数字密码锁论文

金陵科技学院基protues的数字密码锁班级：07电子信息2班学员：魏青庭指导老师：刘凤二零一一年五月摘要电子数字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：AT89S51单片机I/O口接线LED显示AbstractDigitalelectroniclocksisapasswordtocontrolcircuitorchips,tocontrolthemechanicalswitch.Wetakethemicrocontroller.Ithaslargescaleintegratedcircuittechnologyandstrongdataprocessingfunction.Withitscoredesignlocks,smallstructure,thefunctionisstrong.Nowmanyunitsofhomeappliances,evenallthatwerestillsafeneedofit.Keywords:AT89S52microcontrollerTheI/OportconnectionLEDdisplay目录1.前言---------------------------------------------------------2.基本功能设计-------------------------------------------------2.1实验任务--------------------------------------------------2.2功能要求----------------------------------------------------2.3系统框图----------------------------------------------------系统硬件设计-------------------------------------------------3.1使用到的元器件列表------------------------------------------3.2个别元器件介绍----------------------------------------------单片机AT89S51简介---------------------------------------LCD1602介绍----------------------------------------------具体电路介绍----------------------------------------------4.系统软件设计--------------------------------------------------5.参考文献------------------------------------------------------附录-----------------------------------------------------------1前言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。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，完成开锁、闭锁任务的电子产品。它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。其性能和安全性已大大超过了机械锁，主要特点如下：(1)保密性好，编码量多，远远大于弹子锁，随机开锁成功率几乎为零。(2)密码可变。用户可以经常更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人的更替而使锁的密级下降。(3)误码输入保护。当输入密码多次错误时，报警系统自动启动，防止试探密码。从目前的技术水平和市场认可程度看，使用最为广泛的是键盘式电子密码锁，该产品主要应用于保险箱、保险柜和金库，还有一部分应用于保管箱和运钞车。键盘式电子密码在键盘上输入，与打差不多，因而易于掌握，其突出优点是“密码”是记在被授权人脑子里的数字和字符，既准确又可靠，不会丢失（除了忘记），难以被窃（除非自己泄露）。但是密码不能太简单，太简单了就容易被他人在键盘上试探出来，或者可能被旁观者窥测出来，造成保密性不足。当然，密码又不能太复杂，太复杂了可能自己都糊涂了，或者输入密码操作成功率低，造成使用不便。因此，为了发扬优点、克服弱点，键盘式电子密码也在不断发展中，如“任意设定密码”技术使得被授权人可以根据自己的需要或喜好设定密码，常用常新；而“自动更改密码”技术使得本次输入的密码将自动更改成下次应输入的密码，更改的规律不为他人所知，因而不怕旁观者窥测；独出心裁的“键盘乱序显示”技术使得键盘上的固定键位每次显示出的字符不固定，并且显示的窄小角度只能由操作者正面看得到，因而即使旁观者看见操作动作也难以窥测出密码；“多重密码设定”技术使得单组密码不一定有效，适合多人分权使用，需要输入两组以上的密码才被认可，大大提高了保密性，如果限定输入这些密码的先后顺序或时间区段，则保密性还可提高。在输入密码的过程中，为了限制试探密码的企图，通常输入错误码若干次或若干时间内输入不正确，即“封锁”键盘，不再接受输入操作。总之，尽管新式电子防盗锁层出不穷，但键盘式电子密码防盗锁不仅在市场上居于主流地位，而且，还经常作为其他类型电子防盗锁的辅助输入手段。 2基本功能设计2.1实验任务根据设定好的密码，采用矩阵式按键实现密码的输入功能，当密码输入正确之后，锁就打开（即绿灯亮），如果输入的三次密码不正确，就锁定按键3秒钟，同时报警（即红灯亮）。2.2功能要求硬件系统的总体结构图如图1所示AT89S52AT89S52驱动电路报警电路振荡电路LCD1602显示4×4键盘输入图1硬件系统的总体结构图3系统硬件设计3.1使用到的元器件列表如图1所示，本系统的硬件部分主要由单片机AT89S52、存储芯片AT24C02、4×4矩阵键盘、LCD1602、报警电路和驱动电路组成；其中驱动电路用发光二极管LED表示，而报警电路使用蜂鸣器。总的来说，数字密码锁主要由微处理器模块、记忆模块、键盘模块、声光提示模块和显示模块构成。元器件规格/型号数量单片机AT89S511液晶显示器7SEG-MPX6-CC1晶振12M1电阻10K1排阻10K1电容MINERS110K/铝制电容2/1发光二极管红色2蜂鸣器1表1元器件列表3.2个别元器件介绍单片机AT89c51简介At89s51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S51具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S51可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。.1主要性能与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz～33MHz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。图2AT89S51引脚P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能p1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用）P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。端口引脚第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2INTO(外中断0)P3.3INT1(外中断1)P3.4TO(定时/计数器0)P3.5T1(定时/计数器1)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器读选通)此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。RST——复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。ALE/PROG——当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN——程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。7SEG-MPX6-CC介绍液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到广泛的应用。目前液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件。其中7SEG-MPX6-CC液晶显示模块是常用的选择，它可以显示一行，每行6个字符，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比。考虑到本系统设计中友好的人机界面，相对采用多个LED作为显示模块，7SEG-MPX6-CC更合适。7SEG-MPX6-CC是块状显示；具体电路介绍.14×4矩阵键盘如图4所示，本系统采用4×4矩阵键盘。。图4.2复位电路为确保系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。如图5所示，时钟电路工作后，在REST管脚上加两个机器周期的高电平，芯片内部开始进行初始复位。图5.3振荡电路图6所示为单片机晶体振荡电路。在本系统设计中晶振选择频率为12MHz，其中两个电容叫晶振的负载电容，分别接在晶振的两个脚上和对地，一般在几十皮法，它会影响到晶振的谐振频率和输出幅度。多数情况下电容取值在20pF-30pF左右，在本系统中取电容为30pF图6.4发光二极管LED电路图7所示为发光二极管LED电路，开始时发光二极管LED1、LED2连接的单片机I/O口均为高电平。当输入密码正确后，LED1连接的I/O口由高电平变为低电平，绿色的发光二极管LED点亮，表示驱动了开锁电路；当输入密码错误时，LED2连接的I/O口由高电平变为低电平，红色的发光二极管LED点亮。其中R10、R11为发光二极管LED的保护电阻，阻值均为1K。图7.5报警电路本系统中的报警电路采用蜂鸣器，如图9所示。当连续3次输入错误密码后，就会驱动报警电路，蜂鸣器不停地响，以示警报。其中，R5阻值为1kΩ，R6阻值为100Ω。三极管为8550。8550是PNP型中功率高频三极管，最大耗散功率为700mW，在此电路中起功率放大作用。图8.6电源输入电路图9用7805三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路。7805只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端，如图11所示。使用7805要注意最高输入电压是35V左右。图107805引脚图4系统软件设计4.1初始欢迎显示程序#include<reg52.h>头文件#include<string.h>#defineucharunsignedchar用uchar来表示unsignedchar#defineuintunsignedintsbitRS=P2^0;位的宏定义定义，使用RS来表示P2的0端口sbitRW=P2^1;sbitEn=P2^2;ucharLCD_title[]="InputPassword:";这里可以编辑欢迎语句voidmain(){uchari,j,k,z,error;ucharkeynum=-1;ucharValid_user=0;ucharchange=0;LCD_Init();Dis_String(0,LCD_title);4.2延时程序voiddelay(uintx){uinty;while(x--){for(y=120;y>0;y--);}}4.3LCD的初始化voidLCD_Init()详细指令可查LCD介绍版面{write_com(0x38); write_com(0x01); write_com(0x06); write_com(0x0e);4.4键盘扫描程序ucharKeyscan(){ uchari,j,temp; for(i=0;i<4;i++) { P3=keyboard_Scan[i]; temp=P3; temp=temp<<4|0x0f; for(j=0;j<4;j++) { if(keyboard_Scan[j]==temp)return(j*4+i); while(keyboard_Scan[i]!=P3) { P3=keyboard_Scan[i]; } } } return-1;}4.5密码比较程序while(1){P3=0xf0; if(P3!=0xf0) { delay(5); if(P3!=0xf0) keynum=Key_Pos[Keyscan()]; if(i<16){ switch(keynum) { case0:case1:case2:case3:case4: case5:case6:case7:case8:case9: if(i==0)Dis_String(1,""); if(k==0) { userpassword[i]=keynum+'0'; userpassword[i+1]='\0'; } else { user_buf[i]=keynum+'0'; user_buf[i+1]='\0'; } dis_buf[i]='*'; dis_buf[i+1]='\0'; Dis_String(1,dis_buf); i++; break; case10: i--; userpassword[i]='\0'; dis_buf[i]='\0'; Dis_String(1,dis_buf); break; case11: if(change==0) { if(strcmp(userpassword,Password)==0) { Green_Led=0; Yellow_Led=1;Clear_password(); Dis_String(0,"Welcome!HaveFun"); Dis_String(1,"UnlockOK!"); Valid_user=1; } else { Green_Led=1; Yellow_Led=0;Clear_password(); 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