密码锁控制电路设计与实现研制方案【毕业论文】.doc

1、 本科毕业设计 （ 20 届） 密码锁控制电路设计与实现研制方案 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 随着电子科学技术水平的不断提高，电子产品已经逐步深入到人们生活中。安全防盗问题已经渐渐引起人们的重视 ， 由于传统的机 械锁构造简单，盗窃事件时有发生。为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，电子密码锁作为传统机械锁的代替者应运而生。电子密码锁具有安全性高、生产成本低、工作消耗低、操作简易等优点。 因此，为了克服传统机械式的缺点以便于更好的做好防盗措施，将应用单片机为核心的电子密码锁来取代传统的机械密码锁。基于单片机的电子密码

2、锁将采用单片机 AT89C51 作为核心芯片，同时将存储芯片 AT24C02 应用于电子密码锁的密码保护电路来防止掉电而发生的密码丢失。同时单片机将结合外围的各个辅助电路来实现电子密码锁的输入、显示、报警和开锁 等功能。通过 C 语言编写程序继而导入芯片来实现对电子密码锁的控制和应用。这样一款可以完成开锁、按键提示、报警等功能的电子密码锁便可以被设计出来。 由于该密码锁具有价格低廉、操作简易、功能强大等优点，相信它将会对安全防盗领域作出巨大的贡献。 关键词： 单片机； AT89C51；密码锁 - 2 - Abstract As electronic science and technology

3、 unceasing development, electronic products have already gradually come into the peoples life. Anti-theft security question has gradually attracted peoples attention. As The simple structure of traditional mechanical lock, broken event always occur. In order to satisfy the requirement of people and

4、increase the safety of lock, the password of electronic combination lock have emerged which instead of the traditional mechanical lock. Electronic combination lock has high security, low cost, low power consumption, easy operation, etc. Therefore, in order to overcome the shortcomings of the traditi

5、onal mechanical to do a good job in a better anti-theft measures, microcontroller-based electronic lock will replace the traditional mechanical. Microcontroller-based electronic lock will adopt the single-chip microcomputer AT89C51 as the core chip while AT24C02 will be used in the electronic lock p

6、assword protection circuitry to prevent the password loss. At the same time the single chip will combine the external auxiliary circuits to achieve the input, display, alarm, unlock and other functions of the electronic combination lock. Through the C programming language and then into chips, it can

7、 achieve the control and applications of the electronic lock. So the electronic lock which can complete the functions of unlock, key tips and alarm can be designed. As the electronic lock is low cost, simple, powerful, etc, it will make a significant contribution to the field of security precautions

8、. Key Words: Microcontroller; AT89C51; Combination lock - 3 - 目 录 摘 要 .1 ABSTRACT .2 1 引言 .1 2 总体设计 .2 3 硬件设计 .3 3.1 单片机系统模块 .3 3.2 按键电路模块 .4 3.2.1 键盘分类 . 4 3.2.2 键盘电路的设计 . 5 3.3 显示电路模块 .6 3.4 开锁电路模块 .7 3.5 报警电路模块 .8 3.6 密码保护电路模块 .9 3.7 指示灯电路模块 .10 4 软件设计 . 11 4.1 总体程序流程图 . 11 4.2 键盘扫描程序流程图 .12 4.3

9、按键功能程序流程图 .13 4.4 密码设置程序流程图 .14 4.5 密码比较判断程序流程图 .15 5 制作和调试 .17 6 结论 .18 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 .19 附录 1 实验原理图 .20 附录 2 主要 C 语言源程序 .21 - 1 - 1 引言 随着电子科学技术的日益发展，安全防盗问题已经不断引起人们的广泛重视。然而由于安全性能低、易损坏、易丢失、易复制等问题已经使传统密码锁不能满足人们的安全需求，随着单片机的出现，基于单片机的电子密码锁不断被开发出来，很好地解决了传统机 械锁的安全性能低、易损坏、易丢失、易复制等问题，使安全防盗问题得到了长足的改善

10、，除此之外电子密码锁还具备了生产成本低、功率消耗低、易于操作等优点，因此，电子密码锁一出现就得到了人们热切的拥护和喜爱 1。虽然许多电子密码锁已相继问世，但该类密码锁只能针对特定的媒介有效，而且不能进行远距离操控，只能应用在安全要求高且比较私人的储藏设备中。而且该类密码锁相应的生产成本比较高，还容易出现遗失，在某种意义上不利于该类密码锁的发展。但是随着人们生活水平的不断提高，通过不断的研究和完善，相信在不久的将来电子密码锁势必将 在安全防盗领域起着更大的作用 2。 本文将通过把 AT89C51 单片机作为核心，以及结合周边的显示电路、密码保护电路、报警电路、按键电路、开锁电路等一系列辅助性的电

11、路来实现电子密码锁的一系列功能。例如通过将输入密码与原始密码进行比较来判断输入密码正确与否。如果密码输入正确，则密码锁自动打开。如果密码错误，则允许操作者重新输入密码。如果密码连续三次输入错误，则密码锁启动报警程序。本设计正是通过这样一系列的电路，以及结合软件程序来实现的。 - 2 - 2 总体设计 由于单片机 I/O 端的多样性及其控制的准确性和 单片机设计编程的灵活性，因此从经济适用的角度出发，本作品将应用 AT89C51 单片机作为控制核心的单片机控制方案，通过 AT89C51 单片机的应用不但能通过液晶显示器实现良好的人机交互，并且能够设置掉电保护系统，保证了在意外断电的情况下密码仍然

12、保留。基于单片机设计电子密码锁具备了较强的扩展功能。该密码锁不但能很好的完成密码锁的基本功能，而且还能够实现一定的扩展和升级 3。本设计的系统框图如图 2-1 所示。 图 2-1 系统总体框图 本设计实现的功能主要有 ： (1) 设置 6 位十进制码密码，密码用 0 9 十个按键输入，若密码正确，则密码锁打开； (2) 密码由用户自己设定，用户可自行修改密码 4； (3) 报警、锁定键盘功能。密码输入错误会发出警告音。若密码输入错误次数超过 3 次，蜂鸣器报警并且锁定键盘； (4) 通过发光二极管提示有效按键； (5) 90 秒定时中断，防止长时间无效操作； (6) 掉电保护功能。在电源断开时

13、储存当前设定的密码； (7) 复位功能； (8) 其他扩展功能。 单片机 复位电路 振荡电路 开锁电路 显示电路 密码保护电路 报警电路 按键电路 - 3 - 3 硬件设计 本系统硬件主要有以下模块组成：单片机系统模块、按键电路模块、 开锁电路模块、显示电路模块、报警电路模块、密码保护电路模块、复位电路模块以及指示灯电路模块等 5。 3.1 单片机系统模块 本系统的单片机采用的是具备低电压、高性能的 AT89C51 芯片，该芯片是一种包含 128 字节的随机存取数据存储器和 4K字节闪存的可反复擦写的只读存储器的单片机芯片。该芯片采用 ATMEL 公司的最先进技术生产，并与标准 MCS-51指

14、令系统相兼容，而且芯片内部合成了 FLASH 存储单元和通用 8 位中央处理器。由于该芯片具有性能优越、价格低廉等特点，在芯片控制领域占据着重要的一席之地。该芯片包括 40 个引脚，按功能可分为电源及时钟引脚，控制引脚和输入 /输出引脚。其中电源及时钟引脚包括电源引脚 VCC、 VSS、及时钟引脚 XTAL1、XTAL2；控制引脚则包括 RST、 ALE、 /PSEN、 /EA 等，此类引脚提供控制信号、有些引脚具有复用功能；而输入 /输出引脚则包括 P0 口、 P1 口和 P3 口 6。其引脚图如图 3-1 所示。 图 3-1 AT89C51 引脚图 EA/VP31X119X218RESET

15、9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U2AT89C51- 4 - 3.2 按键电路模块 键盘是由一组规则排列的按键组成，一个按键实际上是一个开关元件，也就是说键盘是一组规则排列的开关。 在单片机应用中， 操作者通过键盘向系统发送各种指令和数据从而实现人机交互对话。因此键盘模块设计的好坏，直接关系到系统的可靠

16、性和稳定性 7。 3.2.1 键盘分类 按键按照结构原理可分为 触点开关 按键 和 无触点开关按键两类 。 触点开关 包括 导电橡胶式开关 、 机械式开关等 ，而无触点开关按键则包括 电气式按键，磁感应按键等。 触点开关按键相比较无触点开关按键具有成本低的优点，但是无触点开关按键的使用期则较长 。 按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类 ，两则的主要区别是：编码键盘本身带有实现接口主要功能所需的硬件电路，不仅能自动检测被按下 的键并完成去抖动防串键等功能，而且能提供与被按键功能对应的键码送往 CPU，而非编码键盘只简单的提供按键开关的行列矩阵，有关键的识别，键码的输入与确定，以及去抖动

17、等功能都由软件完成。 由于相比较 全编码键盘 而言， 非编码键盘只简单地提供行和列的矩阵，其它工作均由软件完成 ，因此不 需要较多的硬件， 而且成本低 。 鉴于非编码键盘 经济实用 的特点，因此被 较多地应用于单片机系统中。下面将重点介绍非编码键盘接口。 非编码键盘又包括了独立式键盘和矩阵式键盘。 1、 独立式键盘 独立式键盘的每个按键占用一根测试线，可以直接与单片机 I/O 线相接，结构简单。这些测试线相互独立无编码关系，因而键盘软件不存在译码问题。一旦检测到某测试线上有键闭合，可直接转入到相应的键功能处理程序进行处理。独立式键盘各按键相互独立，每个按键各接一根 I/O 口线，每根 I/O

18、口线上的按键都不会影响其它的 I/O 口线。 2、 矩阵式键盘 - 5 - 独立式键盘虽然硬件、软件结构简单，但在按键数量较多的情况下，占有较多的 I/O 端口，而矩阵式键盘在按键数量较多的情况下，却可以有效减少 I/O端口数量。矩阵式键盘结构的特点是把检测线分成两组，一组为行线，另一组为列线，按键放在行线和列线的交叉点上 。因此 M N 矩阵键盘与主机连接只需要M+N 条线，显然，当需要的按键数目大于 8 时，一般都采用矩阵式键盘。 通过对独立式键盘和矩阵式键盘的比较我们可以发现，独立式键盘硬件结构简单，软件编程较简单，但每个按键独自占用一个 I/O 端口，在按键数量较多的情况下，将占有较多

19、的 I/O 端口，因此独立式键盘一般用于按键数量不多的场合。而矩阵式键盘能有效地减少 I/O 端口的占用量，但因为各按键不是单独的占有I/O 端口，从而给按键的判断带来难度，造成编程难度加大。 3.2.2 键盘电路的设计 本设计将采用非编码矩阵式键盘。该键盘包括 16 个按键，其中包括功能键和数字键。功能键则包括了“确定”键、“设置”键以及“清除”键。其中“确定”键用于密码输入后的确认，“设置”键则用于密码的修改，“清除”键则用于密码输入错误后的清除。其中数字键包括数字 0-9，通过数字键可以进行密码的输入和修改。键盘设计采用矩阵式键盘，按键置于行列的交叉点上，行列分别连接到按键开关的两端，行

20、线所接的单片机 4 个 I/O 口作为输出端，而列线所接的I/O 口则作为输入端。当按键没有被按下时所有的输出端都是高电平，代表无键按下。一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样通过读入输入线 的状态就可知是否有键按下。本设计采用 16 个按键排成 4 4 矩阵 8。其电路原理图如图 3-2所示，各键具体的功能定义如表 3-1 所示。 表 3-1 按键功能表 按键 键名 功能 0-9 键 数字键 输入密码 S 键 设置键 设置密码 D 键 取消键 取消刚才输入的密码 E 键 确认键 密码输入完成 - 6 - P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17P 10R110 kR210 K

21、R310 KR410 KR510 KR610 KR710 KR810 KV C C 图 3-2 按键电路原理图 3.3 显示电路模块 本文中应用带背光的字符型液晶显示器 LCD1602 作为显示部分，它的显示容量为 16*2 个字符。其各引脚功能如表 3-2 所示。其显示部分引脚接口如图 3-3所示。 表 3-2 引脚功能表 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 数据 2 VDD 电源正极 10 D3 数据 3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据 4 RS 数据 /命令选择 12 D5 数据 5 R/W 读 /写选择 13 D6 数据 6 E 使能信号 14 D7 数据 7 D0 数据 15 BLA 背光源正极 8 D1 数据 16 BLK 背光源负极