1、I基于单片机的液晶显示密码锁设计与实现摘 要随着人们的生活水平提高，如何实现家庭防盗这一问题也变得尤其突出，传统的机械锁由于其构造简单，安全性能低，无法满足人们的需求。随着电子产品向智能化和微型化的不断发展，单片机已成为电子产品研制和开发中首选的控制器，所以具有防盗报警功能的电子密码控制系统逐渐代替传统的机械式密码控制系统，克服了机械式密码控制的密码量少，安全性能差的缺点。通过单片机编写密码程序来控制。LED 屏 1602A 可以实时显示当前信息。当输入密码正确时，对应的指示灯亮，并且提示正确信息；当密码不正确时，另一个对应的指示灯亮且并且发出声音报警。本设计以单片机 AT89C52 作为密码
2、锁监控装置的检测和控制核心，分为主机控制和从机执行机构(本设重点介绍主机设计) ，实现钥匙信息在主机上的初步认证注册，根据 51 单片机之间的串行通信原理,这便于对密码信息的随机加密和保护。而且采用键盘输入的电子密码锁具有较高的优势。采用数字信号编码和二次调制方式,不仅可以实现多路信息的控制,提高信号传输的抗干扰性,减少错误动作,而且功率消耗低;反应速度快,传输效率高,工作稳定可靠等。软件设计采用自上而下的模块化设计思想,以使系统朝着分布式,小型化方向发展,增强系统的可扩展性和运行的稳定性.测试结果表明,本系统各项功能已达到本设计的所有要求。关键词：单片机，报警，电子密码锁，AT89C52II
3、Electronic coded lock based on MCU design and implementationAbstractWith the improvement of peoples living standards.it has become particularly prominent about how to achieve Anti-theft family. The traditional mechanical lock has such shortcoming as simple structure.Low security.it cant meet peoples
4、 demands.As electronic products are developing towards intelligence and minimization.single-chip computers(SCM) have become the first choice for controllers in the development of electronic products. Therefore.the electronic anti-theft alarm function password control system and gradually replace the
5、 traditional mechanical password control system.Overcome the low mechanical password control password and the shortcomings of poor safety performance.Password program written by single chip microcomputer to control. LED 1602 a can real-time display current information.Digital tube can always display
6、 the current input of six digits.When you enter the password correctly.the corresponding indicator light and the corresponding indicator light and sound alarm.This design with the single chip processor AT89C52 as a combination lock monitoring device to detect and control the core, divided into host
7、control and from machine actuators (this focus on main equipment design).to achieve the key information on the hosts initial certification, according to the principle of serial communication between 51 single-chip microcomputer, which is handy for the random password information encrypted and protec
8、ted. And using the keyboard electronic combination lock has the advantages of high. Adopting digital signal encoding and secondary modulation mode, not only can achieve more road information control, improve the signal transmission of anti-jamming, reduce errors, and low power consumption; Reaction
9、speed.high transmission efficiency, stable and reliable work.etc. Software design USES the top-down modular design ideas, in order to make the system toward the distributed, miniaturized direction development.enhance the system scalability and running stability. Test results show that the system fun
10、ctions has reached to all requirements of this design.Keywords: AT24C01power-down storage,Matrix.keyboard,Display circuit,Alarm circuit太原科技大学华科学院毕业设计（论文）I目 录第 1 章 绪 论 . 1 1.1 课题背景和意义 . 1 1.2 本设计需要解决的问题 . 1 1.3 本设计的研究方法 . 2 1.4 设计方案论述 . 2 1.5 工作原理 . 3 第 2 章 外围硬件电路的设计 . 5 2.1 硬件的基本组成 . 5 2.2 硬件介绍 . 5
11、2.2.1 单片机概述 . 5 2.2.2 AT89C52 引脚功能说明 . 9 2.2.3 AT89C52 芯片内部结构 . 10 2.2.4 LCM1602 显示器 . 12 2.2.5 晶振电路 . 15 2.2.6 矩阵键盘 . 16 2.2.7 蜂鸣器电路设计 . 18 第 3 章 系统软件设计 . 19 3.1 系统程序设计流程 . 19 3.2 数码管显示子程序设计 . 20 3.3 键盘扫描子程序设计 . 21 第 4 章 调试 . 22 4.1 调试软件环境简介 . 22 4.2 实验板调试效果图 . 22 第 5 章 总结 . 26 致 谢 . 28 参考文献 . 29 附
12、 录 . 30 太原科技大学华科学院毕业设计（论文）- 1 -第 1 章 绪 论1.1 课题背景和意义在日常的生活和工作中, 住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需携带多把钥匙, 使用极不方便, 且钥匙丢失后安全性即大打折扣。随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁
13、密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世，出现了带微处理器的智能密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化管理、专家分析系统等功能，从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性，应用日益广泛。随着人们对安全的重视和科技的发展，许多电子智能锁（指纹识别、IC 卡辨认）已在国内外相继面世。但是这些产品的特点是针对特定的指纹和有效卡，只能适用于保密要求的箱、柜、门等。而且指纹识识别器若在公共场所使用存在容易机械损坏，IC 卡还存在容易丢失、损坏等特点。加上其成本较高，一定程度上限制了这类产品的普及和推广。鉴于目前的技
14、术水平与市场的接收程度，电子密码锁是这类电子防盗产品的主流。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89c52 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 89c52 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选择。具体操作过程如 下：首先按下密码输入键，然后按下确认键即可。2）密码显示太原科技大学华科
15、学院毕业设计（论文）- 2 -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）密码错误报警当用户键入正确密码后，在按确认键，便会自动开锁。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。此乃安全可靠性之一。 1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
16、，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。1.3 本设计的研究方法本设计主要采用的芯片有 89c52 单片机主控芯片，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、超次锁定基本的密码锁的功能。除上述基本的密码锁功能外，还具有掉电存储、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
17、，可以采用典型的数字电路控制，数字电路有它的特点，比如设计简单，但是就实用而言，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，在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 LED 屏、LED 灯以及蜂鸣器用于显示作用。共设了 9 个用户输入键，其中只有 1 组 4 个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键；如果用户输入密码的时间超过 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，防止非法操作。采用数字电路设计
18、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。原理图 1.1:太原科技大学华科学院毕业设计（论文）- 3 -图 1.1 数字电路密码锁方案方案二：采用一种是用以 AT89c52 为核心的单片机控制方案。选用单片机 AT89c52 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 LED 用于显示作用。其原理如下图 1.2 所示：图 1.2 单片机密码锁控制方案太原科技大学华科学院毕业设计（论文）- 4 -1.5 工作原理 本系统共有两部分构成，即硬件部分与软件
19、部分。其中硬件部分由键盘输入部分、复位部分、LED 显示部分、晶振部分、开锁部分组成，软件部分对应的由主程序、初始化程序、LED 显示程序、键盘扫描程序、启动程序、关闭程序、建功能程序、密码设置程序、EEPROM 读写程序和延时程序等组成。太原科技大学华科学院毕业设计（论文）- 5 -第 2 章 外围硬件电路的设计2.1 硬件的基本组成单片机 89c52，12Mhz 晶振，LCM1602A 液晶显示屏，24C02 掉电存储，矩阵键盘，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
20、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”一词已约定俗成，故而可继续沿用。 1（1）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
21、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
22、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太原科技大学华科学院毕业设计（论文）- 6 -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、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。目前
23、，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。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
24、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
25、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。从前必须由模拟电太原科技大学华科学院毕业设计（论文）- 7 -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。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部件如中央处理器(CPU)、存储器(RAM/ROM)和各
26、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)。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;但可在外部进行扩展,如 MCS51 系列单片机的片
27、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档次的微处理器。
28、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
