基于单片机的电子密码锁的设计

1、塔里木大学信息工程学院 电子密码锁课程论文题目：基于单片机电子密码锁的设计 姓名： 学号： 班级： 计算机科学与技术15-3班 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。电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，我们采取的是单片机，它具有超大规模集成电路技术，有极强的数据处理功能，I/O口多。以它为核心设计的密码锁，结构小，功能强，现在很多单位甚至家里的各个家用电器，还有保险箱都需要它。关键词：AT89S52单片

2、机 I/O口接线 LED显示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 elec

3、tronics lock is safer because of its confidentiality, using the vivid good, the safe coefficient is high, being subjected to the large customer close.Digital electronic locks is a password to control circuit or chips, to control the mechanical switch. We take the microcontroller. It has large scale

4、integrated circuit technology and strong data processing function. With its core design locks, small structure, the function is strong. Now many units of home appliances, even all that were still safe need of it.Keywords:AT89C51microcontroller The I/O port connection LED display目 录Temperatur measure

5、ment； DS18B20; LED不要删除行尾的分节符，此行不会被打印1绪论- 3 -1.1课题背景及研究意义- 3 -1.2国内外现状- 3 -1.3课题的设计目的- 3 -1.4课题的主要工作- 3 -2系统硬件设计- 4 -2.1 主控芯片AT89C51单片机简介- 4 -2.2 矩阵键盘- 4 -2.3 开锁电路- 5 -2.4报警电路- 5 -2.5数码管显示电路- 6 -3系统软件设计- 7 -3.1主程序设计- 7 -3.2 键盘扫描程序- 7 -3.3数码管显示子程序- 9 -3.4报警电路- 12 -3.5重置密码子程序- 13 -4系统调试- 15 -结论17参考文献17

6、附录A 系统整体电路18附录B 全部程序清单18附录C：PCB连线图271绪论1.1课题背景及研究意义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。1.2国内外现状在日常的生活和工作中, 住宅

7、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。在安全技术防范领域，随着单片机的问世，出现了带微处理器的密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化、科技化等功能，从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性。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，

8、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。发展前境也是非常大的。1.3课题的设计目的1、了解单片机开发系统的组成及结构；2、掌握I/O口的操作方法；3、能够熟练使用protues和keil软件进行连线和编程，并熟练掌握仿真方法；4、掌握数码管的显示原理；5、掌握C语言编程方法；6、培养查找错误和改正错误的能力。1.4课题的主要工作本次设计使用ATMEL公司的AT89S51 实现一基于单片机的电子密码锁的设计，其主

9、要具有如下功能：（1） 密码通过键盘输入，若密码正确，LED灯亮，则将密码锁打开。（2） 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。2系统硬件设计2.1 主控芯片AT89C51单片机简介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

10、称单片机。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。主要特性：与MCS-51兼容4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24MHz三级程序存储器锁定1288位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路2.2 矩阵键盘密码的输入用矩阵键盘实现，包括数字键和功能键。具体功能设计

11、如表一：表一 键盘具体功能设计表按键键名功能09键数字键输入密码A键重设密码键设定新密码C键清除键使显示器清零D键确定键比较密码如图一所示，矩阵键盘的每一条水平（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条列线即可组成有个按键的键盘。图一 矩阵键盘本次设计需要09十个数字按键、一个清零键、一个确认键和一个重置密码键共13个按键，所以选用4X4的矩阵按键。在这种行列式矩阵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，还要对按键进行消抖处理。当确认有按键按下后，就要识别是哪一个按键被按下。本次设计使用的是

12、线反转法。给行线置为0x0f，给列线置为0xf0，再将行列进行逻辑或结果为0xff，当有按键按下时相应的按键位行列均为0，行列逻辑或不为0xff,由此可利用行列逻辑或后的值是否为0xff来判断是否有按键按下。再根据扫描结果判断按下键的位置。给相应的按键赋值即可实现数字键和功能键。对功能键进行相应的软件编程即可实现按键功能。使用矩阵键盘能减少键盘和单片机接口所占用的I/O线数目，当按键较多的时候通常采用这种方法。2.3 开锁电路在本次设计中用发光二极管代替电磁锁，二极管亮表示锁开，二极管灭表示没有开锁。如图二所示，当输入密码与内置密码相配合时将P3.0置0，二极管亮。否则LED灯不亮。图二 发光

13、二极管电路2.4报警电路报警电路由单片机和蜂鸣器组成，如图三所示，当P3.1为高电平时蜂鸣器发出声音报警。每次输入的密码与正确密码进行比较，如果相同，锁开灯亮。如果输入错误则用一个变量来记录输入错误的次数，当输入密码错误达到三次时，蜂鸣器工作发出报警声音，本次设计使用的是声音间断蜂鸣器声音报警来报警，即声音持续时间20ms后又将P3.1置0时间为20ms，如此循环，即可听到“嘟嘟嘟”的间断响声。设置报警总时间为10S。图三2.5数码管显示电路密码显示电路由单片机、电阻排和6位数码管组成。显示电路如图四所示。P0口控制段选，P2口控制位选。为保证密码的保密性，本设计采用“”显示所有输入密码，如图

14、四所示。当重设密码时，为了防止手动错误，数码管显示数字，如图五所示。本设计只允许输入数字密码6位，超过6位以后的数字无效，在C语言程序中以一个while循环实现。数码管显示原理：（1） “”显示原理：在选择位选的情况下，段选仅点亮“g”管即可显示当位为“”；（2） 实现右移逐渐点亮原理： 当输入一个数字时，第五位（从左往右数）赋值给第六位，第四位的值赋给第五位，第三位的值赋给第四位，第二位的值赋给第三位，第一位的值赋给第二位，输入的值赋给第一位，同时点亮第一位数码管。当输入第二个数字时，每一位与输入第一位时相同均向左移一位，将输入的值赋给第一位，同时点亮第一位和第二位数码管。如此每输入一个数字

15、数码管就向右移动了一位，输入的数字赋值给第一位数码管，并相应点亮左边的数码管。 （3） 当按下功能键时，相应的功能键实现相应的功能，而数码管全部回零熄灭。直到再一次输入数字。图四 数码管显示电路图五 重设密码数码管显示数字图六 密码正确显示黄灯3系统软件设计本系统软件设计由主程序、初始化程序、键盘扫描程序、密码输入程序、功能键定义程序、重置密码程序、数码管显示程序、中断延时程序、报警程序、延时程序组成。3.1主程序设计如图4-1所示为主程序流程图，开始接上电源，程序进行初始化设置，然后在键盘上输入密码，此系统进行键盘扫描，判断密码是否正确，密码正确开锁，密码不正确统计错误密码次数加1。在开锁情

16、况下进行修改密码，点击确认密码修改成功，否则结束返回。若密码修改成功则再执行之前的操作。图 4-1 主程序流程图3.2 键盘扫描程序键盘扫描主要就是对按键进行扫描、消抖并被定位。键盘扫描流程图如图4-2所示。 图 4-2 键盘扫描流程图 键盘扫描C语言程序为：void get_key() P1=0xf0; lie=P1;P1=0x0f;hang=P1;addres=hang|lie; / 行列寄存器中的值相或得到按键值while(addres!=0xff) /判断是否有键按下，若adres的值不为0xff则有键按下 delay(5); / 延时消抖P1=0xf0;lie=P1;P1=0x0f;

17、hang=P1;addres=hang|lie;if(addres!=0xff) flag+; switch(addres) / 读取键值 case 0xee:num=1;break; /按键1动作，设num=1case 0xde:num=2;break; /按键2动作，设num=2case 0xbe:num=3;break; /按键3动作，设num=3case 0x7e:num=A;break;/按键A动作，设num=Acase 0xed:num=4;break;/ 按键4动作，设num=4case 0xdd:num=5;break;/ 按键5动作，设num=5case 0xbd:num=6

18、;break; /按键6动作，设num=6case 0x7d:num=B;break; /按键B动作，设num=Bcase 0xeb:num=7;break; /按键7动作，设num=7case 0xdb:num=8;break; /按键8动作，设num=8case 0xbb:num=9;break; /按键9动作，设num=9case 0x7b:num=C;break; /按键C动作，设num=Ccase 0xd7:num=0;break; /按键0动作，设num=0case 0x77:num=D;break; /按键D动作，设num=D 3.3数码管显示子程序数码管显示流程图如图4-3所示

19、：图3-3数码管显示流程图数码管显示程序为：void display(uchar N)/显示 if(N=1) /判断输入密码个数是否为1 temp=0xfe;P0=0x40; /点亮g段使显示为“”P2=temp;delay(1); /延时使左边第一位不停闪烁 P2=0xff; /点亮数码管右边N位 if(N=2) /判断输入密码个数是否为2 temp=0xfe; P0=0x40;P2=temp;delay(1); P2=0xff; temp=_crol_(temp,1); /带循环，使其挨个点亮P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp

20、,1); if(N=3) /判断输入密码个数是否为3 temp=0xfe; P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1); if(N=4) / 判断输入密码个数是否为4 temp=0xfe; P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp

21、;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1); if(N=5) /判断输入密码个数是否为5 temp=0xfe; P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;

22、delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1); if(N=6) /判断输入密码个数是否为6 temp=0xfe; P0=0x40;P2=temp;delay(1); P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;

23、delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1); 3.4报警电路报警电路流程图如图九所示：图3-4报警电路流程图报警电路C语言程序：void alarm() if(km=3) 判断输入错误密码的次数uchar n,m;km=0; for(m=50;m0;m

24、-) for(n=200;n0;n-) K=K; p3.1口取反delay_us(1000); 调用延时函数K=0; p3.1口置零delay(100);调用延时函数3.5重置密码子程序密码重置的条件是在锁开，即灯亮的情况下进行的，所以调用密码子程序开始必须对显示器进行清零并熄灭，关闭发光二极管。然后再调用输入密码子程序、键盘扫描子程序进行密码修改。密码重置程序流程图如图3-5所示：图3-5 密码重置流程图重置密码C语言程序：void rest_cipher()a=b=c=d=e=f=0; /熄灭数码管N=0; / 输入密码个数清零D0=1; /p3.0口置1，led灯熄灭while(con)

25、get_key(); /调用键盘扫描程序if(N6) /判断输入密码个数 cou_dis(num); /调用数字显示函数disp(a,b,c,d,e,f); /6位数字显示子函数 if(num=D) /D键按下 con=0; if(num=C) /C键按下a=b=c=d=e=f=0; /熄灭数码管 N=0; /输入密码位数清零 a1=a;b1=b;c1=c;d1=d;e1=e;f1=f;a=b=c=d=e=f=0; /熄灭数码管 N=0;4系统调试本次调试采用的是protues和keil软件进行仿真。首先运用keil软件编写电子密码锁的源程序，本设计主要运用C语言编写。源程序编写后运行生成目标

26、文件供protues仿真调试。图十一为LED数码管显示六位密码的情况图十一 数码管显示密码图当密码正确按下确认键发光二极管亮，锁开。如图十二图十二 密码正确锁开灯亮当密码输入错误三次蜂鸣器发出声音报警，如图十三所示图十三 蜂鸣器报警由图十三可以看到蜂鸣器非接地端为红色，即此时为高电平，所以蜂鸣器正在发出报警声音。Protues仿真电路图如图十四所示图十四 protues仿真电路图Keil调试程序图（图十五）图十五Keil调试程序图PCB3D图如图十六所示：图十六结论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

27、。随着科学技术发展的日新月异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说是无处不在。因此作为二十一世纪的大学生来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。本设计经过多次修改和整理，可以满足基本的要求。密码正确，锁开；密码输入错误三次，报警；输入密码超过6位之后的数无效；数码管显示屏显示密码为“”。在设计的过程中遇到了各种各样的问题，譬如说断电密码保护的设计，由于电路和编程都过于复杂，本设计并未加入。在编程的过程中问题也是很多，由于程序较长，当实现了这个功能另外一个功能有不能很好的实现，所以要做到模块与模块之间的衔接。遇到的一些问题也经过努力一一克服。回顾此次单片机课程设计，至今我仍

28、感触颇多。在设计过程中从理论到实践我们可以到很多很多东西，巩固了以前学过的知识，还懂得了如何将理论联系实际。只有理论知识是远远不够的，只有将理论运用到实际中对我们来说才是有意义的，这样才能真正的为社会服务。参考文献1浙江 苏迎春. 基于51单片机的多功能电子琴设计和制作(上)N. 电子报,2012-07-29009.2浙江 苏迎春. 基于51单片机的多功能电子琴设计和制作(下)N. 电子报,2012-08-05009.3胡敏,谌海云,侯阳,邱志勇. 数字温度计的设计J. 现代电子技术,2012,06:168-169+172.4冯霞. 基于单片机的数字式热敏温度计设计J. 硅谷,2012,09:

29、71+192.5陈子元. 基于单片机的数字温度计设计J. 数字技术与应用,2012,05:24.6臧京. 燃油加油机的自动检定系统设计与实现D.吉林大学,2012.7杨承帅. 蒸化工艺中温湿度测量装置的研制D.苏州大学,2012.8周向红.51单片机课程设计.华中科技大学出版社.2011年1月9潘育山.单片机原理及51单片机开发技术.西南交通大学出版社.200910何利民.单片机高级教程.北京航空航天大学出版社.200611江志红.51单片机技术于应用系统开发.清华大学出版社.2008附录A 系统整体电路附录B 全部程序清单源程序清单：#include#include#define uchar

30、 unsigned char#define uint unsigned intuchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /字模定义void delay(uint z); /延时函数void get_key(); / 键盘扫描子程序void fun_key(); /按键C,D子程序void init(); / 初始化设置void exter0(); /定时器T0中断服务void disp(uchar a,uchar b,uchar c,uchar d,uchar e,uchar f); /6位数字显示

31、子函数void rest_cipher(); / 重置密码子程序uchar cou_dis(uchar); /数字右移函数 void display(uchar); / 数码管显示程序void alarm(); /报警电路程序void delay_us(uchar); /延时函数uchar hang,lie,addres,num,temp,flag,sum,fun,mark,con,N,km;uint to,aa;uchar a,b,c,d,e,f; /数码管显示位数uchar a1,b1,c1,d1,e1,f1;sbit D0=P30; sbit K=P31;void main()init(

32、); /初始化设置while(1)get_key(); /键盘扫描子程序if(N6)cou_dis(num); /数字右移函数 fun_key(); /按键C,D子程序 display(N); / 数码管显示程序 if(to=2000)to=0;D0=1; /数码管熄灭TR0=0;mark=0;alarm(); / 报警电路程序if(num=A) to=0; TR0=0;while(mark) rest_cipher(); / 重置密码子程序 mark=0; void init() / 初始化设置K=0; / p3.1口置零con=1;mark=0;temp=0xfe;flag=0;fun=0

33、;a1=6; /从右往左数第六位密码b1=5; /第五位密码c1=4; /第四位密码d1=3; /第三位密码e1=2; /第二位密码f1=1; /第一位密码TMOD=0x01; TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=0;void rest_cipher() / 重置密码子程序a=b=c=d=e=f=0; /熄灭数码管N=0; /输入密码个数清零D0=1; /熄灭led灯while(con)get_key(); /键盘扫描子程序if(N0;x-)for(y=z;y0;y-);uchar cou_dis(uchar n

34、um) /数字右移函数 if(num=0)|(num=1)|(num=2)|(num=3)|(num=4)|(num=5)|(num=6)|(num=7)|(num=8)|(num=9) /判断是否输入的是其中一个数字 /N=1; /输入密码个数为1if(flag!=0) /说明有数输入 N+; /输入密码个数加1flag=0; f=e;e=d;d=c;c=b;b=a;a=num; /输入密码右移void get_key() /键盘扫描子程序P1=0xf0; lie=P1;P1=0x0f;hang=P1;addres=hang|lie; /行列寄存器中的值相或得到按键值while(addres

35、!=0xff) /判断是否有键按下，若adres的值不为0xff则有键按下 delay(5); / 延时消抖P1=0xf0;lie=P1;P1=0x0f;hang=P1;addres=hang|lie;if(addres!=0xff) flag+; switch(addres) / 读取键值 case 0xee:num=1;break; /按键1动作，设num=1case 0xde:num=2;break; /按键2动作，设num=2case 0xbe:num=3;break; /按键3动作，设num=3case 0x7e:num=A;break; / 按键A动作，设num=Acase 0xe

36、d:num=4;break; /按键4动作，设num=4case 0xdd:num=5;break; /按键5动作，设num=5case 0xbd:num=6;break; / 按键6动作，设num=6case 0x7d:num=B;break; / 按键B动作，设num=Bcase 0xeb:num=7;break; /按键7动作，设num=7case 0xdb:num=8;break; / 按键8动作，设num=8case 0xbb:num=9;break; /按键9动作，设num=9case 0x7b:num=C;break; / 按键C动作，设num=Ccase 0xd7:num=0;

37、break; /按键0动作，设num=0case 0x77:num=D;break; / 按键D动作，设num=D void fun_key() /按键C,D子程序 if(num=C) /判断按键是否为Ca=b=c=d=e=f=0; /按键为C熄灭数码管N=0; /输入密码个数为0if(num=D) /按键是否为Dnum=0xff;if(a1=a)&(b1=b)&(c1=c)&(d1=d)&(e1=e)&(f1=f) /比较密码是否正确 mark=1; TR0=1; to=0; D0=0; /led灯点亮 a=b=c=d=e=f=0; /数码管熄灭 N=0; /输入密码个数为0 km=0; /

38、输入密码错误次数为0if(a1!=a)|(b1!=b)|(c1!=c)|(d1!=d)|(e1!=e)|(f1=!f) /密码错误 if(D0!=0) /led灯不亮km+; /错误次数累加N=0; /输入密码个数为0a=b=c=d=e=f=0; /数码管熄灭 void display(uchar N) / 数码管显示程序 if(N=1) /判断输入密码个数是否为1 temp=0xfe;P0=0x40; /点亮g段使显示为“”P2=temp;delay(1);P2=0xff; /点亮数码管右边N位使显示“” if(N=2) /判断输入密码个数是否为2 temp=0xfe; P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1); /带循环，使其挨个点亮P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1); if(N=3) / 判断输入密码个数是否为3 temp=0xfe; P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp