电子密码锁总体设计方案牛

电子密码锁系统总体设计详细文档题目：电子密码锁设计组号：第八组小组组员：王新恒（）牛庆渝（S1）于秀玲（）黄志辉（）11月7日目录TOC\o"1-4"\h\u29178第一篇绪论 318332一、引言 3327051、编写目标 355362、背景介绍 37373二、功效需求设计 4250511、任务和目标 492472、功效需求简述 41405第二篇设计概述 65010一、详细设计方案选择及设计思绪概述 647881、设计方案选择 664882、初步设计思绪概述 714530二、设计方法和技术条件 8169501、设计标准 8106752、应用技术分析 8304293、设计者当前已具备技术条件 958674、设计重点难点 910451第三篇系统总体设计方案确认 1017112一、各模块系统硬件设计 10214401、单片机模块系统 10229312、键盘矩阵模块系统 12241023、显示模块系统 1338984、报警模块系统 14319435、电子时钟计时模块 1414905第四篇系统程序设计 165699一、总体程序设计流程 1643352、系统程序设计总流程 1620671以下列图所表示为该密码锁系统程序设计总流程图： 16391二、各个模块系统程序设计流程 1761、显示初始化模块程序设计 18140982、电子时钟模块程序设计 1860953、密码比较功效模块程序设计 19163134、密码更改模块程序设计 19257565、键盘输入模块程序设计 20249586、电子时钟显示模块程序设计 2191917、密码修改模块程序 22第一篇绪论一、引言1、编写目标编写总体设计说明书目标是为了说明对密码锁系统总体设计考虑，包含程序基本流程、输入/输出设计、模块设计、运行设计、硬件总体设计和系统犯错处理设计等，方便为密码锁详细设计制作和仿真提供理论基础和指导方向，主要就是为编写程序提供依据。各个模块程序编写严格按照该总体设计初定方案进行。本总体设计说明书详细分析系统各种需求，综合小组中各个组员意见，为以后设计规划出一个蓝图，使以后工作做到有步骤、有计划，而且对今后出现各种可能情况作出预测和进行初步和适当处理，使系统工作进程得以稳步和高效地进行。2、背景介绍在日常生活和工作中,住宅与部门安全防范、单位文件档案、财务报表以及一些个人资料保留多以加锁方法来处理。若使用传统机械式钥匙开锁，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。伴随科学技术不停发展，人们对日常生活中安全保险器件要求越来越高。为满足人们对锁使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙密码锁应运而生。密码锁具备安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。在安全技术防范领域，具备防盗报警功效电子密码锁逐步代替传统机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差缺点，使密码锁不论在技术上还是在性能上都大大提升一步。伴随大规模集成电路技术发展，尤其是单片机问世，出现了带微处理器智能密码锁，它除具备电子密码锁功效外，还引入了智能化管理、教授分析系统等功效，从而使密码锁具备很高安全性、可靠性，应用日益广泛。另外，电子密码锁还具备以下独特特点：保密性远远大于弹子锁。随机开锁成功率几乎为零；密码可变。用户能够经常更改密码，预防密码被盗，同时也能够防止因人员更替而使锁密级下降；误码输入保护。当输入密码数次错误时，报警系统自动开启；电子密码锁操作简单易行，一学即会。功效需求设计任务和目标本项目设计一个基于AT89C51单片机控制电子密码锁，要求达成以下任务目标：可经过键盘输入密码控制开关开锁和闭锁；可经过扩展LCD显示器显示输入密码；密码能够数次改写和重置；连续三次输入密码错误，声光报警装置开始工作。功效需求简述系统第一次上电，个人密码初始值为“111111”，上电后显示器自动扫描，扫描后进入待机状态。待机时，系统显示系统日期及时间及状态。系统开启后，经过输入设备（键盘）可输入6位个人密码，按下确认键进行确认。假如密码正确，可进行开锁动作。若密码不正确，按照系统提醒进行操作。消除功效：在输入密码之后，每次一次“*”键，可消除最终输入一位数字。每次输入密码正确开门统计将被保留。当按下开锁键，系统将输入与密码进行检验查对，假如正确锁打开，不然不打开，并发出报警提醒。在用户设置了一组惯用密码基础之上，能够另外在设置5--10组备用密码，以增加多用户使用功效，满足用户基本需求。在用户丢失或遗忘一组密码后，能够经过另外几组备用密码进行开锁并并对密码进行再次修改和设定，增加了密码锁使用灵活性。设置密码锁开锁次数为3次，当输入超出三次还未开锁成功时，蜂鸣器报警30秒，而且锁定键盘。在今后10分钟内不能进行任何对锁操作，等候锁定时间过后，解除警报，密码锁恢复输入功效。在每一次输入密码后，系统都要以文字显示形式给出输入密码正确是否以及剩下输入次数警告或提醒（以发声或发光提醒）。密码能够由用户自己修改设定，锁打开后才能修改密码，修改密码之前必须再次输入密码。先用个人密码(初始为123456)开门，在开锁成功后再次输入密码使系统进入修改个人密码状态。此时可输入6位新个人密码，在输入新密码时候需要二次确认，以预防误操作。先用密码开门，按“0”键。先显示第1屏：该统计开门日期；第2屏显示开门时间；第3屏显示密码类别。统计翻页：在查询统计状态下，按“0”键，可查询下一条开门统计10S内未按键，则退出查询状态，回到待机状态。系统最多能够保留最近40条统计，当统计超出40条时，每增加一条新统计，最早一条旧统计将被覆盖掉。每条统计包含以下信息：年、月、日、星期、时、分、,密码类别。第二篇设计概述一、详细设计方案选择及设计思绪概述1、设计方案选择此次设计密码锁在理论上能够利用多个设计方法及原理进行设计，依据设计简单、高效、易于实现等标准，主要有两种设计方案可供选择，即：数字电路控制和以AT89S51为关键单片机控制两种方案。现在对其两种方案进行可行性对比分析。方案一：采取数字电路控制。其原理图下列图1所表示。图1数字密码锁电路方案 电路由两大部分组成：密码锁电路和备用电源(UPS)，其中设置UPS电源是为了预防因为停电造成密码锁电路失效，使用户免遭麻烦。采取数字密码锁电路好处就是设计简单。用以74LS112双JK触发器组成数字逻辑电路作为密码锁关键控制，共设了9个用户输入键，其中只有4个是有效密码按键，其它都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入密码无效，需要重新输入。密码锁电路包含：键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输入次数锁定电路。方案二：采取一个是用以AT89S51为关键单片机控制方案。利用单片灵巧活编程设计和丰富IO端口，及其控制准确性，不但能实现基本密码锁功效，还能添加调电存放、声光提醒甚至添加遥控控制功效。其原理以下列图2所表示。图2单片机控制方案密码锁电路包含：键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输入次数锁定电路。经过比较以上两种方案，单片机方案有较大活动空间，不但能实现所要求功效而且能在很大程度上扩展功效，而且还能够方便对系统进行升级，所以我们采取一个以89C51为关键单片机控制方案。利用单片灵巧活编程设计和丰富I/O端口，及其控制准确性，进行密码锁设计工作以实现基本密码锁功效。2、初步设计思绪概述对于此次密码锁初步设计，首先是要有一定大约思绪。以下列图3所表示，此次设计选取单片机开发系统，以AT89C51单片机为关键，辅以扩展键盘以及LCD显示模块组成完整系统。经过键盘采集输入信息，与单片机内储存值比较，假如密码正确，则开锁电路打开，而且灯亮；假如密码错误，则灯不亮，而且给出提醒。若连续三次输入密码错误，蜂鸣器产生蜂鸣音；在以上工作同时显示电路工作，同时显示输入数值。图3最初设计思绪框图二、设计方法和技术条件1、设计标准系统总体设计标准以下分析，应该尽可能满足密码锁功效要求，包含程序开启功效、锁基本功效、个人密码更改功效、多组密码设置、报警功效、掉电存放功效。首先，经过键盘采集输入信息，与单片机内储存值比较，假如密码正确，则开锁电路运行，锁被成功打开；假如密码错误，则报警系统自动进行提醒，蜂鸣器产生蜂鸣音；在以上工作同时显示电路工作，同时显示输入数值，而且每一次输入都会被统计存放。在输入正确密码后，按下修改键时，显示系统将提醒“输入新密码”在输入新密码后，显示电路会再次提醒“再次输入新密码”若两次输入密码不一致，则修改密码失败，一致则成功。若在“再次输入新密码”时候输入新密码与前次不一致，则会返回到系统开始。修改密码完成后，系统自动清零上锁。要再次开锁则需要输入正确密码。另外，对所得任何一次操作都会产生数据统计被存放。2、应用技术分析此次密码锁功效实现，需要使用到以下关键技术：基于AT89C51单片机简单设计及外围扩展电路；键盘输入及单片机间数据传输；LCD显示技术、动态输出及单片机间数据传输。3、设计者当前已具备技术条件在设计密码锁之前，本组四位组员基本上已经掌握了以下技术：课题组组员都参阅过相关51单片机开发方面书籍，熟悉AltimDesigner电路设计，有一定项目开发及电路设计基础；课题组组员XXX参加过基于KeilC51培训练习，对C语言函数库调用有一定了解，具备C语言程序设计开发经验；课题组组员XXX熟悉PCB板制作过程，课题组组员XXX有一定文学功底，有一定能力撰写课题汇报；各个组员都能够熟练利用仿真软件proteus以及编译软件keil进行仿真试验和调试。4、设计重点难点完成本方案设计重点和难点有以下几点：C语言程序设计和控制函数调用；键盘模块和动态显示工作方式LCD显示模块控制；声光报警电路设计；用AltimDesigner软件进行电路图设计。第三篇系统总体设计方案确认此次设计基于单片机控制电子密码锁，依照任务和相关要求，结合主要设计条件，我们总体方案设计以下：

本系统由单片机系统、矩阵键盘、电子时钟、LCD显示和报警系统等多个模块组成。一、各模块系统硬件设计1、单片机模块系统该密码锁设计采取以AT89C51为关键单片机控制方案。利用单片灵巧活编程设计和丰富IO端口，及其控制准确性，进行电子密码锁设计。不但能实现基本密码锁功效，还能添加声或光提醒，以及掉电存放功效，甚至添加遥控控制功效。1.1主要特征AT89C51是一个带4K字节闪烁可编程可擦除只读存放器低电压、高性能CMOS8位微处理器。它与MCS-51兼容，寿命：1000写/擦循环，数据保留时间为。全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存放器锁定，128*8位内部RAM32可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中止源可编程串行通道，低功耗闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。下列图4所表示为AT89C51单片机图例：图4AT89C51单片机1.2主要接口说明VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，能够用于外部程序数据存放器，它能够被定义为数据/地址第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻8位双向I/O口，P2口当用于外部程序存放器或16位地址外部数据存放器进行存取时，P2口输出地址高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存放器进行读写时，P2口输出其特殊功效存放器内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，因为外部下拉为低电平，P3口将输出电流。另外，P3口也可作为AT89C51一些特殊功效口，比如串行输入\输出口、外部中止0\1、记时器0外部输入、外部数据存放器读\写选通。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期高电平时间。ALE/PROG：可用作对外部输出脉冲或用于定时目标。当访问外部存放器时，地址锁存允许输出电平用于锁存地址地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。/PSEN：外部程序存放器选通信号。在由外部程序存放器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存放器时，这两次有效/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存放器，不论是否有内部程序存放器。当/EA端保持高电平时，此间内部程序存放器。XTAL1：反向振荡放大器输入及内部时钟工作电路输入。XTAL2：来自反向振荡器输出。其中，在该系统设计中，单片机主要硬件资源分配如为：P0.0～P0.7用于LCD液晶显示作用；P2.6、P2.7用于蜂鸣器和报警灯控制；P2.0用于开锁电路控制；P1.0～P1.7用于键盘电路控制；P3.3～P3.5用于LCD显示模块控制端口控制。2、键盘矩阵模块系统此次设计密码锁系统设计采取4*4矩阵键盘，与P1口相连，采取扫描法。设有0到9十个数字密码，一个开锁键、上锁键，以及用于修改密码两个修改键还有一个用于重新输入密码重新输入键。本设计就采取行列式键盘，同时也能降低键盘与单片机接口时所占用I/O线数目，在按键比较多时候，通常采取这么方法。通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是经过一个按键加以连接。这么，一个端口（如P1口）就能够组成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区分越显著。由此可见，在需要键数比较多时，采取矩阵法来做键盘是合理。键盘矩阵电路以下列图5所表示：图5键盘矩阵电路3、显示模块系统此密码锁设计6位密码，按键后动态显示。开机显示“YourPassword...”，等候密码输入，输入6位密码，按开始键后，密码比较。依照按键次数，第一位显示器显示第一次按密码，第二位显示器显示第二次按密码，第三位显示器显示第三次按密码，依此第六位显示器显示第六次按密码。每次输入密码后，都会有提醒音，提醒输入动作被接收。按键完成后按开锁键后，密码对则执行相关动作，而且显示器显示“Unlockok!”,而且会看到指示灯发光；不正确则显示器显示“ERROR”，指示灯无任何现象，系统等候重新输入。当连续输入三次错误后，会显示“Wait”,三秒钟后会提醒“Inputagain”。下列图6所表示为显示电路原理图：图6LCD显示电路4、报警模块系统此次设计密码锁报警系统在当输入密码错误后，系统报警，报警装置由一小喇叭实现。下列图7给出报警系统电路原理图：图7报警模块电路5、电子时钟计时模块本模块是由AT89C51单片机为控制关键，具备在线编程功效，低功耗，能在3V超低压工作；时钟电路由DS1302提供，它是一个高性能、低功耗、带RAM实时时钟电路，它能够对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具备闰年赔偿功效，工作电压为2.5V～5.5V。采取三线接口与CPU进行同时通信，并可采取突发方式一次传送多个字节时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31*8用于暂时性存放数据RAM存放器。可产生年、月、日、周日、时、分、秒，具备使用寿命长，精度高和低功耗等特点，同时具备掉电自动保留功效；温度采集由DS18B20组成；显示部份由LCD液晶显示器显示。下列图8所表示为电子时钟组成结构图：图8电子钟系统电路组成框图电子时钟系统总体功效设计及实现过程入下列图9所表示：图9电子时钟总体功效设计及实现流程图第四篇系统程序设计一、总体程序设计流程1、程序功效软件设计主要包含：密码设定及修改、键盘识别判断、错报警等，可依照详细需要还可进行功效增加与完善。主程序功效：主耍完成初始化、设置中止向量检验有没有按健按下，以及调用显示等。键盘扫描及识别子程序功效：键盘采取查询方式，放在主程序中，当没有按键按下时，单片机循环主程序，一旦有键按下，便转向对应子程序处理，之后再返回。调用存放程序功效：比较密码时，需读取程序，将存放在芯片内数据读到RAM中，然后和输入密码相比较，当修改密码时，需耍把输入密码保留到芯片中。显示子程序功效：在系统开启后显示为“YourPassword...”，在输入密码时不直接显示密码，而是现实星号“******”，这么利于密码保密可提升安全性和可靠性。当输入密码正确时，显示“unlockok”，输入错误则显示“ERROR”。当连续输入三次错误后，会显示“Wait”,三秒钟后会提醒“Inputagain”。密码更改子程序功效：在输入密码成功解锁后，点击“输入新密码”按键，输入新密码，然后选择点击“保持新密码”按键。至此，密码修改成功。修改密码工作完成后，系统将跳翻到开始，即提醒输入密码“YourPassword...”。2、系统程序设计总流程以下列图所表示为该密码锁系统程序设计总流程图：开始开始输入密码正确否？开锁判断按键LOCK输入键上锁结束输入密码正确否输入新密码再次输入一致否修改密码YesNoNoYesNoYes图10系统程序设计总流程图二、