1、电子密码锁设计中文摘要本数字密码锁采用单片机STC89C51为主控芯片。硬件部分包括主控制系统、人机交互界面以及输出系统三大部分。主控制系统中主控制芯片使用了STC89C51单片机，该单片机性能优良，能满足一般的普通应用；人机交互通道部分采用了44矩阵键盘输入以及LCD1602标准字符型液晶显示。输出系统部分包括驱动开锁电路和报警电路；其中，在本系统设计中，驱动开锁电路用发光二极管表示，而报警电路则使用蜂鸣器。本数字密码锁的功能为：(1)密码位数为5位，可选值为09，从而保证足够的锁体强度；(2)用户可以自行设定和修改密码；(3)防止密码被盗，输入密码错误次数超过3次则报警；(4)友好的人机界
2、面；(5)输入正确的密码后，驱动开锁电路。软件部分应用单片机汇编语言实现了本设计的全部控制功能。汇编语言编译方便，易读性好，且移植性方便，能够满足实现本系统的功能要求。在设计过程中，给出了本系统汇编语言编程的原理和流程图。本数字密码锁系统稳定性好，设计人性化，由于使用单片机控制并有记忆模块，功能齐全可靠，并有很好的扩展性，而且成本低廉，具有良好的发展前景。关键词：电子密码锁，报警，液晶显示ABSTRACTIt is a top management chip to lock and adopt the one-chip computer STC89C51 in originally digit
3、al password. Hardware part including main control system, human-computer interaction interface and outputting three major parts of system. Having mainly controlled the chip and used STC89C51 one-chip computer in the main control system, this one-chip computer is of good performance, ordinary applica
4、tion that can be satisfied and general; Human-computer interaction passway part adopt 4 The function of the originally digital password lock is: (1)Password -figure number 5, getting available to for 0-9, guarantee enough lock body intensity; (2)Users can establish and revise the password by oneself
5、; (3)Prevent the password from being stolen, input the wrong number of times of the password over 3 times to call the police; (4)Friendly man-machine interface; (5)Input the correct password, drive and unlock the circuit. All control functions that the software part employs the assembler language of
6、 the one-chip computer to realize being originally designed. It is convenient for the assembler language to compile, it is good to be legible, and the transplanting is convenient, can meet the function requirement for realizing this system. In the course of designing, provide the principle of progra
7、mming of a systematic assembler language and flow diagram.Digital password lock systematic stability kind, design humanization, because of use one-chip computer control and have memory module originally, it is reliable to be multiple functional, there is very good expansion, and the cost is cheap, h
8、ave good development prospects. Keywords: Electronic code lock，Alarm，LCD display目录第一章 引言 41.1 课题背景 41.2 课题的设计目标 5第二章 电子密码锁设计的总体方案 62.1 电子密码锁设计 62.2 系统硬件的总体结构和部分说明 62.2.1 硬件系统的总体结构图2-1所示。 62.2.2 硬件系统组成 62.2.3 系统的可能性分析 72.3主要元器件简介 72.3.1 单片机STC89C51简介 72.3.2 单片机STC89C51主要性能 72.3.3 引脚功能描述 82.4 LCD1602介
9、绍 92.4.1 1602液晶显示器的引脚 102.4.2 LCDI602控制指令 102.4.3 LCDI602读写控制时序 112.4.4 技术指标 112.4.5 LCD1602字库 12第三章 系统硬件设计 123.1 硬件原理 123.2 键盘输入模块 133.3复位电路 143.4 晶振电路 143.5 显示模块 15第四章 系统软件设计 164.1 指令编写 164.2 部分程序说明 164.2.1 键盘编码部分 164.2.2 确定按键值 174.2.3 开始显示效果 174.3 程序流程图 184.4 系统工作过程 18第五章毕业设计总结 20参考文献 21附录 A 22附录
10、 B 28附录 C 29致谢 30第一章 引言1.1 课题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。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
11、，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。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，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的更
12、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，防止试探密码。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
13、，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，
14、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。1.2 课题的设计目标本设计采用STC89C51单片机为主控芯片，结合外围电路，通过软件程序组成电子密码锁系统，能够实现：1 正确输入密码前提下，开锁提示；2 错误输入密码情况下，蜂鸣器报警；3 密码可以根据用户需要更改。第二章 电子密码锁设计的总体方案2.1 电子密码锁设计本课题选用单片机作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。单片机具有资源丰富、速度快、编程
15、容易等优点。利用单片机内部的随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）及其引脚资源，外接液晶显示（LCD），键盘输入等实现数据的处理传输和显示功能。功能特点： 使用LCD显示器来显示密码和输入相关信息； 可以设置5位数字（09之间）作为密码； 系统的原始密码“12045”； 密码输入正确则继电器启动，发光二极管亮2s； 密码输入错误，则发出报警声；2.2 系统硬件的总体结构和部分说明2.2.1 硬件系统的总体结构图2-1所示。 图 2-1 原理框图2.2.2 硬件系统组成 如图2.2-1所示，本系统的硬件部分主要由单片机STC89C51、44矩阵键盘、LCD1602、报警电路和驱动电路组成；其
16、中驱动电路用发光二极管LED表示，而报警电路使用蜂鸣器。总的来说，数字密码锁主要由微处理器模块、记忆模块、键盘模块、声光提示模块和显示模块构成。 微处理器模块，也就是STC89C51单片机，因为本系统要实现密码检测、密码设定、声光提示等功能，要求微处理器必须能提供很多I/O口，而且由于系统体积限制，很难扩展I/O口和使用外部程序存储器，所以选用AT89S52单片机。 声光提示模块，由发光二极管LED和蜂鸣器组成，由单片机控制。发光二极管LED有绿色和红色两种，绿色LED亮表示密码输入正确，驱动开锁电路；相反，红色LED亮就表示输入密码错误。蜂鸣器采用5V驱动蜂鸣器，作为报警电路。当输入密码错误
17、次数超过3次后就发出声音警报。 显示模块，考虑到友好的人机界面，采用LCD1602液晶显示。显示模块的作用主要是显示提示信息和输入的密码，以方便用户使用。 键盘模块，键盘模块的作用是让用户输入密码和修改密码。考虑到本系统需要用到大量的按键，键盘模块采用44的16矩阵键盘模式。2.2.3 系统的可能性分析系统工作原理分析：使用STC89C5单片机、44矩阵键盘、发光二极管LED、蜂鸣器等。44矩阵键盘的按键分别为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、取消、操作键A、确定、操作键B、密码初始化还原、返回。系统启动后，开始时LCD1602显示时钟界面，切换到密码锁输入界面后，LCD1602显示“8
18、051 PASSWORD A OR B KEY ”提示输入密码；输入密码时，LCD1602显示输出为“*”，以保证密码的安全性。当密码输入完毕按下确定键时，对输入密码与设定的密码进行比较，若密码正确则LCD1602显示为“Right！”，并驱动开锁电路，绿色发光二极管LED亮；若密码不正确，LCD1602显示为“Error！”，红色发光二极管LED亮；若连续3次输入不正确，则发出警报声同时锁定键盘。在按下修改密码键时，LCD1602显示“SET PASSWORD * * * INPUT THE OLD PASSWOED”提示输入旧密码,此时若输入正确的旧密码，则LCD1602显示会有提示输入新
19、密码,在输入新密码后，LCD1602显示会再次提示“再次输入新密码”。若两次输入的新密码不一致，则修改密码失败；一致则成功，并将新密码保存到STC89C5芯片中。在修改密码的过程中，如果一开始输入的旧密码错误LCD1602会显示错误提示，同时系统返回到开始界面。若在“再次输入新密码”的时候输入新密码与前次不一致，则会返回到系统并要求重新输入新密码。修改密码完成后，系统自动储存到STC89C5中，要再次开锁则需要输入正确的新密码。 系统中取消键用于退格，在输入密码时，若输入错误且未按下确定键，按下取消键可以删除刚输入的密码，然后再次输入。为了防止恶意尝试，系统采用若连续输入3次错误密码则发出报警
20、声，同时锁定键盘。以此提高系统的安全系数，同时也能够保护合法用户的正常使用。若用户忘记了密码，可以按下密码初始化还原键，恢复到最原始的密码。2.3主要元器件简介2.3.1 单片机STC89C51简介STC89C5是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K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和在系统可编程Flash，使得STC89C5为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C5具有以下标准功能
21、:8k字节Flash，256字节RAM,32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外, STC89C5可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU在掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。2.3.2 单片机STC89C51主要性能 与MCS-51单片机产品兼容 8K字节在系统可编程Flash存储器 1000次擦写周期 全静态操作：0Hz33Hz 三级加密程序存储器 32个可编程I/O口线 三个16位定时器/计数器 八个中
22、断源 全双工UART串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 掉电标识符 2.3.3 引脚功能描述STC89C5的引脚如图2-2所示，其中各引脚为：图2-2 STC89C5引脚图VCC: 供电电压。GND: 接地 。 P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P
23、1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。在Flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。 引脚号第二功能: P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出。 P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）。 P1.5MOSI（在系统编程用）。
24、P1.6MISO（在系统编程用）。 P1.7SCK（在系统编程用）。 P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在Flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电
25、阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，在Flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。 引脚号第二功能: P3.0RXD（串行输入）。P3.1TXD（串行输出）。P3.2INT0(外部中断0)。 P3.3INT0(外部中断0)。P3.4T0（定时器0外部输入）。P3.5T1（定时器1外部输入）。P3.6WR(外部数据存储器写选通)。 P3.7RD(外部数据存储器写选通)。
26、RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，AL
27、E操作将无效。这一位置“1”， ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN: 外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当STC89C5从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP: 访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在Flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压
28、。XTAL1: 振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2: 振荡器反相放大器的输出端。2.4 LCD1602介绍液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到广泛的应用。目前液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件。其中LCD1602液晶显示模块是常用的选择，它可以显示两行，每行16个字符，采用单+5V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比。考虑到本系统设计中友好的人机界面，相对采用多个LED作为显示模块，LCD1602更合适。引脚描述2.4.1 1602液晶显示器的引脚1602采用标准的16脚接口，
29、如图2-3所示，其中: 第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时 对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D
30、0D7为8位双向数据线。第15脚：LEDA为背光接5V正电源。第16脚：LEDK为背光地电源。图2-3 LCD1602管脚图2.4.2 LCDI602控制指令 如表1所示，LCD1602的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 指令 1：清显示。指令码01H,光标复位到地址00H位置。 指令 2：光标复位。光标返回到地址00H。 指令 3：光标和显示模式设置，I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 ；S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。 指令 4：显示开关控制。D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，
31、高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁 指令5：光标或显示移位。S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标 。 指令 6： 功能设置命令 。DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线； N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示；F:低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。 指令 7：字符发生器RAM地址设置 。 指令 8：DDRAM地址设置 。指令9：读忙信号和光标地址。BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。 指令11：读数据。 表1 LCD1602的控制指令表指 令RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01清显示2光标返回3置输入模式4显示开/关控制5光标或字符移位6置功能7置字符发生存储器地址8置数据存储器地址9读忙标志或地址10写数CGRAM或DDRAM11从CGRAM或DDRAM读数0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 1 *0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S0 0 0 0 0
