毕业设计（论文）-基于单片机的电子密码锁设计5.doc

目目 录录 单片机电子密码锁的设计.1 第 1 章 绪论.3 1.1 引言 .3 1.2 电子密码锁的背景 .3 1.3 电子锁设计的意义的本设计特点 .4 第 2 章 系统总体方案设计.5 第 3 章 硬件电路设计.8 3.1 键盘电路设计 .8 3.2 led 显示电路 9 3.3 开锁电路 .11 3.4 报警电路12 第 4 章 软件设计.12 4.1 软件设计思路12 4.2 各子程序设计 .13 第 5 章 系统调试.18 第 6 章 单片机电子密码锁的应用趋势.19 第 7 章 设计总结与展望.19 附 录.23 源程序清单.23 潍坊学院本科毕业论文 1 单单片机片机电电子密子密码锁码锁的的设计设计 摘要：摘要：随着科技和人们的生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突 出，传统机械锁由于构造简单，被撬事件屡见不鲜；电子锁由于其保密性高，使用灵活性 好，安全系数高，受到了广大用户的青睐。 本设计以单片机at89c51作为密码锁监控装置的检测和控制核心，分为主机控制和从机 执行机构（本设重点介绍主机设计），实现钥匙信息在主机上的初步认证注册、密码信息 的加密、钥匙丢失报废等功能。根据51单片机之间的串行通信原理，这便于对密码信息 的随机加密和保护。而且采用键盘输入的电子密码锁具有较高的优势。采用数字信号编 码和二次调制方式，不仅可以实现多路信息的控制，提高信号传输的抗干扰性，减少错 误动作，而且功率消耗低；反应速度快、传输效率高、工作稳定可靠等。软件设计采用自 上而下的模块化设计思想，以使系统朝着分布式、小型化方向发展，增强系统的可扩展 性和运行的稳定性。测试结果表明，本系统各项功能已达到本设计的所有要求。 关关键词键词:单片机；密码锁；单片机设计，电子锁。 潍坊学院本科毕业论文 2 the design of electronic locks scm abstract：along with the exaltation of social science and the living level of people, how carry out the family to guard against theft, this problem also change particularly outstanding.because of the simple construct of traditional machine lock,the affairs of theft is hackneyed.the electronics lock is safer because of its confidentiality, using the vivid good, the safe coefficient is high, being subjected to the large customer close. it can carry out the key information to register in the main on board initial attestation, the password information encrypt etc. go to correspond by letter the principle according to the string between 51 machines, this is easy to encrypt and protect to the passwords information random. adopt the numerical signal codes,not only can carry out many controls of the road information, raise the anti- interference that signal deliver, reduce the mistake action,but also the power consume is low， respond quickly,the efficiency deliver is high, work stable credibility etc. the software design adoption the design thought from top to bottom, to make the system toward wear distribute type,turn to the direction development of small, strengthen the system and can expand the stability and circulate.test the result enunciation, various functions of this system are already all request of this design. keyword：singlechip;cryptogram lock;singlechip design; electronics lock. 潍坊学院本科毕业论文 3 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 引言 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，被撬的事件屡见不鲜，电子锁由于其保密性高，使用灵 活性好，安全系数高，受到了广大用户的喜爱。锁是置于可启闭的器物上,用以关住某 个确定的空间范围或某种器具的,必须以钥匙或暗码打开的扣件。锁具发展到现在已有 若干年的历史了，人们对它的结构、机理也研究得很透彻，因此，不用钥匙就能打开 的方法和工具也层出不穷。现代人类文明社会里，由于社会中各种矛盾冲突十分剧烈， 人们的思想道德观念，价值观念，文化修养水平等差异，群众中良莠不齐，善良的人 们能够自觉规范自已的行为， “非礼不为” ，虽无钥匙亦不会乱闯。然而，那些毫无道 德观念的盗贼却想方设法利用高科技手段撬门开锁，使广大居民防不胜防 。 为什么会出现这种情况呢？因为传统锁具都存在致命的弱点： 第一、 锁芯采用常见的铜、铝、锌等材料，抵抗不了强力破坏； 第二、 锁具制作工艺，技术落后，无法阻止技术手段的开启。 目前，市场上很多国内外的锁具，实际上都不具备真正的防盗功能。在惯偷面前， 两根钢丝或几件简单的工具就可以把这些锁打开，有的惯偷甚至公开扬言：“没有我 打不开的锁。 ”其实，不是他们多高明，而是一般锁具技术原理太过简单。面对这一残 酷的现状，新时代提出了锁具必须革命的迫切的要求。 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。 潍坊学院本科毕业论文 4 1.3 电子锁设计的意义的本设计特点 单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（cpu） 、随机存 取存储器（ram） 、只读存储器（rom） 、输入/输出端口 （i/0）等主要计算机功能部件 都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。 计算机的产生加快了人类改造世界的步 伐，但是它毕竟体积大。微计算机（单片机）在这种情况下诞生了，它为我们改变了 什么？纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制， 从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我 们生活中广泛使用的各种智能 ic 卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。以前没有单 片机时，这些东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不 仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会 达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在 单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产 品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了，且容易升级改 善1。 电子锁可以在日常生活和现代办公中，住宅与办公室的安全防范、单位的文件档 案、财务报表以及一些个人资料的保存等多种场合使用。大大提高了主人物资的安全 性，安全可以代替老式机械锁。目前使用的密码锁种类繁多，各具特色。本文从经济 实用的角度出发，采用 at89c2051 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。 （1）系统设置 6 位密码，密码通过键盘输入，若密码正确，则将锁打开。 （2）密码由用户自己设定，在开锁状态下，用户可自行修改密码。 （3）具有自动报警功能。自动报警分现场报警和远程报警两种。现场报警由扬声器发 出报警声。 （4）两种情况下可报警：一是密码输入错误 3 次，则报警；二是非正常开门，如破门 而入的情况，可通过系统的红外监视装置监测，同时报警，保证了系统的安全性。系 潍坊学院本科毕业论文 5 统工作时，用户通过按键输入 4 位密码，单片机将输入密码与设定密码进行比较，若 密码正确，则发出开锁信号，将门打开，系统不报警；若密码不正确，则有相应的指 示灯闪动，并要求重新输入密码，重新输入密码的次数不能超过 3 次，若 3 次输入的 密码都不正确，则发出报警信号。 第第 2 章章 系统总体方案设计系统总体方案设计 方案一：采用数字电路控制。其原理方框图如图 11 所示。 图 21 数字密码锁电路方案 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2。 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 潍坊学院本科毕业论文 6 电路、键盘输入次数锁定电路。 方案二：采用一种是用以 at89s51 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 12 所示。 图 22 单片机控制方案 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。 本方案采用一种是用以 89s51 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 i/o 端口，及其控制的准确性，实现基本的密码锁功能。 初步设计思路如下： 输入密码用矩形键盘，包括数字键和功能键。 led 数码管显示输入密码，用 74js247 驱动数码管发光显示数码，用 74ls138 控制 各位显示器分时进行显示。 用发光二极管代替开锁的电路，发光表示开锁。 输入密码错误次数超过 3 次，系统报警。 打开电源后，显示器显示“000000” ，设原始密码为“123456” ，只要输入此密码 便了开门。这样可预防停电后再来电时无密码可用。 开锁控制电路开锁控制电路 89s51 单片机单片机 at24c02 掉电存储掉电存储 串口显示电路串口显示电路 矩阵矩阵 键盘键盘 控制控制 指示电路指示电路 输入错误锁定键盘输入错误锁定键盘 延时报警控制电路延时报警控制电路 潍坊学院本科毕业论文 7 按“c”键，清除显示器为“000000” 。 欲重新设定密码，先输入密码在案“*” 。 输入密码，再按“d”键。若密码与设定密码相同，则开门。否则显示器清为 “000000” 。 软件的设计主要包括键盘键值的读取，led 显示程序，密码比较程序和报警程序3。 潍坊学院本科毕业论文 8 第 3 章 硬件电路设计 3.1 键盘电路设计 使用矩阵键盘，所以本设计就采用行列式键盘，同时也能减少键盘与单片机接口 时所占用的 i/o 线的数目，在按键比较多的时候，通常采用这样方法。其原理如图 3.1 。 图 3.1 矩阵键盘 每一条水平（行线）与垂直线（列线）的交叉处不相通，而是通过一个按键来连 通，利用这种行列式矩阵结构只需要 n 条行线和 m 条列线，即可组成具有 nm 个按键 的键盘。 在这种行列式矩阵键盘非键盘编码的单片机系统中，键盘处理程序首先执行等待 按键并确认有无按键按下的程序段。 当确认有按键按下后，下一步就要识别哪一个按键按下。对键的识别通常有两种 方法：一种是常用的逐行扫描查询法；另一种是速度较快的线反转法。 潍坊学院本科毕业论文 9 对照图 3.1 所示的 44 键盘，说明线反转个工作原理。 首先辨别键盘中有无键按下，有单片机 i/o 口向键盘送全扫描字，然后读入行线 状态来判断。方法是：向行线输出全扫描字 00h，把全部列线置为低电平，然后将列线 的电平状态读入累加器 a 中。如果有按键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平从 而使行线不全为 1。 判断键盘中哪一个键被按下使通过将列线逐列置低电平后，检查行输入状态来实 现的。方法是：依次给列线送低电平，然后查所有行线状态，如果全为 1，则所按下的 键不在此列；如果不全为 1，则所按下的键必在此列，而且是在与零电平行线相交的交 点上的那个键6。 具体的功能设计如表 3.1： 按 键键 名功 能 说 明 19 键数 字 键输 入 密 码 * 键重 设 密 码 键设 定 新 密 码 d 键确 定 键比 较 密 码 c 键清 除 键使 显 示 器 清 零 表 3.1 按键功能 3.2 led 显示电路 本系统设计的显示电路是为了给使用者以提示而设置的。本系统的显示采用串行 显示的方式，只使用单片机的一个串行口，利用 74ls247 驱动数码管发光显示数码和 74ls138 控制位选信号，就可以完成单片机的显示功能，显示电路的电路原理图如图 3.2 所示。 用 p0.0p0.3 接 74ls247 的 a，b，c，d 四端口，74ls247 的输出口接 led 的七段 显示；而 p0.4p0.6 接 74ls138 的 a，b，c 三个输入口，74ls138 的输出口接 led 的 位显示。通过软件实现数字和位控制7。 潍坊学院本科毕业论文 10 图 3.2 led 显示电路 用 74ls247 可以控制输出什么字型。74ls247 的逻辑功能表如表 3.2： 表 3.2 74ls247 的逻辑功能表 用 74ls138 控制位循环显示，其逻辑功能表如表 3.3： cbay1y2y0y3y4y5y6y7 0000111111 潍坊学院本科毕业论文 11 00110111111 0 1011011111 01111101111 1 0011110111 1011111101 1 11011111101 11111111110 表 3.3 74ls138 逻辑功能表 3.3 开锁电路 在本次设计中，基于节省材料的原则，暂时用发光二极管代替电磁锁，发光管亮， 表示开锁；灭，表示没有开锁。电路图如 3.3 所示。当 p2.0 口输出低电平时，二极管 发光，表示开锁。 图 3.3 开 锁电路 3.4 报 潍坊学院本科毕业论文 12 警电路 图 3.4 报警电路 报警模块由蜂鸣器和单片机组成。选择一只压电式蜂鸣器，压电式蜂鸣器工作时 约需要 100ma 驱动电流。蜂鸣器电路如图 3.4 所示。当 89c51 的 p2.1 口输出为低电平 时，蜂鸣器产生蜂鸣音，89c51 输出为高电平时，蜂鸣器不发声。 第第 4 章章 软件设计软件设计 4.1 软件设计思路 电子密码锁工作的主要过程是 led 数码管提示开始输入密码，通过键盘输入密码， 同时 led 显示密码输入情况，按下确认键后判断密码的正确性，作出开锁或报警处理。 当输入密码连续输入错误 3 次时，系统报警9。 密码的设定，在此程序中密码是固定 40h45h 中，假设预设的密码为“123456“ 共 6 位密码。 由于采用两个按键来完成密码的输入，那么其中一个按键为功能键，另一个按键 为数字键。在输入过程中，首先输入密码的长度，接着根据密码的长度输入密码的位 数，直到所有长度的密码都已经输入完毕；或者输入确认功能键之后，才能完成密码 的输入过程。进入密码的判断比较处理状态并给出相应的处理过程。 4.2 各子程序设计 1 键盘扫描子程序 键盘扫描流程图如图 4.2.1 潍坊学院本科毕业论文 13 图 4.2.1 键盘扫描流程图 键盘扫描子程序如下： l2: mov r3,#0f7h mov r1,#00h l3: mov a,r3 mov p1,a mov a,p1 mov r4,a setb c mov r5,#04h l4: rlc a 潍坊学院本科毕业论文 14 jnc keyin inc r1 djnz r5,l4 call disp mov a,r3 setb c rrc a mov r3,a jc l3 jmp l2 2 led 显示子程序 led 显示流程图如图 4.2.2 图 4.2.2 led 显示流程图 led 显示子程序如下： disp:mov r0,#45h 潍坊学院本科毕业论文 15 disp1: mov a,r0 add a,#50h mov p0,a call delay dec r0 mov a,r0 add a,#40h mov p0,a call delay dec r0 mov a,r0 add a,#30h mov p0,a call delay dec r0 mov a,r0 add a,#20h mov p0,a call delay dec r0 mov a,r0 add a,#10h 潍坊学院本科毕业论文 16 mov p0,a call delay dec r0 mov a,r0 add a,#00h mov p0,a call delay ret 3 密码比较和报警程序 密码比较和报警流程图如 4.2.3 图 4.2.3 密码比较和报警流程 密码比较和报警程序： 潍坊学院本科毕业论文 17 comp: mov r1,#45h mov r0,#35h mov r2,#06h c1: mov a,r1 xrl a,r0 jnz c3 dec r1 dec r0 djnz r2,c1 clr p2.0 mov r2,#200 c2: mov r6,#248 djnz r6,$ djnz r2,c2 c3: inc r5 mov a,r5 mov r5,a cjne r5 ,#03h,c4 clr p2.1 mov r5,#00h c4: jmp start 潍坊学院本科毕业论文 18 第第 5 章章 系统调试系统调试 本次调试采用 protues 软件仿真。首先设计电子密码锁的源程序，源程序经过汇编后， 生成的目标文件经过仿真调试。 依次按下 1，2，3，4，5，6 后，led 显示如图 5.1 图 5.1 led 显示 按下确定键后，二极管亮，表示密码正确开门。如图 5.2 图 5.2 密码正确开门 第第 6 章章 单片机电子密码锁的应用趋势单片机电子密码锁的应用趋势 当今电子密码锁发展已经到了非常高的境界，由于电子元件特别是单片机应用在 这几年得到空前发展，无论功能性，稳定性都比较全面，在保密方面已做到人眼识别， 指纹识别，人声识别基本上电影上有的现实也有。在国外发展比较早，所以应用也比 较广泛，主要在家庭装较贵重地方，银行，保险柜等应用较多，在国内这方面发展也 较快，不管自己开发或是引进都有，在重要地方应用也较多，由于价钱比普通弹子锁 较贵，早几年应用较少，现在越来越普及到平常化，未来的发展也会越来越被大众采 用，由于它的功能、安全是弹子锁无法相比的。发展前境是非常大的10。 潍坊学院本科毕业论文 19 第第 7 章章 设计总结与展望设计总结与展望 课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实 践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展 的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得 是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。 回顾起此次单片机课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从理论到实践我们可以 学到很多很多的的东西，不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本 上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的， 只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得 出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在 设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各 种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理 解得不够深刻，掌握得不够牢固，对单片机汇编语言掌握得不好，通过这次课程设计 之后，一定把以前所学过的知识重新温故。 这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，在同学的帮助下， 终于游逆而解。 潍坊学院本科毕业论文 20 参考文献参考文献 1王迎旭编， 单片机原理及及应用m.机械工业出版社,2001 2周航慈著,单片机应用程序设计技术m.北京航空航天大学出版社 3 黄志君，高峰，王建.轮胎压力监测系统j.广西工学院学报.2006(4):912. 4 单春贤，韩钧等. 一种集成度较高的轮胎压力监测系统设计j. 拖拉机与农 用运输车，2006(6)：3338. 5 张洪润著， 单片机应用技术教程.北京：清华大学出版社，1997 6 沙占友 a study of the control system with intelligent temperature sensors.icemi 第四届国际电子测量学术会议论文集，电子测量与一起学报.第 13 卷，1998（8） ，istp 收录 7 the intel microprocessors architecture,programming,and interfacing . (高等教育 出版社版),2001 20-081201-05-01 8 jonathan d. nash， douglas r. caldwell, michael j. zelman, and james n. moum a thermocouple probe for high-speed temperature measurement in the ocean. manuscript received 18 august 1997, in final form 9 november 1998：1447-1449. 9 omega engineering technical reference.thermocouple home page 10 using thermocouple sensors cryogenic control systems, inc. 潍坊学院本科毕业论文 21 致谢致谢 值此论文完成之际，谨向我的导师刘鲁宁老师表示我衷心的谢意 ！ 本文从选题的确定，论文的写作、修改到最后定稿得到了我的指导老师刘鲁宁的 悉心指导。特别是他多次询问写作进程，并为我指点迷津，帮助我开拓思路，精心点 拨，热忱鼓励。他严肃的教学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风深深地感 染和激励着我。在此，谨向刘鲁宁老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 此外，还要感谢在大学四年中帮助我的人，感谢物理与电子科学学院有关老师在 学习上的点拨，图书馆管理员老师提供学习场所。同时,也要感谢在论文写作过程中， 帮助过我、并且共同奋斗四年的大学同学们，能够顺利完成论文，是因为一路上有你、 有你们，再次衷心地感谢所有在我论文写作过程中给予过我帮助的人们，谢谢！ 最后，特别要感谢我的父母对我十几年求学生涯的无私奉献，因为他们对我学业的 支持和生活关心，才使我能不懈努力，顺利完成论文，走向人生新的阶段。在此， 我 要向他们表示最示崇高的敬意和最真挚的感谢 ！ 潍坊学院本科毕业论文 22 附附 录录 源程序清单 org 00h mov r5,#00h mov r7,#00h djnz r7,$ mov r7,#10h mov r6,#06h mov r1,#35h l1: mov a,r7 mov dptr,#table movc a,a+dptr mov r1,a dec r1 inc r7 djnz r6,l1 start: orl p2,#0ffh mov r4,#06h mov r0,#40h clear: mov r0,#00h inc r0 潍坊学院本科毕业论文 23 djnz r4,clear l2: mov r3,#0f7h mov r1,#00h l3: mov a,r3 mov p1,a mov a,p1 mov r4,a setb c mov r5,#04h l4: rlc a jnc keyin inc r1 djnz r5,l4 call disp mov a,r3 setb c rrc a mov r3,a jc l3 jmp l2 keyin: mov a,r1 xrl a,#0bh 潍坊学院本科毕业论文 24 jz x3 mov a,r1 xrl a,#0fh jz x4 mov r7,#10 d1: mov r6,#24 djnz r6,$ djnz r7,d1 d2: mov a,p1 xrl a,r4 jz d2 mov