基于单片机的电子密码锁的毕业设计

1基于单片机的电子密码锁设计The Design of Electronic Password-lock with SCM学生姓名： 所在系别： 机电工程系 所学专业： 计算机辅助设计与制造 所在班级： 指导教师： 学生学号： 2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 AT89C51作为主控芯片，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：单片机 报警 密码锁 3AbstractAs electronic products are developing towards intelligence and minimization, singlechip computers (SCM ) have become the first choice for controllers in the development of electronic products. With 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 demands.This article from the economic practical Angle and Atmel company adopts the microcontroller AT89C51 as the master, combined with peripheral chip keyboard input, display, alarm, unlock circuits, etc, with the main control chip assembly language preparation control procedures, designed a paragraph can have alarm function electronic combination lock.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 well as a residence lock and has great potential for commercial developmentKey words: SCM Alarm Cipher lock 4前言在 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 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 。本 次 设 计 的 主 要 任 务 是 在 proteus 中 用 编 程 语 言 把 电 子 密 码 锁 的 运 行 过程 模 拟 出 来 。5第 1章 电子密码锁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 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、 误 码 输 入 保 护 ， 当 输 入 密 码 多 次 错 误 时 ， 报 警 系 统 自 动 启 动 。3、 无 活 动 零 件 ， 不 会 磨 损 ， 寿 命 长 。4、 使 用 灵 活 性 好 ， 不 像 机 械 锁 必 须 佩 带 钥 匙 才 能 开 锁 。5、 电 子 密 码 锁 操 作 简 单 易 行 ， 一 学 即 会 。1.2 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 ； 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 脚 的 2051 系 列 单 片 机 来 实 现 的 ， 但 密 码 简 单 ， 易 破 解 。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 。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 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 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 。6第 2 章 单 片 机2.1 单 片 机 简 介单 片 机 是 一 种 集 成 在 电 路 芯 片 ， 是 采 用 超 大 规 模 集 成 电 路 技 术 把 具 有数 据 处 理 能 力 的 中 央 处 理 器 CPU 随 机 存 储 器 RAM、 只 读 存 储 器 ROM、 多 种I/O 口 和 中 断 系 统 、 定 时 器 /计 时 器 等 功 能 （ 可 能 还 包 括 显 示 驱 动 电 路 、 脉宽 调 制 电 路 、 模 拟 多 路 转 换 器 、 A/D 转 换 器 等 电 路 ） 集 成 到 一 块 硅 片 上 构 成的 一 个 小 而 完 善 的 计 算 机 系 统 。 单 片 机 系 统 结 构 示 意 图 ：2.2 单 片 机 的 硬 件 特 性1、 单 片 机 集 成 度 高 。 单 片 机 包 括 CPU、 4KB 容 量 的 ROM（ 8031 无 ） 、128 B 容 量 的 RAM、 2 个 16 位 定 时 /计 数 器 、 4 个 8 位 并 行 口 、 全 双 工 串 口行 口 。2、 系 统 结 构 简 单 ， 使 用 方 便 ， 实 现 模 块 化 ;3、 单 片 机 可 靠 性 高 ， 可 工 作 到 106 107 小 时 无 故 障 ;4、 处 理 功 能 强 ， 速 度 快 。2.3 单 片 机 的 特 点单 片 机 的 特 点 主 要 有 ： 高 集 成 度 ， 体 积 小 ， 高 可 靠 性 ； 控 制 功 能 强 ；低 电 压 ， 低 功 耗 ， 便 于 生 产 便 携 式 产 品 ； 易 扩 展 ； 优 异 的 性 能 价 格 比 。 单片 机 是 以 工 业 测 控 对 象 、 环 境 、 接 口 特 点 出 发 向 着 增 强 控 制 功 能 ， 提 高 工 业环 境 下 的 可 靠 性 方 向 发 展 。 主 要 特 点 如 下 ：1、 种 类 多 ， 型 号 全 。 很 多 单 片 机 厂 家 逐 年 扩 大 适 应 各 种 需 要 ， 有 针 对 性地 推 出 一 系 列 型 号 产 品 ， 使 系 统 开 发 工 程 师 有 很 大 的 选 择 余 地 。 大 部 分 产 品有 较 好 的 兼 容 性 ， 保 证 了 已 开 发 产 品 能 顺 利 移 植 ， 较 容 易 地 使 产 品 进 行 升 级换 代 。2、 提 高 性 能 ， 扩 大 容 量 ， 性 能 价 格 比 高 。 集 成 度 已 经 达 到 300 万 个 晶体 管 以 上 ， 总 线 速 度 达 到 数 十 微 妙 到 几 百 纳 秒 ， 指 令 执 行 周 期 已 经 达 到 几 微妙 到 数 十 纳 秒 ， 以 往 片 外 XRAM 现 已 在 物 理 上 存 入 片 内 ， ROM 容 量 已 经 扩 充达 32K， 64K， 128K 以 致 更 大 的 空 间 。 价 格 从 几 百 到 几 元 不 等 。3、 增 加 控 制 功 能 ， 向 真 正 意 义 上 的 “单 片 ”机 发 展 。 把 原 本 是 外 围 接口 芯 片 的 功 能 集 成 到 一 块 芯 片 内 ， 在 一 片 芯 片 中 构 造 了 一 个 完 整 的 功 能 强 大的 微 处 理 应 用 系 统 。74、 低 功 耗 。 现 在 新 型 单 片 机 的 功 耗 越 来 越 小 ， 供 电 电 压 从 5V 降 低 到了 3.2V， 甚 至 1V， 工 作 电 流 从 mA 降 到 A 级 ， gz2 频 率 从 十 几 兆 可 编 程 到几 十 千 赫 兹 。 特 别 是 很 多 单 片 机 都 设 置 了 多 种 工 作 方 式 ， 这 些 工 作 方 式 包 括等 待 ， 暂 停 ， 睡 眠 ， 空 闲 ， 节 电 等 。5、 C 语 言 开 发 环 境 ， 友 好 的 人 机 互 交 环 境 。 大 多 数 单 片 机 都 提 供 基 于C 语 言 开 发 平 台 ， 并 提 供 大 量 的 函 数 供 使 用 ， 这 使 产 品 的 开 发 周 期 、 代 码 可读 性 、 可 移 植 性 都 大 为 提 高2.4 单 片 机 的 应 用1、 在 智 能 仪 表 中 的 应 用这 是 单 片 机 应 用 最 多 最 活 跃 的 领 域 之 一 。 在 各 类 仪 器 仪 表 中 引 入 单 片 机 ，使 仪 器 仪 表 智 能 化 ， 提 高 测 试 的 自 动 化 程 度 和 精 度 ， 简 化 仪 器 仪 表 的 硬 件 结构 ， 提 高 其 性 能 价 格 比 。2、 在 机 电 一 体 化 中 的 应 用机 电 一 体 化 产 品 是 指 集 机 械 技 术 ， 微 电 子 技 术 ， 计 算 机 技 术 于 一 体 ，使 其 产 品 具 有 智 能 化 特 征 的 电 子 产 品 。 它 是 机 械 工 业 发 展 的 方 向 。3、 在 实 时 控 制 系 统 中 的 应 用单 片 机 广 泛 用 于 各 种 实 时 过 程 控 制 系 统 中 ， 例 如 工 业 过 程 控 制 、 过 程 监测 、 航 空 航 天 、 间 断 武 器 、 机 器 人 系 统 等 各 种 实 时 控 制 系 统 。 用 单 片 机 进 行实 时 系 统 数 据 处 理 和 控 制 ， 保 证 系 统 工 作 在 最 佳 状 态 ， 有 利 于 提 高 系 统 的 工作 效 率 和 产 品 的 质 量 。4、 在 人 们 生 活 中 的 应 用目 前 国 内 外 各 种 家 具 已 经 普 遍 用 单 片 机 代 替 传 统 的 控 制 电 路 ， 例 如 ，洗 衣 机 、 电 冰 箱 、 空 调 机 、 微 波 炉 、 电 饭 煲 、 收 音 机 、 音 像 、 电 风 扇 及 许 多高 级 电 子 玩 具 都 配 上 了 单 片 机 。5、 在 其 他 方 面 的 应 用单 片 机 还 广 泛 应 用 于 办 公 自 动 化 领 域 、 商 业 营 销 领 域 、 安 全 防 卫 、 汽 车及 通 信 系 统 、 计 算 机 外 部 设 备 、 模 糊 控 制 等 领 域 。8第 3 章 密 码 锁 的 设 计3.1 设 计 方 案 的 选 择3.1.1 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 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 。3.1.2 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 ， 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 AT89C51 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 7SEG-MPX8-CC-BLUE 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 0 9 输 入 密 码 。 当 数 字 输 入 超过 6 个 时 ， 给 出 报 警 信 息 。 在 密 码 输 入 过 程 中 ， 若 输 入 错 误 ， 可 以 利 用“CLR”键 删 除 刚 才 输 入 的 错 误 的 数 字 。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 用 此 方 案 。3.2 本 设 计 所 要 实 现 的 目 标用 43 组 成 0 9 数 字 键 及 确 认 键 、 删 除 键 ； 用 8 位 数 码 管 组 成 显 示电 路 提 示 信 息 ， 当 输 入 密 码 时 ， 只 显 示 “-”， 当 密 码 位 数 输 入 完 毕 按 下 确认 键 时 ， 对 输 入 的 密 码 与 设 定 的 密 码 进 行 比 较 ， 若 密 码 正 确 ， 则 锁 开 ， 此 处用 LED 发 光 二 极 管 亮 一 秒 钟 作 为 提 示 ； 若 密 码