断电密码不丢失的电子密码锁的设计.doc

断电密码不丢失的电子密码锁的设计课程设计说明书一、设计内容及要求设置6位密码，保存在EEPROM内以保证断电后密码不丢失；断电后重新开机，输入六位密码，若正确则指示灯亮，否则联系3次错误输入，则报警。二、设计原始资料单片机原理及应用教程 范立南 2006年 1月单片机原理及应用教程 刘瑞新 2003年07月三、设计完成后提交的文件和图表1计算说明书部分1）方案论证报告打印版或手写版2）程序流程图3）具体程序 2图纸部分：具体电路原理图打印版四、进程安排教学内容 学时 地点资料查阅与学习讨论 1天 单片机实验室分散设计 5天 单片机实验室编写报告 3天 单片机实验室成果验收 1天 单片机实验室 五、主要参考资料电子设计自动化技术基础马建国、孟宪元编 清华大学出版 2004年4月 实用电子系统设计基础 姜威 2008年1月 单片机系统的PROTEUS设计与仿真 张靖武 2007年4月 指导老师成绩答辩小组成绩总成绩摘 要本文以AT89C51单片机为控制核心，结合矩阵键盘、AT24C02掉电存储系统等来完成电子密码锁的设计。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显示器及蜂鸣器发出声报警。系统能完成开锁、超次报警、等功能的密码锁的功能。除上述基本的密码锁功能外，还具有掉电存储、声光提示等功能，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。关键词：AT89C51；AT24C02；电子密码锁；矩阵键盘目录摘要 1第1章 绪论3第2章 电路的功能单元设计52.1输入密码正确亮灯机构52.2按键电路设计62.3 AT24C02掉电存储单元的设计72.4设计总体电路图7第3章 软件设计 83.1程序设计83.2 模块介绍93.3 程序流程图9第4章 模拟仿真部分21第5章 心得体会23第6章 参考文献23第1章 绪论单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。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。设计本文时构思了两种方案：一种是用以AT89C51为核心的单片机控制方案；另一种是用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路控制方案。考虑到数字电路方案原理过于简单，而且不能满足现在的安全需求，所以本文采用以AT89C51为核心的单片机控制方案。其主要具有如下功能：(1)设置8位密码，密码通过键盘输入，若密码正确，则将锁打开。(2)密码可以由用户自己修改设定（只支持8位密码），锁打开后才能修改密码。修改密码之前必须再次输入密码，在输入新密码时候需要二次确认，以防止误操作。(3)报警、锁定键盘功能。密码输入错误数码显示器会出现错误提示， 若密码输入错误次数超过3次，蜂鸣器报警并且锁定键盘。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、输出八段显示电路。另外系统还有LED提示灯，报警蜂鸣器等。密码锁设计的关键问题是实现密码的输入、清除、更改、开锁等功能：（1）密码输入功能：按下一个数字键，一个“”就显示在最右边的数码管上，同时将先前输入的所有“”向左移动一位。（2）密码清除功能：当按下清除键时，清除前面输入的所有值，并清除所有显示。（3）密码更改功能：将输入的值作为新的密码。（4）开锁功能：当按下开锁键，系统将输入与密码进行检查核对，如果正确锁打开，否则不打开。主要的设计过程：第一步，用PROTEUS进行硬件电路的设计。第二步，用WAVE进行电子密码锁的程序设计、仿真、软件调试。第三步，用PROTEUS进行模拟软、硬件调试。第2章 系统总体方案设计采用一种是用以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1.1所示。89S51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AT24C02掉电存储开锁指示电路串口显示电路图1.1 单片机控制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，所以我们采用此方案。第2章 电路的功能单元设计2.1 输入密码正确亮灯机构通过单片机送给开锁执行机构，亮灯表示开锁，其原理如图3.1所示。 单片机微控制器P1,0置低电平灯亮密码正确？Y返回N当用户输入的密码正确输入的话，单片机便输出开门信号，送到开锁驱动电路，达到开锁的目的。如下图。图3.12.2 按键电路设计由于设计要求使用矩阵键盘,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，通常采用这样的方法。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。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3.2所示。共计数字键10个，功能键2个。 图3.210个数字键用来输入密码，另外2个功能键分别是：清除和确认。确认键的功能是确认输入的密码。面板上还有一个蜂鸣器，其中一个功能是用来指示操作的按键是否在成功的按下；另外一个功能是当用户输入密码错误的次数超过了3次，鸣笛以示报警。2.3 AT24C02掉电存储单元的设计掉电存储单元的作用是在电源断开的时候，存储当前设定的单价信息。AT24C02是ATMEL公司的2KB字节的电可擦除存储芯片，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。其电路如图3.3所示。图3.3 掉电存储电路原理图图中R8、R10是上拉电阻，其作用是减少AT24C02的静态功耗，由于AT24C02的数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传送数据，所以只用两根线SCL（移位脉冲）和SDA（数据/地址）与单片机传送数据。每当设定一次单价，系统就自动调用存储程序，将单价信息保存在芯片内；当系统重新上电的时候，自动调用读存储器程序，将存储器内的单价等信息，读到缓存单元中，供主程序使用。在protuse连线如下图：图3.42.4 设计总体电路图如下：第3章 软件设计3.1 程序设计程序设计(Programming)是指设计、编制、调试程序的方法和过程。它是目标明确的智力活动。在进行微机控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个生产对象的实际需要设计应用程序。因此，软件设计在微机控制系统设计中占重要地位。对于本系统，软件也占有重要的地位。在单片机控制系统中，大体上可分为数据处理、过程控制两个基本类型。数据处理包括：数据的采集、数字滤波、标度变换等。过程控制程序主要是使单片机按一定的方法进行计算，然后再输出，以便控制生产。为了完成上述任务，在进行软件设计时，通常把整个过程分成若干个部分，每一部分叫做一个模块。把一个程序分成具有多个明确任务的程序模块，分别编制、调试后再把它们连接在一起形成一个完整的程序，这样的程序设计方法称为模块化程序设计。所谓“模块”，实质上就是能完成一定功能，并相对独立的程序段，这种程序设计方法称为模块程序设计法。模块程序设计法的主要优点是：(1) 单个模块比起一个完整的程序易编写、调试及修改。(2) 程序的易读性好。(3) 程序的修改可局部化。(4) 模块可以共存，一个模块可以被多个任务在不同条件下调用。(5) 模块程序允许设计者分割任务和利用已有程序，为设计者提供方便。3.2模块介绍该计程计价系统的软件设计分为以下几个模块：3.2.1主程序模块主程序主要完成初始化、设置中断向量、检查有无按键按下、以及调用显示等等。 3.2.2键盘扫描及识别子程序 键盘采用查询的方式，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。3.2.3调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。3.2.4 显示子程序由于是分屏显示数据，所以就要用到5个显示子程序，分别是：关闭状态显示子程序、开锁状态显示子程序、密码输入及修改状态显示子程序、密码输入错误后的提示子程序。密码在规定的时间内输入错误次数超过3次后的锁定状态显示子程序。3.3 程序流程图3.3.1 主程序流程图如图所示 开始初始化有键按下？调用显示扫描识别按键全部按完？超时？比较密码亮灯开始自动清除3次？锁定NNYYYYNN图4.1主程序流程图3.3.2 源程序代码： 以下8个字节存放8位数码管的段码LED_BIT_1EQU30HLED_BIT_2EQU31HLED_BIT_3EQU32HLED_BIT_4EQU33HLED_BIT_5EQU34HLED_BIT_6EQU35HLED_BIT_7EQU36HLED_BIT_8EQU37H;以下6个字节存放初始密码WORD_1EQU38HWORD_2EQU39HWORD_3EQU 3AHWORD_4EQU3BHWORD_5EQU3CHWORD_6EQU3DH;以下6个字节存放用户输入的6位密码KEY_1EQU3EHKEY_2EQU3FHKEY_3EQU40HKEY_4EQU41HKEY_5EQU42HKEY_6EQU43H;*CNT_AEQU44HCNT_BEQU45HKEY_CNTEQU46H;已输出的密码位数LINEEQU47H;按键行号ROWEQU48H;按键列号VALEQU49H;键值;*;以下为初始化程序,包括数据存储空间初始化,设置初始密码ORG 0000H MOV R5,#3HSJMP STARTORG 000BHLJMP INT_T0START: MOVCNT_A,#00H;程序初始化MOVCNT_B,#00HMOVKEY_CNT,#00HMOVLINE,#00HMOVROW,#00HMOVVAL,#00HSETBP1.0MOVLED_BIT_1,#00H;段码存储区清0MOVLED_BIT_2,#00HMOVLED_BIT_3,#00HMOVLED_BIT_4,#00HMOVLED_BIT_5,#00HMOVLED_BIT_6,#00HMOVLED_BIT_7,#79HMOVLED_BIT_8,#73HMOVKEY_1,#00H;输入密码存储区清0MOVKEY_2,#00HMOVKEY_3,#00HMOVKEY_4,#00HMOVKEY_5,#00HMOVKEY_6,#00HMOVTMOD,#01HMOVTH0,#(65536-700)/256MOVTL0,#(65536-700)MOD256MOVIE,#82H;*SDA EQU P1.7SCK EQU P1.6SNUM EQU 60HSLAW EQU 61HRNUM EQU 62HSLAR EQU 63HCALL LDATAMOV SLAW,#0A0HMOV SNUM,#7MOV R1,51HCALL WRNBLJMP HAHALDATA: MOV R0,#0A1H MOV R0,#50H INC R0 MOV R0,#1 INC R0 MOV R0,#2 INC R0 MOV R0,#3 INC R0 MOV R0,#4 INC R0 MOV R0,#5 INC R0 MOV R0,#6 RET;一下是向eeprom发送n个字节 WRNB: CALL STA MOV A,SLAW INC SLAW CALL WRB CALL ASKC JB F0,WRNBWLP: MOV A,R1 CALL WRB CALL ASKC JB F0,WRNB INC R1 DJNZ SNUM,WLP CALL STP RET;发送一个字节WRB: MOV R0,#8WLP1: RLC A JC WR1 AJMP WR00WLP2: DJNZ R0,WLP1 RETWR1: SETB SDA SETB SCK NOP NOP CLR SCK CLR SDA AJMP WLP2WR00: CLR SDA SETB SCK NOP NOP CLR SCK AJMP WLP2;应答检查 正常应答时F0标志为 0 ，否则F0为 1ASKC: SETB SDA SETB SCK CLR F0 MOV C,SDA JNC EXIT SETB F0EXIT: CLR SCK RET;以下是 起始信号 STA: SETB SDA SETB SCK NOP NOP CLR SDA NOP NOP CLR SCK RET;以下是 终止信号 STP: CLR SDA SETB SCK NOP NOP SETB SDA NOP NOP CLR SDA RET;从at24c02中读出数据HAHA:MOV R1,#50HMOV SLAW,#0A0HMOV SNUM ,#1CALL WRNBMOV SLAR,#0A1HMOV RNUM,#6MOV R1,#38HCALL RDNBLJMP A0;从eeprom读取n个字节RDNB: CALL STA MOV A,SLAR CALL WRB CALL ASKC JB F0,RDNBRNLP:CALL RDB MOV R1,A DJNZ RNUM,FASK CALL NAS CALL STP RETFASK:CALL ASK INC R1 SJMP RNLP;以下是发送应答位 0ASK:CLR SDA SETB SCK NOP NOP CLR SCK SETB SDA RET;以下是非应答位 1NAS: SETB SDA SETB SCK NOP NOP CLR SCK CLR SDA RET;以下是从eeprom读一个字节RDB:MOV R0,#8RLP:SETB SDA SETB SCK MOV C,SDA MOV A,R2 RLC A MOV R2,A CLR SCK DJNZ R0,RLP RETA0:LCALLDISP;*;以下为键盘扫描程序,计算键值并存入VALLSCAN:MOVP3,#0F0H;扫描行码L1:JNBP3.0,L2LCALLDLY_SJNBP3.0,L2MOVLINE,#00HLJMPRSCANL2:JNBP3.1,L3LCALLDLY_SJNBP3.1,L3MOVLINE,#01HLJMPRSCANL3:JNBP3.2,L4LCALLDLY_SJNBP3.2,L4MOVLINE,#02HLJMPRSCANL4:JNBP3.3,A0LCALLDLY_SJNBP3.3,A0MOVLINE,#03HRSCAN:MOVP3,#0FH;扫描列码C1:JNBP3.4,C2MOVROW,#00HLJMPCALCUC2:JNBP3.5,C3MOVROW,#01HLJMPCALCUC3:JNBP3.6,C1MOVROW,#02HCALCU:MOVA,LINE;计算键值MOVB,#03HMULABADDA,ROWMOVVAL,A;*;以下为按键处理程序,对不同的按键作出响应CJNEA,#0AH,J1;是否为CLR键MOVR1,KEY_CNTCJNER1,#00H,J2LCALLALARM_1LJMPSTART J2:LCALLSHIFTR DECKEY_CNTW00:LCALLDISP;等待按键抬起MOVA,P3CJNEA,#0FH,W01LJMPA0W01:MOVA,P3CJNEA,#0F0H,W02LJMPA0W02:SJMPW00J1:MOVA,VALCJNEA,#0BH,J3;判断是否为ENTER键MOVR1,KEY_CNTCJNER1,#06H,J4MOVA,WORD_1;比较密码CJNEA,3EH,J5MOVA,WORD_2CJNEA,3FH,J5MOVA,WORD_3CJNEA,40H,J5MOVA,WORD_4CJNEA,41H,J5MOVA,WORD_5CJNEA,42H,J5MOVA,WORD_6CJNEA,43H,J5CLRP1.0LCALLDLY_LLJMPFINIJ5:DJNZ R5,LOOPLJMP ALARM_2 LOOP: LJMPSTARTJ4:;LCALLALARM_1LJMPSTARTJ3:INCKEY_CNT;按下数字键MOVA,KEY_CNTCJNEA,#07H,K1LCALLALARM_1W10:LCALLDISP;等待按键抬起MOVA,P3CJNEA,#0FH,W11LJMPSTARTW11:MOVA,P3CJNEA,#0F0H,W12LJMPSTARTW12:SJMPW10LJMPSTARTLJMPSTARTK1:LCALLSHIFTLW20:LCALLDISP;等待按键抬起MOVA,P3CJNEA,#0FH,W21LJMPA0W21:MOVA,P3CJNEA,#0F0H,W22LJMPA0W22:SJMPW20LJMPA0ALARM_1:SETBTR0;操作错误报警JBTR0,$RETALARM_2:SETBTR0;密码错误报警JBTR0,$LCALLDLY_LRET;*;定时器中断服务程序,用于声音报警INT_T0:CPLP1.5MOVTH0,#(65536-700)/256MOVTL0,#(65536-700)MOD256INCCNT_AMOVR1,CNT_ACJNE R1,#30,RETUNEMOVCNT_A,#00HINCCNT_BMOVR1,CNT_BCJNER1,#20,RETUNEMOVCNT_A,#00HMOVCNT_B,#00HCLRTR0RETUNE:RETI;*;段码,输入密码左移子程序SHIFTL:MOVLED_BIT_6,LED_BIT_5MOVLED_BIT_5,LED_BIT_4MOVLED_BIT_4,LED_BIT_3MOVLED_BIT_3,LED_BIT_2MOVLED_BIT_2,LED_BIT_1MOVLED_BIT_1,#40HMOVKEY_6,KEY_5MOVKEY_5,KEY_4MOVKEY_4,KEY_3MOVKEY_3,KEY_2MOVKEY_2,KEY_1MOVKEY_1,VALRET;*;段码,输入密码右移子程序SHIFTR:MOVLED_BIT_1,LED_BIT_2MOVLED_BIT_2,LED_BIT_3MOVLED_BIT_3,LED_BIT_4MOVLED_BIT_4,LED_BIT_5MOVLED_BIT_5,LED_BIT_6MOVLED_BIT_6,#00HMOVKEY_1,KEY_2MOVKEY_2,KEY_3MOVKEY_3,KEY_4MOVKEY_4,KEY_5MOVKEY_5,KEY_6MOVKEY_6,#00HRET;*;以下为数码显示子程序DISP:CLRP2.7MOVP0,LED_BIT_8LCALLDLY_SSETBP2.7CLRP2.6MOVP0,LED_BIT_7LCALLDLY_SSETBP2.6CLRP2.5MOVP0,LED_BIT_6LCALLDLY_SSETBP2.5CLRP2.4MOVP0,LED_BIT_5LCALLDLY_SSETBP2.4CLRP2.3MOVP0,LED_BIT_4LCALLDLY_SSETBP2.3CLRP2.2MOVP0,LED_BIT_3LCALLDLY_SSETBP2.2CLRP2.1MOVP0,LED_BIT_2LCALLDLY_SSETBP2.1CLRP2.0MOVP0,LED_BIT_1LCALLDLY_SSETBP2.0RET;*DLY_S:MOVR6,#10D1:MOVR7,#250DJNZR7,$DJNZR6,D1RETDLY_L:MOVR5,#100D2:MOVR6,#100D3:MOVR7,#248DJNZR7,$DJNZR6,D3DJNZR5,D2RETFINI:NOPEND4.4 部分模块仿真在该设计中，利用Proteus软件进行仿真。Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与仿真软件。运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)数字电路、模拟电路、数模混合电路，是目前唯一能实现对51、PIC、AVR、HC11、ARM等处理器的仿真软件。PROTEUS中的整个电路仿真是在ISIS原理图设计模块下延续下来的，原理图中曲线图和电路激励以及直接布置在电路上的探针一起，出现在元件的旁边，任何时候都可以通过按下空格键对电路进行仿真，加快了从编译到仿真的速度，仿真器有独自的应用窗口和用户界面。该软件的特点是：（1）集原理图设计、仿真和PCB设计于一体，真正实现从