基于单片机的电子密码锁毕业论文.doc

课题名称：基于单片机的电子密码锁班级：学号： 姓名：指导老师：时间： 摘要 在日常的生活和工作中, 住宅与部门的安全防范、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。具有防盗报警等功能的电子密码锁代替密码量少、安全性差的机械式密码锁已是必然趋势。随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作、记住密码即可开锁等优点。 目前使用的电子密码锁大部分是基于单片机技术，以单片机为主要器件，其编码器与解码器的生成为软件方式。 本系统由AT89C51单片机系统（主要是AT89C51单片机最小系统）、4×4矩阵键盘、1602LCD显示和报警系统等组成，具有设置、修改六位用户密码、超次报警、密码错误报警等功能（本设计由P0口控制LCD显示，由P1口控制矩阵键盘含有0-9数字键和A-E功能键。初始密码为“123456”。当输入09的数字时，可以输入密码，不超过6位，输入完成后按下“A”键开锁，密码正确时LED点亮，液晶屏显示开锁成功。其它键功能是：B上锁，C重新输入密码，D保存新密码，E清除，重设密码时要求先输入正确密码成功开锁），除上述基本的密码锁功能外，依据实际的情况还可以添加遥控功能。本系统成本低廉，功能实用。 关键词 AT89C51 1602LCD 电子密码锁 4×4键盘 ABSTRACT In the day-to-day living and working in the residential sector and the safety precautions, units of paper files, financial statements, and some personal information to the preservation of more than locking the solution to the problem. If the use of traditional mechanical key to unlock, people often need to carry more keys, a very inconvenient to use, and after the loss of key security that is greatly reduced. With anti-theft alarm function instead of the password is less electronic lock, security, poor mechanical lock is an inevitable trend。 With the continuous development of science and technology, in the daily lives of people on insurance safety devices increasingly demanding. To meet the requirements of the use of locks to increase their security, with a password instead of the password key lock came into being. Password lock is safe, low cost, low power consumption, easy to operate, Remember the password to unlock it ， and other advantages. At present the use of electronic locks are mostly based on microprocessor, main devices MCU, the encoder and decoder built into software. SCM system from the system（Mainly AT89C51 microcontroller minimum system）, 4×4 Matrix keyboard, LCD display and alarm system, With the settings, modify the six user password, Ultra alarm, Ultra Lock, Password error alarm and other functions(P0 port to control the design of the LCD display, Password correctly display password ok！Password error display password error! For more than three times to enter the error automatically lock. The P1 port control keyboard matrix containing the number keys 0-9 and A-F function keys). In addition to the above basic password lock feature, based on the actual situation can also add a remote control functions. The system cost-effective, practical function. The system cost-effective, practical function Key words AT89C51 1602LCD Electronic password lock 4×4 keyboard 目录摘要2第一章 绪论41.1 电子密码锁简介41.2 本设计所要实现的目标51.3 设计方案简介5第二章 硬件电路设计52.1设计原理52.2总体电路图62.3 键盘电路72.4 显示器电路82.5 报警电路82.6 密码存储电路92.7 单片机电路10第三章 系统软硬件设置及调试113.1 Keil c51 简介113.2 程序源代码123.3 调试过程193.4 Proteus仿真19第四章 主要元器件介绍204.1 主控芯片AT89C51204.2 存储芯片24C04A22结论与展望23致谢24参考文献24第一章 绪论1.1 电子密码锁简介 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。其特点如下： 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，用户可以随时更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因 人员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。 4) 无活动零件，不会磨损，寿命长。 5) 使用灵活性好，不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁。 6) 电子密码锁操作简单易行，一学即会。 1.2 本设计所要实现的目标 本设计所要实现的目标本设计所要实现的目标本设计所要实现的目标 本设计采用单片机为主控芯片，结合外围电路，组成电子密码锁，用户想要打开锁，必先通过提供的键盘输入正确的密码才能将锁打开，密码输入错误有提示，为了提高安全性，当密码输入错误三次将报警。密码可以有用户自己修改设定，锁打开后才能修改密码。修改密码之前必须再次输入就的密码，在输入新密码的时候要二次确认，以防止误操作。 1.3 设计方案简介 采用以单片机为核心的控制方案 由于单片机种类繁多，各种型号都有其一定的应用环境，因此在选用时要多加比较，合理选择，以期获得最佳的性价比。一般来说在选取单片机时从下面几个方面考虑：性能、存储器、运行速度、I/O口、定时/计数器、串行接口、模拟电路功能、工作电压、功耗、封装形式、抗干扰性、保密性，除了以上的一些的还有一些最基本的比如：中断源的数量和优先级、工作温度范围、有没有低电压检测功能、单片机内有无时钟振荡器、有无上电复位功能等。在开发过程中单片机还受到：开发工具、编程器、开发成本、开发人员的适应性、技术支持和服务等等因素1。基于以上因素本设计选用单片机AT89C51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，实现基本的密码锁功能。在单片机的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显示器用于显示作用。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，如果密码输入正确则开锁，不正确显示密码错误重新输入密码，当三次密码错误则发出报警；当用户需要修改密码时，先按下键盘设置键后输入原来的密码，只有当输入的原密码正确后才能设置新密码。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。 第二章 硬件电路设计2.1设计原理 本设计主要由单片机、矩阵键盘、液晶显示器和密码存储等部分组成。其中矩阵键盘用于输入数字密码和进行各种功能的实现。由用户通过连接单片机的矩阵键盘输入密码，后经过单片机对用户输入的密码与自己保存的密码进行对比，从而判断密码是否正确，然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者报警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铁吸合线圈即可，当然也可以用继电器的常开触点去控制电磁铁吸合线圈。 本系统共有两部分构成，即硬件部分与软件部分。其中硬件部分由电源输入部分、键盘输入部分、密码存储部分、复位部分、晶振部分、显示部分、报警部分、开锁部分组成，软件部分对应的由主程序、初始化程序、LCD显示程序、键盘扫描程序、启动程序、关闭程序、建功能程序、密码设置程序、EEPROM读写程序和延时程序等组成。2.2总体电路图在确定了选用什么型号的单片机后，就要确定在外围电路，其外围电路包括电源输入部分、键盘输入部分、密码存储部分、复位部分、晶振部分、显示部分、报警部分、开锁部分组成，根据实际情况键盘输入部分选择4*4矩阵键盘，显示部分选择字符型液晶显示LCD1602，密码存储部分选用24C04A芯片来完成。其原理图如图所示：2.3 键盘电路由于本设计所用到的按键数量较多而不适合用独立按键式键盘。采用的是矩阵式按键键盘，它由行线和列线组成，也称行列式键盘，按键位于行列的交叉点上，密码锁的密码由键盘输入完成，与独立式按键键盘相比，要节省很多I/O口。本设计中使用的这个4*4键盘不但能完成密码的输入还能作特别功能键使用，比如清空显示功能等。键盘的每个按键功能在程序设计中设置 。其大体功能（看键盘按键上的标记）及与单片机引脚接法如图所示：2.4 显示器电路 为了提高密码锁的密码显示效果能力。本设计的显示部分由液晶显示器LCD1602取代普通的数码管来完成。只有按下键盘上的开启按键后，显示器才处于开启状态。同理只有按下关闭按键后显示器才处于关闭状态。否则显示器将一直处于初始状态，当需要对密码锁进行开锁时，按下键盘上的开锁按键后利用键盘上的数字键09输入密码，每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，如果输入的密码正确的话， LCD子显示“RIGHT”，单片机其中P2.0引角会输出低电平，使三极管T2导通，电磁铁吸合，电子密码锁被打开，如果密码不正确，LCD显示屏会显示“ERROR”，P2.0输出的是高电平，电子密码锁不能被打开。通过LCD显示屏，可以清楚的判断出密码锁所处的状态 。其显示部分引脚接口如图所示：2.5 报警电路 报警部分由陶瓷压电发声装置及外围电路组成，加电后不发声，当有键按下时，“叮”声，每按一下，发声一次，密码正确时，密码正确时LED点亮，液晶屏显示开锁成功,扬声器不发声直接开锁,如图所示。当密码输入错误时，单片机的P3.7引脚为低电平，三极管T3导喇叭发出噪鸣声报警。如图所示： 2.6 密码存储电路24C04A是ATMEL公司的2KB字节的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到2.5V，额定电流为1mA，静态电流10Ua(5.5V)，芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上，而且采用8脚的DIP封装，使用方便。其电路如图所示2.7 单片机电路 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000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，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案第三章 系统软硬件设置及调试 本系统软件设计由主程序、初始化程序、LCD显示程序、键盘扫描程序、键功能程序、密码设置程序、EEPROM读写程序和延时程序等组成3.1 Keil c51 简介 单片机的开发离不开必要的硬件同样也离不开软件编写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法一种是手工汇编另一种是机器汇编。随着单片机开发技术的不断发展单片机的开发软件也在不断的发展Keil软件是目前最流行开发51单片机的软件。 在硬件电路设计好的同时也需要软件的开发及使用。目前单片机类的课程设计大多采用Keil软件来进行程序的编写。Keil不仅支持C语言还支持汇编语言。支持不同型号的MCS系类的51单片机的型号。Keil软件已从早期的第一代发展到第四代了有了更强大的功能。 这款软件的操作方法也很简单甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作用软件编程有时会变得很简单这样可以把复杂电路的输入信号直接用信号发生器给定或是用电源来给定通过对电压电流的调节来实现。Keil 工程的建立打开已安装好的开发环境进入界面后选择project然后在其下拉菜单中选择new project选项如图所示3.2 程序源代码主程序代码如下：#include<reg51.h>#include<string.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar Pre_KeyNo=16,KeyNo=16;uchar code Title_Text="Your Password."uchar DSY_BUFFER10=""uchar UserPassword10="" void LCD_Init();void Display_String(uchar *str, uchar LineNo);void IIC_24C04_Init();void Beep();uchar RecString(uchar Slave, uchar Subaddr, uchar *Buffer,uchar N);uchar SendString(uchar Slave, uchar Subaddr, uchar *Buffer, uchar N);uchar Keys_Scan();sbit LED_OPEN=P27;sbit BEEP=P37;void delayms(uint x) uchar i; while(x-) for(i=0;i<120;i+); void Beep() uchar i; for(i=0;i<100;i+) delayms(1);BEEP=BEEP; BEEP=0; void Clear_Password() UserPassword0='0' DSY_BUFFER0='0' void main() uchar i=0; uchar IIC_Password10; uchar IS_Valid_User=0; P0=P1=P2=0xff; TMOD=0x02; TH0=175; TL0=175; TR0=1; delayms(10); LCD_Init(); IIC_24C04_Init(); Display_string(Title_Text,0x00); RecString(0xa0,0,IIC_Password,6); IIC_Password6='0' while(1) P1=0xf0; if(P1!=0xf0) KeyNo=Keys_Scan(); if(Pre_KeyNo!=KeyNo) if(i<10) switch( KeyNo ) case 0: case 1: case 2: case 3; case 4:case 5: case 6: case 7: case 8: case 9:if(i=0)Display_String(" ",0x40);UserPasswordi=KeyNo+'0'UserPasswordi+1='0'DSY_BUFFERi='*'DSY_BUFFERi+1='0'Display_String(DSY_BUFFER,0x40);i+;break;case 10: if(strcmp(UserPassword,IIC_Password)=0) LED_OPEN=0; Clear_Password(); Display_String("Unlock ok! ",0x40); IS_Valid_User=1; else LED_OPEN=1; Clear_Password(); DisPlay_String("error! ",0x40); IS_Valid_User=0; i=0; break; case 11: LED_OPEN=1; Clear_Password(); Display_string(Title_Text,0x00); Display_String("",0x40); i=0; IS_Valid_User=0; break;case 12: if(!IS_Valid_User) Display_string("No rights! ",0x40); else i=0; Display_String("New Password: ",0x00); Display_String(" ",0x40); break;case 13:if(!IS_Valid_User ) Display_string("No rights! ",0x40);else SendString(0xa0,0,UserPassword,6); RecString(0xa0,0,IIC_Password,6); IIC_Password6='0' i=0; Display_String(Title_Text,0x00); Display_String("Password Saved!" , 0x40); case 14:i=0;Clear_Password();Display_String("Password saved!",0x40); Beep(); Pre_KeyNo=KeyNo; delayms(100); 24C04密码存储器子程序代码如下：#include<reg51.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define delay4us();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();sbit SCL=P32;sbit SDA=P33;void start() SDA=1;SCL=1;delay4us();SDA=1;delay4us();SCL=0; void stop() SDA=0;SCL=1;delay4us();SDA=1;delay4us();SCL=0; void IIC_24C04_Init() SCL=0;stop();void ACK() SDA=0;SCL=1;delay4us();SCL=0;SDA=1;void NO_ACK() SDA=1;SCL=1;delay4us();SCL=0;SDA=0;uchar RecByte() uchar i,rd; rd=0x00; SDA=1; for(i=0;i<8;i+) SCL=1;rd<<=1;rd|=SDA;delay4us();SCL=0;delay4us(); SCL=0; delay4us(); return rd;uchar SendByte(uchar wd) uchar i; bit ack0; for(i=0;i<8;i+) SDA= (bit)(wd&0x80);_nop_();_nop_();SCL=1;delay4us();SCL=0;wd<<=1;delay4us();SDA=1;SCL=1;delay4us();ack0=!SDA;SCL=0;delay4us();return ack0;uchar SendString(uchar Slave,uchar Subaddr,uchar *Buffer,uchar N) uchar i; start(); if (!SendByte(Slave) return 0; if(!SendByte(Subaddr) return 0; for(i=0;i<N;i+) if(!SendByte(Bufferi) return 0; stop(); return 1; uchar RecString(uchar Slave,uchar Subaddr,uchar *Buffer,uchar N) uchar i; start(); if (!SendByte(Slave) return 0; if(!SendByte(Subaddr) return 0; start(); if(!SendByte(Slave+1) return 0; for(i=0;i<N-1;i+) Bufferi=RecByte();ACK(); BufferN-1=RecByte(); NO_ACK(); stop(); return 1;按键程序代码如下：#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intvoid delayms(uint x);uchar keys_scan() uchar tmp,KeyNo=0; P1=0x0f; delayms(1); tmp=P10x0f; switch(tmp) 待添加的隐藏文字内容3 case 1: KeyNo=0; break;case 2: KeyNo=1; break;case 4: KeyNo=2; break;case 8: KeyNo=3; break;default: KeyNo=16; P1=0xf0; delayms(1); tmp=P1>>40x0f; switch(tmp) case 1: KeyNo+=0; break;case 2: KeyNo+=4; break;case 4: KeyNo+=8; break;case 8: KeyNo+=12; return KeyNo;3.3 调试过程 程序在KEIL C51上调试，采用模块程序设计技术,则逐个模块调好后再进行系统程序总调。 对于模块结构程序要一个个子程序分别调试。调试时,一定要符合入口条件和出口条件,调试可用单步运行和断点运行方式,通过检查用者系统的CPU现场情况、RAM的内容和IO口的状态,检测程序执行结果是否符合设计要求,有无循环错误、有无机器码错误以及转移地址的错误,同时,还可以发现系统中存在的硬件设计错误和软件算法错误。 各程序模块通过后,则可以把相关功能块连在一起进行总调。这个阶段若有故障,可以考虑各子程序运行时是否破坏了现场,缓冲单元、工作寄存器是否发生冲突,标志位的建立和清除是否有误,堆栈区是否有溢出,输入设备的状态是否正常等等,若用者系统是在开发机的监控程序下运行时,还要考虑用者缓冲单元是否和监控程序的工作单元发生冲突。 单步和断点调试后,还应进行连续调试,用以确定定时精度、CPU的实时响应等问题。 当全部调试和修改完成后,将程序固化到AT89C51中。进行整机调试。各功能实现则调试完成。 3.4 Proteus仿真 Protues是目前使用比较广泛的单片机类的仿真系统的软件之一它可以实现的功能比较多可以实现程序与原理图的连调也可以单独作为绘制原理图的工具使用与Protel有着过之不及的功能于此同时还可以进行PCB版图的生成在方法中与Protel类似。此款软件及绘制原理图、PCB版图和仿真于一身。Protues此款软件的使用比较简单。在运行环境搭载好的前提下打开ISIS直接进入到主界面在左边栏框中有一个快捷键P(从库中选取)点击后出现一个对话框然后输入想要查找的元器件即可。之后在单击确定按键所选器件就会显示在界面左上角的小框中此时点击鼠标左键就会放到图层中然后直接把鼠标放到接头处就会显示一个画笔的标志此时按住鼠标左键就可进行连线了。第四章 主要元器件介绍4.1 主控芯片AT89C51 单片机AT89C51功能介绍 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，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。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，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。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-24Hz · 三级程序存储器锁定 · 128*8位内部RAM · 32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 管脚说明： 下面按其引脚功能分为四部分叙述这40条引脚的功能。 1、主电源引脚VSS和VSS AT89S51芯片引脚图 VSS（40脚）接+5V电压； VSS（20脚）接地。2、 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1（19脚）接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对HMOS单片机，此引脚应接地；对SHMOS单片机，此引脚作为驱动端。 XTAL2（18脚）接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对HMOS单片机，该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对XHMOS，此引脚应悬浮。 3、控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP RST/VPD（9脚）当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。推荐在此引脚与VSS引脚之间连接一个约8.2k的下拉电阻，与VSS引脚之间连接一个约10F的电容，以保证可靠地复位。 VSS掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部RAM的数据不丢失。当VSS主电源下掉到低于规定的电平，而VPD在其规定的电压范围（5±0.5V）内，VPD就向内部RAM提供备用电源。 ALE/PROG（30脚）：当访问外部存贮器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个LS型的TTL输入电路。 对于EPROM单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（PROG）。 PSEN（29脚）：此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。PSEN同样可以驱动（吸收或输出）8个LS型的TTL输入。 EA/VPP（引脚）：当EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PS（程序计数器）值超过0FFFH（对851/8751/80S51）或1FFFH（对8052）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当EA保持低电平时，则只访问外部程序存 储器，不管是否有内部程序存储器。对于常用的8031来说，无内部程序存储器，所以EA脚须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。 对于EPROM型的单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚也用于施加21V的编程电源（VPP）。 4控制或与其它电源复用引脚 RST/Vpd，ALE/PROG，PSEN 和EA/Vpp。 RST/Vpd 当振荡器运行时。在此引脚上出现两个机器同期的高电平（由低到高跳变），将使单片机复位。 在 VSS掉电期间，此引脚可接上备用电源，由 Vpd向内部 RAM提供备用电源，以保持内部RAM中的数据。 ALE/PROG 正常操作时为ALE功能（允许地址钱存），提供把地址的低字节锁存到外部锁存器。ALE引脚以不变的频率（振荡周期的1/6）周期性地发出正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。但要注意，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个 ALE脉冲。 ALE端可以驱动（吸收或输出电流）八个 LSTTL电路。 对于 EPROM型单片机，在 EPROM编程期间，此引脚接收编程脉冲（PROG功能）。 PSEN 外部程序存储器读选通信号输出端。在从外部程序存储器取指令（或数据）期间；PSEN 在每个机器周期内两次有效。 PSEN 同样可以驱动八个LSTTL输入。 EAVpp EA为内部程序存储器和外部程序存储器选择端。当EA为高电平时，访问内部程序存储器（PS值小于4K）。当EA为低电平时，则访问外部程序存储器。对于EPROM型单片机，在