毕业设计论文基于51单片机控制的电子密码锁设计.doc
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1、基于51单片机控制的电子密码锁设计摘要:本设计以单片机以AT89C51作为密码锁监控装置的检测和控制核心,分为主机控制和从机执行机构,实现要是信息在主机的初步认证注册、密码信息的加密、钥匙丢失报废等功能。根据51单片机之间的串行通信原理,这便对于密码信息的随机加密和保护。而且采用键盘输入的电子密码锁具有较高的优势。采用数字信号编码和二次调制方式,不仅可以实现多路信息的控制,提高信号传输的抗干扰性,减少错误动作,而且功率消耗低;反应速度快、传输效率高、工作稳定可靠等。软件设计采用自上而下的模块化设计思想,以使系统朝着分布式、小型化方向发展,增强系统可扩展性和运行的稳定性。测试结果表明,本系统各功
2、能已达到本设计的所有要求。关键词 :AT89C51;密码锁;单片机设计;电子锁目录摘要1关键词1第一章 密码锁的简介及现况11.1引言11.2电子密码锁的简介11.3电子密码锁发展趋势21.4本设计所要实现的目标21.5设计的密码锁的功能2第二章设计方案的选择32.1方案的论证与比较3第三章单片机的组成43.1AT89C51单片机的简介43.2电路图的绘制7第四章单片机硬件资源74.1开锁机构74.2按键电路设计84.3显示电路设计104.4AT89C51单片机复位方式114.5密码锁的电源电路设计12第五章程序调试135.1程序调试用到的软件及工具135.2KEIL C51简介145.3 调
3、试过程145.4调试、仿真与实现15第六章 软件设计166.1系统软件设计的总统思想166.2 各子程序设计171 键盘扫描子程序172 LED显示子程序183 密码比较和报警程序19设计总结与展望21致谢22附录:总原理图22参考文献24第一章 密码锁的简介及现况1.1引言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
4、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)已有国内外相继面世。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
5、、柜、门等。而且指纹识别器若在公共场所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接收程度,电子密码锁是这类电子防盗产品的主流。1.2电子密码锁的简介ATMEL、PHILIPS和SST等公司生产的与80C51兼容的低功耗.高性能8位89C51单片机具有比80C31更丰富的硬件资源,特别是其内部增加的闪速可电改写的储存器FlashROM给单片机的开发及应用带来了很大的方便。89C51是用静态逻辑来设计的,其工作頻率可下降到0Hz,并提供两种可用软件来选择省电方式-空闲方式和掉电方式。在空闲方式中CPU停
6、止工作,而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。此时的电流可降到大约为注册工作方式的15%。在掉电方式中,片内振荡器停止工作,由于时钟被“冻结”,使一切功能都暂停,故只保存片内RAM中的内容,直到下一次硬件复位为止。这种方式下的电流可降到15以下,最小可降到0.6。89C51是一种低功耗高性能的8位单机片。它采用了CMOS工艺和高密度非意识性存储器(NURAM)技术,而且其输出引脚和指令系统一、都与MCSE-51兼容;片内的FlashROM允许在系统内改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。因此89C51是一种功能强、灵活性高,且价格合理的单片机,可方便地应用在各种控制领域
7、。1.3电子密码锁发展趋势由于电子器件所限,以前开发的电子密码锁控制系统,其种类不多,保障性差,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。随着电子元件进一步发展,电子密码控制系统也出现了很多种类,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越来越多的电子密码控制系统。由于数字、
8、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,如防范森林的金库,需要使用符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,组成电子密码锁控制系统,用户想要打开锁,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报警。密码可以由用户自己修改设定,锁打开后才能修改密码。修改密码之前必须再次输入密码,在输入新密码时候需
9、要二次确认,易防止误操作。1.5设计的密码锁的功能本次设计使用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:密码通过键盘输入,若密码正确,则将锁打开。 报警、锁定键盘功能。密码输入错误页码显示器会出现错误提示,若密码输入错误超过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、清除、更改、开锁等功能。密码输入功能:按下一个数字键,一个“一”就显示在最右边的数码管上,同时将先前输入的所有“一”向左移动一位。
10、密码清除功能:当按下清除键时,清楚前面输入的所有值,并清除所有显示。 开锁功能:当按下开锁键,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件。第二步,使用DXP2004设计硬件单路原理图,并设计PCB图完成人工布线(后因PBC板损坏决定采用万能板焊接的方法)第三步,使用Keil uVision3软件编写的C语言程序、仿真、软件调试。第四步使用PROTEUS软件进行模拟软、硬件调试。最后联合软、硬件调试电路板。第二章设计方案的选择2.1方案的论证与比较设计本课题时构思了两种方案:一种是用以AT89
11、C51为核心的单片机控制方案;另一种是用以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过于简单,而且不能满足现在的安全需要,所以本文采用前一种方案。我们的密码锁控制器就是以单片机为核心设计的,本设计采用的是ATMEL公司的AT89C51芯片,此芯片根据了充分的静止CMOS控制器与三级节目记忆锁,共有32条I/O线,2个 定时计数器,6个中断来源,4K闪存,128个字节在芯片RAM。方案一:采用数字电路控制。其原理方框图如图2.1所示 图2.1数字密码锁电路方案采用数字密码锁电路的好处就是设计简单。用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路作为密码锁的核心控
12、制,共设了9个用户输入键,其中只有4个是有效的密码按键,其他的都是干扰按键,若按下干扰键,键盘输入电路自动清零,原先输入的密码无效,需要重新输入;如果用户输入的密码的时间超过40秒(一般情况下,用户不会超过40秒,若用户觉得不便,还可以修改)电路将报警80秒,若电路连续报警三次,电路将锁定键盘5分钟,防止他人非法操作。电路由两大部分组成;密码锁电路和备用电源(UPS)其中设置UPS电源是为了防止因为停电造成的密码锁电路失效,使用户免遭麻烦。密码锁电路包含:键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输入次数锁定电路。方案二:采用一种是用以AT89S51为核心的单片机控制方案
13、。利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口,及其控制的准确性,不但能实现基本的密码锁功能,还能添加调电储存、声光提示甚至添加遥控控制功能。其原理如图2.2所示。 图2.2单片机控制方案通过比较以上两种方案,单片机方案有较大的活动空间,不但能实现所要求的功能而且能很大程度上扩展功能,而且还可以很方便的对系统进行升级,所以我们采用后一种方案。第三章单片机的组成3.1AT89C51单片机的简介 AT89C51单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、定时计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三打总线,单片机的内部结构如图所示:1.中央处理器 中央处理器(CP
14、U)是整个单片机的核心部件是8位数据宽度的处理器能处理8位2进制数据或代码,CPU负责控制智慧和调度整个单眼系统的协调工作完成运算和控制输入输出功能等操作。2. 数据储存器(RAM)AT89C51内部有128个8位用户数据储存单元和128个专用寄存单元,它们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而不能用于存放用户数据,所以用户能使用的RAM只有128个,可存放度写的数据,运算的中间结果或用户自定义的字型表。程序储存器(ROM) 3.AT689C51共有4KB掩膜ROM,最大可扩展64K字节,用于存放用户程序,原始数据或表格。4.定时/计数器: 89C51有两个16为的
15、可编程定时/计数器,以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。5.并行输入输出(I/O)口89C51共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3),用于对外部数据的传输。6.中断系统89C51具备较完善的中断功能,有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断,可满足不同的控制要求,并具有2级的优先级别选择。7.AT89C51单片机的引脚AT89C51单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的。8.89C51有40条引脚,与其他51系列单片机引脚是兼容的。这40条引脚可分为I/O接口线、电源线、控制线、外接晶体线4部分。AT89C51单片机为双列直插式封装结构,如下图所示。主要
16、特征:1、与MCS-51兼容 2、4K字节可编程闪烁存储器 3、寿命:1000写/擦循环 4、数据保留时间:10年 5、全静态工作:0Hz-24Hz 6、三级程序存储器锁定 7、128*8位内部RAM 8、32可编程I/O线 9、两个16位定时器/计数器 10、5个中断源 11、可编程串行通道 12、低功耗的闲置和时钟电路 13、片内振荡器和时钟电路 AT89C51引脚分配图AT89C51单机的电源线有以下两种:(1)VCC:+5V电源线。电源线 (2)GND:接地线 AT89C51单片机德外接晶体引脚有以下两种(1)XTAL1:片内振荡器反相放大器的输入和内部时钟工作的输入端。采用内部振荡器
17、时,它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。 (2)XTAL2:片内振荡器反相放大器的输出端,接外部石英晶体和微调电容的另一端。采用外部振荡器时,该引脚悬空。外界晶体引脚。 控制线 AT89C51单片机的控制线有以下几种:(1)RST; 复位输入端,高电平有效。 (2)ALE/PROG:地址锁存允许/编程线 (3)PSEN: 外部程序存储器的读选通线。 (4)EA/Vpp:片外ROM允许访问端/编程电源端 3.2电路图的绘制 电路的功能单元设计 第四章单片机硬件资源4.1开锁机构通过单片机送给开锁执行机构,电路驱动电磁锁吸合,从而达到开锁的目的。其原理如图4.1.1所示。 4.1.1密码锁开锁机
18、构示意图当用户输入的密码正确而且是在规定的时间(普通用户要求在12s内输入正确的密码,管理员要求在5s输入正确的密码)输入的话,单片机便输出开门信号。送到开锁驱动电路,然后驱动电磁锁,达到开门的目的。其实际电路如图4.1.2所示。电路驱动和开锁两级组成。由D5、R1、T10组成驱动电路,其中T10可以选择普通的小功率三极管如9014、9018都可以满足要求。D5作为开锁的提示:由D6、C24、T11组成。其中D6、C24是为了消除电磁锁可能产生的反向高压电以及可能产生的电磁干扰。T11可选用中功率的三极管如8050,电磁锁的选用要视情况而定,但是吸合力要足够且由一定的余量。在本次设计中,基于节
19、省材料的原则,暂时用发光二极管代替电磁锁,发光管亮,表示开锁;灭,表示没有开锁。 4.1.2密码锁开锁机构电路图4.2按键电路设计由于设计要求使用矩阵键盘,所以设计就采用行列式键盘,同时也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,通常采用这样方法。其原理如图4.2.1所示。 4.2.1键盘原理图每一条水平(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非键盘编码的单片机系统中,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
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