1、毕业论文（设计）题 目： 基于单片机的电子密码锁的设计 系部名称： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 20年0月日中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）摘 要随着科技的发展,安全已成为人们关注的焦点之一,于是各种安全产品相继问世(如指纹防盗!红外防盗!GPS等)虽然这类产品安全性高,但因其生产成本高,携带安装使用不方便,在一定程度上限制了这类产品的普及和推广 本文介绍的是一种基于单片机智能锁的硬件和软件设计及实现方法这种电路设计具有按键有效提示,输入错误提示,控制开锁电平,控制报警电路,修改密码等多种功能可在意外泄密的情况下随时修改密码4位数密码共一万组不重复组合,保密
2、性强,灵活性高,特别适用于家庭，办公室，学生宿舍及宾馆等公开场所。 本文采用以89c51为核心的主控芯片外接AT24C01掉电存储单元来完成控制功能，设计主要分为硬件和软件两部分，由矩阵键盘，显示电路，报警电路，单片机复位及晶振电路等构成外围硬件电路，软件部分则由控制程序来完成。通过软硬件结合来实现设计功能。 本文通过单片机及外围芯片完成密码锁的上锁及开锁功能，采用的设计思想是由键盘输入的设置密码被存储在固定单元内，然后通过单片机对键盘进行扫描以确认密码是否正确，若密码正确则发出开锁信号，在此用二极管说明开锁信号，若密码不对则发出警报，这样设计的目的极大的提高了产品的安全性。关键字：89c51
3、，AT24C01掉电存储，矩阵键盘，显示电路，报警电路等。The design of electronic locks based on microcontrollerAbstractWith the development of technology, security has become the focus of attention, so a variety of security products have come out (such as fingerprint security! infrared alarm! GPS, etc.) Although these product
4、s are safe, but because of its high production costs, Installation is not convenient to carry, to a certain extent, limited the popularity of such products and to promote This paper describes a microcontroller-based intelligent lock hardware and software design and implementation method, this circui
5、t has a key and effective prompt, enter the error Suggest that the control lock level, control and alarm circuits, change passwords, and other functions can be compromised in the case of an accident at any time change your password4-digit password totaling group does not repeat the combination of co
6、nfidentiality, and high flexibility, in particular, For home, office, student hostels and hotels and other public placesIn this paper, the core of the main chip 89c51, AT24C01 external storage unit to complete the power-down control, hardware and software design can be divided into two parts, the ma
7、trix keyboard, display circuit, alarm circuit, microcontroller reset, and constitute the external crystal circuit Hardware, software part by the control program to complete. Design capabilities achieved through the combination of hardware and software.By MCU and peripheral chips to complete locking
8、and unlocking code lock function, using the design set by the keyboard input password is stored in a fixed unit, and then scan through the SCM on the keyboard to confirm the password is correct, if the password is correct Issue the unlock signal diodes that use the lock on this signal, if the passwo
9、rd is not alert, this is designed to greatly improve the safety of products.Keywords：Chip89C51 AT24C01power-down storage Matrix keyboard Display circuit Alarm circuit and so on.目 录1 概述11.1 课题背景和意义11.2 本设计需要解决的问题11.3 本设计的研究方法21.4 设计方案论述22 外围硬件电路的设计42.1 硬件的基本组成42.2 硬件介绍42.2.1 单片机概述42.2.2 AT89c51的简介72.
10、2.3 单片机控制方框图102.2.4 开锁机构示意图102.2.5 矩阵键盘122.2.6 24C01掉电存储单元设计132.2.7 显示电路设计142.2.8 电源稳压模块设计153 软件设计163.1 主程序模块163.2 键盘扫描及识别子程序163.3 密码对比程序173.4 开锁程序184 结 论205 致 谢21参考文献22附录一23附录二24III1 概述1.1 课题背景和意义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，传统的机机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜。电子密码锁是由电子电路控制锁体的新型锁具，它采用矩阵键盘输入密码的方式开锁，操作方便。电
11、子锁的输入部分采用键盘开关（矩阵键盘），其优点比于传统的机械开关在于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，无活动零件，不会磨损，寿命长等实用功能受到了广大用户的亲赖。出于安全、方便等方面的需要，许多电子密码锁已相继问世。基于单片机的电子密码锁是智能密码锁的初级产品，先进一点的比如指纹识别及更高级的虹膜识别系统的密码锁业已被开发出来，但这类产品的特点是针对特定有效卡、指纹或声音或者人身上独一无二的某一项特征有效，而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。除此之外卡片式IC卡还有易丢失，携带不便等特点，加上其成本比较高，在一定程度上限制了这类产品的普及和推广。但是基于
12、单片机的密码锁由于其结构简单，成本低，无论是安全还是效益都能满足普通用户的需求，所以基于单片机的密码锁在电子产品的中低端市场有很广阔的前景。应该被广泛地应用和推广。在科学技术不断发展的今天，电子密码防盗锁作为防盗卫士的作用也日趋重要。本设计采用89c51单片机作为电路控制的核心单元，设计了一款具有本机开锁和报警功能的电子密码锁。即简单又实用。1.2 本设计需要解决的问题本设计的任务采用单片机89c51作为单片机的核心单元，利用单片机串行发射、接收等功能而设计的一款具有本机开锁和报警功能的电子密码锁。主要分为以下几个部分：1）设置密码将事先编好的密码程序存储在EPROM中，用户通过密码选择键进行
13、选择。具体操作过程如下：首先按下密码输入键，然后在逐渐输入号码，最后按下确认键即可。12）密码显示为了帮助用户确认是否有键按下，特在电路中设置了数字显示电路；而为了防止密码外泄；显示时，并不是显示用户按下的数字符号，而是以一个特定的字母符号提醒用户是否有键按下。有键按下，就会显示出字符-“*”，没键按下，则不会显示字符。这样既巧妙的提醒了用户又保护了用户密码，此乃本设计可靠性优点之一。3）按键开锁当用户键入正确密码后，在按确认键，便会自动开锁。但用户键入密码时应注意：数字与数字之间的间隔时间是有限制的，如在规定时间在没有输入正确的密码，则系统会默认取消本次开锁，限制的时间可以设置，可以最大限度
14、节约能源。例如密码为3296，键入第一个数字3和最后一个数字6必须是在事先设置的时间内完成的。否则，就会视为无效。如果键入完密码后不按确认键系统同样会当做放弃开锁处理34）密码错误报警当用户键入错误密码次数超过三次时，系统就会自动报警，由扬声器发出报警声。系统会长期报警不止。这时必须按复位方可停止。此乃安全可靠性之一。3待解决的问题是实现遥控开锁，当此锁用于私家车库或仓库时，用户可以不用上车，只要手执遥控器，键入正确密码，便会自动开锁；如果密码错误，同样也会报警。还有实现声控开锁，这种开锁方式在于方便且快速，比遥控式开锁的遥控器方便携带又怕丢失遥控器。但声控式容易被别人模仿。有一定的失密性。1
15、.3 本设计的研究方法本设计主要采用的芯片有89c51单片机主控芯片，AT24c01掉电存储芯片和外接LED液晶显示等。在设计系统中主要由单片机系统、矩阵键盘、液晶显示、密码存储和报警系统组成。设置开锁密码，利用软件与硬件结合的方法来实现。系统能完成本机开锁、超时报警、超次锁定、管理员解密、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，还具有调电存储、声光提示等功能，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。1.4 设计方案论述对于电子密码锁而言，可以采用典型的数字电路控制，但是在安全上远不及以单片机为核心的控制方案，数字电路也有它的特点，比如设计简单，但是就实用
16、而言，还是没有单片机应用的广泛，下面将两种方案做一对比，以确定更佳的方案。方案一：采用数字电路控制。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4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；如果用户输入密码的时间超过10秒（一般情况下，用户不会超过10秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警20秒，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘2分钟，防止他人的非法操作。采用数字电路设计的方案好处就是设计简单但控制的准确性和灵活性差,故不采用。方案二：采用一种是用以AT89c51为核
17、心的单片机控制方案。选用单片机AT89c51 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IO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AT24C01芯片用于密码的存储，外接LED用于显示作用。其原理如下图1-1所示：AT89c51键盘输入复位电路密码存储电路晶振电路电源输入显示电路报警电路开锁电路图1-1 单片机控制密码锁方案可以看出方案二控制灵活,准确性好且保密性强还具有扩展功能，根据现实生活的需要，此次设计采用此方案。2 外围硬件电路的设计2.1 硬件的基本组成 单片机89c51， 12M晶振，30pf电容，
18、1K电阻，共阴极数码显示管，矩阵键盘，24c01掉电存储芯片，开锁控制电路，单片机复位电路，电源模块等。2.2 硬件介绍2.2.1 单片机概述单片机也被称作“单片微型计算机”、“微控制器”、“嵌入式微控制器”。单片机一词最初是源于“Single Chip Microcomputer”,简称SCM。随着SCM在技术上、体系结构上不断扩展其控制功能，单片机已不能用“单片微型计算机”来表达其内涵。国际上逐渐采用“MCU”(Micro Controller Unit)来代替，形成了单片机界公认的、最终统一的名词。为了与国际接轨，以后应将中文“单片机”一词和“MCU”唯一对应解释。在国内因为“单片机”一
19、词已约定俗成，故而可继续沿用。单片机的发展历史如果将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以分为以下几个阶段：第一阶段（19761978）：单片机的探索阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。MCS-48的推出是在工控领域的探索，参与这一探索的公司还有Motorola、ZILOG等。都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代，“单片机”一词即由此而来。第二阶段（19781982）：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
20、单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。2.CPU外围功能单元的集中管理模式。3.体现工控特性的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。第三阶段（19821990）：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。第四阶段（1990至今）：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
21、、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。单片机的发展趋势目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展，今后单片机的发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗化、低电压化、低噪声与高可靠性、大容量化、高性能化、小容量、低价格化、外围电路内装化和串行扩展技术【5】。随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小和功能将更强。单片机的特点单片机主要有如下特点：1.有优异的性能价格比。2.集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性和抗干扰能力。另外，其体积小，对于
22、强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境 下工作。3.制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。4.低功耗、低电压，便于生产便携式产品。5.外部总线增加了I2C（Inter-Integrated Circuit）及SPI(Serial Peripheral Interface)等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。6.单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。单片机的应用由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力
23、助手。它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面：1.单片机在智能仪表中的应用2.单片机在机电一体化中的应用3.单片机在实时控制中的应用4.单片机在分布式多机系统中的应用5.单片机在人类生活中的应用单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面，另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能通过单片机来实现了。这种用软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是对传统控制技术的一次革命【9】。A：由单片机组成控制器的结构和特点： 单片微型计算机是微型计算机发展中的一个重要分支，是把构成一台微型计算机的主要
24、部件如中央处理器(CPU)、存储器(RAM/ROM)和各种功能I/O接口集成在一块芯片上的单芯片微型计算机(Single Chip Micro Computer),简称单片机.由于它的结构与指令功能都是按工业控制要求设计的,且近年来单片机着力扩展了各种控制功能如A/D、PWM等,因此我们更多时候称其为一个单片形态的微控制器(Single Chip Micro Controller),或直接称其为微控制器(Micro Controller)5。B：用单片机组成的微机控制系统具有以下特点:1.受集成度限制,片内存储器容量较小,一般片内ROM小于48K字节,片内RAM小于256字节;但可在外部进行扩
25、展,如MCS51系列单片机的片外可擦可编程只读存储器(EPROM)、静态随机存储器(SRAM)可分别扩展至64K字节。2.可靠性高。单片机芯片本身是按工业控制环境要求设计的,其抗噪声的能力优于一般通用CPU;程序指令及其常数、表格固化在ROM中不易破坏;常用信号通道均在一个芯片内,故可靠性高。3.易扩展。片内具有计算机正常运行所必须的部件,芯片外部有许多供扩展用的总线及并行、串行输入/输出端口,很容易构成各种规模的微机控制系统。4.控制功能强 为了满足工业控制要求,单片机的指令系统中有极丰富的条件分支转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。一般来说,单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一
26、档次的微处理器。5.一般的单片机内无监控程序或系统管理软件,软件开发工作量大。但近年来已开始出现了片内固化有BASIC解释程序及FROTH操作系统的单片机,使单片机系统的开发提高了一个新水平。 此外,单片机成本低、集成度高、控制功能多,可灵活地组装成各种智能控制装置,并能有针对性设计成专用系统,解决从简单到复杂的各种需要,实现最佳的性价比。特别是单片机与传统机械产品相结合,使原有机械产品的结构简化、控制智能化。如数控机床就是典型实例。近年来,单片机发展极快,其产量占微机产量的70%以上。目前，至少有50个系列400余种机型，性能和结构各不相同,INTEL、MOTOROLA、ZILCG等公司都有
27、系列单片微型计算机。国内普及的几乎都是INTEL公司的产品。可以预言在当今信息化社会中，单片机担负着重大的使命，必将对科技的革新起到重要作用! 2.2.2 AT89c51的简介AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能的CMOS8位单片机片内4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。AT89c51单片机可为你提供许多高性价的应用场合，可灵活的应用于各种控制领域。主要性能参数：与MC
28、S-51产品指令系统的全兼容 4k字节可重擦写Flash闪速存储器1000次可擦写周期全静态操作：0Hz-24MHz三级加密程序存储器128K8字节内部RAM 32个可编程I/O口线2个16位定时/计数器6个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式 AT89C51功能特性描述：AT89C51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量中断结构，一个全双工串行通信口，片内震荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件的可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，
29、定时/计数器，窜行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但震荡器停止工作并禁止所有部件工作直到下一个硬件复位。（1） AT89c51引脚功能说明：VCC：电源电压GND：地P0口：PO口是一组8位漏极开路行双向I/O口，也既地址/数据总线复用口。可作为输出口使用时，每位可吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入,输出端用。在访问外部数据存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，PO口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求必须加上拉电阻。P1口：P1口是一个内部上拉电阻的8
30、位双向I/O口，P1的输入缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输出口。作输入口时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流（I）。Flash编程和程序校验期间，P1口接收8位地址。P2口：P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输入缓冲级可以驱动（输入或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时和作为输出口，作输出口时，因为存在内部上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部存储器或1位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXDP
31、TR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI指令）时，P2口线的内容（即特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2也可以接高地址和其他控制信号4。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输入缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输出端口。作输出端口时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。P3口除可作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表2.1所示：P3口还接收一些用于Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号RST：复位输出。当震荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平使机器复位。 ALE/ 当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节，即使不能访
