电子密码锁设计毕业设计论文.doc

毕业设计报告（论文）报告（论文）题目：电子密码锁设计 作者所在系部： 电子工程系 作者所在专业： 电子信息工程 作者所在班级： 作 者 姓 名 ： 作 者 学 号 ： 指导教师姓名： 完 成 时 间 ： 教务处制XXXX工业学院毕业设计(论文)任务书(理工类)学生姓名： 专 业： 电子信息工程 班 级： 学 号： 指导教师： 职 称： 讲师 完成时间： 2010-6-13 毕业设计(论文)题目：电子密码锁控制题目来源教师科研课 题纵向课题（）题目类型理论研究（ ）注：请直接在所属项目括号内打“”横向课题（）应用研究（ ）教师自拟课题（）应用设计（）学生自拟课题（ ）其 他（ ）总体设计要求及技术要点：AT89C51单片机及由WAVE6000软件编写单片机程序，并且通过Proteus仿真测试。设计方法： 电子密码锁输入密码，密码正确则显示器显示hello，并发出正确的提示音，如果密码错误，则发出错误的提示音。连续三次输入错误跳转到管理员密码输入界面，此时只有输入管理员密码才能返回密码输入界面，否则锁死系统并报警。 技术要求： 实现密码锁的密码预设，实现密码对比，错误报警，锁死系统。 工作环境及技术条件：PC机 单片机实验工作内容及最终成果：1、 根据任务书要求，独立设计电路的原理图，并说明设计思想；2、 完成密码锁的软件仿真；3、 在单片机开发箱上完成系统的硬件仿真；4、 写出总结报告并撰写论文；5、 撰写毕业论文。时间进度安排：第七学期第六周 根据学生选择情况，完成双向选择，下达毕业设计任务书；第七学期六十五周 教师指导学生查阅文献，撰写开题报告，准备外文译文、文献综述；第七学期第十六周 论证学生的开题报告，确定能否开始毕业设计；第八学期一十五周 学生进行毕业设计，完成毕业设计所有文档。答辩委员会验收；第八学期第十六周 毕业设计答辩，评定成绩，评选优秀毕业设计(论文)，汇总上报；第八学期第十七周 系、教研室进行毕业设计总结，汇总上报教务处；第八学期第十八周 毕业设计资料整理归档。指导教师签字： 年 月 日教研室主任意见：教研室主任签字： 年 月 日XXXXX学院本科生毕业设计（论文）原创性及知识产权声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）电子密码锁控制是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。本毕业设计（论文）成果归北华航天工业学院所有。本人遵循北华航天工业学院有关毕业设计（论文）的相关规定，提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本。本人同意北华航天工业学院有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以营利为目的的前提下，可以公布非涉密毕业设计（论文）的部分或全部内容。特此声明毕业设计（论文）作者： 指导教师： 年 月 日 年 月 日XXXXXX学院毕业论文摘 要随着科技的日益发展，电子密码控制系统已越来越符合人们的要求。本文介绍了基于单片机的智能密码控制系统,对系统硬件设计和软件实现进行了详细的描述。该系统采用AT89C51单片机和八段数码管显示,通过汇编程序模拟实现密码控制的功能。本文从经济实用的角度出发，采用美国Atmel公司的单片机AT89C51作为主控芯片和数据存储器单元，结合外围的矩阵键盘输入、LED显示、报警、开锁等，用汇编语言编写主控芯片的控制程序设计了一款可以多次更改密码，具有报警功能的电子密码控制系统。这种电路设计具有防试探按键输入、智能控制上锁、开锁、报警、锁死系统等多种功能。密码保密性强、灵活性高。经实验证明，该密码控制系统具有设计方法合理，简单易行，成本低，安全使用等特点，符合车辆、办公室用锁要求，具有推广价值。关键词 密码控制 单片机 汇编程序 报警IVAbstractAs the development of science and technology day by day, the key control system is more in line with the requirements of people. This article describes the password based on microprocessor control systems, system hardware design and software implementation of a detailed description. The system is AT89C51 microcontroller and eighth digital control, analog to achieve through the assembler code control functionality. From the economical point of view, with the United States Atmel's AT89C51 microcontroller as a master chip and the data memory unit, combined with the external matrix keyboard, LED display, alarm, unlock, written in assembly language programming master chip control of a many times to change the password, an alarm e-password control system. This circuit has the anti-test button input, intelligent control lock, unlock, alarm, lock systems and other functions. The passwords is strong secret and high flexibility.Experiments show that the password control system is characterized by its reasonable designing methods, simple operation, low cost and property of safety and practicalityBesides，the password control can be used in the office and has great potential for commercial developmentKey Words Password control Single-chip Assembler Alarm目 录第一章 引言11.1 选题背景11.2 电子密码控制简介11.3 电子密码控制的发展趋势11.4 本设计所要实现的目标2第二章 设计方案的选择3第三章 主要元器件介绍43.1 主控芯片AT89C5143.1.1 AT89C51性能简介43.1.2 AT89C51引脚功能说明53.1.3 AT89C51 芯片内部结构73.2 八段数码管显示器83.3 晶体振荡器93.4 发光二极管10第四章 系统硬件构成114.1 设计原理114.2 电路总图构成124.3 键盘输入部分124.4 晶振部分134.5 复位部分134.6 显示部分144.7 报警部分155.1 主程序流程图165.2 WAVE6000程序编译图175.3开锁流程图18结 论19参考文献20致 谢21附录 22XXXXX学院毕业论文电子密码锁控制第1章 引言1.1选题背景在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码控制系统逐渐代替传统的机械式密码控制系统，克服了机械式密码控制的密码量少、安全性能差的缺点，使电子密码控制系统无论在技术上还是在性能上都大大提高了一步。随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世，出现了带微处理器的智能密码控制系统，它除具有传统电子密码控制系统的功能外，还引入了智能化管理、专家分析系统等功能，从而使密码控制系统具有很高的安全性、可靠性，应用日益广泛。1.2电子密码控制简介电子密码控制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。电子密码控制不论性能还是安全性都已大大超过了机械类。其特点如下：1) 保密性好，编码量多，远远大于机械控制。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控制的保密性下降。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) 电子密码控制系统具有操作简单易行，一学即会的特点。1.3电子密码控制的发展趋势由于电子器件所限，以前开发的电子密码控制系统，其种类不多，保密性差，最基本的就是只依靠最简单的模拟电子开关来实现的，制作简单但很不安全，后来便是基于EDA来实现的，其电路结构复杂，电子元件繁多，也有使用早先的20引脚的2051系列单片机来实现的，但密码简单，易破解。随着电子元件的进一步发展，电子密码控制系统也出现了很多的种类，功能日益强大，使用更加方便，安全保密性更强，由以前的单密码输入发展到现在的，密码加感应元件，实现了更为真正的电子加密，用户只有密码或电子钥匙中的一样，是打不开锁的，随着电子元件的发展及人们对保密性需求的提高出现了越来越多的电子密码控制系统 。由于数字、字符、图形图像、人体生物特征和时间等要素均可成为电子信息，组合使用这些信息能够使电子防盗密码控制获得更高的保密性，如防范森严的金库，需要使用复合信息密码的电子防盗密码控制系统。组合使用信息也能够使电子防盗密码控制系统获得无穷扩展的可能。可以看出组合使用电子信息是电子密码控制系统今后发展的趋势 。1.4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，组成电子密码控制系统，用户想要打开锁，必先通过提供的键盘输入正确的密码才可以，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进入管理员权限密码输入界面。如果管理员密码输入正确则可以返回密码输入界面，错误则锁死系统并报警。该设计分为硬件设计部分部分和软件实现部分。由于系统规模不大，电路设计上采用了ATMEL公司的AT89C51单片机作为系统的控制器。采用了一个4*4的非编码键盘，作为密码的输入电路，把单片机的Pl口作为键盘的键值扫描口，利用软件来实现键盘的消抖处理；同时，由于功能上要求实现密码输入提示信息，在本电路中采用了LED模块作为显示电路。当按开锁键后，显示器输出密码提示信息。当输入的密码后，密码以“F”的形式出现在显示器上面，既直观又保护了密码的安全性。当密码输入正确后LED显示“hello”并开锁,输入错误则显示“no”连续输入错误三次则进入管理员密码输入界面，此时必须输入管理员权限密码才能回到密码输入界面；如果再输入错误则锁死系统并报警。电磁锁驱动点路，采用二级三极管电路驱动继电器来实现，开锁驱动电路的控制信号由P3.1引脚输出；报警电路采用三极管电路驱动一个蜂鸣器来实现，报警驱动电路的信号由P3.0输出。根据系统的功能要求，各功能的实现采用模块化程序设计，主程序主要实现LED模块、时间的初始化和存储单元的基本分配，和各子程序的管理、调用。21XXXXXX学院毕业论文第2章 设计方案的选择本设计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 。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，实现基本的密码控制功能。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LED八段数码管显示。按键盘的数字键09、AF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并进入二次权限密码输入界面。只有当输入正确的二次权限密码才能继续输入密码否则锁死系统并报警。该方案控制灵活，准确性好，且保密性强还具有扩展功能，根据现实生活的需要此次设计采用此方案。XXXXX学院毕业论文第3章 主要元器件介绍3.1主控芯片AT89C51AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及AT80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。3.1.1 AT89C51性能简介 AT89C51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，片内时钟振荡器。此外，AT89C51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。图3-1 AT89C51芯片引脚图其主要功能特性： 兼容MCS-51指令系统 4k可反复擦写(>1000次）Flash ROM32个双向I/O口 4.5-5.5V工作电压2个16位可编程定时/计数器 时钟频率0-33MHz全双工UART串行中断口线 128x8 bit内部RAM2个外部中断源 低功耗空闲和省电模式中断唤醒省电模式 3级加密软件设置空闲和省电功能 双数据寄存器指针XXXX工业学院毕业论文可以看出AT89C51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个数据指针，两个16位定时器/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，以及片内振荡器和时钟。同时, AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式时停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式是在RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到一个硬件复位。3.1.2 AT89C51引脚功能说明VCC：电源电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口，作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端口。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号校验期间，P1接收低8位地址。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流I。在访问位地址的外部数据存储器（如执行：MOVX Ri 指令）时，P2口线上的内（也即特殊功能寄存器，在整个访问期间不改变。Flash 编程或校验时，P2也接收高位地址和其它控制信号。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端口时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流I。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，P3口的第二功能如下表3-1。表3-1 P3口的第二功能端口功能第二功能端口引脚第二功能RXD（P3.0）串行输入口T0（P3.4）定时/计数器0外部输入TXD（P3.1）串行输出口T1（P3.5）定时/计数器1外部输入INT0（P3.2）外中断0WR（P3.6）外部数据存储器写选通INT1（P3.3）外中断1RD（P3.7）外部数据存储器读选通RST：复位输入。当振荡工作时，RST引脚出现两个机器周期上高电平将使单片机复位。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。即使不再访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目地，要注意的是：当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。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。该位置禁位后，只有一条MOVX 和MOVC指令ALE才会被激活。此外，该引脚伎被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE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AT89S51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。当访问外部数据存储器，高有两次有效的PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU访问外部程序存储器（地址0000HFFFFH），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中的指令。Flash存储器编程时,该引脚加上12V的编程电压VPP。XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。3.1.3 AT89C51 芯片内部结构 特殊功能寄存器：特殊功能寄存器的片内空间分布如下表3-2所示。这些地址并没有全部占用，没有占用的地址不可使用，读这些地址将得到一个随意的数值。而写这些地址单元将不能得到预期的结果。中断寄存器：各中断允许控制位于IE寄存器，5个中断源的中断优先级控制位于IP寄存器。表3-2 AUXR辅助寄存器ARXR 地址=8EH 复位状态=XXX00XX0BNot BitAddressable WDIDLEDISRTO DISALE Bit 7 6 5 4 3 2 1 0保留为将来扩展用途位DISALE ALE禁止/使用 DISALE 操作模式 0 ALE 输出1/6震荡时钟频率脉冲 1 ALE 仅在执行MOVX或MOVC指令期间输出脉冲DISRTO 禁止/使能复位输出 DISRTO 0 复位引脚在WET溢出时变高1 复位引脚仅为输入WDIDLE 禁止/使能IDLE模式的WDTWDIDLE 0 IDLE模式WDT继续计数1 IDLE模式WDT停止计数双时钟指针寄存器：为方便地访问内部和外部数据存储器，提供了两个16位数据指针寄存储器：PD0位于SFR区块中的地址82H、83H和DP1位于地址84H、85H，当SFR中的位DPS=0时选择DP0,而DPS=1时选择DP1。在使用前初始化DPS。表3-3 双时钟指针寄存器AUXR1 地址=A2H不可寻址位 复位状态=XXXXXXX0B DPS Bit 7 6 5 4 3 2 1 0 保留为今后扩展用途DPS 数据指针选择位 DPS 0 选择DPTR寄存器DP0L.DP0H 1 选择DPTR寄存器DP1L.DP1H电源空闲标志：电源空闲标志（POF）在特殊功能寄存储器SFR中PCON的第4位（PCON.4）,电源打开时POF置“1”,它可由软件设置睡眠状态并不为复位所影响。存储器结构：MCS-51单片机内核采用程序存储器和数据存储器空间分开的结构，均具有64KB外部程序和数据的寻址空间。程序存储器：如果EA引脚接地（GND），全部程序均执行外部存储器。在AT89S51,假如接至VCC（电源），程序首先执行从地址0000H0FFFH（4KB）内部程序存储器，再执行地址为1000HFFFFH（60KB）的外部程序存储器。数据存储器：在AT89C51的具有128字节的内部RAM，这128字节可利用直接或间接寻址方式访问，堆栈操作可利用间接寻址方式进行，128字节均可设置为堆栈区空间。3.2 八段数码管显示本此设计的显示模块采用共阳极的8段LED数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。 本次设计采用动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。图3-2 数码管引脚图3.3晶体振荡器 晶体振荡器，简称晶振，其作用在于产生原始的时钟频率，这个频率经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率。以声卡为例，要实现对模拟信号44.1kHz或48kHz的采样，频率发生器就必须提供一个44.1kHz或48kHz的时钟频率。如果需要对这两种音频同时支持的话，声卡就需要有两颗晶振。但是现在的娱乐级声卡为了降低成本，通常都采用SCR将输出的采样频率固定在48kHz，但是SRC会对音质带来损害，而且现在的娱乐级声卡都没有很好地解决这个问题。现在应用最广泛的是石英晶体振荡器。 石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器，石英晶体振荡器也称石英晶体谐振器，它用来稳定频率和选择频率，是一种可以取代LC谐振回路的晶体谐振元件。石英晶体振荡器广泛地应用在电视机、影碟机、录像机、无线通讯设备、电子钟表、单片机、数字仪器仪表等电子设备中。为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。在单片机中为其提供时钟频率。本设计中采用12MHZ做系统的外部晶振。电容取值为20pF。3.4 发光二极管发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。 发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。限流电阻R可用下式计算：R（EUF）IF 。式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流。发光二极管的两根引线中较长的一根为正极，应按电源正极。有的发光二极管的两根引线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正极。 与小白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点是：工作电压很低（有的仅一点几伏）；工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中用作光源，在许多电子设备中用作信号显示器。普通单色发光二极管具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长等优点，可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮。它属于电流控制型半导体器件，使用时需串接合适的限流电阻。 在本次设计中采用黄光LED灯和红光LED灯。XXXX工业学院毕业论文第4章 系统硬件构成4.电路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。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、复位部分、晶振部分、显示部分、报警部分组成，软件部分对应的由主程序、初始化程序、LED显示程序、键盘扫描程序、启动程序、关闭程序、键功能程序、和延时程序等组成。其原理框图如图4-1所示。AT89C51键盘输入晶振电路显示电路报警电路开锁电路 图4-1 电子密码锁原理框图4.2电路总图构成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、晶振部分、显示部分、报警部分组成，根据实际情况键盘输入部分选择4*4矩阵键盘，显示部分选择八段数码管显示。其原理图如图4-2所示：图4-2 电路总图 4.3键盘输入部分 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4-4所示：图4-3 键盘输入原理图 4.4晶振部分 AT89C51引脚XTAL1和XTAL2与晶体振荡器及电容C2、C1按图4-所示方式连接。晶振、电容C1C2及片内与非门（作为反馈、放大元件）构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及电容C1、C2的容量有关，但主要由晶振频率决定，范围在033MHz之间，电容C1、C2取值范围在530pF之间。根据实际情况，本设计中采用12MHZ做系统的外部晶振。电容取值为20pF。图4-4 晶振电路原理图4.5复位部分单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC0000H，使单片机从第个单元取指令。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。在复位期间（即RST为高电平期间），P0口为高组态，P1P3口输出高电平；外部程序存储器读选通信号PSEN无效。地址锁存信号ALE也为高电平。根据实际情况选择如图4-5所示的复位电路。该电路在最简单的复位电路下增加了手动复位按键，在接通电源瞬间，电容C1上的电压很小，复位下拉电阻上的电压接近电源电压，即RST为高电平，在电容充电的过程中RST端电压逐渐下降，当RST端的电压小于某一数值后，CPU脱离复位状态，由于电容C1足够大，可以保证RST高电平有效时间大于24个振荡周期，CPU能够可靠复位。增加手动复位按键是为了避免死机时无法可靠复位。当复位按键按下后电容C1通过R5放电。当电容C1放电结束后，RST端的电位由R5与R6分压比决定。由于R5<<R6 因此RST为高电平，CPU处于复位状态，松手后，电容C1充电，RST端电位下降，CPU脱离复位状态。R5的作用在于限制按键按下瞬间电容C1的放电电流，避免产生火花，以保护按键触电。 原理图如所示：图4-5 复位电路原理图4.6显示部分 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八段数码管来完成。显示器一直处于初始状态，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F，输入多少位就显示多少个F。当密码输入完成时，按下确认键，如果输入的密码正确的话， LED显示“HELLO”，单片机其中P3.1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，LED显示屏会显示“NO”，P3.0输出的是高电平，电子密码锁报警。通过LED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：图4-6 显示电路原理图4.7开锁和报警部分开锁部分由开关三极管，黄色LED灯，电磁继电器和直流电机组成。当密码正确时P3.1输出高电平，电磁继电器工作电机导通，完成机械开锁。报警部分由蜂鸣器装置及外围电路组成，加电后不发声，当密码正确时，不发声直接开锁，当密码输入错误时，单片机的P3.0引脚为高电平，红色LED灯亮，蜂鸣器发出噪鸣声报警。如图4-7所示：图4-7 报警电路原理图 第5章系统软件设计 本系统软件设计由主程序、初始化程序、LED显示程序、键盘扫描程序、键功能程序、和延时程序等组成。密码锁程序由软件WAVE6000编译。5.1主程序流程图如图5-1所示为主程序流程图，开始接上电源，程序进行初始化设置，然后在键盘上输入密码，此系统进行键盘扫描，然后启动程序，进行保护，再次在键盘上输入密码，系统进行扫描，如和之前一样，则执行程序，如不是，则执行另一种程序，最后结束。开始初始化键盘扫描启动程序键盘扫描键功能程序结束关闭程序 图5-1 主程序流程图5.2WAVE6000程序编译图WAVE6000编译软件，采用中文界面。用户源程序大小不受限制，有丰富的窗口显示方式，能够多方位、动态地展示程序的执行过程。其项目管理功能强大，可使单片机程序化大为小，化繁为简，便于管理。另外，其书签、断点管理功能以及外设管理功能等为51单片机的仿真带来极大的便利。程序调试结果如下图所示：图5-2密码锁程序编译图编译完成后生成mimasuo.HEX和mimasuo.BIN文件,通过USB口将程序下载