1、 #工业大学城市学院 毕业设计说明书 作 者： 李 xx 学 号： 09xx 系： 信息工程 专业： 电子信息工程 题 目： 基于单片机的电子密码锁设计 指导者： 评阅者： 2013 年 6 月 1 日 毕业设计（论文）中文摘要 题 目 基于单片机的电子密码锁的设计 摘要： 随着科技的不 断发展，人们 越来越重视 对具有私密、重要物质的场所的安全性， 所以 具有报警功能的电子密码锁在日常生活 中用的越来越多 ，因此研究与设计单片机为主要控制器的电子密码锁具有工程意义和解决日常应用需求的价值 。 本电子密码锁的设计采用以单片机 STC89C52RC 为主控制器，应用矩阵键盘、SMC1602A 液
2、晶显示器、 STC89C52RC 内部的 EEPROM 等器件进行设计 了键盘电路、液晶显示电路、 UART 串口电路、电源 (5V)电路、指示 (LED)电路、报警 (蜂鸣器 )电路等电路设计； 应用 protel 软件 设计了硬件原理图和 PCB 图 ；应用 C51 语言设计了显示时间 和 校对时间、输入密码 和 修改密码、控制 EEPROM 等软件模块 ；最后焊接 PCB 并调试电路。最终设计出一个具有等待状态显示时间（可以对时间进行校准）、输入密码、修改密码、密码 正确与否指示、报警、密码保护、一键还原初始密码等功能的密码锁 。设计 此 系统具有较高的安全性 和科学性 。 关键词： 单
3、片机 电子密码锁 液晶显示 报警 密码保护 毕业设计（论文）外文摘要 Title Design of Electric Coded Lock Based on MCU Abstract As technology continues to evolve, there is growing emphasis on having a private, important material security of the place, so the alarm function of electronic locks used in everyday life, more and more, so
4、the research and design of microcontroller as the main controllers electronic locks with engineering significance and value of solving everyday applications. The electronic locks are designed using a microcontroller STC89C52RC main controller, application matrix keyboard, SMC1602A LCD monitors, STC8
5、9C52RC internal EEPROM devices such as the design of the keyboard circuit, liquid crystal display circuit, UART serial circuit, power supply (5V) circuit, indicating (LED) circuit, alarm (buzzer) circuit, circuit design; protel software application designed hardware schematics and PCB map; C51 langu
6、age designed application displays the time and checking the time, enter the password and change passwords, control software modules such as EEPROM ; finally soldered PCB and debug circuits. The final design of a status display with waiting time (time can be calibrated), enter your password, change y
7、our password, the password is correct or not indication, alarm, password protection, a key to restore the initial password lock and other functions. Design of this system with high security and scientific. Keywords: MCU Electric Coded Lock LCD Alarm Password Protection 目 次 1 绪论 . . .1 1.1 本文的研究背景及意义
8、 . . .1 1.2 技术的发展 历史与现状 . . . .1 1.3 本文的章节安排 . .3 2 系统总体方案设计 . . . .4 2.1 电子密码锁系统的功能简介 . . .4 2.2 电子密码锁系统的总方案设计 . . .4 2.3 本章小结 .11 3 系统硬件设计 . .12 3.1 指示灯 电路设计 . .12 3.2 5V 电源 电路设计 . .12 3.3 晶振 电路设计 .13 3.4 复位 电路设计 . .13 3.5 液晶显示 电路设计 . .13 3.6 报警 电路设计 .14 3.7 键盘 电路设计 .15 3.8 串口 电路设计 .16 3.9 本章小结 .
9、. .16 4 系统软件设计 .17 4.1 主程序设计 流程 . 17 4.2 键盘扫描设计流程 . 18 4.3 输入密码 程序 设 计 流程 . 19 4.4 修改密码 程序 设 计 流程 . 20 4.5 报警 程序 设 计 流程 . 21 4.6 时间显示 程序 设 计 流程 . 21 4.7 时间设置 程序 设 计 流程 . 22 4.8 控制 EEPROM 程序 设 计 流程 . .23 4.9 本章小结 . . .25 5 系统测试与调试 . .26 5.1 系统 仿真 测试与调试 . 26 5.2 系统测试及 结果分析 . 29 结论 . 36 参考文献 37 致谢 . .
10、38 附录 A 系统总电路图 . . 39 附录 B 系统 PCB 版图 . . .40 附录 C 系统 元件布局图 . . . 40 附录 D 系 统元件清单 . . .41 附录 E 部分源程序清单 . . . . . .42 - 1 - 1 绪论 随着科技的不断发展，人们越来越重视对具有私密、重要物质的场所的安全性，所以具有报警功能的电子密码锁在日常生活中用的越来越多，因此研究与设计单片机为主要控制器的电子密码锁具有工程意义和解决日常应用需求的价值。 本文 主要 介绍的是 以单片机 STC89C52 型号为主要控制器的 电子密码锁 的 设计并介绍其设计方法和设计的成果。 1.1 本文的研
11、究背景及意义 随着科技的不断 进步和发展 ，人类已经步入了一个 高科技的 新时代。在这日新月异的时代中，人们对住宅、部门等具有私密、重要物质的场所的安全性要求不断提高。旧社会中，由于科技不发达，人们常 常用机械锁来 保护个人 的财产 ，以这种方法来确保它们的 安全 性 。这 种 用钥匙开锁式的机械锁常常会给人们带来不少的烦恼，比如：开锁的钥匙不慎丢了 或者锁 门的锁 坏了。 同时 ， 平时 携带 一大窜 钥匙 也给人们 带来 不少 的麻烦。从安全的角度来看，一种具有报警和高实用 性的 密码锁将 取代 人们所熟知的 机械锁， 这种电子密码锁 安全 可靠，具有较高的安全性和科学性 。 1.2 技术
12、的发展 历史与现状 1.2.1 电子密码锁技术的发展历史 电子密码锁从电子 科技 技术发展以来经历了由大型到小型、由复杂到简单、由原始到智能的发展经历。尤其是近年来不同型号的微处理器出现，为电子密码锁 不断的改进与创新 提供 了新的发展契机 ：比如如今的微处理器会做的很小，这样小巧的处理器能为电子密码锁节省更多的硬件空间达到节省成本；再比如说老版本的 8051 单片机它内部是不提供 EEPROM 的，这如果想实现数据储存就需要用 I2C 总线来外接存储器来保存数据，如今单片机内部有 EEPROM,数据掉电不会丢失。 说到识别密码方式，国内外大致经历了由早期的矩阵键盘输入操作到红外遥控控制操作再
13、到智能 IC 卡再到如今指纹识别等多种实现方法。红外遥控控制密码锁会更- 2 - 加的方便快捷，通过密码锁的内部芯片对红外接收头接受到的信号进行解码然后通过对比密码来判定输入密码是否正确； IC 卡密码锁设计是基于一个 AT24C01A 卡进行设计的， IC 卡的核心是电可擦除的 EEPROM。 指纹密码锁设计是西门子公司研制的一种指纹感应片，这种芯片 面积 只有 130mm，大小 和人的指甲盖差不多 ， 在这 么 小的芯片上 却覆盖着有 6.5万个微小型 敏感元件，每个感应片 有很高 的 灵敏度和 测量精度 ， 如此 多 的敏感 细致元件 完全可以非常详细和 精准的将人手上的各种纹路信息拾取
14、下来 ，将指纹数据 存于电脑 数据库 中，这种 具有人体特征标志的 人体密码 不仅可以大大 增加了 私人 财产的安全性 而且其操作简便、快捷具有很高的可靠性 ， 于是 这种指纹 人体 密码芯片将逐渐的被用于 日常生活中具有重要物质的场所和设备 比如银行、仓库等 。 还有显示方面，早期显示使用的 led 灯、后来有了 7 段数码管、再后来大多数用的是 lcd 显示器 。所以，随着科技的进步和创新， 设计 密码锁的 技术也不甘落后，也在朝着 智能化 ， 通用化，人性化等富有创新的方向发展 。 1.2.2 电子密码锁技术的研究现状 针对电子密码锁系统设计经过翻阅资料和对学术论文的 学习和研究 ，提出
15、多种实现方案，其中比较典型的有以下几种。文献中应用矩阵式键盘作为密码输入，用 单片机 的 IO 口控制键盘， 通过编写程序用单片机 对键盘进行扫描， 然后用 7 段数码管显示 系统状态和信息 、门开门关提示信息是由 LED 灯进行提示。还有，应用红外遥控器和红外接收头来代替上面的矩阵式键盘，采用现成的遥控器，应用单片机编程对红外接收头接受的信号进行解码，显示应用的是型号为 1602A 的液晶显示， 开关门指示信息是由 led 灯提示的，设计的优势是应用了 I2C 总线来控制外接的 EEPEOM，来实现输入密码的数据保存功能。还有，应用 STC89C52 单片机，这个单片机和 AT系列的单片机最
16、大区别就是这类单片机有 内部集成了 4kb 大小的 EEPROM， 利用 ISP/API 功能能 应用 编程 来 控制内部的 EEPROM 的读写而 不需要外接存储器来进行数据保护。再有，应用单片机来完成 以下的工作，第一个工作 是对连接 在 单片机 IO 口上的 键盘进行编码来制作一个 远红外 遥控器，将序列码经过发送头发送到单片机连接的接收头上， 第二个工作是 将接受到的数据经过 红外接收头解码将数据交给单片机来处理 来实现各个码的功能。目前， 电子密码锁的 功能的 得到实现的 新 方法 真是别出心裁 ， 展现科技的发展和进步 ， 比如 ： IC 卡和指纹识别， IC 卡密码锁设计是基于一
17、个 AT24C01A 卡进行设计的， IC 卡的 核心 是 EEPROM。 应用 指纹 设计出的密码锁主要 应用的是传感器是西门子公司研制 ，这种传感器有很高的测量精度和灵敏度 ， 所以 这种人体密码大大 提- 3 - 高 了 家庭、个人、公共的具有重要性的 财产 的安全性，这是科技发展和人类不断创新的结果，所以我们要好好利用科技带给我们生活的每一种便捷 。 1.2.3 总结： 通过对以上各种实现电子密码锁的方法 的学习、研究和比较 ，下面 来谈一谈 各种方法的优缺点，对于采用矩阵键盘来进行输入的这种方法生产成本低、操作方便，在如今也是很受欢迎的，但是他寿命不长；而用 7段数码显示比较落后，显
18、示不出科技的进步；对于采用遥控方式，优点是输入电路换成了红外遥控控制输入，这样来操作密码更加方便，缺点是成本比较高，外接 EEPROM 增加了硬件成本和操作强度。对于采用 STC 单片机，这种设计方法很合理，充分利用了单片机内部 集成的 EEPROM,只需通过编写控制它的程序就能实现数据保护功能，而 不需外接储存器 所以就降低了生产成本 ， 不仅 如此 ， 这样设计的系统可行性好 。而目前，密码锁设计 和实现的 新方法是现在流行的高 科技手段来对密码锁进行更进一步的智能化，技术含量高。由此可见 密码锁的发展 的方向是不断的满足人们生活中的要求，功能更加齐全，更加人性，更加智能，更加方便的方向发
19、展 。 1.3 本文的章节安排 上面对电子密 码锁的研究背景意义、发展进行了简要的介绍，在下面的章节中，将对系统的设计方案；以及系统的硬件设计；还有系统的软件设计；最后对 系统的测试 按照任务书和毕业设计的功能要求来一一测试 。 第 2 章主要说明系统的功能要求、系统的工作原理及 最终实行的方案。 第 3 章主要介绍 供 5V 直流 电源设计， lcd 显示电路的设计等系统硬件部分的设计 ，这部分工作为画原理图和 PCB 版图提供能基础，所以是系统重要的部分。 第 4 章主要介绍系统软件部分的设计，比如输入密码怎么实现，修改密码 怎么实现等等，可以说这一章是第三章的灵魂，它的 地 位与第三章一
20、样重要 。 第 5 章主要是进行系统的测试与调试； 主要对系统 按设计的 功能 要求来一一 进行验证。 - 4 - 2 系统总体方案设计 2.1 电子密码锁系统的功能简介 对本系统 设计任务书要求的功能 罗列如下： 1、系统的液晶显示屏具有指示功能。 2、系统在空闲状态显示当前时间并可以对时间进行校准。 3、系统在输入密码状态用 键盘（ 09）来输入 系统 设定的 当前 密码，如果密码输入正确在屏幕上有欢迎信息提示和开门信息提示；如果输入密码错误在屏幕上会有密码错误信息提示，如果输入密码错误三次将会有报警提示。 4.系统在修改密码状态，要求输入当前密码，如果密码输入正确则进入修改密码状态；如果
21、输入当前密码错误则有错误信息提示。 5.系统有存储数据功能，当断电后会保存当前的密码不会丢失。 6.系统在按了输入密码键或修改密码健后如果 30 秒内没有对系统进行任何操作的话，系统将自动 切换到显示时钟状态 。 7.系统具有一键还原出厂密码功能，如果对密码管理不善可以使用本功能进行密码还原。 2.2 电子密码锁系统的总方案设计 本课题设计用的主要芯片有两个：一个是 STC89C52 单片机，一个是 SMC1602A液晶显示器。 STC89C52 单片机作为系统的总控制核心， SMC1602A 为主要的外围电路。下面对 STC89C52 和 SMC1602A 做一下简单的介绍。 2.2.1 S
22、TC89C52 概述 - 5 - STC89C52 系列单片机的封装形式共分为 DIP、 PLCC 及 PQEP 3 中形式，常用的是DIP 封装方式。 STC89C52 单片机共 40 个引脚，大致可分为 4 类： （ 1）电源引脚 Vcc（ 40 脚）：电源端， +5V Vss（ 20 脚）：接地端（ GND） （ 2）时钟电路引脚 XTAL1(19 脚 )：外部接晶振输入端 XTAL2(18 脚 )：外部接晶振输出端 (3) I/O 引脚 P0口 (3932 脚）： P0 口是一组 8 位的漏极开路型双向 I/O 口，也是地址和数据的总线复用口 P1口 (1 8 脚 )： P1 口是一组带内部上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口，可驱动 4个 TTL 门电路 P2口（ 2128 脚）： P2 口是一组带内部上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口，可驱动 4个 TTL 门电路 P3口（ 1017 脚）： P3口是一组带内部上拉电阻的 8位准双向 I/O 口，该端口的每个引脚都有第二功能 图 2.1 STC89C52 单片机
