基于单片机的电子密码锁的设计 毕业论文.doc

摘要密码锁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。基于以上思路，本次设计使用ATMEL公司的AT89C51实现一基于单片机的电子密码锁的设计，其主要具有如下功能：(1)设置6位密码，密码通过键盘输入，若密码正确，则将锁打开。(2)报警、锁定键盘功能。密码输入错误数码显示器会出现错误提示。电子密码锁的设计主要组成：34矩阵键盘接口电路、密码锁的控制电路。另外系统还有LED提示灯，报警蜂鸣器等。密码锁设计的关键问题是实现密码的输入、开锁等功能：(1)密码输入功能：按下一个数字键，一个“”就显示在最右边的数码管上，同时将先前输入的所有“”消失。(2)开锁功能：当按下开锁键，系统将输入与密码进行检查核对，如果正确锁打开，否则不打开。主要的设计实施过程：首先，选用ATMEL公司的单片机AT89C51，以及选购其他电子元器件。第二步，使用PROTEL99设计硬件电路原理图，并设计PCB图完成人工布线（后因PCB板损坏决定采用万能板焊接的方法）。第三步，使用KeiluVision3软件编写单片机的C语言程序、仿真、软件调试。第四部，再使用PROTEL99软件进行模拟软、硬件调试。最后，联合软、硬件调试电路板，完成本次毕业设计。关键词：34矩阵键盘；AT89C51；密码四川托普信息技术职业学院1目录第一章绪论.31.1电子锁.31.2电子密码锁的特点.31.3电子密码锁的发展趋势.3第二章系统总体设计.42.1系统结构.42.2系统组成.42.3电路中原件介绍.42.3.1AT89c51.52.3.2共阳数码管.52.3.3蜂鸣器.52.3.4三极管（PNP）.52.3.5微动开关.62.3.6LED.62.3.7电容，电阻.62.3.8电源、插孔.62.3.9晶振.7第三章硬件电路设计.83.1总体电路图.83.2单片机AT89C51简介.83.2.1主要特性.83.2.2管脚说明.93.2.3震荡特性.103.2.4芯片擦除.103.334矩阵键盘.113.4复位电路.113.5振荡电路.123.6数码管.123.7发光二极管LED.133.8蜂鸣器.13第4章PROTEL99SE运用.144.1建立一个数据库文件.14四川托普信息技术职业学院24.2使用protel99se原理图绘制.144.3如果新建PCB文件以及载入封装图.144.4将SCH转为PCB文件.144.5protel99se的自动布线.154.6创建原理图元件库.164.7创建PCB元件封装.174.8protel99se的PCB设计中的技巧.18第5章软件程序设计.195.1软件设计流程图.195.2具体功能软件实施.195.2.1密码检查功能.195.2.2显示功能.195.2.3键盘扫描.205.2.4修改密码.21第六章结束语.22致谢.23参考文献.24附录25附录1：元件清单.25附录2：完整电路图.25附录3：完整PCB图.26附录4：程序.27四川托普信息技术职业学院3第一章绪论1.1电子锁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。1.2电子密码锁的特点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，主要特点如下：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。密码可变。用户可以程序更改密码，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。1.3电子密码锁的发展趋势从目前的技术水平和市场认可程度看，使用最为广泛的是键盘式电子密码锁，该产品主要应用于保险箱、保险柜和金库，还有一部分应用于保管箱和运钞车。键盘式电子密码在键盘上输入，与打电话差不多，因而易于掌握，其突出优点是“密码”是记在被授权人脑子里的数字和字符，既准确又可靠，不会丢失（除了忘记），难以被窃（除非自己泄露）。但是密码不能太简单，太简单了就容易被他人在键盘上试探出来，或者可能被旁观者窥测出来，造成保密性不足。当然，密码又不能太复杂，太复杂了可能自己都糊涂了，或者输入密码操作成功率低，造成使用不便。因此，为了发扬优点、克服弱点，键盘式电子密码也在不断发展中，如“任意设定密码”技术使得被授权人可以根据自己的需要或喜好设定密码，常用常新；而“自动更改密码”技术使得本次输入的密码将自动更改成下次应输入的密码，更改的规律不为他人所知，因而不怕旁观者窥测；独出心裁的“键盘乱序显示”技术使得键盘上的固定键位每次显示出的字符不固定，并且显示的窄小角度只能由操作者正面看得到，因而即使旁观者看见操作动作也难以窥测出密码；“多重密码设定”技术使得单组密码不一定有效，适合多人分权使用，需要输入两组以上的密码才被认可，大大提高了保密性，如果限定输入这些密码的先后顺序或时间区段，则保密性还可提高。在输入密码的过程中，为了限制试探密码的企图，通常输入错误码若干次或若干时间内输入不正确，即“封锁”键盘，不再接受输入操作。总之，尽管新式电子防盗锁层出不穷，但键盘式电子密码防盗锁不仅在市场上居于主流地位，而且，还经常作为其他类型电子防盗锁的辅助输入手段。四川托普信息技术职业学院4第二章系统总体设计2.1系统结构图21系统结构2.2系统组成如图21所示系统主要由AT89C51(51系列)、数码管、电源、蜂鸣器、LED、34矩阵键盘、复位电路等组成。2.3电路中原件介绍AT89C51数码管蜂鸣器LED34键盘复位电路电源四川托普信息技术职业学院52.3.1AT89c51AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机图22AT89c512.3.2共阳数码管共阳数码管是将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮图23共阳数码管2.3.3蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器性图24蜂鸣器2.3.4三极管（PNP）由2块P型半导体中间夹着1块N型半导体所组成的三极管,称为PNP型三极管.也可以描述成,电流从发射极E流入的三极管.图25PNP型三极管四川托普信息技术职业学院62.3.5微动开关微动开关是一种施压促动的快速转换开关，因为其开关的触点间距比较小，故名微动开关，又叫灵敏开关。图26微动开关2.3.6LED注入一定的电流后，电子与空穴不断流过PN结或与之类似的结构面，并进行自发复合产生辐射光的二极管半导体器件图27LED2.3.7电容，电阻电容在给定电位差下的电荷储藏量；记为C，国际单位是法拉（F）电阻是物质对电流产生的阻碍作用，电阻将会导致电子流通量的通量越大图27电容图27电阻2.3.8电源、插孔电源是可以将其它形式的能转换成电能插孔是接受电源提供的电能，并提供给电路，使电路能正常工作图28插孔图27电源四川托普信息技术职业学院72.3.9晶振晶振作用在于产生原始的时钟频率，这个频率经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率图29晶振四川托普信息技术职业学院8第三章硬件电路设计3.1总体电路图EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U180C52S1SW-PBS2SW-PBS3SW-PBS4SW-PBS5SW-PBS6SW-PBS7SW-PBS8SW-PBS9SW-PBS10SW-PBS11SW-PBS12SW-PBVCCY111.0592C133pC233pC310uR1210kVCC12J1CON2VCCR1220R2220R3220R4220R5220R6220R7220R9220D1LEDVCCLS1SPEAKERQ1PNPQ2PNPVCCR10330VCCR11330P2.6P2.7P2.7P2.6a1b2c3d4e5f6g7dp8i9j10W1COMPONENT_1R8220R14220R15220R16220R17220R18220R19220R20220VCCP0.4P0.4P0.5P0.5P0.6P0.6P2.6图31电路图系统工作原理分析：使用AT59C51单片机、34矩阵键盘、LED、蜂鸣器等。矩阵键盘分别为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、OK、Enter。系统开始输入密码；输入密码时，数码管显示电路显示为“对应的数字”，当密码输入完毕按下OK键时，对输入密码与设定的密码进行比较，输入密码时蜂鸣器发出提示音，正确则LED点亮；若密码不正确，LED不被点亮。3.2单片机AT89C51简介AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128