[毕业设计精品]电子密码锁门禁系统.doc

06级电气自动化技术专业毕业论文目录摘要 3第一章 绪论 41.1背景41.2电子密码锁41.3电子密码锁的特点41.4电子密码锁的发展趋势5第二章系统的总体设计62.1系统的结构62.2系统的组成62.3系统的可行性分析6第三章硬件电路设计73.1单片机at89c51的简介73.1.1 at89c51主要特性 83.1.2at89c51的引脚 83.1.3震荡特性 10 3.1.4 芯片擦除 103.2 44矩阵键盘103.3振荡电路113.4复位电路123.5 发光二极管led133.6 设计总电路图153.7 仿真电路图15第四章 软件程序设计164.1 软件设计流程图164.2 程序清单18第五章 系统的改进与拓展22结论23参考文献24致谢25摘要26摘要 在工业生产中,一些关键的控制核心部分,为防止非法进入或修改,需设置密码电路.在一些保密场合,为防止非法人员进入,也需设置密码电路。在公共场所的临时存物箱或专业存物箱也需设置密码电路本设计研究如何利用单片机研制密码锁控制器，能够广泛的应用于学校机房重地、图书馆、办公室防盗报警系统中，实现无人值守。工作稳定可靠,保密性高,实现性强，并具有报警控制功能。同时给出了单片机型号的选择、硬件设计、软件流程图、单片机存储单元的分配、汇编语言源程序及详细注释等内容。关键词：at89c51芯片、44矩阵键盘、led显示、密码锁第一章绪论1.1背景随着社会物质财富的日益增长，安全防盗已成为社会问题。而锁自古以来就是把守门户的铁将军，人们对它要求甚高，既要安全可靠地防盗，又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。目前国内，大部分人使用的还是传统的机械锁。然而，眼下假冒伪劣的机械锁泛滥成灾，互开率非常之高。所谓互开率，是各种锁具的一个技术质量标准，也就是1把钥匙能开几把锁的比率。经国家工商局、国家内贸局、中国消协等部门对锁具市场的调查，发现个别产品的互开率居然超标26倍。为何弹子锁的“互开率”会如此之高？据有关专家人士剖析，弹子锁质量好坏主要取决于弹子数量的多少以及弹子的大小，而弹子的多少和大小受一定条件的限制。此外，即使是一把质量过关的机械锁，通过急开锁，甚至可以在不损坏锁的前提下将锁打开。机械锁的这些弊端为一种新型的锁-电子密码锁，提供了发展的空间。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。电子密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。1.2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。1.3电子密码锁的特点密码锁以51系列单片机(at89c51)为核心，配以相应硬件电路，完成密码的设置、存贮、识别和显示、驱动电磁执行器并检测其驱动电流值、接收传感器送来的报警信号、发送数据等功能。 具有很高的安全性、可靠性、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，使密码锁不论是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。 智能监控器始终处于接收状态，以固定的格式接收电子锁具发来的报警信息和状态信息。对于报警信息，则马上通过lcd显示器及蜂鸣器发出声、光报警；对于状态信息，则存入内存，并与电子锁具在此时刻以前的历史状态进行比较，得出变化趋势，预测未来的状态变化，通过lcd显示器向值班人员提供相应信息，以供决策使用。智能监控器与电子锁具建立通信联系的同时，通过a/d转换器实时地监视流过通信线路的供电电流的变化，有效地防止人为因素造成的破坏，保证了通信线路的畅通。 电子锁具的组成框图，它也是以51系列单片机(at89c51)为核心，配以相应硬件电路，完成密码的设置、存贮、识别和显示、驱动电磁执行器并检测其驱动电流值、接收传感器送来的报警信号、发送数据等功能。 单片机接收键入的代码，并与存贮在eeprom中的密码进行比较，如果密码正确，则驱动电磁执行器开锁；如果密码不正确，则允许操作人员重新输入密码，最多可输入三次；如果三次都不正确，则单片机通过通信线路向智能监控器报警。单片机将每次开锁操作和此时电磁执行器的驱动电流值作为状态信息发送给智能监控器，同时将接收来自传感器接口的报警信息也发送给智能监控器，作为智能化分析的依据。智能化分析与预测技术就是以每次接收到的数据块为依据，与此前同类数据的记录值作比较，分析该操作引起电流变化的大小及趋势，及时发现存在问题，并报告管理人员，从而提高了整个系统的可靠性。智能密码锁充分的利用了51系统单片机软、硬件资源，引入了智能化分析功能，提高了系统的可靠性和安全性。通过在某型号保险柜安装使用，受到用户的欢迎。另外，智能密码锁在软、硬件方面稍加改动，便可构成智能化的分布式监控网络，实现某一范围内的集中式监控管理，在金融、保险、军事重地及其它安全防范领域具有广泛的应用前景。1.4电子密码锁的发展趋势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。第5页 共25页06级电气自动化专业毕业论文第二章 系统的总体设计2.1 系统的结构单片机接收键入的代码，并与存贮在eeprom中的密码进行比较，如果密码正确，则驱动电磁执行器开锁；如果密码不正确，则允许操作人员重新输入密码，最多可输入三次；如果三次都不正确，则单片机通过通信线路向智能监控器报警。以固定的格式接收电子锁具发来的报警信息和状态信息，电子锁具对每一组数据重复发送采用大数译码定律纠错，以保证数据接收的准确性。对于错误信息，则马上通过lcd显示器发出光报警。2.2 系统的组成电子密码锁的设计主要由三部分组成：44矩阵键盘接口电路、密码锁的控制电路。另外系统还有led提示灯等。2.3系统的可行性分析本次设计使用atmel公司的at89c51实现基于单片机的电子密码锁的设计，其主要具有如下功能：at89c51单片机p2口作键盘口，其中p2.4p2.7为键盘扫描输出线，p2.0p2.3为键盘扫描输入线，组成44共16个按键，15个数字或字母键，1个输入键。p1口为信号输出口，其中p1.0输出开锁控制信号驱动电磁锁，p1.1输出密码错信号，p1.2输出报警控制信号驱动报警器。通电复位，电路进入就绪状态，等待用户输入密码。当用户输入密码并按下输入键后，由程序判断输入的密码是否正确。如输入密码正确，则由p1.0输出开锁控制信号，同时点亮绿灯；如输入密码错误，则由p1.1输出密码错误指示信号，点亮红灯，用户可再次输入密码；如连续3次输入密码错误，则由p1.2输出报警控制信号，同时点亮黄灯。一旦输出报警信号，就必须等待解除报警后方可重新输入密码开锁。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dxp 2004设计硬件电路原理图，并设计pcb图来完成人工布线。第三步，使用kevil uvision3软件编写单片机的汇编语言程序、仿真、软件调试。第四部，使用proteus软件进行模拟软、硬件调试。最后，联合软、硬件调试电路板。第5页 共25页06级电气自动化技术专业毕业论文第三章 硬件电路设计3.1单片机at89c51的简介at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低电压，高性能cmos8位微处理器，俗称单片机。at89c2051是一种带2k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的at89c51是一种高效微控制器，at89c2051是它的一种精简版本。at89c单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如下图所示： 图3-1为at89c51的外形图图3-2为at89c51 dip 40引脚3.1.1at89c51主要特性主要特性： （1）与mcs-51 兼容 （2）4k字节可编程闪烁存储器 （3）寿命：1000写/擦循环 （4）数据保留时间：10年 （5）全静态工作：0hz-24hz （6）三级程序存储器锁定 （7）1288位内部ram （8）32可编程i/o线 （9）两个16位定时器/计数器 （10）5个中断源 （11）可编程串行通道 （12）低功耗的闲置和掉电模式 （13）片内振荡器和时钟电路3.1.2 at89c51的引脚管脚说明： vcc：供电电压。 gnd：接地。 p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。 p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。 p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。 p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 p3.0 rxd（串行输入口） p3.1 txd（串行输出口） p3.2 /int0（外部中断0） p3.3 /int1（外部中断1） p3.4 t0（记时器0外部输入） p3.5 t1（记时器1外部输入） p3.6 /wr（外部数据存储器写选通） p3.7 /rd（外部数据存储器读选通） p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。 ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。 /psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。 /ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。 xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2：来自反向振荡器的输出。3.1.3 震荡特性xtal1和xtal2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，xtal2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。3.1.4 芯片擦除整个perom阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ale管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，at89c51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，cpu停止工作。但ram，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存ram的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。3.2 44矩阵键盘单片机使用的键盘相对于计算机键盘较简单,它是一种常开型的开关，平时键的两个触点处于断开状态，按下键时它们才闭合。实际电路中键盘的结构通常有两种结构形式：独立式键盘和矩阵式键盘，一般按键较少时采用独立式键盘，在按键较多时采用矩阵式键盘。矩阵式键盘适用于按键数量较多的场合，它由行线与列线组成，按键位于行、列的交 叉点上。一个 33 的行列结构可以构成一个有 9 个按键的键盘。同理一个 44 的行、列结构 可以构成一个 16 按键的键盘，很明显，在按键数量较多的场合，矩阵式键盘与独立式键盘相比，要节省很多 i/o 接口。图 3就是一个 44 矩阵式键盘。图3-3 44 矩阵式键盘矩阵式键盘可以节省i/o接口，但其按键的识别较复杂，也就是说，节省i/o接口是以增加软件工作量为代价的。矩阵式键盘按键的识别由三个步骤组成：判断是否有键按下、按键的去抖动和窜键处理、键的识别。其具体的方法及步骤在这里就不多说了。3.3 振荡电路时钟电路分为内部方式和外部方式两种电路，xtal1和xtal2分别构成片内振荡器的反相放大器的输入和输出端，如图4所示。可采用石英晶体或陶瓷振荡器。要从外部时钟源驱动 at89c51，则xtal2就浮空，而xtal1的驱动如图5所示。由于输入到内部时钟电路是经过一个二分频触发器的，故不需要对外部时钟信号的工作周期提出特别要求，但必须遵守最小和最大电压高低电平的要求。在晶体振荡器的两端并联两个电容c1,c2参数为30pf，对振荡器频率有微调作用，振荡范围为1.2mhz 12mhz。图3-4 内部时钟电路图3-5 外部时钟电路3.4复位电路复位电路可以分为上电复位和外部按键复位两种方式。本次设计采用的是复位电路复合方式，既有上电复位也有外部按键复位。复位电路的上电复位如图6，外部按键复位如图7所示：图3-6 51系列单片机上电复位电路图3-7 51系列单片机外部按键复位电路复位电路跟时钟电路的基本工作接线图如图3-8所示：图3-8 51系列单片机的复位、时钟电路的基本接线3.6 发光二极管led3.6.1 led 概述 led 是英文light emitting diode 的简称，是一种具有两个电极的半导体发光器件，让其流过小量电流就会发出可见光，第一个商用二极管产生于 1960 年。它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以led 的抗震性能好。3.6.2 led 的构成led 因其颜色不同,而其化学成份不同: 如红色：铝-铟-镓-磷化物 绿色和蓝色: 铟-镓-氮化物 白色和其它色都是用rgb 三基色按适当的比例混合而成的。 led 的制造过程类似于半导体,但加工的精度不如半导体,目前成本仍然较高.3.6.3 led的工作原理发光二极管的核心部分是由p 型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n 结。在某些半导体材料的pn 结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称led。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从led阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。本次设计用到三个发光二极管，分别为绿、红和黄三色led.绿灯作为密码输入正确指示灯，红灯作为密码输入错误指示灯，面黄灯是报警控制信号灯。在设计电路图中的位置如图9所示：图3-9 led 在电路中的位置3.7 设计总电路图图3-10 密码锁控制器电路原理图3.8 仿真电路图图3-11 密码锁控制器电路仿真图第四章 软件程序设计4.1 软件设计流程图4.1.1 程序流程图开始有键按下否？调用延时子程序消除按键抖动确有键按下否？计算按键值存放于b中按键释放否？调用按键操作子程序初始化nynyny图4-1 密码锁控制主程序流程图开始将输入按键号存入片内ram密码暂存区中判断输入按键是否为“输入”键？输入密码位数加1返回判断输入密码位数是否为8位点亮密码错误指示灯输入密码错误次数加1密码错误次数是否为3次？输出报警信号点亮密码错误和报警指示灯动态停机将密码暂存区指针r0重新赋初值将密码位数寄存器r3清0返回取出密码暂存区中的输入密码逐位与程序存储器中的设定密码比较输入密码与设定密码相等否？输出开锁信号延时3s重新锁定将密码暂存区指针r0重新赋初值将密码位数寄存器r3清0将密码错误次数寄存器r4清0返回nnnnyyyy图4-2 按键操作子程序流程图4.1.2 程序清单org 0000h mov p1, #0ffh mov r4, #00h mov r0, #1fh mov r3, #00h key : mov p2, #0fh mov a, p2 anl a, #0fh cjne a, #0fh, key1 sjmp key key1: mov p1, #0ffh lcall del12 mov a, #0efh key2: mov r2, a mov p2, a mov a, p2 anl a, #0fh cjne a, #0fh, key3 mov a, r2 setb c rlc a jc key2 sjmp key key3: mov b, #0fbh key4: rrc a inc b jc key4 mov a, r2 swap a key5: rrc a inc b inc b inc b inc b jc key5 key6: mov a, p2 anl a, #0fh cjne a, #0fh, key6 lcall del12 lcall opreat ljmp key org 0100h opreat:inc r0 mov a, b mov r0, a cjne a, #0fh, count cjne r3, #08h, error mov r1, #20h mov b, #00h mov dptr, #tab loop:mov a, b movc a, a+dptr clr c subb a, r1 jnz error inc r1 inc bdjnz r3, loop open: mov p1, #0feh lcall luckdel mov p1, #0ffh mov r0, #1fh mov r3, #00h mov r4, #00h reterror:mov p1, #0fdh inc r4 cjne r4, #03h, again alarm:mov p1, #0f9h ljmp $ again: mov r0, #1fh mov r3, #00h retcount:inc r3 retorg 0200h del12: mov r6, #1eh del2: mov r7, #64h del1: djnz r7, del1 djnz r6, del2retorg 0250h luckdel: mov r5, #06hk1:mov r6, #0fahk2:mov r7, #0fahk3:nop nopdjnz r7, k3 djnz r6, k2 djnz r5, k1 rettab:db 01h,03h,05h,07h,02h,04h,06h,08h 第五章 系统的改进与拓展该系统的各结构都较为简单，对于它的应用方向有着及为广阔的发展空间。例如在系统中可以根据需要增加数