课程设计（论文）-基于单片机的电子密码锁设计.docx

目 录1绪论11.1引言11.2电子密码锁的背景11.3本设计特点12设计要求22.1设计任务22.2设计要求23硬件电路设计23.1设计方案的选择3 3.1.1方案一3 3.1.2方案二3 3.1.3方案确定33.2密码输入方式的选择4 3.2.1方案一4 3.2.1方案二4 3.2.3方案确定43.3主要元器件简介43.4硬件系统结构5 3.4.1复位电路5 3.4.2晶振电路6 3.4.3存储电路6 3.4.4报警电路74.程序设计84.1程序清单84.2 proteus/keil仿真图17 4.2.1电子密码锁开机仿真结果17 4.2.2电子密码锁修改密码仿真结果175.总结18参考文献1931.绪论1.1引言在日常生活和工作中，锁是每个人都离不开的，它是保护个人财产安全、保护资料档案的关键元素。随着电子技术的飞速发展，传统弹子锁的缺点渐渐被放大，社会对新式电子密码锁的需求越来越大，前景广阔。本课题主要采用单片机完成了一套具有按键输入、显示、解锁、报警及密码修改等多种功能的电子密码控制系统。据有关资料介绍，电子密码锁的研究从20世纪30年代就开始了，在一些特殊场所早就有所应用。这种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。由于电子锁的密钥量（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留下安全隐患。电子锁只需记住一组密码，无需携带金属钥匙，免除了人们携带金属钥匙的烦恼，而被越来越多的人所欣赏。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。目前使用的电子密码锁大部分是基于单片机技术，以单片机为主要器件，其编码器与解码器的生成为软件方式。1.2电子密码锁的背景随着社会科技的进步，锁已发展到了密码锁、磁性锁、电子锁、激光锁、声控锁等等。在传统钥匙的基础上，加了一组或多组密码，不同声音，不同磁场，不同声波，不同光束光波，不同图像。（如指纹、眼底视网膜等）来控制锁的开启。从而大大提高了锁的安全性，使不法之徒无从下手，人们也就能对自身财产安全有了更多的保障。当今安全信息系统应用越来越广泛，特别在保护机密、维护隐私和财产保护方面起到重大作用，而基于电子密码锁的安全系统是其中的组成部分，因此研究它具有重大的现实意义。1.3本设计特点本系统由24c02和12864显示的电子密码锁设计单片机系统、43矩阵键盘、12864显示和报警系统等组成，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（本设计由p0口控制lcd显示，密码正确则进入系统。密码错误显示“密码错误，重新输入密码”）除上述基本的密码锁功能外，依据实际的情况还可以添加遥控功能。本系统成本低廉，功能实用。2.设计要求2.1设计任务设计一种基于单片机的密码锁2.2 设计要求2.2.1密码用键盘输入（4-8位）2.2.2用户可预置密码（4-8位）2.2.3用led数码管或lcd显示密码值，密码设置成功或开锁后显示“*”2.2.4密码输入成功后开锁，密码输入错误时数码管或者lcd提示错误信息，并且红色的led亮，三次输入错误后，扬声器报警。3.硬件电路设计3.1设计方案的选择3.1.1方案一采用数字密码锁电路的好处就是设计简单。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40秒（一般情况下，用户不会超过40秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警80秒，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘5分钟，防止他人的非法操作。电路由两大部分组成：密码锁电路和备用电源(ups)，其中设置ups电源是为了防止因为停电造成的密码锁电路失效，使用户免遭麻烦。密码锁电路包含：键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输入次数锁定电路。3.1.2方案二采用一种是用以80c51为核心的单片机控制方案。利用单片机灵活的编程设计和丰富的io端口，及其控制的准确性，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功能。其原理如图所示。80c51单片机矩阵键盘控制输入错误锁定键盘延时报警控制电路24c02掉电存储开锁控制电路指示电路串口显示电路图3-1系统总设计结构图3.1.3方案确定通过比较以上两种方案，单片机方案有较大的活动空间，不但能实现所要求的功能而且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，所以我们采用后一种方案。另外从经济实用的角度出发，采用80c51单机，研制了一款具有防盗自动报警功能的电子密码锁。该密码锁设计方法合理，简单易行，成本低，符合住宅、办公室用锁要求，具有一定的推广价值。3.2密码输入方式的选择3.2.1方案一指纹输入识别：指纹识别技术主要涉及四个功能：读取指纹图像、提取特征、保存数据和比对。通过指纹读取设备读取到人体指纹的图像，然后要对原始图像进行初步的处理，使之更清晰，再通过指纹辨识软件建立指纹的特征数据。软件从指纹上找到被称为“节点”（minutiae）的数据点，即指纹纹路的分叉、终止或打圈处的坐标位置，这些点同时具有七种以上的唯一性特征。通常手指上平均具有70个节点，所以这种方法会产生大约490个数据。这些数据，通常称为模板。通过计算机模糊比较的方法，把两个指纹的模板进行比较，计算出它们的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果，从而判断输入结果的正确与否。3.2.2方案二矩阵键盘输入识别：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，当一个键按下就会有某一条行线与某一条列线接触，只要确定接触的是哪两条线，即哪两个i/o口线，就可以确定哪一个键被触动。行线设计成上拉口线，初始时被置高电位，列线悬空，初始置低。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钮被按下。3.2.3方案确定考虑到方案一软硬件太过复杂，而且成本也高，故不采用，而方案二每个按键都可通过程序赋予功能，从而完成密码识别本方案简单易行，故采用。3.3主要元器件简介3.3.1 24c02串行e2prom是基于i2c-bus 的存储器件，遵循二线制协议，由于其具有接口方便，体积小，数据掉电不丢失等特点，在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用。随着世界上各公司对该器件的开发，市场上推出了许多牌号的24c02器件，甚至还有一些冒牌的24c02器件，这样就使批量生产的单片机控制系统的质量出现时好时坏的问题。笔者经过大量的设计实践和试验摸索找出了24c02在应用中之所以出现数据被冲掉的原因，并总结了一套保护24c02数据安全的软硬件设计方法。3.3.2 80c5180c51单片机属于mcs-51系列单片机，由intel公司开发，其结构是8048的延伸，改进了8048的缺点，增加了如乘（mul）、除（div）、减（subb）、比较（cmp）、16位数据指针、布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和5个中断源。采用40个引脚双列直插式dip（dual in line package），内有128个ram单元及4k的rom。3.3.3 1286412864液晶是一种统称，只说明类屏的一个特征，就是128*64个点构成。对于液晶屏的特性则没有说明。3.4硬件系统结构3.4.1复位电路单片机复位是使cpu和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后pc0000h，使单片机从第个单元取指令。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。在复位期间（即rst为高电平期间），p0口为高组态，p1p3口输出高电平；外部程序存储器读选通信号psen无效。地址锁存信号ale也为高电平。根据实际情况选择如图2-1所示的复位电路。该电路在最简单的复位电路下增加了手动复位按键，在接通电源瞬间，电容c1上的电压很小，复位下拉电阻上的电压接近电源电压，即rst为高电平，在电容充电的过程中rst端电压逐渐下降，当rst端的电压小于某一数值后，cpu脱离复位状态，由于电容c1足够大，可以保证rst高电平有效时间大于24个振荡周期，cpu能够可靠复位。增加手动复位按键是为了避免死机时无法可靠复位。图3-2复位电路3.4.2晶振电路80c51引脚xtal1和xtal2与晶体振荡器及电容c4、c5按图2-2所示方式连接。晶振、电容c4c5及片内与非门（作为反馈、放大元件）构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及电容c4、c5的容量有关，但主要由晶振频率决定，范围在033mhz之间，电容c4、c5取值范围在530pf之间。根据实际情况，本设计中采用12mhz做系统的外部晶振11。电容取值为20pf。图3-3晶振电路3.4.3存储电路at24c02是一个2k位串行cmose2prom，内部含有256个8位字节，catalyst公司的先进cmos技术实质上减少了器件的功耗。at24c02有一个16字节页写缓冲器。该器件通过ic总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到2.5v，额定电流为1ma，静态电流10ua(5.5v)，芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上，而且采用8脚的dip封装，使用方便。图3-4存储电路3.4.4报警电路报警部分由陶瓷压电发声装置及外围电路组成，加电后不发声，当有键按下时，“叮”声，每按一下，发声一次，密码正确时，不发声直接开锁，当密码输入错误时，单片机的p2.1引脚为低电平，三极管t3导喇叭发出噪鸣声报警。图3-5报警电路4.程序设计4.1 程序清单*/#include#include#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit led1=p15;sbit led2=p16;sbit init=p22;sbit sound=p17;ucharidata key6=0,0,0,0,0,0;ucharidataiic6=0,1,2,3,4,5;void press(uchar *s)uchardat;/* p3=0xf0;/保存第一位密码while(p3=0xf0);dat=key_scan();if(dat!=0x0a)&(dat!=0x0b) *s=dat;left(); star_12864(star,0x05,16); s+;/* p3=0xf0; /保存第二位密码while(p3=0xf0);dat=key_scan(); if(dat!=0x0a)&(dat!=0x0b) *s=dat;left(); star_12864(star,0x05,24); s+;/* p3=0xf0; /保存第三位密码while(p3=0xf0);dat=key_scan();if(dat!=0x0a)&(dat!=0x0b) *s=dat;left(); star_12864(star,0x05,32); s+;/* p3=0xf0; /保存第四位密码while(p3=0xf0);dat=key_scan();if(dat!=0x0a)&(dat!=0x0b) *s=dat;left(); star_12864(star,0x05,40); s+;/* p3=0xf0; /保存第五位密码while(p3=0xf0);dat=key_scan();if(dat!=0x0a)&(dat!=0x0b) *s=dat;left(); star_12864(star,0x05,48); s+;/* p3=0xf0; /保存第六位密码while(p3=0xf0);dat=key_scan();if(dat!=0x0a)&(dat!=0x0b) *s=dat;left(); star_12864(star,0x05,56); /* dop3=0xf0;/键入enter键盘继续执行下面语句，否则等待while(p3=0xf0);dat=key_scan();while(dat!=0x0b);void delay10ms(void) /延时10ms uinti,j,k;for(i=5;i0;i-)for(j=4;j0;j-)for(k=248;k0;k-);void main()uchardat;uchar i=0,j=0,k;uchar x; led1=1; led2=1; sound=0; init=1; if(init=0) /密码初始化 x=sendb(iic,0x50,6);delay10ms(); /首先从iic器件中读出密码以供下面输入密码进行比较 x=readb(iic,0x50,6); init_12864();/for(i=0;i150;i+)delay10ms();/*若密码不正确，循环执行dowhile（）*do p3=0xf0;while(p3=0xf0);dat=key_scan();while(dat!=0x0b);if(dat=0x0b) do led1=1; system(); /显示：请输入密码字幕press(key); if(key0=iic0)&(key1=iic1)&(key2=iic2)&(key3=iic3)&(key4=iic4)&(key5=iic5) /密码比较,若密码正确责进入系统，若密码不正确则显示密码错误，重新输入密码 true();do p3=0xf0;/键入1或2继续执行下面语句，否则等待while(p3=0xf0);dat=key_scan();while(dat!=0x01&dat!=0x02); if(dat=1) /开锁 led1=0;unlock();for(i=0;i100;i+)delay10ms();continue; if(dat=2)/修改密码 dosystem(); press(key);again();press(iic); if(key0=iic0)&(key1=iic1)&(key2=iic2)&(key3=iic3)&(key4=iic4)&(key5=iic5) succeed();/修改密码成功for(i=0;i100;i+)delay10ms();delay10ms(); x=sendb(iic,0x50,6);delay10ms(); x=readb(iic,0x50,6);break; else /修改密码不成功，重新修改 repeat();for(i=0;i100;i+)delay10ms(); while(1); else /密码不正确，重新输入密码j+;if(j=3)for(i=0;i8;i+) led2=0;for(k=0;k5;k+)delay10ms(); led2=1;for(k=0;k5;k+)delay10ms();j=0; error();for(