1、 毕业设计（论文）基于单片机的电子密码锁设计The Design of Electronic Password-lock with SCM： * ： 电气与信息学院 ： * ： * ： * ： 副教授 ： 2008 年 6 月 20 日 学生姓名所在院系所学专业所在班级指导教师教师职称完成时间（论文）摘 要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。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，传统的机械锁由于其构造的简单，安全性能低，无法满足人们的需要。本文从经济实用的角度出发，采用美国 Atmel 公司的单片机 AT89S51
2、与低功耗 CMOS 型 E2PROM AT24C02 作为主控芯片与数据存储器单元，结合外围的键盘输入、显示、报警、开锁等电路，用汇编语言编写主控芯片的控制程序，设计了一款可以多次更改密码具有报警功能的电子密码锁。经实验证明，该密码锁具有设计方法合理，简单易行，成本低，安全实用等特点，符合住宅、办公室用锁要求，具有推广价值。关键词密码锁 单片机 报警AbstractAs electronic products are developing towards intelligence and minimization, singlechip computers (SCM ) have become
3、 the first choice for controllers in the development of electronic products. With the improvement of peoples living standards, （论文）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
4、cant meet peoples demands.For practicality, this paper designs a new electronic cipher lock, which has the function of alarm and whose cipher can be changed many times. This cipher lock uses AT89S51 SCM and E2PROM AT24C02 as main chip and data memory cell . The author made this ciphor lock by use of
5、 making controlled program of master CMOS with periphery electrocircuit of keyboard input, display, alarm and unlock.Experiments show that the designed cipher lock is characterized by its reasonable designing methods, simple operation, low cost and property of safety and practicalityBesides，it works
6、 well as a residence lock and has great potential for commercial developmentKey words: Cipher lock SCM Alarm（论文）I目 录1 引 言 11.1 电子密码锁简介 11.2 电子密码锁的发展趋势 11.3 本设计所要实现的目标 22 设计方案的选择 32.1 方案一：采用数字电路控制 32.2 方案二：采用以单片机为核心的控制方案 33 主要元器 件介绍 43.1 主控芯片 AT89S5143.2 存储芯片 AT24C0293.3 LCD1602 显示器 103.4 晶体 振荡器 124
7、系 统硬件构成 134.1 设计原理 134.2 电路总体构成 134.3 电源输入部分 144.4 键盘输入部分 154.5 密码存储部分 154.6 复位部位 164.7 晶振部分 174.8 显示部分 184.9 报警部分 184.10 开锁部分 195 系统软件设计 206 结论 24谢辞 25（论文）II参考 文献： 25附录一 27附录二 45（论文）11 引言1.1 电子密码锁简介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
8、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。其特点如下：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，用户可以随时更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更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。4) 无活动零件，不会磨损，寿命长。5) 使用灵活性好，不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁。6) 电子密码锁操作简单易行，一学即会 。41.2 电子密码锁的发展趋势在日常生活和工作中，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。目前门锁主要用弹子锁，其钥匙容易丢失
9、；保险箱主要用机械密码锁，其结构较为复杂，制造精度要求高，成本高，且易出现故障，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。针对这些锁具给人们带来的不便若使用机械式钥匙开锁，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。它的出现为人们的生活带来了很大的方便，有很广阔的市场前景。由于电子器件所限，以前开发的电子密码锁，其种类不多，保密性差，最基本的就是只依靠最简单的模拟电子开关来实现的，制作简单但很不安全，在后为多是基于 EDA 来实现的，其电路结构复杂，电子元件繁多，也有使用早先的 20 引角的 2051 系列单片机来实现的，但密码简单，易破解。
10、随着电子元件的进一步发展，电子密码锁也出现了很多的种类，功能日益强大，使用更加方便，安全保密性更强，由以前的单密码输入发展到现在的，密码加感应元件，实现了真真的电子加密，用户只有密码或电子钥匙中的一样，是打不开锁的，随着电子元件的发展及人们对保密性需求的提高出现了越来越多的电子密码锁 。10出于安全、方便等方面的需要许多电子密码锁已相继问世。但这类产品的特点是针对特定有效卡、指纹或声音有效，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。由于数字、字符、图形图像、人体生物特征和时间等要素均可成为钥匙的电子信息，组合使用这些信息能够使电子防盗锁获得高度的保密性，如防范森严的
11、金库，需要使用复合信息密码的电子防盗锁，这样对盗贼而言是“道高一尺、魔高一丈”。组合使用（论文）2信息也能够使电子防盗锁获得无穷扩展的可能，使产品多样化，对用户而言是“千挑百选、自得其所”。可以看出组合使用电子信息是电子密码锁以后发展的趋势 。81.3 本设计所要实现的目标本设计采用单片机为主控芯片，结合外围电路，组成电子密码锁，用户想要打开锁，必先通过提供的键盘输入正确的密码才能将锁打开，密码输入错误有提示，为了提高安全性，当密码输入错误三次将报警。密码可以由用户自己修改设定，锁打开后才能修改密码。修改密码之前必须再次输入密码，在输入新密码时候需要二次确认，以防止误操作。（论文）32 设计方
12、案的选择2.1 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12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2.2 方案二：采用以单片机为核心的控制方案由于单片机种类繁多，
13、各种型号都有其一定的应用环境，因此在选用时要多加比较，合理选择，以期获得最佳的性价比。一般来说在选取单片机时从下面几个方面考虑：性能、存储器、运行速度、I/O 口、定时 /计数器、串行接口、模拟电路功能、工作电压、功耗、封装形式、抗干扰性、保密性，除了以上的一些的还有一些最基本的比如：中断源的数量和优先级、工作温度范围、有没有低电压检测功能、单片机内有无时钟振荡器、有无上电复位功能等。在开发过程中单片机还受到：开发工具、编程器、开发成本、开发人员的适应性、技术支持和服务等等因素 。基于以上因素本设计选用单片机 AT89S51 作为本设计的核心元件，利用1单片机灵活的编程设计和丰富的 I/O 端
14、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 AT24C02 芯片用于密码的存储，外接 LCD1602 显示器用于显示作用。当用户需要开锁时，先按键盘开锁键之后按键盘的数字键 09 输入密码。密码输完后按下确认键，如果密码输入正确则开锁，不正确显示密码错误重新输入密码，当三次密码错误则发出报警；当用户需要修改密码时，先按下键盘设置键后输入原来的密码，只有当输入的原密码正确后才能设置新密码。新密码输入无误后按确认键使新密码将得到存储，密码修改成功。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
15、用此方案3 主要元器件介绍（论文）43.1 主控芯片 AT89S51AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。3.1.1 AT89S51 性能简介AT89S51 具有如
16、下特点：40 个引脚，4k Bytes Flash 片内程序存储器，128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），32 个外部双向输入/输出（I/O ）口，5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等
17、三种封装形式，以适应不同产品的需求。图 3-1 AT89S51 芯片引脚图其主要功能特性：兼容 MCS-51 指令系统 4k 可反复擦写(1000 次）ISP Flash ROM32 个双向 I/O 口 4.5-5.5V 工作电压2 个 16 位可编程定时/计数器 时钟频率 0-33MHz（论文）5全双工 UART 串行中断口线 128x8 bit 内部 RAM2 个外部中断源 低功耗空闲和省电模式中断唤醒省电模式 3 级加密位看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能灵活的 ISP 字节和分页编程 双数据寄存器指针 可以看出 AT89S51 提供以下标准功能：4K 字节 Flash 闪速存
18、储器，128 字节内部RAM，32 个 I/O 口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个 16 位定时器/ 计数器，一个 5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟。同时, AT89S51 可降至0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式何在 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一个硬件复位。3.1.2 AT89S51 引角功能说明Vcc：电源电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O 口，也即地址/ 数据总线复用口，作为
19、输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端口。在访问外部数据存储器或程序存储器时，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，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P1的输出缓冲级可驱动（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，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号校验期间，P1接收低8位地址。表3-1为P1 口第二功能。表3-1 P1口第二功能
