电子密码锁论文.doc

8051单片机的多功能电子密码锁TheMulti-functionalElectronic LockBace on8051 MCU摘 要本系统由单片机系统、矩阵键盘、液晶显示和报警系统组成。系统能完成开锁、超时报警、超次锁定、修改用户密码基本的密码锁的功能。除上述基本的密码锁功能外，还具有调电存储、声光提示等功能，依据实际的情况还可以添电子时钟和记录用户操作记录功能，本系统成本低廉，功能实用。关键：单片机，AT89S51，AT24C02, 密码锁，矩阵键盘，操作记录。AbstractThis system consists of MCU system, matrix LCD display and keyboard, alarm system. System can accomplish lock, overtime alarm, super lock, modify user password basic locks function. Besides the basic function of locks, it has adjustable electrical storage, prompting sound, according to the actual circumstance also can add user operation records and electronic clock record function, this system cost, function and practical.目录第一章 方案概述51.1背景51.2功能描述5第二章 系统工作原理5第三章 系统硬件设计63.1 8051最小系统模块63.2 四乘四矩阵键盘63.3液晶显示模块73.4报警发声电路83.5存储模块8第四章 系统软件设94.1基本子程序94.1.1发声模块子程序94.1.2键盘扫描及识别子程序94.1.3掉电存储服务程序94.1.4显示子程序94.2模块化流程图介绍94.2.1主程序模块94.2.2电子密码锁模块104.2.3时钟模块程序114.2.4操作查询模块程序11结语12附录部分重要模块程序12一、主函数程序12二、电子密码锁模块程序13第一章 方案概述1.1背景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，受到了广大用户的亲呢。1.2功能描述(1)实现开锁、上锁功能，用户可用自己输入开锁。当密码输入三次错误之后，开启报警系统，并禁止对系统任何操作20分钟。(2)此系统可支持三组密码开锁。用户可持有自己10位以内的密码打开电子密码锁。用户在自己开锁以后修改自己熟悉的密码。(3) 本系统还支持实时时钟功能。并可以在开锁后任意重设时间。(4) 记录每个用户操作记录，包括开锁，上锁，重设密码，重设时间，以及输入密码错误3次的时刻，以备用户准确掌握防盗情况。(5) 具备门铃功能。(6) 支持双电源，当市电停电后可以及时切换到电池组供电，保证用户在断电情况也能正常开锁。第二章 系统工作原理如图1所示，整个系统主要分成个模块，分别为最小系统控制模块、乘矩阵键盘模块、液晶显示模块、储存模块、发声电路模块。以AT89S51为核心的单片机，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，实现电子密码锁功能 。图1-1 系统总体结构框架第三章 系统硬件设计3.1 8051最小系统模块8051最小系统由晶振电路、复位电路和5V电源输入电路等驱动单片机必需电路构成。还用引出32个I/O口引脚，以便扩展外围电路，连接液晶显示、4乘4矩阵键盘等模块，原理图如图2-1所示。图2-1 最小系统原理图3.2 四乘四矩阵键盘使用矩阵键盘，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所示。图3-1 4乘4矩阵键盘原理图每一条水平（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。对照图23所示的4乘4矩阵键盘，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。按键的操作面板如图图3-2所示。共计数字键10个，功能键6个。图3-2 按键操作面板示意图10个数字键用来输入密码，另外7个功能键分别是：Num Enter键、PW/Time reset键、Lock键、Dislock键、Back键、CLR/Record键、门铃键。Num Enter键：当在主界面时把系统切换入数码输入模式；Back键：在任何界面可直接退出返回主界面；CLR/Record键：当输入数码错误时清除当前数码,并且在时钟界面时进入查询模式。PW/Time Reset键：当数码输入后作密码修改确认键；Dislock键：当数码输入后作解锁确认键；Lock键：上锁键。其中8、5、4、6键在时间重设和记录查询模式也作方向键用。3.3液晶显示模块本系统设计的显示电路是为了给使用者以提示而设置的。考虑到为了节约单片机的口资源，和完善更好的人机界面，方便用户查看，也方便作者更简易编程和制作，本系统舍弃了8位7段数码管显示，采用1602液晶显示。显示电路的电路原理图如图33所示。图3-3液晶模块显示电路设定：当程序检测在5分钟内没有按键操作的时候，就关闭显示。这个功能使用程序来实现的，一旦没有按键动作就启动一个定时器，检测在5分钟内没有按键动作的时候，启动一个程序，关闭显示，这样可以达到节省电能的目的。3.4 报警发声电路报警电路由晶体管，蜂鸣器组成， 当 P 2 1输出低电平 “ 0 ”时，晶体管导通，两端获得+5V电压而呜叫当P 21输出高电平“1”时，三极管截止，停止发音，蜂鸣器的发音由单片机控制。其电路原理图如图3-4所示。 图3-4 报警发声电路图 图3-5存储模块电路3.5存储模块通过24C0实现数据的掉电存储，保证掉电后密码不丢失，其与单片机的数据通信通过 I 2 C总线实现，该1芯片提供2 K字节的数据容 量，既不浪费空间,同时也保证了数据的完好存储。其电路原理图如图3-5所示。 第四章 系统软件设4.1基本子程序4.1.1发声模块子程序发声模块程序通过延时方式改变输入蜂鸣器的高电平和低电平的占空比和输入时间，从而改变蜂鸣器的发声频率和发声时间长度，使蜂鸣器发出不同的声音。4.1.2键盘扫描及识别子程序 键盘采用查询的方式（细见3.1），放在主程序中，当没有按键按下的时候，单片机循环主程序，一旦有按键按下，便转向相应的子程序处理，处理结束再返回。在按键程序中放置了超时返回程序。在任何子函数中，入过抄超过30秒没有按键按下，会强迫自动返回主函数。这样能达到防止已输入密码外泄的好处，也能是使系统能进入待机省电模式。4.1.3掉电存储服务程序当比较密码的时候，需要读AT24C02程序，将存储在芯片内的数据读到RAM中，然后和输入的密码相比较。当修改密码的时候，需要把输入的密码保存到AT24C02中，当解锁，开锁，修改密码，修改时间，都需要把该动作按地址写入AT24C02,查询时再从AT24C02D读出。4.1.4显示子程序为了建立一个比较好的人机界面，和符合比赛基本要求，我们花费比较多的时间建立这个界面，其中数码输入的定位最难。由于难于表达，只能麻烦读者看程序理解。4.2模块化流程图介绍4.2.1主程序模块主程序主要完成初始化、时钟模块检测、电子密码锁模块以及记录查询模块检测等模块程序调用。主程序的流程图如图4-1所示。图4-1主程序流程4.2.2电子密码锁模块电子密码锁模块主要由数码输入函数、解锁函数、密码修改、上锁函数、按键检测、定位显示函数等函数构成。流程图如图4-2，程序请看附录图4-2电子密码锁模块主流程图 图4-3 数码输入流程图 图4-4按键检测流程图 图4-5密码重设流程图 图4-6 开锁模块流程图 4.2.3时钟模块程序时钟模块主要由时间修改，定时器中断，数据处理，屏幕刷新等函数组成。流程图如图4-7，细见附录时钟模块程序。图4-7时钟模块主流程图4.2.4操作查询模块程序操作查询模块主要有存储器读写函数，按键检测函数和屏幕显示函数等子函数组成。主流程图如下图4-8。 图4-8操作查询模块流程图结语首先感谢电子系学生会给我们机会参加这次电子设计大赛，通过这次比赛，我们学到了明白很多东西。在这次比赛中，第一，我们意识到团队合作很重要，一个好的团队，需要明确的分工，并且在遇到问题的时候可以互相讨论，解决问题。这样比单独的转牛角尖更有效率。第二，就是“磨刀不误砍柴功”，平时要多学习积累一些使用的东西，比如掌握一些常用的元件的用法和写一常用的头文件，准备一些使用模块，到了比赛时候就更得心应手了。并且不要因为过于沉溺于一个活动之中，而忘了应该采取必要的步骤使工作更简单、快速，在活动中要写好一个有效率的方案，能更好的约束自己。附录部分重要模块程序一、主函数程序/*/* 主程序函数 /*/main()lcd_init(); /液晶显示初始化time_init(); /定时器初始化lcd_wstring(begin1,0x06,0x00,20); /开机显示函数lcd_wstring(begin2,0x06,0x40,20);while(1)pw_lock(); /电子密码锁模块clock(); /时钟模块P1=0xf0;if(P1&0xf0)!=0xf0)keyscan();if(key=del) /查询键检测read_record();if(key=0) /门铃键检测beep(1);delayms(500); timer2(30); /待机检测二、电子密码锁模块程序/*/ /* 密码锁模块主程序 /*/void pw_lock() P1=0xf0;if(P1&0xf0)!=0xf0)keyscan();if(key=num_input)number_input(pw_enter,pre_pw1);if(key=pw_change)&(pw_change_en=on)&(state=dislocked)/当解锁了和已经有数码输入后才能进入密码更换 change_enter=1;lcd_clr();number_input(pw_enter_again,pre_pw2);lcd_clr(); pw_reset(); if(key=lock) /上锁函数 lcd_clr();change_enter=off;beep(1);lcd_wstring(locked1,0x06,0x00,25); /显示 已上锁lcd_wstring(locked2,0x06,0x40,15);flash();state=locked;record(); /记录上锁delayms(1000);main(); 返if(key=dislock) /解锁函if(pw_compare()/如果输入密码与寄存器的相同,可以解锁 lcd_clr(); beep(1);lcd_wstring(dislock1,0x06,0x00,50); /显示 已解锁lcd_wstring(dislock2,0x06,0x40,50);for(i=0;i10;i+) /改完密码后把寄存器置零pre_pw1i=0;state=dislocked;record(); /pw_change_en=on;/可以改变密码/time_reset_en=on;change_enter=off; number_input(pw_enter,pre_pw1); else lcd_clr(); /pw_change_en2=on; lcd_wstring(pw_wrong1,0x06,0x00,25); /显示“Password Wrong!”lcd_wstring(pw_wrong2,0x06,0x40,15);flash();delayms(500);/pw_change_en=on;change_enter=off;number_input(pw_enter,pre_pw1); /* 密码校验*/uchar pw_compare() if(pre_pw10=read_random(0x00)&pre_pw11=read_random(0x01) &pre_pw12=read_random(0x02)&pre_pw13=read_random(0x03) &pre_pw14=read_random(0x04)&pre_pw15=read_random(0x05) &pre_pw16=read_random(0x06)&pre_pw17=read_random(0x07) &pre_pw18=read_random(0x08)&pre_pw19=read_random(0x09) /判断是否第一组密码pw_group=1;pw_wrong=0; return(1); else if(pre_pw10=read_random(0x0a)&pre_pw11=read_random(0x0b) &pre_pw12=read_random(0x0c)&pre_pw13=read_random(0x0d) &pre_pw14=read_random(0x0e)&pre_pw15=read_random(0x0f) &pre_pw16=read_random(0x10)&pre_pw17=read_random(0x11) &pre_pw18=read_random(0x12)&pre_pw19=read_random(0x13)/判断是否第二组密码pw_group=2;pw_wrong=0;return(1); else if(pre_pw10=read_random(0x14)&pre_pw11=read_random(0x15)&pre_pw12=read_random(0x16)&pre_pw13=read_random(0x17) &pre_pw14=read_random(0x18)&pre_pw15=read_random(0x19)&pre_pw16=read_random(0x1a)&pre_pw17=read_random(0x1b) &pre_pw18=read_random(0x1c)&pre_pw19=read_random(0x1d)/判断是否第三组密码pw_group=3;pw_wrong=0;return(1); elsepw_wrong+;if(pw_wrong=3)lcd_wstring(wrong3time1,0x60,0x00,15);lcd_wstring(wrong3time2,0x60,0x40,15);beep(30);pw_wrong=0;count_s=0;TR1=1;lcd_wcmd(0x08);while(count_s10)P0=1;P1=1;P3=1;TR1=0;main();return(0); void pw_reset()uchar j=0x00;if(pre_pw10=pre_pw20&pre_pw11=pre_pw21 &pre_pw12=pre_pw22&pre_pw13=pre_pw23 &pre_pw14=pre_pw24&pre_pw15=pre_pw25)/密码校验,如果正确.lcd_wstring(pw_change1,0x06,0x00,50);/显示“Set password successfully!:” lcd_wstring(pw_change2,0x06,0x40,50); delayms(1000); if(pw_group=1)/如果是第一组密码输入,就写入第一组寄存器for(i=0;iquan_wei;i+)write_byte(0x00+i,pre_pw2i);else if(pw_group=2)for(i=0;iquan_wei;i+)write_byte(0x0a+i,pre_pw2i);else if(pw_group=3)for(i=0;iquan_wei;i+)write_byte(0x14+i,pre_pw2i); for(i=0;iover_time)TR1=0;count_s=0 ;break; P1=0xf0; if(P1&0xf0)!=0xf0) keyscan();if(key=0)|(key=1)|(key=2)|(key=3)|(key=4)|(key=5)|(key=6)|(key=7)|(key=8)|(key=9) /输入,确认是否是数字键if(pw_weiquan_wei)delayms(200);lcd_wstring(guide,0x06,0x00+pw_wei+1,0),/输入“Input again: ”lcd_pos(0x4f+pw_wei); /定位lcd_wcmd(0x07);re_pw_Npw_wei=key;lcd_wdat(disp_codere_pw_Npw_wei);/输出设置的密码pw_wei+; if(key=del)/删除键,删除输入的数码b=pw_wei;while(pw_wei!=0x00)lcd_wstring(guide,0x06,0x00+pw_wei-1,0);/减小移4位lcd_pos(0x4c+pw_wei); /定位lcd_wcmd(0x05); /屏幕左移lcd_wdat(disp_code0); /并屏幕左移pw_wei-;lcd_clr();lcd_wstring(guide,0x06,0x00,0); /输入“Input again: ”lcd_wcmd(0x06);lcd_pos(0x4f-b);i=0;for(i=0;i!=b;i+)lcd_wdat(disp_code0); /输入“Input again: ”delayms(60);lcd_pos(0x4f);lcd_clr();lcd_wstring(guide,0x06,0x00,0);lcd_pos(0x4f); if(key=pw_change&change_enter=on&state=dislocked&time_rese t_enoff) /确认键,确认输入for(;pw_weiquan_wei;pw_wei+) /把未输入位置零re_pw_Npw_wei=0; change_enter=0;pw_wei=0xff;if(key=pw_change&change_enter=off&state=dislocked&time_reset_en=off)/当开了锁时锁时才能用密码重设键确定 for(;pw_weiquan_wei;pw_wei+)re_pw_Npw_wei=0; change_enter=on;pw_wei=0xff; if(key=dislock|key=lock)&change_enter=0)/开锁键与上锁键作确定键/把未输入位置零for(;pw_weiquan_wei;pw_wei+)re_pw_Npw_wei=0;pw_wei=0xff; if(key=back)pw_change_en=0;change_enter=0;break; TR1=0;lcd_clr();参考文献李建忠.单片机原理及应用M.西安: 西安电子科技大学出版社2008.2袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈