with the exaltation of social science and the living level of people, how carry out the family to guard against theft, this problem also change
4、particularly outstanding.Because of the simple construct of traditional machine lock,the affairs of theft is hackneyed.the electronics lock is safer because of its confidentiality, using the vivid good, the safe coefficient is high, being subjected to the large customer close.It can carry out the ke
5、y information to register in the main on board initial attestation, the password information encrypt etc. Go to correspond by letter the principle according to the string between 51 machines, this is easy to encrypt and protect to the passwords information random. Adopt the numerical signal codes,no
6、t only can carry out many controls of the road information, raise the anti- interference that signal deliver, reduce the mistake action,but also the power consume is low， Respond quickly,the efficiency deliver is high, work stable credibility etc. The software design adoption the design thought from
7、 top to bottom, to make the system toward wear distribute type,turn to the direction development of small, strengthen the system and can expand the stability and circulate.Test the result enunciation, various functions of this system are already all request of this design.Key words：singlechip;crypto
8、gram lock;singlechip design; electronics lock.绪论1.1电子密码锁的简介随着科技和人们的生活水平的日益提高。具有自动防盗报警功能的电子密码锁逐渐替代了传统意义上的机械锁。克服了机械锁保密性低，灵活性差，安全系数低的诸多缺点。使用电子密码锁无论从安全性能还是从技术上都得到了很大的提高。随着大规模集成电路技术的发展，单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机的产生为电子密码锁的诞生奠定了基础。电子锁是采用电子电路控制的，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。而电子密码锁是在电子锁的基础上设计的，它是一种通过密码输入来控制电路或者芯片的工作，
9、从而实现对机械开关闭合的控制，完成开锁和闭锁任务的电子产品。1.2电子锁密码锁的发展趋势电子密码锁的种类繁多，目前市场上的密码锁大部分都是四位和六位的，它们的保密性和安全系数也是很高的。但是随着密码锁的发展，偷盗者的技术也相应的变得高超甚至还有一些偷盗者对外宣称没有他们打不开的锁。因此八位密码锁的诞生是顺应时代的要求的。基于以上思路，本次设计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。1.3本设计所要实现的目标 本次设计主要是实现安全性高，成本低，耗能低等特点
10、，最主要的是方便用户的使用。本次设计拟采用以51单片机为核心的控制方案，利用单片机的编程设计和众多的I/O端口，及其控制的准确性，不但能实现密码锁的基本功能，还能实现报警功能，遥控功能及光控功能等多种扩张功能。为以后产品的系统升级提供了方便。该电子密码锁主要实现的功能是：（1）系统设置8位密码，密码通过键盘输入，若密码正确，则将锁打开。（2）密码由用户自己设定，在开锁状态下，用户可自行修改密码。（3）具有自动报警功能。自动报警分现场报警和远程报警两种。现场报警由扬声器发出报警声。（4）两种情况下可报警：一是密码输入错误3次，则报警；二是非正常开门，如破门而入的情况，可通过系统的红外监视装置监测
11、，同时报警，保证了系统的安全性。系统工作时，用户通过按键输入8位密码，单片机将输入密码与设定密码进行比较，若密码正确，则发出开锁信号，将门打开，系统不报警；若密码不正确，则有相应的指示灯闪动，并要求重新输入密码，重新输入密码的次数不能超过3次，若3次输入的密码都不正确，则发出报警信号。第1章设计方案2.1系统总设计方案本次设计拟采用以51单片机为核心的控制方案，利用单片机的编程设计和众多的I/O端口，及其控制的准确性，不但能实现密码锁的基本功能，还能实现报警功能，遥控功能及光控功能等多种扩张功能。为以后产品的系统升级提供了方便。图2-1系统总设计结构图本设计由主控芯片51单片机，单片机时钟电路
12、，键盘，和开锁电路组成。由单片负责控制整个系统的执行过程。电子密码锁的设计主要是4*4矩阵键盘接口电路设计，密码锁的控制电路设计，输出八段显示电路设计，以及蜂鸣报警电路的设计。另外还有LED提示灯，其中矩形键盘中应包括0-9十个数字键，确认键，返回键，清除键等功能键。2.2系统硬件的设计方案系统的硬件设计主要是功能单元的电路设计以及电路元件的采选。其中功能单元的电路设计主要包括开锁结构的电路设计，按键结构的电路设计，密码锁的电源电路设计，报警结构的电路设计，数码管及LED灯的电路设计以及总电路图的设计。这些电路图的设计主要是使用所学的Protel软件，根据设计方案画出实际的电路图，再通过调试检
13、测电路的可行性。2.3系统软件的设计方案系统的软件设计主要是根据电路图和所需要实现的功能进行编程。要实现软件的编程首先要了解51单片机的基本特点，才能正确的编程。在本设计中51单片机是主控芯片，只有程序编写成功后才可以实现对整个产品的控制。所以说系统的软件设计是整个设计的基础也是核心。第2章系统硬件设计3.1主控芯片AT89C51单片机的简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1
14、00次。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AT89C51是一种高效微控制器。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-24MHz三级程序存储器锁定1288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：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。
15、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。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。 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
16、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。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AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：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
17、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FLASH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。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE
18、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/PSEN信号将不出现。/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；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。3.2系统电路设计本系统电路主芯片AT89C51，晶振和两个电容组成的时钟脉冲，一个电阻和一个电解电容和一个按键组成的复位电路，一个8段数码管构成的密码显示器，一个蜂鸣
19、器，5个LED，一个NPN三极管加上一个继电器组成的驱动电路构成了系统电路。3.2.1 晶振时钟电路和复位电路的设计单片机XIAL1和XIAL2分别接30PF的电容，中间再并个12MHZ的晶振，形成单片机的晶振电路。图31 晶振电路图32 复位电路3.2.2 串口引脚功能介绍单片的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。3.2.3 其它引脚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。3.2.4 显示电路设计八段数码管显示你的摩斯按键是否正确对应你要输入的数字密
20、码。由于采取上电设置密码的编程方法复位键即密码修改键设置在门后，要打开门才能修改密码。设置密码后若输入密码不对的前两次5秒报警，最后一次10分钟报警,摩斯按发错误除外(但有两秒报警，并且须全部密码重新输入)。本电路设置四位密码，由于每位数字键均由五位摩斯码构成则要输入20次摩斯码键！p0.0（绿色）“滴”显示，p0.2（黄色）“嗒”音显示，p0.4（红色）摩斯码按法错误或密码错误，p0.6（蓝色）表示该电路已设置了密码，等待输入密码进行比较。3.3电路图的绘制用PROTEL 99 SE绘制的完整电路图如下： 图33 系统电路图3.4元器件采购1元器件清单原件名称备注单片机AT89C51电阻R1
21、，R210K，100K各一只电解电容C3100F无极电容C1，C230VF数码管一只5V蜂鸣器一只晶振12MHZ三极管9014一个按健S1，S2各一个12V继电器一个LED D1，D2，D3，D4绿，黄，红，蓝各一个2极管40041只万能电路板1块表33 元器件清单由于继电器没有买到，所以由LED灯代替。只要密码输入后LED灯能亮则说明电路设计达到要求。第3章软件设计4.1 系统软件设计整体思路一个应用系统要达到它的各种功能，不但要有较完善的硬件作保证。同时还需要必要的软件程序做基础，由于现在迅猛发展的微机应用技术，在很多情况下软件编程是可以替代硬件来完成任务的，甚至在很多时候软件编程相比于硬
22、件电路更加简便可行。其中信号处理就是一个很好的例子。因此软件编程是重中之重。常见的程序语言有机器语言、汇编语言和高级语言三种。由于机器语言是机器唯一能识别的语言，因此用汇编语言或高级语言编写的程序（称为源程序）最终都必须转换成机器语言的程序（成为目标程序），才能被计算机才能识别，进而被执行。本次设计选择采用汇编语言而不是高级语言，其主要原因是本次设计的编程工作量小，同时由单片机控制的微控制系统其规模也相对较小。另外汇编语言没有高级语言占用存储少，相比之下更适合于本次设计这种占用存储小的系统。4.2系统软件设计流程图： 是 否图41 系统程序设计结构图第4章程序调试把也写好的汇编语言程序的载入软
23、件调试工具，检查软件是否有设法错误，再根据软件提示对本程序进行修改，直到没有错误再生成单片机能运行的机器码，再用51开发板或其它单片机写入工具把机器码写入单片机进行实际的程序调试，根据实际情况再对程序的不足加以修改，直到满足设计要求。5.1 程序调试用到的软件及工具调试本程序需要用到KEIL C51，及51开发板一块及其配套的下载烧录软件5.2 KEIL C51简介Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil
24、C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。C51工具包的整体结构： uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可
25、以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。5.3 调试过程 首先打开KEIL C51主程序，新建工程，新建文本框写入程序，保存，检查是否有语法错误，经反复检查无误后汇编，生成51单片机可执行的HEX文件。然后用51开发板相匹配的烧录软件把HEX文件写入单片机。5.4调试结果经过调试可以初步断定本次设计的电子产品可以完成本次设计所需要完成的各种功能，其性能良好，成本低，制作较简便。适合大批量的
26、生产使用，同时也是现代公民正常收入可以负担的。但是如果本产品想要投入使用，还需要有关部门的审核和检测。 附录本设计的程序：hc0 equ 4ah ;延时缓存区hc1 equ 4bhhc2 equ 4chhc3 equ 4dhhc4 equ 4ehxs_0 equ 50h ；显示缓存区xs_1 equ 51hxs_2 equ 52hxs_3 equ 53hxs_4 equ 54hxs_5 equ 55hxs_6 equ 56hxs_7 equ 57hxs_8 equ 58hxs_9 equ 59hps1 equ 5ah ；设置密码缓存区ps2 equ 5bhps3 equ 5chps4 equ
27、5dhmmbz equ 5fh ；密码输入次数at1 equ 60h ；输入密码缓存区at2 equ 61hat3 equ 62hat4 equ 63h ；初始化org 00hajmp main1org 30hmain1: mov ps1 ,#00h mov ps2 ,#00h mov ps3 ,#00h mov ps4 ,#00h mov at1 ,#00h mov at2 ,#00h mov at3 ,#00h mov at4 ,#00hmain:mov xs_0 ,#1fh ；显示0的摩斯值 mov xs_1 ,#0fh ；显示1的摩斯值 mov xs_2 ,#07h ；显示2的摩斯值
28、mov xs_3 ,#03h ；显示3的摩斯值 mov xs_4 ,#01h ；显示4的摩斯值 mov xs_5 ,#00h ；显示5的摩斯值 mov xs_6 ,#10h ；显示6的摩斯值 mov xs_7 ,#18h ；显示7的摩斯值 mov xs_8 ,#1ch ；显示8的摩斯值 mov xs_9 ,#1eh ；显示9的摩斯值 clr p3.0 ；RXD置0 mov a ,#00h ；密码缓存 mov r2 ,#08h ；八位密码 mov r1 ,#00h mov r0 ,#ps1 mov r7 ,#09h ;摩斯次数，由于数字为9次 clr p2.7start:mov p0 ,#0ff
29、h mov p1 ,#0ffh setb p2.4 ;按键位 jb p2.4 ,start ;2.4为1转start lcall delay500ms jb p2.4 ,startok: ；嘀的音 clr p0.0 lcall delay500ms jnb p2.4 ,daa ；是否去嗒音cun: ； setb p0.2 setb p0.0 rl a add a ,r1 ；存入一位摩斯码 djnz r7 ,yanshi ；是否够9位摩斯码 ajmp xianshiyanshi: ;输入一位摩斯码停顿1t lcall delay500ms jb p2.4 ,main ajmp okdaa: ；嗒
30、的音 lcall delay500ms jb p2.4 ,stop setb p0.0 clr p0.2 lcall delay500ms setb p0.2 jnb p2.4 ,stop mov r1 ,#01h ajmp cunstop: ；摩斯输入错误 clr p0.4 lcall delay2s setb p0.4 ajmp maincunchu:mov r0 ,a inc r0 mov a ,#00h mov r1 ,#00h mov r7 ,#09h djnz r2 ,yanshi clr p0.6 lcall delay2s setb p0.6 ajmp shuruxianshi
31、:cjne a ,xs_0 ,next1 ；够五位摩斯码显示0 mov p1 ,#0c0h clr p3.2 ;报警器 lcall delay1s setb p3.2 ;报警器 mov p1 ,#0ffh ajmp cunchunext1:cjne a ,xs_1 ,next2 ；够五位摩斯码显示1 mov p1 ,#0f9h clr p3.2 lcall delay1s setb p3.2 mov p0 ,#0ffh ajmp cunchunext2:cjne a ,xs_2 ,next3 ；够五位摩斯码显示2 mov p1 ,#0a4h clr p3.2 lcall delay1s setb p3.2 mov p1 ,#0ffh ajmp cunc
