基于单片机的电子密码锁设计.doc

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1、- .轻工职业技术学院毕业设计(论文)基于单片机的电子密码锁设计姓 名: 你查查 学 号:201103021*系 部: 工商信息学院 专 业: 电子信息工程技术 班 级:11级电信指导教师: 欣教师 日 期: 2014 年 5 月 26 日摘 要本论文详细地论述了以单片机为处理器的密码锁自动控制器的硬件、软件设计和系统编程的问题。本控制器以美国ATMEL公司的AT89C52单片机为核心键盘、显示电路，输出控制电路，告警提示电路等构成。利用目前使用的微处理器AT89C52作为控制元件设计了一种电子密码锁。其具有通过键盘可设置多组密码、修改密码和保存密码的优点，克制了普通锁需要随身携带钥匙且易丧失

2、、性差的缺点，在宾馆、办公大楼、仓库、保险柜和家庭普遍适用。 关键词： AT89C52 电子密码锁 键盘 修改密码. word.zl- .目 录第一章 引 言2第二章 系统总体设计32.1 系统控制方案选择32.2 显示方案的选择42.3 密码输入方式的选择4第三章 硬件电路设计63.1系统总体介绍63.2键盘输入模块63.3密码存储电路73.4复位电路83.5显示电路83.6报警电路83.7状态显示及继电器控制电路9第四章 软件设计104.1 软件设计总流程图及设计方案104.2各模块软件实施11第五章 仿真调试195.1软件调试195.2硬件仿真调试195.3调试结果20第六章 总结21致

3、 22参考文献22附录23附录1 AT89C5223附录2 AT24C0223附录3 LCD160224. word.zl- .第一章 引 言随着人们对平安的重视和科技的开展，许多电子智能锁指纹识别、IC卡识别已在国外相继面世。但是这些产品的特点是针对特定的指纹和有效卡，只能适用于要求的箱、柜、门等。而且指纹识识别器假设在公共场所使用存在容易机械损坏，IC卡还存在容易丧失、损坏等特点。加上其本钱较高，一定程度上限制了这类产品的普及和推广。鉴于目前的技术水平与市场的接收程度，电子密码锁是这类电子防盗产品的主流。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、

4、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拟高的产品。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。其性能和平安性已大大超过了机械锁，所以未来的市场前景很广阔。本文介绍使用AT89C52作为电子密码锁的核心系统，在通过键盘为输入端，对系统设置的密码进展输入和修改，在经过LCD1602对输入和修改的进展显示。整个系统在仿真软件中根本实现输入正确密码开锁，输入错误密码不开锁，及对初始密码进展修改的功能。第二章 系统总体设计2.1 系统控制方案选择方案一：基于8D锁存器74LS373的锁存密码电路此方案采用两个8D锁存器74LS373用于存储密码和接收输入信

5、号，两者进入比拟器进展比拟。共设有八个用户输入键，74LS373为密码存储器件。先将74LS373的C和OC端置低电平，使其处于送数状态。当输入密码后将OC置于高电位，那么锁存器将密码信号锁存，然后按键复位。当下次开锁时只有在规定时间，规定次数输入密码才会发出开锁信号，否那么不能开锁。并且，当时间或输入次数到达一定值后，电路会自锁一段时间，并发出警报声。警报完毕后，电路回复原状，计时及计数归零，直至下一次开锁动作。第一局部是密码输入局部，由八个开关构成，密码输入共有28=255种输入方式注：从0000-1111 共256种组合，但能正确开锁的输入方式只有1种，平安性较高。第二局部是由74LS3

6、73组成的密码锁存电路，通过控制74LS373的芯片管脚特性来控制芯片的工作状态。第三局部是由74LS85组成的比拟器或者是同或门组成的比拟电路，来比拟输入信号与存放密码的相等与否。第四局部是有二极管构成的开锁信号电路，黄灯处于待开状态，绿灯表示开锁正确，红灯及警报声表示开锁错误或者是锁存状态。第五局部是计时及计数局部，计时表示从准备开锁到开锁完成所规定的时间，以及锁存时期的锁存时间，计数记录的是误操作的次数。方案二：以AT89C52为核心的单片机控制方案选用单片机AT89C52作为本设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，实现根本的密码锁功能。在单片机的

7、外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制，外接AT24C02芯片用于密码的存储，外接LCD1602用于显示作用。当用户需要开锁时，先按键盘开锁键之后按键盘的数字键09输入密码。密码输完后按下确认键，如果密码输入正确那么开锁，不正确显示密码错误重新输入密码，当三次密码错误那么发出报警；当用户需要修改密码时，先按下键盘设置键后可以设置新密码。新密码输入无误后按确认键使新密码将得到存储，密码修改成功。单片机具有资源丰富、速度快、编程容易等优点。利用单片机部的随机存储器RAM和只读存储器ROM及其引脚资源，外接显示器，键盘输入等实现数据的处理传输和显示功能，根本上能实现设计指标，而且单片机编

8、程设计灵活、I/O端口丰富、控制的准确性高，不但能实现根本的密码锁功能，还能添加调电存储、声光提示甚至添加遥控控制等附加功能，此外单片机方案有较大的活动空间，不但能实现所要求的功能，还能在很大的程度上扩展功能，而且还可以方便的对系统进展升级。综上分析：方案一虽然设计简单但密码输入控制复杂、实用性不是很强，并且不能实现密码保存。而方案二设计复杂，使用方便，平安性好，功耗低，本钱低，而且容易操作性强。故在此设计中，我们选用第二种方案，即利用单片机实现密码锁的控制。2.2 显示方案的选择方案一：使用LCD1602进展显示由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光,因此液晶显

9、示器画质高；同样液晶屏的功率消耗比拟小；液晶是平板型构造，由两片玻璃组成的夹层盒，面积可大可小，安装时占用面积小减小了设备的体积；液晶的信息量大一样的面积上与数码管比可以显示更多的信息；且他本身没有老化问题寿命极长；与数码管相比液晶屏显示的更能够看懂，他能将英文细腻的显示出来是数码管做不到的。然而液晶屏也可在下工作，具有防风、防雨、防水功能。这就说明能够使用在室外。但是液晶在强的时候会反光是视角模糊看不清楚，对于这个现象由于屏幕较小可以用手挡住是自己看的清楚一点。方案二：用数码管来显示与液晶一样也能显示数字和字母，但是在显示字母的时候没有液晶那么细腻很难识别，而且用数码管显示一个较长的英文就会

10、用到好几个数码管扩大了空间，就显得美观。数码管的优点是在强光下也能看清上面显示的容。 综合两方案的比拟用液晶显示比拟适宜。2.3 密码输入方式的选择方案一：指纹输入识别指纹识别技术主要设计四个功能：读取指纹图像、提取特征、保存数据和比照。通过指纹读取设备读取到人体指纹的图像，然后对原始图像进展初步的处理，使之更加清晰，再通过指纹识别软件建立指纹的特征数据。软件从指纹上找到被称之为“节点的数据点，即指纹纹路的分叉、终止或打圈处的坐标位置，这些点同时具有七种以上的唯一特征。通常手指上平均具有70个节点，所以这种方法会产生大约490个数据。这些数据通常被称之为模板。通过计算机模糊比拟的方法，把两个指

11、纹的模板进展比拟，计算出它们的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果，从而判断输入结果的正确与否。方案二：矩阵键盘输入识别由各按键组成的矩阵键盘每条行线和列线都对应一条I/O口线，键位设在行线和列线的穿插点，每当一个按键按下就会由某一条行线与某一条列线接触，只要确定接触的是哪两条I/O口线，就可以确定哪一个按键被触动。行线初始置于高位，通过不断读行线口线，或者中断方式触发键位扫描。当发现有键按下，将列线逐一置低，其他列线置高，读取行线口线。当某条列线置低时，某条行线也被拉低，那么确定这两条线的交点处的按钮被按下。方案比拟：方案一虽然比拟平安，不容易忘记密码但是软硬件太过复杂，很难操控且本钱很高。

12、而方案二简单易行，可以进展程序控制，本钱较低。应选取方案二作为设计的输入局部。第三章 硬件电路设计本系统外围电路包括键盘输入局部、密码存储局部、复位局部、显示局部、报警局部、开锁知识局部组成，根据实际情况键盘输入局部选择4*4矩阵键盘，显示局部选择字符型液晶显示LCD1602，密码存储局部选用AT24C02芯片来完成。3.1系统总体介绍本设计主要由单片机、矩阵键盘、液晶显示器和密码存储等局部组成其中矩阵键盘用于输入数字密码和进展各种功能选择的实现。由用户通过连接单片机的矩阵键盘输入密码后，经过单片机对输入密码与自己保存的密码进展比对，从而判断出密码是否正确，然后控制引脚的上下电平传到开锁电路或

13、者警报电路控制开锁还是报警。实际使用时只要将单片机的负载由继电器换成电子密码锁的电磁吸合线圈即可。系统整体框图如图2-1所示。AT89C52键盘输入显示电路报警电路密码存储模块复位电路开锁电路图3-1 构造框图各模块功能介绍：1键盘输入模块：分为密码输入按键和几个功能按键，用于完成密码锁输入功能。2显示模块：用于完成对系统状态显示及操作提示功能。3复位电路：完成系统的复位。4报警电路：用于完成输错密码时候的警报功能。5密码存储模块：用于完成掉电存储功能，使修改的密码断电后仍能保存。6开锁电路：应用继电器及发光二极管模拟开锁，完成开锁及显示。3.2键盘输入模块由于本设计所用到的按键数量较多而不适

14、合用独立按键。采用的是矩阵式按键键盘，由行和列组成。本设计采用44触点式键盘，分别有数字键，确定键，去除键和干扰键。在软件设计中，通过对键盘的编程，可实现各按键功能。矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个穿插点上，设置一个按键。这样键盘中按键的个数是44个。这种行列式键盘构造能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。它与单片机的连接如图(如图31所示)：图3-2 4x4矩阵键盘具体的功能设计(如表3-1所示)：按键键名功能说明1-9键数字键输入密码S1开锁键开场输入密码S2闭锁键开锁后，闭锁S3重置密码键重新设定密码去除去除

15、键去除上一位输入确认确认键操作确认S4-表3-1 按键功能3.3密码存储电路由于52单片机掉电后会丧失数据存储器里的数据，因此必须外加掉电存储电路，由AT24C02芯片来实现。图33所示的AT24C02的1、2、3脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址，此次电路将它们都接地。第4脚和8脚分别为电源、地线。第5脚SDA为串行数据输入/输出，数据通过这条双向I2C总线串行传输，本电路SDA与单片机P3.1相连。第6脚SCL为串行时钟输入线，与单片机P3.0相连。AT24C02芯片的管脚图如图32所示。 图3-3 掉电保护电路3.4复位电路复位操作完成单片机片电路的初始化，使单片机从一种确定的状态开

16、场运行。当8XX51单片机的复位引脚RST出现5ms以上的高电平时单片机就完成了复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态，而无法执行程序。因此要求复位后能脱离复位状态。图3-4复位电路根据应用的要求，复位操作通常有两种根本形式：上电复位、开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。本设计使用常见的上电且开关复位。3.5显示电路显示局部由液晶显示器LCD1602完成。开锁时，按下键盘上的开锁按键后，利用键盘上的数字键0-9输入密码，没按下一个数字键后在显示器上显示一个“*，输入多少位就显示多少个“*。当密码输入完成时，按下确认键，根据输入密码的正确与否，LCD上显示对应

17、的状态。如果密码输入成功，还可进展密码重置，对应的提示信息在LCD上也会显示。通过LCD显示屏，可以清楚地判断出密码锁所处的状态。图3-5 显示电路3.6报警电路图3-6 报警电路报警局部由有源蜂鸣器及外围电路组成，单片机加电后不发声，当有键按下时，“叮声，每按一下，发声一次。密码输入正确时，不发声直接输出开锁信号。当密码错误次数到达三次时，单片机P2.3口上下电平震荡，蜂鸣器发出警报声，电路其他局部锁死。警报到达一定时间后，自动回到闭锁状态。电路中三极管NPN处在开关状态，受P2.3口控制，当P2.3为低电平时，蜂鸣器无电源，当P2.3为高电平时，三极管导通，蜂鸣器受5V供电。3.7状态显示

18、及继电器控制电路状态显示及继电器控制电路，主要用于显示密码锁的开锁闭锁状态。本设计中利用两个LED灯显示，由P3.4口控制的绿色LED表示密码锁开锁状态，由P3.5口控制的红色LED表示密码锁闭锁状态。同时，利用P3.3口控制继电器的通断，实现弱点控制强电。P3.3口与P3.4口一样，表示同一含义，这样设计的主要原因是由于在电路中P3.4口外接LED，其电压无法使5V继电器工作。图3-7 状态显示及继电器控制电路第四章 软件设计4.1 软件设计总流程图及设计方案主程序主要完成初始化、设置中断向量、检查有无按键按下、以及调用显示等等。主程序的流程图如图4-1所示。图4-1 密码锁总流程图开场时液

19、晶显示初始状态。当有开锁请求时，按下S1，进入密码输入阶段。输入密码输入过程中可以进展退格，输入完成后按下确认键，系统会将所输入与系统密码进展比对。假设输入密码正确那么显示“*Open*开锁，输出开锁信号，然后可以选择上锁或者修改密码。按下S2选择上锁，锁重新回到闭锁状态，开锁信号灭，LCD回到初始化状态。选择修改密码那么可以对系统进展修改密码操作。在修改密码前要输入正确旧的密码。正确输入旧密码之后，会有提示输入两次新密码，假设两次密码一致，那么修改成功。期间操作出现失误，如两次新密码输入不一样，或者密码位数不到8位时，系统会返回锁开前即选择重新设密码前的状态。如果密码输入错误，错误警告灯亮，

20、LCD显示错误，并显示输入错误限制次数。一段时间后，进入闭锁状态。假设连续操作错误超过3次，一定时间系统会锁定键盘，并报警用以防止恶意试探密码。如果在规定次数以密码输入正确，那么锁开，且错误次数清空，不会影响到下一次的开锁。4.2各模块软件实施4.2.1 键盘扫描键盘设计应用编程式扫描方式，利用CPU完成其它工作的空余时间来调用键盘扫描子程序，响应键盘输入的要求。在执行键功能时，CPU不再响应键输入要求，直到CPU开场重新扫描键盘为止。扫描程序包括：1.判别有无按键按下；2.扫描键盘，取得闭合键的行、列值；3.判断闭合键是否释放，如未释放继续等待；4.将闭合键号保存，同时转去执行该闭合键的功能

21、。键盘扫描程序如下：. word.zl- .uchar get_key()uchar row_code;uchar col_code;P1=0xf0;if(P1!=0xf0)delayms(200);if(P1!=0xf0) delayms(2);row_code=0xfe;while(row_code!=0x7f)P1=row_code;if(P1!=row_code)col_code=(P1&0xf0)|0x0f;beep();return(col_code)|(row_code);row_code=(row_code1)|0x01); return(0x00);. word.zl- .4

22、.2.2 液晶显示使用1602的的一般流程根本是：A：初始化初始化里面一般有设置显示行、清屏、设置光标的开关、光标的闪烁、设置起始地址、设定显示屏或光标移动方向指令。B：写命令、写数据写命令是按照那个时序图写的，时序图给低就写低，延时就延时，或写高就写高。根本操作时序：读状态输入：RS=L，RW=H，E=H 输出：DB0DB7=状态字 写指令输入：RS=L，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0DB7=指令码 输出：无读数据输入：RS=H，RW=H，E=H 输出：DB0DB7=数据 写数据输入：RS=H，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0DB7=数据 输出：无C：送显示根据LCD1602编写以下LCD

23、显示相关控制及显示程序：. word.zl- .void Write_LCD_mand(uchar cmd)/*送指令RS = 0;RW = 0;EN = 0;P0 = cmd;Delaymms(1);EN = 1;Delaymms(1);EN = 0;void Write_LCD_Data(uchar dat)/*送数据RS = 1;RW = 0;EN = 0;P0 = dat;Delaymms(1);EN = 1;Delaymms(1);EN = 0;void Initialize_LCD()/*初始化 Write_LCD_mand(0x38);Write_LCD_mand(0x0c);W

24、rite_LCD_mand(0x06);Write_LCD_mand(0x01);void lcm_setxy(uchar x,uchar y)/*选择显示位置if(y=1) Write_LCD_mand(x|0x80);if(y=2) Write_LCD_mand(x|0xc0);void lcm_write_string(uchar *string)/*输入显示容uchar i=0;while(stringi!=0)Write_LCD_Data(stringi);i+;. word.zl- .4.2.3 密码保存本次设计密码保存使用的是24C02进展密码保存。24C02通过SDA和SCL两

25、根口线可以实现与单片机的I2C通信。主要工作情况：以启动信号START来掌管总线，以停顿信号STOP来释放总线； 每次通讯以START开场，以STOP完毕； 启动信号START后紧接着发送一个地址字节，其中7位为被控器件的地址码，一位为读/写控制位R/W,R/W位为0表示由主控向被控器件写数据，R/W为1表示由主控向被控器件读数据； 当被控器件检测到收到的地址与自己的地址一样时，在第9个时钟期间反响应答信号。写通讯过程: 1. 主控在检测到总线空闲的状况下，首先发送一个START信号掌管总线； 2. 发送一个地址字节(包括7位地址码和一位R/W)； 3. 当被控器件检测到主控发送的地址与自己的

26、地址一样时发送一个应答信号(ACK)； 4. 主控收到ACK后开场发送第一个数据字节； 5. 被控器收到数据字节后发送一个ACK表示继续传送数据，发送NACK表示传送数据完毕； 6. 主控发送完全部数据后，发送一个停顿位STOP，完毕整个通讯并且释放总线；读通讯过程: 1. 主控在检测到总线空闲的状况下，首先发送一个START信号掌管总线； 2. 发送一个地址字节(包括7位地址码和一位R/W)； 3. 当被控器件检测到主控发送的地址与自己的地址一样时发送一个应答信号(ACK)； 4. 主控收到ACK后释放数据总线，开场接收第一个数据字节； 5. 主控收到数据后发送ACK表示继续传送数据，发送N

27、ACK表示传送数据完毕； 6. 主控发送完全部数据后，发送一个停顿位STOP，完毕整个通讯并且释放总线；密码保存程序如下：. word.zl- .void Start() SDA=1;SCL=1;NOP4();SDA=0;NOP4();SCL=0;void Stop() SDA=0;SCL=0;NOP4();SCL=1;NOP4();SDA=1;void RACK() SDA=1;NOP4();SCL=1;NOP4();SCL=0;void NO_ACK() SDA=1;SCL=1;NOP4();SCL=0;SDA=0;void Write_A_Byte(uchar b) uchar i;fo

28、r(i=0;i8;i+) b=1;SDA=CY;_nop_();SCL=1;NOP4();SCL=0;RACK();void Write_IIC(uchar addr,uchar dat) /*在地址addr上写入数据dat*/ Start();Write_A_Byte(0xa0);Write_A_Byte(addr);Write_A_Byte(dat);Stop();delayms(10);uchar Read_A_Byte() uchar i,b;for(i=0;i8;i+) SCL=1;b=1;b|=SDA;SCL=0;return b;uchar Read_Current() ucha

29、r d;Start();Write_A_Byte(0xa1);d=Read_A_Byte();NO_ACK();Stop();return d;uchar Random_Read(uchar addr) Start();Write_A_Byte(0xa0);Write_A_Byte(addr);Stop();delayms(1);return Read_Current();. word.zl- .4.2.4 密码修改用户能根据自己的需要修改密码，按下选择键用户进展密码的修改。密码输入成功之后，锁开，根据LCD提示选择回到锁定状态或者重新设置密码。如果选择S3，即重置密码，那么进入密码修改程序。

30、首先输入旧密码一次，如果正确便进展密码的修改再输入新的密码两次，两次的密码进展比拟，如果两次密码一样密码修改成功，不同就会从新输入新的密码，再进展比拟，一样之后提示密码设置成功。密码修改程序如下：. word.zl- .void passwordchg() uchar i;for(i=0;i8;i+) temp1_passwordi=Random_Read(i); Write_LCD_mand(0x01);Write_LCD_mand(0x06);lcm_setxy(0,0);lcm_write_string(input old code); if(input_password(temp2_p

31、assword)convert_code(temp2_password);if(pare_string(temp1_password,temp2_password)correct=1;right=correct;lcm_setxy(0,2);lcm_write_string(password correct!);longdelay(20);Write_LCD_mand(0x01);Write_LCD_mand(0x06);lcm_setxy(0,1);lcm_write_string(input new code);if(input_password(temp3_password)Write_

32、LCD_mand(0x01);Write_LCD_mand(0x06);lcm_setxy(0,1);lcm_write_string(Please again);if(input_password(temp4_password)if(pare_string(temp3_password,temp4_password)convert_code(temp3_password);for(i=0;i8;i+) Write_IIC(i,temp3_passwordi);Write_IIC(8,0xf0);Write_LCD_mand(0x01);Write_LCD_mand(0x06);lcm_set

33、xy(0,1);lcm_write_string(password has);lcm_setxy(0,2);lcm_write_string(been changed);longdelay(20);correct=1;right=correct;wrong=0;return;else Write_LCD_mand(0x01); Write_LCD_mand(0x06); lcm_setxy(0,1); lcm_write_string(twice input); lcm_setxy(0,2); lcm_write_string(is different); delay3s(); return;

34、elseWrite_LCD_mand(0x01); Write_LCD_mand(0x06);lcm_setxy(0,2);lcm_write_string(error );delay3s();return; else Write_LCD_mand(0x01);Write_LCD_mand(0x06);lcm_setxy(0,2);lcm_write_string(Not Enough code! ); delay3s();return;else Write_LCD_mand(0x01); Write_LCD_mand(0x06);lcm_setxy(0,2);lcm_write_string

35、(WRONG PASSWORD);delay3s();return;elseWrite_LCD_mand(0x01); Write_LCD_mand(0x06);lcm_setxy(0,2);lcm_write_string(WRONG PASSWORD);delay3s();return; longdelay(20);return;. word.zl- .第五章 仿真调试主要利用Keil和proteus进展联机调试，在两个软件中分别进展相应的设置，然后开场联机调试。本电路的各设计及最终效果都是在Keil 和Proteus仿真软件的辅助下得以形成的，都在在Proteus中仿真得以通过了，到达了

36、预期效果，也就是说电路在逻辑上是行的通的。通过在Keil上进展程序编写和修改，在Proteus上模拟，以到达设计的要求。5.1软件调试关于软件的编写和调试，我选择使用Keil来进展。 Keil软件能够提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能表达高级语言的优势。将写好的程序编译后生成hex文件后用于Proteus仿真软件中如图5-1。图5-1 联机调试Keil界面5.2硬件仿真调试在Proteus仿真软件中按照设计好

37、的思路把各个元器件摆好连接，再将用Keil软件编译好的文件烧入芯片中，再通过仿真软件中各个器件的反响对编写的程序重新进展了屡次的修改，直到仿真最终到达预期的效果。使用Proteus仿真软件来进展硬件调试，可以大大的节省我们在连接器件造成错误的排查时间，更省下我们购置元器件的金钱，能方便快捷的找到大局部所需的原件和仪器，同时也能清楚的反响出设计的效果图5-2 联机调试Protues界面5.3调试结果在启动之后，LCD根据程序显示的字符。图5-3开机显示画面在使用键盘进展输入密码的时候，LCD上显示出来的字符。图5-4 输入密码画面当在使用键盘输入密码按下确认后，经过系统判断正确错误之后显示的字符。