毕业设计(论文)基于单片机的电子密码锁的设计.doc
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1、本科生毕业设计基于单片机的电子密码锁A Electron Cipher Lock Based on MCU学生姓名xxx所在专业电子信息工程所在班级电子1033班申请学位工学学士指导教师xxxx职称讲师副指导教师职称答辩时间2007年 06 月 8 日目 录设计总说明IDESIGN INTRODUCTIONIII第1章 绪论11.1背景11.2电子锁11.3电子密码锁的特点11.4电子密码锁的发展趋势2第2章 系统总体设计32.1系统结构32.2 系统组成32.3 系统可行性分析3第3章 硬件电路设计53.1单片机AT89C51简介5 3.1.1 主要特性5 3.1.2 管脚说明5 3.1.3
2、 震荡特性7 3.1.4 芯片擦除73.2 44矩阵键盘73.3复位电路83.4 振荡电路83.5 数码管93.6 发光二极管LED103.7 电动锁103.8 蜂鸣器113.9 完整电路图12第4章 软件程序设计144.1软件设计流程图154.2 具体功能软件实施16第5章 结束语及展望21第6章 鸣谢22第7章 参考文献23附 录22设计总说明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。随着科学技术的不断发展,人们对日常生活
3、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、易操作等优点。在安全技术防范领域,具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替传统的机械式密码锁,克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点,使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。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锁,它除具有电子密码锁的功能外,还引入了智能化管理、专家分析系统等功能,从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性,应用日益广泛。随着人们对安全的重视和科技的发展,许多电子智能锁(指纹识别、IC卡辨认)已在
4、国内外相继面世。但是这些产品的特点是针对特定的指纹和有效卡,只能适用于保密要求的箱、柜、门等。而且指纹识识别器若在公共场所使用存在容易机械损坏,IC卡还存在容易丢失、损坏等特点。加上其成本较高,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。基于以上思路,本次设计使用ATMEL公司的AT89C51实现一基于单片机的电子密码锁的设计,其主要具有如下功能:(1) 设置6位密码,密码通过键盘输入,若密码正确,则将锁打开。(2) 密码可以由用户自己修改设定(只支持6位密码),锁打开后才能修改密码。修改密码之前必须再次输入密码,在输入新密码时
5、候需要二次确认,以防止误操作。(3) 报警、锁定键盘功能。密码输入错误数码显示器会出现错误提示,若密码输入错误次数超过3次,蜂鸣器报警并且锁定键盘。电子密码锁的设计主要由三部分组成:44矩阵键盘接口电路、密码锁的控制电路、输出八段显示电路。另外系统还有LED提示灯,报警蜂鸣器等。密码锁设计的关键问题是实现密码的输入、清楚、更改、开锁等功能:(1) 密码输入功能:按下一个数字键,一个“”就显示在最右边的数码管上,同时将先前输入的所有“”向左移动一位。(2) 密码清除功能:当按下清除键时,清除前面输入的所有值,并清除所有显示。(3) 密码更改功能:将输入的值作为新的密码。(4) 开锁功能:当按下开
6、锁键,系统将输入与密码进行检查核对,如果正确锁打开,否则不打开。主要的设计实施过程:首先,选用ATMEL公司的单片机AT89C51,以及选购其他电子元器件。第二步,使用DXP 2004设计硬件电路原理图,并设计PCB图完成人工布线(后因PCB板损坏决定采用万能板焊接的方法)。第三步,使用Keil uVision3软件编写单片机的C语言程序、仿真、软件调试。第四部,使用PROTEUS软件进行模拟软、硬件调试。最后,联合软、硬件调试电路板,完成本次毕业设计。关键词:44矩阵键盘;AT89C51;密码锁;密码二次确基于单片机的电子密码锁电子信息工程,xxxxx,xxxx指导教师:xxxxx第1章 绪
7、论1.1 背景随着社会物质财富的日益增长,安全防盗已成为社会问题。而锁自古以来就是把守门户的铁将军,人们对它要求甚高,既要安全可靠地防盗,又要使用方便,这也是制锁者长期以来研制的主题。目前国内,大部分人使用的还是传统的机械锁。然而,眼下假冒伪劣的机械锁泛滥成灾,互开率非常之高。所谓互开率,是各种锁具的一个技术质量标准,也就是1把钥匙能开几把锁的比率。经国家工商局、国家内贸局、中国消协等部门对锁具市场的调查,发现个别产品的互开率居然超标26倍。为何弹子锁的“互开率”会如此之高?据有关专家人士剖析,弹子锁质量好坏主要取决于弹子数量的多少以及弹子的大小,而弹子的多少和大小受一定条件的限制。此外,即使
8、是一把质量过关的机械锁,通过急开锁,甚至可以在不损坏锁的前提下将锁打开。机械锁的这些弊端为一种新型的锁-电子密码锁,提供了发展的空间。1.2 电子锁电子锁是采取电子电路控制,以电磁铁或者卫星电机和锁体作为执行装置的机电一体化锁具,相比传统的机械锁具,电子锁不使用金属钥匙,保密性、精度都有很大提高。 电子锁的发明思路,源自古代发明的自动机械,例如古希腊数学家赫伦的液压自动门,中国古代诸葛亮的木牛流马,它们以重力或蒸汽压力驱动,最广泛的用途乃是用在古代墓道的地下机关。电子工业的诞生,使得以微小电量驱动机械成为可能,于是有了电子锁一日千里的跃进。1.3 电子密码锁的特点电子密码锁是一种通过密码输入来
9、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,主要特点如下: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。 用户可以经常更改密码,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,防止试探密码。1.4 电子密码锁的发展趋势从目前的技术水平和市场认可程度看,使用最为广泛的是键盘式电子密码锁,该产品主要应用于保险箱、保
10、险柜和金库,还有一部分应用于保管箱和运钞车。键盘式电子密码在键盘上输入,与打电话差不多,因而易于掌握,其突出优点是“密码”是记在被授权人脑子里的数字和字符,既准确又可靠,不会丢失(除了忘记),难以被窃(除非自己泄露)。但是密码不能太简单,太简单了就容易被他人在键盘上试探出来,或者可能被旁观者窥测出来,造成保密性不足。当然,密码又不能太复杂,太复杂了可能自己都糊涂了,或者输入密码操作成功率低,造成使用不便。因此,为了发扬优点、克服弱点,键盘式电子密码也在不断发展中,如“任意设定密码”技术使得被授权人可以根据自己的需要或喜好设定密码,常用常新;而“自动更改密码”技术使得本次输入的密码将自动更改成下
11、次应输入的密码,更改的规律不为他人所知,因而不怕旁观者窥测;独出心裁的“键盘乱序显示”技术使得键盘上的固定键位每次显示出的字符不固定,并且显示的窄小角度只能由操作者正面看得到,因而即使旁观者看见操作动作也难以窥测出密码;“多重密码设定”技术使得单组密码不一定有效,适合多人分权使用,需要输入两组以上的密码才被认可,大大提高了保密性,如果限定输入这些密码的先后顺序或时间区段,则保密性还可提高。在输入密码的过程中,为了限制试探密码的企图,通常输入错误码若干次或若干时间内输入不正确,即“封锁”键盘,不再接受输入操作。总之,尽管新式电子防盗锁层出不穷,但键盘式电子密码防盗锁不仅在市场上居于主流地位,而且
12、,还经常作为其他类型电子防盗锁的辅助输入手段。第2章 系统总体设计2.1 系统结构电源 AT89C51数码管蜂鸣器LED44键盘复位电路图212.2 系统组成如图21所示系统主要由AT89C51(51系列)、八位数码管、蜂鸣器、LED、44矩阵键盘、复位电路等组成。2.3 系统可行性分析系统工作原理分析:使用AT59C51单片机、44矩阵键盘、LED、蜂鸣器等。矩阵键盘分别为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、*、CLE、Enter、MODIFY。系统开始显示“INPUT”提示输入密码;输入密码时,LED显示电路显示为“-”,当密码输入完毕按下Enter键时,对输入密码与设定的密码进行比较
13、,若密码正确则LED显示电路显示为“PASS”提示锁打开;若密码不正确,LED显示电路显示提示“ERROR”,若连续3次输入不正确,则发出警报声同时锁定键盘。在输入正确密码后,按下修改键时,LED显示电路显示“old”提示“输入旧密码”,此时输入正确的旧密码,则显示电路会有提示输入新密码在输入新密码后,显示电路会再次提示“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。在修改密码的过程中,如果一开始输入的旧密码错误显示电路会显示提示,同时系统返回到开始。若在“再次输入新密码”的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
14、入正确的密码。 系统中CEL键用于退格,在输入密码时,若输入错误且未按下Enter键,按下CLE可以删除刚输入的密码,然后再次输入。 为了防止恶意尝试,系统才用若连续输入3次错误密码则发出报警声,且锁定键盘,可以提高系统的安全系数,同时也能够保护合法用户的正常使用。第3章 硬件电路设计3.1 单片机AT89C51简介AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4K bytes的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM)和128bytes的随机存取数据序存器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度/非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用
15、8位中央处理器(CPU)和FLASH存储单元,AT89C51单片机为许多嵌入式控制系统提供了一种灵活行高且价廉的方案。3.1.1 主要特性8031 CPU与MCS-51 兼容 4K字节可编程FLASH存储器(寿命:1000写/擦循环) 全静态工作:0Hz-24KHz 三级程序存储器保密锁定 128*8位内部RAM 32条可编程I/O线 两个16位定时器/计数器6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 图313.1.2 管脚说明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,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义
16、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
17、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(ILL)这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,
18、如下表所示: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
19、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,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
20、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。3.1.3 震荡特性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。3.1.4 芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定
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