1、- i -本科毕业论文（20 届）基于单片机的密码锁设计所在学院专业班级 电子信息工程学生姓名指导教师完成日期- ii -基于单片机的密码锁设计目 录前言 .2第 1 章 密码锁简介 .3第 1.1 节 密码锁的概念 .3第 1.2 节 密码锁的背景和意义 .3第 1.3 节 密码锁的发展趋势 .3第 2 章 总体系统方案论证 .5第 2.1 节 采用单片机控制方案 .5第 2.2 节 使用 LCD1602 进行显示方案 .5第 2.3 节 密码输入方式的方案 .5第 3 章 系统总体介绍和主要芯片介绍 .6第 3.1 节 系统总体介绍 .6第 3.2 节 主要芯片介绍 .6第 4 章 系统设
2、计 .10第 4.1 节 硬件电路设计 .10第 4.2 节 软件电路设计 .12第 5 章 系统调试及仿真 .20第 5.1 节 硬件调试 .20第 5.2 节 软件仿真 .21结论 .22参考文献 .22致谢 .23附录 .23附录 1：实物照片 .23附录 2：硬件原理图及原程序 .24第 1 页基于单片机的密码锁设计【摘要】:随着人们生活水平的不断提高，家庭防盗变得尤为重要。传统的机械锁因为其构造简单，安全系数低，无法满足人的需要。随着电子产品向智能化和微型化方向的发展，电子防盗锁走入寻常百姓家。本系统由 STC89C52 单片机系统、44 矩阵键盘、LCD1602 显示和报警系统等组
3、成，具有设置、修改六位用户密码、超次报警、超次锁定、密码错误报警等功能。本系统成本低廉，功能实用。【关键词】：单片机；电子密码锁；44 矩阵键盘；Abstract:With the improvement of living standards, family security is particularly important.the traditional me chanical locks due to its simple structure， low safety performance，unable to meet the needs of the people. With the
4、 development of electronic products to the intelligence and miniaturization of electronic anti-theft lock into the homes of ordinary people. The system consists of STC89C52 single-chip microcomputer system4*4 matrix keyboard LCD1602 display and alarm system etc. has provided six，modify user password
5、， the alarm， super lock，error alarm passwords and other functions. This system has the advantages of low cost，practical function. Keywords:AT89S52;Electronic anti-theft password lock;44keyboar;第 2 页前言随着如今电子技术的飞速发展，单片机性能不断完善，性价比也随之显著提高，技术也日趋完善。由于单片机具有体积小、重量轻、功耗低、控制功能强、价格便宜及运算速度快等特点，因而在国民经济建设、军事及家用电器等
6、各个领域均得到了广泛的发展和应用。本设计利用单片机及附加电子元器件实现数据采集和控制算法，来完成该设计的实际功能。在国内国外，电子产品的日益更新可谓如雨后春笋，层出不穷，更多的电子产品也越来越多的用于安全技术防范领域。电子密码锁，一种具有防盗报警功能的电子称品随之诞生，并逐步代替了传统的机械式密码锁。它克服了机械式密码锁密码单调，安全性低等缺点，使密码锁无论从性能技术还是成本上都有了大步的提高。随着电子密码锁技术的逐步成熟，一种基于单片机的电子密码锁也走进了我们的生产和生活领域之中。从目前的市场需求和技术发展来看，国内外现在使用频率最高的就是键盘输入式电子密码锁。这种密码锁有着容易掌握，准确可
7、靠，不易丢失或泄露密码，密码易于修改等特点，被广泛用在保险箱、保险柜、防盗门、金库、运钞车、个人住宅和银行等场合。20 世纪 80 年代后，随着电子锁专用集成电路的出现，电子锁的体积缩小，可靠性提高，成本较高，是适合使用在安全性要求较高的场合，且需要有电源提供能量，使用还局限在一定范围，难以普及，所以对它的研究一直没有明显进展。在西方发达国家，电子密码锁技术相对先进，种类齐全，电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中，通过多种更加安全，更加可靠的技术实现大门的管理。国内的不少企业也引进了世界上先进的技术，发展前景非常可观。希望通过不断的努力，使电子密码锁在我国也能得到广泛应用。本文所设计的电子密
8、码锁由单片机、矩阵键盘、数码管和报警电路等实现，可由用户设置和修改密码，还可以根据实际情况选择添加无线或者红外遥控功能。第 3 页第 1 章 密码锁简介随着人们生活水平的提高和安全意识的加强，对安全的要求也就越来越高。20 世纪80 年代后，随着电子锁专用集成电路的出现，电子锁的体积缩小，可靠性提高，成本较高，是适合使用在安全性要求较高的场合，且需要有电源提供能量，使用还局限在一定范围，难以普及，所以对它的研究一直没有明显进展。目前，在西方发达国家，电子密码锁技术相对先进，种类齐全，电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中，通过多种更加安全，更加可靠的技术实现大门的管理。国内的不少企业也引进了世
9、界上先进的技术，发展前景非常可观。希望通过不断的努力，使电子密码锁在我国也能得到广泛应用。第 1.1 节 密码锁的概念电子锁是采取电子电路控制，以电磁铁或者卫星电机和锁体作为执行装置的机电一体化锁具，相比传统的机械锁具，电子锁不使用金属钥匙，保密性、精度都有很大提高。电子锁的发明思路，源自古代发明的自动机械，例如古希腊数学家赫伦的液压自动门，中国古代诸葛亮的木牛流马，它们以重力或蒸汽压力驱动，最广泛的用途乃是用在古代墓道的地下机关。电子工业的诞生，使得以微小电量驱动机械成为可能，于是有了电子锁一日千里的跃进。第 1.2 节 密码锁的背景和意义随着电子技术和计算机技术的飞速发展，单片机性能不断完
10、善，性能价格比显著提高，技术日趋完善。由于单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强及运算速度快等特点，因而在国民经济建设、军事及家用电器等各个领域均得到了广泛的应用。本设计利用单片机及附加电子元器件实现数据采集和控制算法，来完成某一实际功能。锁自古以来就是把守护门的常用之物，人们对它要求甚高，既要使用方便，又要防盗可靠性高，这也是制锁者长期以来研制的主题大体趋势。随着电子技术的发展，各类电子产品应运而生，电子密码锁就是其中之一。电子锁是通过键盘输入一组密码完成开锁过程。研究这种锁的初衷，就是为提高锁的安全性。由于电子锁的密码量极大，可以与机械锁配合使用，并且可以避免因钥匙被仿制而
11、遗留的安全隐患问题。电子锁只需记住一串密码，无需携带金属类钥匙，免除了人们因携带金属钥匙感到繁琐的烦恼，从而第 4 页使密码锁受到越来越多的人所喜爱。电子锁的种类繁多，例如数码锁，指纹锁，磁卡锁，IC 卡锁，生物锁等。但较实用的还是按键式电子密码锁。第 1.3 节 密码锁的发展趋势当电子密码锁逐步应用于金融业，其根本的作用是“授权” ，即被“授权”的人才可以存取钱、物。广义上讲，金融业的“授权”主要包括以下三种层次的内容：1、授予保管权，如使用保管箱、保险箱和保险柜；2、授予出入权，如出入金库、运钞车和保管室；3、授予流通权，如自动存取款。目前，金融行业电子密码锁的应用主要集中在前两个层面上。
12、下面将介绍几种在金融行业中使用较多的电子密码锁以及它们的技术发展方向。当然，以上所说的授权技术再高超，都必须由精良的“锁具”担当承载结构部件，实现开启、闭锁的功能，而且承担实体防护作用，抵抗住或尽量延迟破坏行为，让电子密码锁“软、硬不吃” 。一般情况下，锁具防盗的关键是锁身外壳、闭锁的部件的强度、锁止型式、配合间隙和布局。提高电子密码锁之防护能力的必然途径是报警，在金融业的许多场所有人值守、有电视监控，具有报警功能，可以综合物理防范和人力防范两种作用。报警的前提是具备探测功能，根据电子密码锁的使用场所和防护要求，可选择多种多样的探测手段。在中国的城市金融业中，实现联网报警已经成为对各金融网点的
13、基本要求。根据国内外的实践经验，金融业实行安全防范风险等级很有必要，即依据使用的防盗报警器材的性能、安装布局和人员值守状况等，可以评估被防护物或区域的防护能力，得出风险等级，其中，电子密码锁的性能至关重要。第 5 页第 2 章 总体系统方案论证第 2.1 节 采用单片机控制方案选用单片机 STC89C52 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 I/O 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 AT24C02 芯片用于密码的存储，外接LCD1602 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
14、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可以设置新密码。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。单片机具有资源丰富、速度快、编程容易等优点。利用单片机内部的随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）及其引脚资源，外接显示器，键盘输入等实现数据的处理传输和显示功能，基本上能实现设计指标，而且单片机编程设计灵活、I/O 端口丰富、控制的准确性高，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加调电存储、声光提示甚至添加遥控控制等附加功能，此外单片机方案有较大的活动空间
15、，不但能实现所要求的功能，还能在很大的程度上扩展功能，而且还可以方便的对系统进行升级。第 2.2 节 使用 LCD1602 进行显示方案由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，因此液晶显示器画质高；同样液晶屏的功率消耗比较小；液晶是平板型结构，由两片玻璃组成的夹层盒，面积可大可小，安装时占用面积小减小了设备的体积；液晶的信息量大相同的面积上与数码管比可以显示更多的信息；且他本身没有老化问题寿命极长；与数码管相比液晶屏显示的更能够看懂，他能将英文细腻的显示出来是数码管做不到的。然而液晶屏也可在阳光下工作，具有防风、防雨、防水功能。这就说明能够使用在室外。但是液晶在阳
16、光强的时候会反光是视角模糊看不清楚，对于这个现象由于屏幕较小可以用手挡住阳光是自己看的清楚一点。综上所述选择 LCD1602 进行显示。第 2.3 节 密码输入方式的方案由各按键组成的矩阵键盘每条行线和列线都对应一条 I/O 口线，键位设在行线和列线的交叉点，每当一个按键按下就会由某一条行线与某一条列线接触，只要确定接触的是哪两条 I/O 口线，就可以确定哪一个按键被触动。行线初始置于高位，通过不断读行线口线，或者中断方式触发键位扫描。当发现有键按下，将列线逐一置低，其他列线置高，读取行线口线。当某条列线置低时，某条行线也被拉低，则确定这两条线的交点处的按第 6 页钮被按下。第 7 页第 3
17、章 系统总体介绍和主要芯片介绍第 3.1 节 系统总体介绍本设计主要由单片机、矩阵键盘、液晶显示器和密码存储等部分组成其中矩阵键盘用于输入数字密码和进行各种功能选择的实现。由用户通过连接单片机的矩阵键盘输入密码后，经过单片机对输入密码与自己保存的密码进行比对，从而判断出密码是否正确，然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者警报电路控制开锁还是报警。实际使用时只要将单片机的负载由继电器换成电子密码锁的电磁吸合线圈即可。系统整体框图如图 3-1所示。STC89C52键盘输入复位电路晶振电路显示电路报警电路开锁电路图 3-1 系统整体框图各模块功能如下：键盘输入模块：分为密码输入按键和几个功能按键，用
18、于完成密码锁输入功能。显示模块：用于完成对系统状态显示及操作提示功能。复位电路：完成系统的复位。报警电路：用于完成输错密码时候的警报功能。密码存储模块：用于完成掉电存储功能，使修改的密码断电后仍能保存。开锁电路：应用继电器及发光二极管模拟开锁，完成开锁及显示。第 3.2 节 主要芯片介绍3.2.1. STC89C52 单片机介绍STC89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C51 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功
19、能：8k 字节Flash， 512 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 8KB EEPROM，MAX810第 8 页复位电路，三个 16 位 定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X51 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35Mhz，6T/12T 可选。EA/VP 31X119X218RESET9P37/RD17P
20、36WR16P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P101P112P123P134P145P156P167P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P 30P31/TXD11P30/RXD10GND20VCC 40U1STC89C52图 3-2 STC89C52 单片机引脚图主要特性如下：（1）增强型 8051 单片机，6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可以任意选择，指令代码
21、完全兼容传统 8051。（2）工作电压：5.5V3.3V（5V 单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机） 。（3）工作频率范围：040MHz 相当于普通 8051 的 080MHz ，实际工作频率可达48MHz。（4）通用 I/O 口（32 个） ，复位后为 P1/P2/P3/P4 是准双向口/弱上拉，P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。（5）ISP（在系统可编程）/IAP （在应用可编程） ，无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0 ，TxD/P3.1 ）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。（6）共 3 个 16 位定时器/计数器即定时器 T0、T1、T2 。（7）外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。（8）通用异步串行口（UART）还可用定时器软件实现多个 UART。 （9）工作温度范围：-40+85（工业级）/075 （商业级） 。
