毕业论文-基于单片机的密码锁设计【精校排版】.doc

1、I本 科 毕 业 设 计 （ 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 科 学 与 技 术学 生 姓 名指 导 教 师完 成 日 期目 录摘 要 .IIIAbstract .IV第 一 章 引 言 .11.1 选 题 背 景 .11.2 电 子 密 码 控 制 简 介 .11.3 电 子 密 码 控 制 的 发 展 趋 势 .11.4 本 设 计 所 要 实 现 的 目 标 .2第 二 章 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 采 用 单

2、 片 机 为 核 心 的 控 制 方 案 .3第 三 章 主 要 元 器 件 介 绍 .43.1 主 控 芯 片 ATC8951.43.2 LCD1602 显 示 器 .73.3 晶 体 振 荡 器 .73.4 I2C 总 线 说 明 .8第 四 章 系 统 硬 件 设 计 .124.1 硬 件 设 计 原 理 .124.2 硬 件 电 路 图 .144.3 电 源 输 入 部 分 .144.4 键 盘 输 入 部 分 .144.5 复 位 部 分 .154.6 晶 振 部 分 .15第 五 章 系 统 软 件 设 计 .175.1 软 件 设 计 .175.2 主 程 序 流 程 图 .17

3、5.3 存 储 单 元 的 分 配 .18参 考 文 献 .19附 录 A 电 路 连 接 图 .20附 录 B 源 程 序 代 码 .21致 谢 .43基 于 单 片 机 的 密 码 锁摘 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

4、 的 需 要 。本 设 计 从 经 济 实 用 的 角 度 出 发 ， 采 用 美 国 Atmel 公 司 的 单 片 机 AT89S51 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 C 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

5、， 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Electronic code lockAbstractAs electronic products to intelligent and the continuous development of miniaturization, microcontroller has become the research and development of electroni product first controlle

6、r. As people living standard rise, how to realize the burglar this problem also family became especially prominent, the traditional mechanical lock because of its structure simple, safety performance is low, unable to meet the needs of their people.This design from the Angle of economic and practica

7、l Atmel company, using American AT89S51 single-chip with low power consumption CMOS type AT24C02 as the master E2PROM chips and data storage units, combined with peripheral keyboard input, display, alarm, unlock circuits, etc, written in C control chipcontrol procedures, design a new multiple change

8、 your password has alarm function electronic combination lock.Proved by the experiment, this combination lock has design method is reasonable, simple, safe and practical operation, low cost etc, accord with residential, office use lock requirements with popularization value.Keywords: Lock， microcont

9、roller， alarm第 一 章 引 言1.1 选 题 背 景很 多 行 业 的 许 多 地 方 都 需 要 密 码 锁 ， 但 普 通 密 码 锁 的 密 码 容 易 被 多 次 试 探 而 破译 ， 本 文 给 出 了 一 种 能 防 止 多 次 试 探 密 码 的 密 码 锁 设 计 方 法 ， 从 而 有 效 的 克 服 了 上述 的 不 足 。1.2 电 子 密 码 控 制 简 介电 子 密 码 控 制 是 一 种 通 过 密 码 输 入 来 控 制 电 路 或 是 芯 片 ， 从 而 控 制 机 械 开 关 的闭 合 ， 完 开 锁 、 闭 锁 任 务 的 电 子 产 品 ，

10、电 子 密 码 控 制 不 论 性 能 还 是 安 全 性 都 已 大 大超 过 了 机 械 类 。 其 特 点 如 下 ： 保 密 性 好 ， 编 码 量 多 ， 远 远 大 于 机 械 控 制 ， 随 即 开 锁 成 功 率 为 零 。 密 码 可 变 ， 用 户 可 以 随 时 更 改 密 码 ， 防 止 密 码 被 盗 ， 同 时 可 以 避 免 因 人 员 的更 替 而 使 控 制 的 保 密 性 降 低 。 无 活 动 零 件 ， 不 会 磨 损 ， 寿 命 长 。 使 用 灵 活 性 好 ， 不 想 机 械 锁 必 须 佩 带 钥 匙 才 能 开 锁 。 电 子 密 码 控 制

11、系 统 具 有 操 作 简 单 易 行 ， 一 学 即 会 的 特 点 4。1.3 电 子 密 码 控 制 的 发 展 趋 势由 于 电 子 器 件 所 限 ， 以 前 开 发 的 电 子 密 码 控 制 系 统 ， 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 ， 制 作 简 单 很 不 稳 定 ， 后 来 便 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 具 有 20 引 脚 的2051 单 片 机 来 实 现 的 ， 但 密 码 简 单

12、 ， 易 破 解 。 随 着 电 子 元 件 的 进 步 发 展 ， 电 子 密 码控 制 系 统 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 强 ， 由以 前 的 单 密 输 入 发 展 到 现 在 的 密 码 加 感 应 ， 实 现 了 更 为 真 正 的 电 子 加 密 ， 用 户 只 有电 子 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 的 需 求 的 提 高 出 现 了 越 来 越 多 的 电 子 密 码 控 制 系 统

13、 。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 电 子 信 息 ，组 合 使 用 这 些 信 息 能 够 使 得 电 子 防 盗 密 码 控 制 获 得 更 高 的 保 密 性 ， 如 防 范 森 严 的 金库 ， 需 要 使 用 复 合 信 息 密 码 的 电 子 防 盗 密 码 控 制 系 统 ， 组 合 使 用 信 息 也 能 够 使 电 子防 盗 密 码 控 制 系 统 获 得 无 穷 扩 展 的 可 能 ， 可 以 看 出 组 合 使 用 信 息 是 电 子 密 码 控 制 系统 今 后 的 发 展 趋 势 。1

14、.4 本 设 计 所 要 实 现 的 目 标采 用 单 片 机 为 主 控 芯 片 ， 结 合 外 围 电 路 ， 组 成 电 子 密 码 控 制 系 统 ， 用 户 想 要 打开 锁 ， 必 须 使 用 提 供 的 键 盘 输 入 正 切 的 密 码 才 可 以 ， 密 码 输 入 错 误 没 有 提 示 ， 为 了提 供 安 全 性 ， 密 码 输 入 错 误 3 次 开 始 报 警 ， 密 码 可 以 由 用 户 自 己 修 改 设 定 ， 锁 打 开才 能 修 改 密 码 ， 修 改 密 码 之 前 必 须 再 次 输 入 密 码 ， 再 输 入 密 码 的 时 候 需 要 二 次 确

15、 认 ，以 防 止 误 操 作 。第 二 章 设 计 方 案 的 选 择2.1 方 案 一 ： 采 用 数 字 电 路 控 制用 74LS112 算 JK 触 发 器 构 成 的 数 字 逻 辑 电 路 作 为 密 码 控 制 系 统 的 核 心 控 制 ，共 设 了 9 个 用 户 键 ， 其 中 有 四 个 是 有 效 的 密 码 的 按 键 ， 其 它 的 都 是 干 扰 键 ， 若 按 干扰 键 ， 键 盘 输 入 电 路 自 动 清 零 ， 原 先 输 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

16、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 3 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 时 方 案 虽 然 很 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 采 用 单 片 机 为 核 心 的 控 制 方 案由 于 单 片 机 种 类 多 ， 各 种 型 号 都 有 其 一 定 的 运 用 环 境 ， 因 此 在 选 用 时 要 多 加 比

17、较 ， 合 理 选 择 ， 以 其 获 得 性 能 最 佳 的 性 价 比 。 一 般 来 说 在 选 取 单 片 机 的 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 功 封 装 形 式 、 抗 干 扰 性 、 保 密 性 。 除 了 以 上 的 一 些 还 有 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 、

18、 有 无 上 电 复 位 的 功 能 等 1。 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 MC-51 作 为 设 计 的 核 心 元 件 。 利 用 单 片 机 的 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 控 制 功 能 。 在 单 片 机的 外 围 电 路 外 接 输 入 键 盘 用 于 密 码 的 输 入

19、和 一 些 功 能 的 控 制 ， 外 接 LCD160 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 0-9、 A-F 输 入 密 码 ， 密 码 输 入 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 3 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

20、 能 设 置 新 的 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 。第 三 章 主 要 元 器 件 介 绍3.1 主 控 芯 片 ATC8951 元 件 介 绍3.1.1 AT89C 性 能 介 绍AT89C51 具 有 以 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 算 向 输 入 /输 出 （ I/O） 口 ， 5个 中 断 优 先 级 2 层 中 断 嵌 套 中

21、 断 ， 2 个 16 位 可 编 程 定 时 计 数 器 ， 2 个 全 双 工 串 行通 信 口 ， 片 内 时 钟 振 荡 器 。此 外 ， AT89C51 设 计 和 配 置 了 震 荡 频 率 为 0HZ 并 可 通 过 软 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 PDI

22、P,TQFP 和 PLCC 等 三 种 封 装 形 式 ， 以 适 应 不 同 产品 的 需 要 。 如 表 3.1 所 示可 以 看 出 AT89C-51 提 供 以 下 标 准 功 能 ： 4K 字 节 FLASH 闪 速 存 储 器 ， 128字 节 内 部 RAM,32 个 I/O 口 线 ， 两 个 数 据 指 针 ， 两 个 16 位 定 时 器 /计 数 器 ， 一 个5 向 量 2 级 中 断 结 构 ， 一 个 全 双 工 串 行 通 信 口 ， 以 及 片 内 振 荡 器 和 时 钟 ， 同 时 ，AT89C51 可 降 至 0HZ 的 静 态 逻 辑 操 作 ， 并 支

23、持 2 种 软 件 可 选 的 节 电 模 式 。 空 闲 方式 时 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 工 作 方 式 时 再 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 到 硬 件 复 位 2。表 3.1 其 主 要 功 能 特 性兼 容 MCS51 指 令 系 统 32 条 可 编 程 的 I/O 线一 个 8 位 CPU 一 个 可 编 程 全 双 工 串 行 口2 个 外 部 中 断 源 具 有 5 个 中 断 源

24、 ， 两 个 优 先 级 嵌 套 中 断 结 构4KB ROM 程 序 存 储 器 两 个 16 位 定 时 器 /计 数 器128B RAM 数 据 存 储 器 一 个 片 产 振 荡 器 及 时 钟 电 路3.1.2 引 脚 功 能 VCC： 电 源 电 压 GND： 地 P0 口 ： P0 口 是 一 组 8 位 漏 极 开 路 型 双 向 工 I/O 口 ， 也 即 地 址 /数 据 中 线 复用 口 ， 作 为 输 出 口 用 时 ， 每 位 能 驱 动 8 个 TT 逻 辑 门 电 路 ， 对 端 口 写 入“1”可 作 为 高 电 阻 抗 输 入 端 口 。 在 访 问 外 部

25、数 据 或 程 序 存 储 器 时 ， 这 几 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 控 制 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 口 是 一 个 带 内 部 上 拉 的 8 位 双 向 I/O 口 ， P1 的 输 出 缓 冲 级 可 驱动 4 个 TTL 逻 辑 门 电 路 。 对 端 口 写 入 “1“， 通 过 内 部 的 上 拉

26、 电 阻 把 端 口拉 到 高 电 平 ， 此 时 作 输 入 口 。 作 输 入 口 使 用 时 ， 因 为 内 部 存 在 上 拉 电 阻 ，某 个 别 引 脚 被 外 部 信 号 校 验 期 间 ， P1 接 8 位 地 址 。 P2 口 ： 是 一 个 带 内 部 上 拉 的 8 位 双 向 I/O 口 ， P2 的 输 出 缓 冲 级 可 驱 动 4个 TTL 逻 辑 门 电 路 。 对 端 口 写 入 “1“， 通 过 内 部 的 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 到高 电 平 ， 此 时 作 输 入 口 。 作 输 入 口 使 用 时 ， 因 为 内 部 存 在 上 拉 电 阻 ，

27、 某 个别 引 脚 被 外 部 信 号 拉 低 时 会 输 入 一 个 电 流 I， 在 访 问 8 位 地 址 的 外 部 数 据存 储 器 时 。 （ 如 执 行 ： MOVXRi 指 令 ） 时 ， P2 口 线 上 的 内 （ 也 即 特 殊功 能 寄 存 器 ， 在 整 个 访 问 期 间 不 改 变 。 FLASH 编 程 或 校 验 时 ， P2 也 接 收高 位 地 址 和 其 它 控 制 信 号 。 P3 口 ： 是 一 个 带 内 部 上 拉 的 8 位 双 向 I/O 口 ， P2 的 输 出 缓 冲 级 可 驱 动 4个 TTL 逻 辑 门 电 路 。 对 P3 口 写

28、 入 “1“， 他 们 被 内 部 内 部 上 拉 电 阻 拉 高并 可 作 为 输 入 端 口 。 作 为 输 入 端 口 时 ， 被 外 部 拉 低 的 P3 口 将 用 上 拉 电 阻输 出 电 流 I。 P3 口 除 了 作 为 一 般 的 I/O 口 线 外 ， 更 重 要 的 用 途 是 它 的 第 二功 能 P3 口 的 第 二 功 能 如 表 3.2 所 示 RST： 复 位 输 入 。 当 震 荡 工 作 时 ， RST 引 脚 出 现 2 个 机 器 周 期 上 高 电 平 将使 单 片 机 复 位 ， ALE/PROG： 当 访 问 外 部 程 序 存 储 器 或 数 据 存 储 器 时 ，ALE（ 地 址 锁 存 允 许 ） 输 出 脉 冲 用 于 锁 存 地 址 的 低 8 位 字 节 。 即 使 不 在 访