密码电子锁.doc

基于单片机的电子密码锁设计基于单片机的密码电子锁作者姓名：作者班级：09电子二班 指导老师：摘要随着电子产品向智能化和微型化的不断发展，单片机已成为电子产品研制和开发中首选的控制器。随着人们生活水平地提高，如何实现家庭防盗这一问题也变得尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，安全性能低，无法满足人们的需求。本文从经济实用的角度出发，采用美国Atmel公司的单片机AT89c51。结合外围的键盘输入.显示.报警.开锁等电路，用c语言编写主控芯片的控制程序，设计一款可以多次更改密码具有报警的电子密码锁。经实用证明，该密码锁具有设计方法合理，简单易行，成本低，安全实用等特点，符合住宅.办公室用锁要求，具有推广价值。关键词：单片机 电子密码锁 报警目录1、绪论。1.1课题背景和意义。1.2电子密码锁发展趋势。1.3课题设计技术性能指标。2、系统总体设计和主要芯片介绍。 2.1系统总体设计。 2.2主要芯片介绍。 2.2.1At89c51.。 3.硬件设计。 3.1单片机主控制模块设计。 3.2键盘输入模块。 3.3显示模块。 3.4报警部分。4.系统软件设计。 4.1系统程序流程图。 4.2部分软件介绍。 4.2.1矩阵键盘的检测软件。 4.2.2LCD显示驱动程序.。 4.2.3报警部分软件。 4.2.4按键流程图。7、毕业设计总结。致谢。参考文献。附录A元件清单附录 B电子密码锁整体设计图附录C 电子密码锁程序源代码1绪论1.1课题背景和意愿随着电子技术和计算机技术的飞速发展，单片机性能不断完善，性能价格比显著提高，技术日趋完善。由于单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强及运算速度快等特点，因而在国民经济建设、军事及家用电器等各个领域均得到了广泛的应用。本设计利用单片机及附加电子元器件实现数据采集和控制算法，来完成某一实际功能，检验并提高同学对整体电路设计和把握能力，了解单片机系统设计流程，以及电路板的实际制作和调试能力。同时也加强对数字电路、单片机和微机原理等课程知识的实际应用能力，也为同类产品的进一步发展奠定理论和实践基础。随着人们生活水平的提高和安全意识的加强，对安全的要求也就越来越高。锁自古以来就是把守护门的铁将军，人们对它要求甚高，既要安全可靠的防盗，又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。随着电子技术的发展，各类电子产品应运而生，电子密码锁就是其中之一。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。20世纪80年代后，随着电子锁专用集成电路的出现，电子锁的体积缩小，可靠性提高，成本较高，是适合使用在安全性要求较高的场合，且需要有电源提供能量，使用还局限在一定范围，难以普及，所以对它的研究一直没有明显进展。目前，在西方发达国家，电子密码锁技术相对先进，种类齐全，电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中，通过多种更加安全，更加可靠的技术实现大门的管理。在我国电子锁整体水平尚处于国际上70年代左右，电子密码锁的成本还很高，市场上仍以按键电子锁为主，按键式和卡片钥匙式电子锁已引进国际先进水平，现国内有几个厂生产供应市场。但国内自行研制开发的电子锁，其市场结构尚未形成，应用还不广泛。国内的不少企业也引进了世界上先进的技术，发展前景非常可观。希望通过不断的努力，使电子密码锁在我国也能得到广泛应用1.2电子密码锁发展趋势电子密码锁应用于金融业，其根本的作用是“授权”，即被“授权”的人才可以存取钱、物。广义上讲，金融业的“授权”主要包括以下三种层次的内容：1、授予保管权，如使用保管箱、保险箱和保险柜；2、授予出入权，如出入金库、运钞车和保管室；3、授予流通权，如自动存取款。目前，金融行业电子密码锁的应用主要集中在前两个层面上。下面将介绍几种在金融行业中使用较多的电子密码锁以及它们的技术发展方向。当然，以上所说的授权技术再高超，都必须由精良的“锁具”担当承载结构部件，实现开启、闭锁的功能，而且承担实体防护作用，抵抗住或尽量延迟破坏行为，让电子密码锁“软、硬不吃”。一般情况下，锁具防盗的关键是锁身外壳、闭锁的部件的强度、锁止型式、配合间隙和布局。提高电子密码锁之防护能力的必然途径是报警，在金融业的许多场所有人值守、有电视监控，具有报警功能，可以综合物理防范和人力防范两种作用。报警的前提是具备探测功能，根据电子密码锁的使用场所和防护要求，可选择多种多样的探测手段。在中国的城市金融业中，实现联网报警已经成为对各金融网点的基本要求。根据国内外的实践经验，金融业实行安全防范风险等级很有必要，即依据使用的防盗报警器材的性能、安装布局和人员值守状况等，可以评估被防护物或区域的防护能力，得出风险等级，其中，电子密码锁的性能至关重要。由于数字、字符、图形图像、人体生物特征和时间等要素均可成为钥匙的电子信息，组合使用这些信息能够使电子密码锁获得高度的保密性，如防范森严的金库，需要使用复合信息密码的电子密码锁，这样对盗贼而言是“道高一尺、魔高一丈”。组合使用信息也能够使电子密码锁获得无穷扩展的可能，使产品多样化，对用户而言是“千挑百选、自得其所”。1.3课题设计技术性能指标（1）根据设定好的密码，采用按键实现密码的输入功能，当密码输入正确之后，锁就打开；（2）如果输入的三次的密码不正确，就锁定按键3秒钟，同时发出报警声，直到没有按键按下3秒种后，才打开按键锁定功能；否则在3秒钟内仍有按键按下，就重新锁定按键3秒时间并报警。2、系统总体设计和主要芯片介绍2.1系统总体设计 单片机报警部分LCD显示部分按键部分晶振部分总方框图 2.2.1AT89C51介绍AT89C51是一种低功耗、高性能的片内含有4KB快闪可编程/擦除只读存储器的8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存储技术制造，并且与80C51引脚和指令系统完全兼容。主要性能：与MCS-51 微控制器产品系列兼容。 片内有4KB可在线重复编程的快闪擦写存储器存储数据保存时间为10年。宽工作电压范围：Vcc可为2.7V到6V全静态工作；可从0Hz至16MHz 程序存储器具有3级加密保护 128*8位内部RAM 32条可编程I/O线、两个16位定时器/计数器、中断结构具有5个中断源和2个优先级、可编程全双工串行通道、空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容。89C51单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统各部分功能及说明类似于8051单片机内部结构说明。特殊功能寄存器共有21个，用于对片内的各功能的部件进行管理、控制、监视。实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功能的RAM区。 由上可见，89C51单片机的硬件结构具有功能部件种类全，功能强等特点。特别值得一提的是该单片机CPU中的位处理器，它实际上是一个完整的1位微计算机，这个1位微计算机有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。1位机在开关决策、逻辑电路仿真、过程控制方面非常有效；而8位机在数据采集，运算处理方面有明显的长处。MCS-51单片机中8位机和1位机的硬件资源复合在一起，二者相辅相承，它是单片机技术上的一个突破，这也是MCS-51单片机设计的精美之处。3.1.2 引脚说明图3.1是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片。P00P01P10P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27P11P12P13P14P15P16P17P30/RXDP31/TXDP32/INT0P33/INT1P34/T0P35/T1X1X2RESET/VPP/P37/P36ALE/PSENAT89C511234567810111213141519189393837363534333221222324252627283117162930图3.1 AT89C51引脚图P00P07 P0口8位双向口线（在引脚的3932号端子）。P10P17 P1口8位双向口线（在引脚的18号端子）。P20P27 P2口8位双向口线（在引脚的2128号端子）。P30P37 P3口8位双向口线（在引脚的1017号端子）。1.P0口有三个功能：(1)外部扩展存储器时，用作数据总线（如图中的D0D7为数据总线接口）(2)外部扩展存储器时，用作地址总线（如图中的A0A7为地址总线接口）(3)不扩展时，可做一般的I/O口使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。2.P1口功能：P1口只做I/O口使用，其内部有上拉电阻。3.P2口有两个功能：(1)扩展外部存储器时，当作地址总线使用(2)做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻4.P3口有两个功能：除了作为I/O口使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置。当作为输入时，上拉电阻将其电位拉高，若输入为低电平则可提供电流源；所以如果P0口作为输入时，处在高阻抗状态，只有外接一个上拉电阻才能有效。5.ALE/PROG 地址锁存控制信号：在系统扩展时，ALE用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。 PROG为编程脉冲的输入端，在89C51单片机内部有一个4KB的程序存储器（ROM），ROM的作用就是用来存放用户需要执行的程序的，那么我们是怎样把编写好的程序存入进这个ROM中的呢？实际上是通过编程脉冲输入才能写进去的，这个脉冲的输入端口就是PROG。6.PSEN 外部程序存储器读选通信号：在读外部ROM时PSEN低电平有效，以实现外部ROM单元的读操作:(1)内部ROM读取时，PSEN不动作；(2)外部ROM读取时，在每个机器周期会动作两次；(3)外部RAM读取时，两个PSEN脉冲被跳过不会输出；(4)外接ROM时，与ROM的EA脚相接。7.EA/VPP 访问程序存储器控制信号：(1)接高电平时：CPU读取内部程序存储器（ROM）(2)接低电平时：CPU读取外部程序存储器（ROM）。8031单片机内部是没有ROM的，那么在应用8031单片机时，这个脚是一直接低电平的。8.RST 复位信号：当输入的信号连续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作，当复位后程序计数器PC=0000H，即复位后将从程序存储器的0000H单元读取第一条指令码。9.XTAL1和XTAL2 ：外接晶振引脚。当使用芯片内部时钟时，此二引脚用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。10.VCC：电源端接+5V电压输入。11.GND：接地端2.2.2LCD1602介绍1602LCD主要技术参数：显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表10-13所示:编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极表10-13：引脚接口说明表第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。3.1单片机主控制模块设计单片机时钟电路是用来配合外部晶体实现振荡的电路，用来为单片机提供运行时钟，如果运行时钟为0 的话，单片机就不工作，当然超出单片机的工作频率的时钟也会导致单片机不工作。复位电路为上电复位电路当电源断开后再从新接入电源变可实现复位功能。3.2键盘输入模块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。 对照图3.3所示的4*4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。3.6显示模块1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块 它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔 每行之间也有也有间隔 起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此 所以他不能显示图形。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块。外接电路如图.6.LCD1602特点： +5V电压，对比度可调 内含复位电路 提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能 有80字节显示数据存储器DDRAM 内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM 8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM 显示质量高、数字式接口 、体积小、重量轻 、功耗低 。 3.7报警部分蜂鸣器发声元件，在其两端施加直流电压（有源蜂鸣器）或者方波（无源蜂鸣器）就可以发声，蜂鸣器额定电流远大于P1口的输出电流，而对于AT89C51单片机，由此可见，仅靠单片机的P1口电流是不能驱动蜂鸣器的，必须使用集晶体管放大电路，为了使单片机消耗的功率更小，所以设计采用有源蜂鸣器。当p10口输出高电平时，Q1饱和导通，LS1获得电工作发出鸣响，当P2.3空输出低电平时Q1截止蜂鸣器失电，停止工作。4.系统软件设计 4.1系统程序流程图 4.2部分软件介绍。 4.2.1矩阵键盘的检测软件。uchar keyscan()/键值确定函数 uchar HSM,LJC,JIANZHI;P2=0xf0;LJC=P2&0xf0;if(LJC!=0xf0)del_ms(10);LJC=P2&0xf0;if(LJC!=0xf0)HSM=0xfe;while (HSM|0x10!=0)P2=HSM;LJC=P2&0xf0;if(LJC!=0xf0)JIANZHI=(HSM)+(LJC|0x0f);return JIANZHI; else HSM=(HSM1)|0x01; return 0x00; 4.2.2LCD显示驱动程序.。/-显示屏初始化void LCD_init(void)P1=0xff;P3=0xff;LCD_RS=0;del_ms(50);LCD_write_char(0x02,0);/此 并不是命令只是为下一条命令铺垫del_ms(1);LCD_write_char(0x28,0);/设置4位总线del_ms(1);LCD_write_char(0x01,0);/显示清屏del_ms(1);LCD_write_char(0x06,0);/显示光标移动设置del_ms(1);/LCD_write_char(0x0c,0);/显示开及光标设置 不开光标/del_ms(1);LCD_write_str(0,0 ,csh);del_ms(1);LCD_write_char(0x0f,0);/显示开及光标设置 开光标 光标闪烁del_ms(1);LCD_write_char(0xc0,0);/光标停留在第二行开头位置/-void LCD_write_str(uchar X,uchar Y,uchar *s)/通过X Y判断开始显示的LCD的具体位置，并把地址送入LCD,然后再把s指向的一窜数据送入显示屏LCD_set_xy(X,Y);while(*s)LCD_write_char(0,*s);s+; /-void LCD_set_xy(uchar x,uchar y)/ 通过x y判断开始显示的LCD的具体位置，并把地址送入LCDuchar address;if (y=0)address=0x80