毕业设计(论文)基于单片机的智能密码锁的设计与实现.doc
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1、 题 目 基于单片机的智能密码锁的设计与实现_基于单片机的智能电子锁的设计摘 要在日常的生活和工作中,住宅与部门的安全防范、单位的文件档案及一些个人资料的保存多以加锁的方法解决。若使用传统的机械锁极不方便。随着科技的发展,智能电子锁应运而生。本系统由单片机系统AT89C51、外接矩阵键盘、6位LCD液晶显示数码管和声光报警器系统组成。系统能完成开锁、超时报警、超次锁定基本的密码锁的功能。除了上述基本功能外,还具有声光提示功能,依据实际的情况还可以添加遥控功能。本系统由于其安全性高、成本低、保密性高、使用灵活性好等优点,受到了广大用户的青睐。可广泛应用于宾馆、办公大楼和家庭等场所。关键词 智能电
2、子锁/单片机/矩阵键盘 DESIGNOF THE INTELLIGENT ELECTRONIC LOCKBASED ON SINGLECHIP DEVICEABSTRACTIn daily life and work, the security of house and department, the document files of units and the saving of some personal data are mostly solved by lock. If you use the traditional mechanical locks, it is very inco
3、nvenient. With the development of technology, intelligent electronic lock is coming. The system consists of SCM system AT89C51, matrix keyboard, 6 digital LCD liquid crystal and sound and light alarm system. System can complete basic lock functions. Such as the lock, timeout alarm, super times lock.
4、 In addition to these basic functions, it also has sound and light tips and other functions. According to the actual situation, it can also add a remote control. The system is used by the majority of people because of its high safety, low cost, high security, flexibility and good use. It can be used
5、 in hotels, office buildings, home and so on.KEY WORDS intelligent electronic lock, single chip device, matrix keyboard目 录中文摘要.I英文摘要.II1 绪论.11.1 引言11.2 电子锁的背景11.3 电子锁的意义12 方案选择与功能原理.22.1 方案选择22.2 电子锁的系统功能22.3 电子锁的工作原理23 硬件电路设计.33.1 芯片的选取与介绍33.2 晶振时钟电路53.3 复位电路63.4 键盘电路63.5 显示电路73.6 声光报警电路83.7 电路图绘制8
6、3.7.1 电路原理图83.7.2 proteus简介84 系统软件设计.114.1 主程序模块114.2 键盘扫描及识别子程序设计124.3密码比较子程序设计.124.4 延时子程序设计125 软件测试结果.125.1 程序调试用到的软件及介绍125.2 程序调试125.3 用proteus仿真12结束语.15致谢.16参考文献.17附录.181 绪论1.1 引言随着人们生活水平的提高,如何实现家庭防盗这一问题也变得尤为重要。若使用传统的机械锁,人们需携带多把钥匙,使用极不方便,且钥匙丢失后安全性大打折扣。为满足人们对锁的使用要求,增强其安全性,电子锁应运而生。电子密码锁由于其安全性高、成本
7、低、保密性高、使用灵活性好等优点,受到了广大用户的青睐。设计通过键盘输入密码,密码为六位。电路可实现密码正确或错误的提示,密码错误三次则锁定键盘并报警一分钟。用户通过键盘输入密码后,单片机判断密码是否正确,如果密码正确,则发出开锁信号,系统由发光二极管点亮来模拟开锁,否则提示密码错误,此时需重新输入密码,用户在输入密码错误次数超过三次时单片机就锁定键盘,并发出报警音一分钟。在这一分钟内,用户不能再次输入密码,一分钟后键盘自动解锁。本设计由AT89C51单片机、矩阵键盘、LCD液晶显示电路、声光报警电路、晶振时钟电路、复位电路等几部分组成。1.2 电子锁的背景随着社会科技的进步,锁已经发展到密码
8、锁、磁性锁、电子锁、激光锁、声控锁等等。在传统的钥匙的基础上进行改善,加上密码,声音等来控制锁的开启,从而大大提高了锁的安全性,使不法之徒无从下手,人们也对自身的财产安全有了更多的保障。当今安全信息系统应用越来越广泛,特别在机密保护、维护隐私和财产安全方面起到重大作用,而电子锁是其中的组成部分,因此具有重大的研究意义。1.3 电子锁的意义电子锁可以在日常生活和现代办公、住宅与办公室的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存等多种场合使用。大大提高了主人物资的安全性,基本上可以代替老式机械锁。目前使用的密码锁种类繁多,各具特色。本设计从经济实用角度出发,采用AT89C51单片机设
9、计一款具有报警功能的智能电子锁。该密码锁设计方法合理、简单易行、成本低,符合住宅与办公室等的用锁要求,具有一定的推广价值。2 方案选择与功能原理2.1 方案选择设计时构思了两种方案:一种以AT89C51为核心的单片机控制方案,另一种是以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路控制方案。考虑到数字电路方案原理国语简单,而且不能满足现在的安全需求,所以本设计采用第一种方案。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,不但能实现基本的密码锁功能,还能根据需要添加掉电存储、红外遥控等功能。2.2 电子锁的系统功能本设计采用以AT89C51单片机为主控芯片,利用单片机灵活的编程设计和
10、丰富的I/O端口及其控制的准确性,不但能实现基本的密码锁功能,还能根据用户需要增添掉电存储、红外遥控等功能。本设计具有以下功能:(1) 系统设定六位密码,密码由键盘输入,若密码正确,则二极管D1亮,模拟开锁。(2) 系统具有声光报警功能,密码错误时蜂鸣器发出报警进行提示,此时需重新输入密码,密码错误次数超过三次,则键盘锁定,二极管D2亮,并发出报警。本系统具有超时报警、超次锁定的功能。(3) 系统由八位数码管显示密码。2.3 电子锁的工作原理 本系统采用AT89C51单片机作为控制器,用LCD液晶显示器作为显示模块,用矩阵键盘作为输入模块。系统工作时,根据显示器上的提示输入6位密码,按下ENT
11、ER键后,单片机将输入密码与原始设定的密码进行比较,若密码正确,则相应二极管亮,模拟开锁,系统不报警。若密码错误,则发出蜂鸣声报警,要求重新输入密码。输入的密码次数不能超过三次,若三次都不正确,则由蜂鸣器发出报警,锁定键盘。3 硬件电路设计电子锁设计的关键问题是实现密码的输入、显示以及开锁等功能。设计使用ATMEL公司的AT89C51实现智能电子锁的功能。硬件电路主要由矩阵键盘电路、LCD液晶显示电路、晶振时钟电路、复位电路及声报警电路等部分组成。3.1芯片的选取与介绍 单片机亦称单片机微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器、随机存储器、只读存储器、输入/输出端口等主要计算机功能部件都集成在
12、一块集成电路芯片上的微型计算机。本设计使用的就是单片机AT89C51。单片机AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器,该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,并和工业标准的MCS51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,AT89C51是一种高效微处理器。在AT89C51芯片内部有一个高增益反相放大器,其输入端为芯片引脚XTAL1,其输出端为XTAL2。而在芯片内部,XTAL1和XTAL2之间跨接了晶体振荡器和微调电容,从而构成了一个稳定的自激震荡器。这就是单片机的时钟电路。管脚说明:VCC:
13、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,每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。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的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。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
14、上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。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储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。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个带内部上拉电阻的双向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
15、用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流,这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示: 口管脚 备选功能 P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 /INT0(外部中断0) P3.3 /INT1(外部中断1) P3.4 T0(记时器0外部输入) P3.5 T1(记时器1外部输入) P3.6 /WR(外部数据存储器写选通) P3.7 /RD(外部数据存储器读选通) P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG:当
16、访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。 PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,
17、这两次有效的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储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,EA将内部锁定为RESET;当EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。 XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2:来自反向振荡器的输出。 振荡器特性: XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一
18、个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。AT89C51图形如下: 图3-1-13.2晶振时钟电路单片机的XTAL1和XTAL2之间分别接一个电容,中间再并一个12MHZ的晶振,形成单片机的晶振电路。图形如下:图3-2-13.3 复位电路复位电路由电阻、电容和开关组成。接到单片机的RST引脚。电路图如下:图3-3-13.4 键盘电路本设计采用行列式矩阵键盘,这样能减少键盘与单片机接口时所占的I/O线的数目,在按键比较多的时候,通常采用这样的方法。每一条水平线(行线)与垂直线(列线)的交叉处不相通,而是通过一个按键来连通,利用这种行列式矩阵结构只需要
19、N条行线和M条列线即可组成具有NM个按键的键盘。在这种行列式矩阵键盘的单片机系统中,键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。当确认有按键按下后,下一步就要识别哪一个按键按下。对键的识别通常有两种方法:一种是常用的逐行扫描查询法;另一种是速度较快的线反转法。下面说明线反转法的工作原理。首先,辨别键盘中有无键按下,由单片机I/O口向键盘送全扫描字00H,把全部列线置为低电平,然后将列线的电平状态读入累加器A中。如果有按键按下,总会有一根行线电平被拉直至低电平从而使行线不全为1。判断键盘中哪一个键被按下是通过将列线逐列置低电平后,检查行状态来实现的。方法是:依次给列线送低电平,然后检
20、查所有行线状态,如果全为1,则所按下的键不在此列;如果不全为1,则所按下的键必在此列,而且是在与零电平行线相交的交点上的那个键。键盘上共有0-9十个数字键,还有一个ENTER键。当输入完成后按下ENTER键确认输入。键盘电路接单片机的P1口。电路图如下:图3-4-13.5 显示电路 数码管显示器具有功耗低、体积小、质量轻的特点。该字符型LCD具有字符发生器ROM,可显示192种字符(160个57点阵字符和32个511点阵字符),具有64个字节的自定义字符RAM,可自定义8个58点阵字符或4个511点阵字符,且具有80个字节的RAM。可以分成两行,每一行显示16个ASC字符,主要由数字和英文字母
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