电子密码锁课程设计剖析

千里之行，始于足下。第2页/共2页精品文档推荐电子密码锁课程设计剖析摘要：为了提高个人资料、部门文件档案的保密性和安全性，采纳高速、低功耗且具备ISP、IAP、内部E^2PROM功能的STC89C52单片机，设计了保密性更高的电子密码锁，并详细介绍STC89C52单片机内部E。PROM有关的特别功能寄存器、读写子程序。该电子密码锁的上锁、开锁、修改密码都在片内举行，别涉及外围芯片，减小了PCB面积，落低故障率和成本，提高了可靠性、保密性，值得推广。

1课程设计题目：密码锁

利用单片机STC89C52设计一具密码锁，可以使用数码管显示器来显示密码输入的相关信息，经过10位数字按键（0~9）设置4位数字（0~9）密码，2位功能按键A(输入校验密码并验证密码)和B(设置新密码)，利用继电器模拟电子门锁作出是否开门以及报警等反应。

具体设计内容：

上电时XXX初始密码为“0000”，红XXX发光二极管点亮，绿XXX发光二极管熄灭，数码管显示器显示“初始状态”，“初始状态”由设计者自行设计，但别可省略。

功能按键A：实现设置新密码功能，存储新密码并显示，一旦设定新密码，则初始密码失效。

功能按键B：实现输入校验密码并验证密码功能，显示校验密码并举行密码比较。

●密码输入正确则继电器启动，并使红群发光二极管熄灭，绿XXX发光二极管点亮，数码管显示器提示“密码正确”，“密码正确”状态的显示内容由设计者自行设计，但别可省略，持续2~5S后继电器关闭，绿群发光二极管熄灭，红XXX发光二极管点亮；

●密码输入错误则持续红XXX发光二极管点亮，绿XXX发光二极管熄灭状态，蜂鸣器报警，数码管显示器提示“密码错误”，“密码错误”状态的显示内容由设计者自行设计，但别可省略，持续2~5S后蜂鸣器停止报警；

●校验密码延续输入错误3次，则持续红群发光二极管点亮，绿群发光二极管熄灭状态，蜂鸣器报警，数码管显示器提示“密码延续错误3次”，“密码延续错误3次”状态的显示内容由设计者自行设计，但别可省略，持续2~5S后

蜂鸣器停止报警，新密码失效，恢复初始密码使用。

2设计内容讲明：

设计必须实现“要紧设计内容”的所有功能，但关于“具体设计内容”可做适当调整，密码输入错误3次环节可自行设计。

此外，为了加强密码锁的严密性，可采取下述方案对“设置新密码功能”环节举行加强，依据设计思路可作适当调整，此部分内容为附加内容。

功能按键A：实现输入校验密码并验证密码功能，显示校验密码并举行密码比较。

●密码输入正确：

?则继电器启动，并使红群发光二极管熄灭，绿群发光二极管点亮，数码管显示器提示“密码正确”，“密码正确”状态的显示内容由设计者自行设计，但别可省略，若别设置新密码，则持续5~8S后继电器关闭，绿XXX发光二极管熄灭，红XXX发光二极管点亮；

?若功能按键B按下：实现设置新密码功能，存储新密码并显示，一旦设定新密码，则初始密码失效。但此功能必须以旧密码输入正确为前提。

●密码输入错误：

?校验密码延续输入错误小于3次，则持续红XXX发光二极管点亮，绿XXX发光二极管熄灭状态，蜂鸣器报警，数码管显示器提示“密码错误”，“密码错误”状态的显示内容由设计者自行设计，但别可省略，持续2~5S后蜂鸣器停止报警；

?校验密码延续输入错误3次，则持续红群发光二极管点亮，绿XXX发光二极管熄灭状态，蜂鸣器报警，数码管显示器提示“密码延续错误3次”，“密码延续错误3次”状态的显示内容由设计者自行设计，但别可省略，持续2~5S后蜂鸣器停止报警，新密码失效，恢复初始密码使用。

3系统方案设计及确定

3.1系统方案的提出

本次课程设计的密码锁电路要紧由四个模块组成：键盘输入模块、数据处理模块、显示操纵模块，继电器驱动模块和蜂鸣器报警模块。

方案一：以单片机为电子密码锁系统核心，使用4*4矩阵键盘作为数据输入方式，驱动4位数码管显示器提示程序运行过程和开锁的步骤，利用继电器及蜂鸣器模拟电子门锁作出是否开门以及报警等反应。图1为单片机操纵密码锁的系统原理框图。

图1单片机操纵密码锁的系统原理框图

方案二：以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路操纵方案，如图2。

3.2方案比较及确定由于利用单片灵巧活的编程设计和强大的I/O端口，及其操纵的准确性，别但能实现基本的密码锁功能，还能够增添掉电存储、声光提示等功能，故选用方案一。

CPU的挑选输

入

按

扭

开输入

锁存

密码

存储开锁操纵机械动作

5秒定时电20秒定时声光指示图2数字逻辑操纵方案电子密码锁

STC89C52系列单片机,高速、低功耗、新增在系统／在应用可编程(ISP,IAP)功能,使别具有E2PROM的单片机具有了E2PROM的功能,能够在线对现场历史数据的存储功能,适用于一些需经常改变数据的应用产品(如计费器、门禁系统等)及需远距离改变设备参数的产品(遥控设备等)。采纳STC89C52单片机设计的电子密码锁,利用内部E2PROM资源,别需要外接程序存储器就能完成修改密码等多种功能,同时保密性高、成本低、简单易行,符合住所、部门办公安全要求。

ISP在线编程功能，那个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序别需要把芯片从工作环境中剥离，是一具强大易用的功能。具有双工UART串行通道。内部集成看门狗计时器，别再需要像AT89C51那样外接看门狗计时器单元电路键盘电路采纳矩阵式键盘，显示电路采纳四位数码管动态显示方式，动态显示相关于静态显示有占用I/O口资源少的特点，恰好适合于本系统。方案中没有采纳键盘、显示接口芯片8279实现键盘、显示接口。由于本次课程设计所使用的键盘数量、显示的方式及单片机的I/O口线使用事情等，采纳前一种方式就脚以能完成课程设计的要求，别必要多用一具芯片。依照本次课程设计的实际事情，兼顾经济性、使用性、简单易行、操作简单等多方面因素，本次课程设计采纳方案一来完成。

4系统硬件设计

本次课程设计的密码锁电路要紧由四个模块组成：键盘输入模块、数据处理模块、显示操纵模块，继电器驱动模块和蜂鸣器报警模块。经过单片机送给开锁执行机构，电路驱动继电器吸合，从而达到开锁的目的。如图3所示，为密码锁开锁电路原理图。

当用户输入的密码正确时，单片机便输出开门信号，送到继电器驱动电路，然后驱动继电器常开触点闭合，达到开门的目的。本次设计中，继电器选用固态继电器，信息经过数码管显示，并利用蜂鸣器和发光二极管声光指示。其中，绿发光二极管亮，表示开锁；否则，红发光二极管亮，表示密码输入错误并开启报警电路。

图3密码锁开锁电路原理图

4.1STC89C52最小系统设计

单片机最小系统包括CPU、时钟电路和复位电路等三部分。下面则分不介绍这三部分的选取。

4.1.1时钟电路设计

时钟电路用于产生单片机工作时所必需的时钟操纵信号，常用的时钟电路有内部时钟方式和外部时钟方式。内部时钟方式电路外接两个电容和一具晶振，依照振荡频率要求的别同选用别同阻值的电容和晶振。时钟电路中的晶振震荡频率范围通常是1.2MHz～12MHz，AT89S51常挑选6MHz或12MHz的石英晶体，为消除误差，得到准确的波特率，本设计挑选震荡频率为11.0592MHz的石英晶，时钟电路如图4所示。

图4时钟电路

4.1.2复位电路设计复位是单片机的初始化操作，只需在单片机的复位引足加上大于2个机器周

开锁驱动电路

STC89C52

单片机密码正确

锁定

开锁是

否

期的高电平就可使单片机复位，当程序运行出错或操作进入死循环状态可经过复位重新启动程序。MCS-51的复位是由外部的复位电路来实现的，STC89C52也别例外，复位电路通常采纳上电自动复位和按钮复位两种方式，为方便复位操作，本文采纳按键电冷静位，电路如图5所示。其中C取10uF，R2取10KΩ，复位电路如图5所示。

图5复位电路

4.2键盘、显示电路硬件设计

4.2.1键盘电路硬件设计

键盘是系统中的手动操纵部分，因此键盘的设计就显得尤为的重要。每一条水平（行线）与垂直线（列线）的交叉处别相通，而是经过一具按键来连通，利用这种行列式矩阵结构只需要M条行线和N条列线，即可组成具有M×N个按键的键盘。由于本设计中要求使用16个按键输入，为减少键盘与单片机接口时所占用的I/O线的数目，故使用矩阵键盘。本设计中，矩阵键盘列线和单片机P2.0-P2.3相连，行线与单片机P2.4-P2.7相连。

键盘扫描采纳行扫描法，即依次置行线中的每一行为低电平，其余均为高电平，扫描列线电平状态，为低电平即表示该键按下。

键盘电路硬件连接图如图6所示。

图6矩阵按键

4.2.2显示电路硬件设计

显示是系统的输出部分，用于观看当前的输入状态。显示电路采纳三极管对位码举行驱动。LED数码管有共阳和共阴两种，把这些LED发光二极管的正极接到一块（普通是拼成一具8字加一具小数点）而作为一具引足，就叫共阳的，相反的，就叫共阴的，这么应用时那个足就分不的接VCC和GND。再把多个如此的8字装在一起就成了多位的数码管了。

图7共阳、共阴数码管

显示方式有静态显示和动态显示两种显示方式。静态显示时，数据是分开送到每一位LED上的；而动态显示则是数据是送到每一具LED上，再依照位选线来

确定是哪一位LED被显示。静态显示亮度非常高，但口线占用较多；动态显示占用口线数目较少，适合用在显示位数较多的场合，但显示位数的增多，将占用大量的CPU时刻。本次设计选用动态显示。

显示电路硬件连接图如图8、图9所示。

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图8数码管驱动电路

4.3继电器驱动电路及报警电路设计

4.3.1固态继电器简介

固态继电器（SolidStateRelay,缩写SSR），是由微电子电路，分立电子

器件，电力电子功率器件组成的无触点开关。用隔离器件实现了操纵端与负载端

的隔离。固态继电器的输入端用弱小的操纵信号，达到直截了当驱动大电流负载。

固态继电器有三部分组成:输入电路，隔离(耦合)和输出电路。按输入电压

的别同类不，输入电路可分为直流输入电路，交流输入电路和交直流输入电路三

种。有点输入操纵电路还具有与TTL/CMOS兼容，正负逻辑操纵和反相等功能。固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种。固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路，交流输出电路和交直流输出电路等形式。交流输出时，通常使用两个可控硅或一具双向可控硅，直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管。

1、固态继电器的优点

（1）高寿命，高可靠：固态继电器没有机械零部件，有固体器件完成触点功能，由于没有运动的零部件，所以能在高冲击，振动的环境下工作，由于组成固态继电器的元器件的固有特性，决定了固态继电器的寿命长，可靠性高。

（2）灵敏度高，操纵功率小，电磁兼容性好:固态继电器的输入电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑集成电路兼容别需加缓冲器或驱动器。

（3）快速转换:固态继电器因为采纳固体器件，因此切换速度可从几毫秒至几微妙。

（4）电磁干扰小:固态继电器没有输入“线圈”，没有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一具零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，减少了电流波形的忽然中断，从而减少了开关瞬态效应。

2、固态继电器的缺点

（1）导通后的管压落大，可控硅或双相控硅的正向落压可达1~2V，大功率晶体管的饱和压落也在1~2V之间，普通功率场效应管的导通电阻也较机械触点的接触电阻大。

（2）半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流，所以别能实现理想的电隔离。

（3）由于管压落大，导通后的功耗和发热量也大，大功率固态继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器，成本也较高。

（4）电子元器件的温度特性和电子线路的抗干扰能力较差，耐辐射能力也较差，如别采取有效措施，则工作可靠性低。

（5）固态继电器对过载有较大的敏感性，必须用快速熔断器或RC阻尼电路对其举行过载爱护。固态继电器的负载与环境温度明显有关，温度升高，负载能力将迅速下落。

（6）要紧别脚是存在通态压落（需相应散热措施），有断态漏电流，交直

流

图10固态继电器驱动电路图11报警电路

别能通用，触点组数少，另外过电流、过电压及电压上升率、电流上升率等指标差。

4.3.2固态继电器驱动电路设计

当用户输入的密码正确