电子密码锁[精选]

1、毕业设计(论文) 基于单片机的电子密码锁设计姓 名 黄贺锋专业班级 信息工程14所在学院 电子信息学院完成时间 2017年4月电子科技大学中山学院教务处制发摘要由于现在的人们生活质量不断在提高，平时日常住所的贵重物品与工作部门的一些需要保密的资料或不可泄漏的个人信息的保存等许多需要防盗的问题变得越发重要。传统的机械锁其构造极其简单，容易被恶意损坏，在防盗方面存在很多的隐患，此外携带方面也导致许多的不便问题。因此，在相关科技的支持下，密码锁这种不需要实际钥匙的锁随之诞生，通过它的成本低且消耗低、方便操作、安全性能有一定的保证等一系列的优点，慢慢地取代机械锁原来的位置，受到越来越多的人喜欢。此电子

2、密码锁的设计是基于单片机技术，分为硬件和软件两个部分。硬件部分由stc89c52单片机最小系统、at24c02存储、矩阵键盘、lcd1602显示和蜂鸣器提示等组成；通过软件部分的设计，具备的功能有设置和修改开锁密码（六位密码）、超次报警并锁定（密码错误次数超过两次）。上述的功能是密码锁的基本功能，还能根据使用情况添加相应的功能，本设计低成本却实用。关键词：stc89c52 lcd1602 at24c02 矩阵键盘 abstractas peoples quality of life continues to improve, it becomes increasingly important

3、to protect valuables in daily homes and some confidential or undisclosed personal information in the residential sector. the structure of traditional mechanical lock is extremely simple, easy to be damaged by malicious, and there are many hidden dangers in the aspect of security. in addition, the ca

4、rrying aspect also causes many inconvenience problems. therefore, with the support of relevant science and technology, the electronic password lock is produced which does not need a key. it has a series of advantages, such as low cost and low consumption, convenient operation, safety performance and

5、 so on, so the mechanical lock is gradually replaced.therefore, electronic password locks are becoming more and more popular. the design of this electronic password lock are mostly based on microprocessor, which is divided into two parts: hardware and software. the hardware part is composed of stc89

6、c52 microcontroller minimum system, at24c02 storage, matrix keyboard, lcd display and buzzer ringing. with the settings, it has the functions of setting and modifying the password (six user password), ultra alarm and ultra lock (password error times more than two times). the above function is the ba

7、sic function of the electronic password lock, and it can add the corresponding function according to the usage, the system is cost-effective but practical.key words stc89c52 lcd1602 at24c02 matrix keyboard目录摘要iabstractii目录iii1 绪论1课题背景和意义1电子密码锁发展趋势2电子密码锁设计的具体要求3设计方案的制定32硬件电路设计5设计原理5stc89c52单片机介绍5液晶显示

8、lcd160210at24c02存储芯片12键盘设计14声音提示模块15继电器控制模块16最小系统模块18整体电路图203系统软件设计21器件的相关功能介绍21单片机stc89c52定时器：21lcd1602的操作时序24at24c02时序25主程序模块29密码设置子程序3033开锁子程序34键功能程序37提示音及报警程序38操作说明：404总结42参考文献43致谢441 绪论1.1 课题背景和意义由于现在的人们生活质量不断在提高，平时日常住所的贵重物品与工作部门的一些需要保密的资料或不可泄漏的个人信息的保存等许多需要防盗的问题变得越发重要。以往人们大部分都是使用机械锁来进行防盗，但由于传统的

9、机械锁其构造极其简单，经常会被损坏而导致并没有起到保护作用，除此之外，机械锁与钥匙是单一对应的，这使得人们若防盗的东西较多的话，需要携带许多钥匙，这容易导致诸多的不便问题。因此，为了解决这诸多的不便的问题，在相关科技的支持下，密码锁这种不需要实际钥匙的锁随之诞生，通过它的成本低且消耗低、方便操作、安全性能有一定的保证等一系列的优点，能够给人们带来许多便利，所以受到了广大用户的青睐。查阅以前的书籍能够清楚地了解到电子密码锁在20世纪初才开始了被投入研究，那时候的科技并不发达，研究成本也比较高，研究的成果只能运用在比较特殊的地方。但当时的密码锁大部分都不能单独使用，只能配合机械锁使用，并且有诸多的

10、不便，比如体积大、使用的成本高等很多导致不能被广泛使用的缺点。到了1980年后，各国的科技由于大规模的资金投入，都取得了相应的进步，电子密码锁的研发也有了一定的进展，之前体积大、成本高的缺点也得到一定的改善，而其他的缺陷渐渐被弥补，得到了很大的进步。目前，电子密码锁的技术可谓进展神速，相对之前进步了许多，出现了许多以前闻所未闻的新型电子锁，它们性能强、功能独特却安全又可靠。比如、生物特征电子锁、遥控式电子密码锁以及键盘式电子密码锁等五花八门的电子锁，但还是不能动摇比较简单的键盘式电子密码锁的地位。生物特征电子锁：利用人的个性特征作为密码输入，这些特征一般是天生的个人特征，如瞳孔、指纹以及声音等

11、作为唯一的“钥匙”，然后通过后台的计算机进行复杂的识别计算来控制开锁。但是这过程需要许多个人身体上的信息，智能化相当高，处理的程序相对较为繁杂，需要很先进的科技，以致使用成本非常之大，因此目前只适用于极个别需要保存机密资料的特殊场所。遥控式电子密码锁：缺点与机械锁类似，需要随身携带作为钥匙的遥控器，容易丢失钥匙，在某些地方并不实用。但并不影响它的使用，它的有时在于能够极快的传输大量变不被人眼识别的信息，也很难被人通过特别途径盗取里面的信息，因此具有极强的保密性而且用仪器也无法在光路径上捕获信号从而盗窃，因此能够很好地保密，使用它进行防盗，基本不用担心被盗窃。键盘式电子锁：利用键盘输入开锁密码进

12、行验证，操作方便，不用携带类似于机械锁的钥匙，只要记住密码，与机械锁相比，解决了容易丢失钥匙的问题。这种类型的锁控制方式有多种，但从准备性和灵活性方面考虑的话，利用单片机技术的是比较好的，能确保稳定性强，低成本，目前在市场上可谓备受关注。因此，在普通人民的眼中，不管新出的电子锁功能如何强大，只要不改变本质的问题，依旧动摇不了键盘式电子密码锁的地位。到了现在，很多发达国家的电子密码锁技术都有取得了很大的进步，不但技术先进且类型齐全。因此，它早已被广泛地用在各种智能防盗系统中，许多大门的安全管理也是利用了其安全并可靠的技术来防盗。由于我国在这方面的发展并不是太快，电子锁的整体水平落后于许多发达国家

13、，需要引进国外某些技术，所以增加了某些电子密码锁的制作成本，考虑到技术与成本的问题，我国的市场主要还是销售按键式电子锁。我国自己研制开发的电子锁，通过测试并不成熟，还有待完善，不能被大规模使用。而国内企业开始引进别的国家较为先进的相关技术，制作了一系列比较高端的电子锁，其发展迅速，前景非常可观。为了电子锁能被我国广泛应用于百姓的日常生活中，还需不断努力研究。1.2 电子密码锁发展趋势 锁是源流千古的防盗性用品，随着私有观念的诞生而出现，并根据人类社会的发展而发展，逐渐演变成各种各样的锁具。锁在古代已经历数千年的改变，在没有运用科技的情况下，无论如何演变，还是没有发生多大的变化。到了1970年后

14、，随着对电子锁进行投入研究，不久第一把电子锁便面世了。但那时候可谓缺陷多多。随后对电子锁的研究越来越重视，历经了几十年，分别出现了按键式电子锁、卡片式电子锁、生物特征电子锁等几个时代。 而到了如今，电子锁开始结合物联网这一新型概念一起发展，电子锁进入到了新时代。但电子锁在我国的地方还并不算太高，许多普通百姓的家里很少会使用，而一般被应用的地方也多数在酒店、银行或公共场所等，也许是国内人民对电子锁的认识并不足，存在着忧虑。然而，国外大部分国家，电子锁经被广泛使用，很多地方都被普及使用，使用率远高于我国。目前在中国，电子锁的地位并不高，仍然低于机械锁。因为我国电子锁生厂商所拥有的技术水平尚处于国际

15、上二三十年前的水平，导致电子锁难安装，与机械锁相比增加了许多成本，导致电子锁的普及率低。然而这还会导致国内厂商对电子锁的重视会减少，使得电子锁的技术仍然低于国际水平。 虽然电子锁的市场还并不是特别好，但最近几年许多厂商也开始自主研发技术，开始拥有自己的品牌。比如优守卫，通过自己的团队不断研发多年，优守卫电子挂锁在前几年开始面世了，运用于多个工业领域，而且评价颇好，也终于有技术占据国际的先进水平，这鼓励了不少同行业的企业创建团队自主研发。现在，电子密码锁得到了空前发展，尤为突出的是应用单片机技术的，其功能性可多方面扩展，稳定性强，可添加指纹识别、人眼识别、声音识别等多种用于有效防盗的功能。虽然这

16、些功能在国内还未被广泛使用，但不用多久也会随着技术的不断发展，得到相应的进步，降低其制作成本，改善现有的缺陷。我相信电子锁在不久的未来将会被完全地普及，将会带动我国民用锁行业的发展，让我们的财富更加安全。1.3 电子密码锁设计的具体要求 （1）设计开锁密码为六位的电子锁。（2）当输入密码时，所输入的开锁密码在lcd屏幕上都会显示成“*”号，这样能够防止密码泄漏或被窃取。（3）当接上电源，按下开关便能输入密码，当输入密码正确时，lcd显示open；当输入密码错误时，显示error。（4）若输入密码时，开锁密码错误的次数超过3次，将触发锁定功能，将键盘锁定。（5）使用4乘4的矩阵式键盘，其中有16

17、个按键分别为0-9、a-d、*、#键。（6）有设计原始密码以及管理员密码，密码可由使用者修改设定，但该设计只支持6位密码。修改密码前要求输入两次正确开锁密码，当输入两次新密码时，进行对比，如此能防止错误的操作而导致密码被修改。（7）该电子密码锁具有报警功能，当输入密码不正确时led灯亮起并且蜂鸣器响起。1.4 设计方案的制定 本设计计划采用的控制方案主要以单片机为核心。单片机类型众多，各种型号的应用环境都有所区别，因此在选择时需要全面考虑，以求得到最好的性价比。选择单片机时应注意以下几个方面:存储器、运行速度、外围设备要求、方便的开发工具、未来要求和兼容性、成本、工作电压，除了以上提到的之外，

18、还要根据具体设计需求选择合适的芯片架构，尽量简化，而不要过于复杂化。对于功耗低的设计，需要选择有睡眠模式的单片机。综合以上要求，该设计的核心元件选用单片机stc89c52，通过它的输入/输出口数量多，编程灵活多样，基本可以实现该设计所要求的的功能。单片机stc89c52为主体，外部接矩阵键盘进行密码输入控制；外部接at24c02芯片用于存储密码；外部接lcd1602显示屏用于相关显示，还有外部再接蜂鸣器实现鸣响功能。当用户需要开锁时，通过这些数字键0 - 9输入开锁的密码，然后确认密码正确，则开锁，密码错误，需要再次输入开锁的密码。当密码错误三次时，则蜂鸣器开始鸣响，触发报警功能；在开锁的情况

19、下，可以修改开锁密码，修改开锁密码时需要输入正确的开锁密码，然后设置新密码，通过两个输入确认正确后保存新密码，然后成功更改密码。这个方案能够满足现实生活的需要，保密性强而且有灵活准确的控制，还有扩展其他功能的可能性，总体上还是不错的。2 硬件电路设计2.1 设计原理 该密码锁组成结构比较简单，主要是单片机、密码存储芯片、矩阵式键盘、液晶显示屏和蜂鸣器等。矩阵键盘能输入开锁密码和识别功能键，用户可以通过矩阵键盘输入密码，能通过显示电路显示出来，然后经单片机对所输密码与正确密码做比较，判断密码是否正确，若正确，控制开锁部分的相关器件进行开锁，若错误次数过多，则触发报警电路的相关功能。该设计分2-1

20、电子密码锁硬件电路设计的结构2.2 stc89c52单片机介绍 stc 89 c 52单片机具有功耗低、稳定性强特点的cmos8位控制器，能够完全与8051指令代码兼容。相当于一个改良版的8051单片机，具有8kb的应用程序空间，机器周期可以在6时钟和12时钟随意选择。无论在系统还是在应用都可编程，操作方便，不需要专门的编程器以及仿真器，为用户使用程序提供许多便利，同时内具8位cpu。因此，stc89c52能够为用户更灵活、更有效地解决问题。除此，里面还配备了许多的功能：通用i/o口数量多达32个，具有eeprom功能，也有t0、t1、t2这三个16位的定时器/计数器，看门狗定时器，通用异步串

21、行口等。它的工作电压示单片机的规格而定，5v单片机在5.5到3.3电压之间，3v单片机在3.8到2.0电压之间；工作频率情况，实际最高工作频率可达48mhz,但一般的工作频率范围为040mhz。stc89c52有三种工作模式，分别是空闲模式、正常工作模式和掉电模式。正常工作模式的典型功耗是最高的，在a，掉电模式就是睡眠作用，极大的降低功耗，当被唤醒时，便会回到原来的位置继续工作。图2-2 stc89c52rc的引脚图下面是各引脚的功能说明：表2-1 电源端口及p0口引脚功能引脚号复用功能vcc电源电压vss接地线p0八位双向i/o口p0端口是含有一个漏极开关的八位双向i/o口。p1是一个具有内

22、部上拉电阻的八位双向i / o端口，它的输出缓冲器可以驱动4个ttl输入(吸收或输出电流模式)。当向端口写入1时，此时端口将被拉至高电平作为输入端口。当p1端口用作输入端口时，由外部信号下拉的引脚将由于内部上拉电阻而输出电流。用作定时器/计数器2触发输入，也能被用作外部技术输入。除了通信编程之外，p1可以接收一个低8位地址，并且当程序被验证时p1也可以接受一个低8位地址。p2是一个八位双向输入/输出端口，具有内部上拉电阻，p2输出缓冲器可驱动4个ttl输入(吸收或输出电流模式)。当端口写入1时，端口将被拉至高电平。此时，端口可以用作输入端口，并且当p2端口用作输入端口时，由外部信号下拉的引脚将

23、由于内部上拉电阻的作用而输出电流。当访问16位地址和外部程序存储器的外部数据时，p2的高8位地址被发送出去，当访问8位地址的外部数据存储器时，p2端口引脚上的内容在整个访问期间不会再次更改。p2除了在对通信编程期间，还会接收高位地址和部分控制信号；在程序被检验时，p2同样可以接受高位地址和控制信号。表2-3 p3口引脚复用功能p3端口是一个八位双向输入/输出端口,具有内部上拉电阻。4个ttl输入可由它的输出缓冲器(电流的吸收或输出电流模式)驱动。当端口被写入到1时,端口将被拉到高电平,该端口可以用作输入端口。当p2端口用作输入时,外部信号拉动的引脚由于内部上拉电阻的作用而输出电流。p3在对通信

24、编程，还能接收一些控制信号。而在程序被检验时，同样也能接收一些控制信号p3口不只是能够用作一般i/o口，还附带许多的复用功能，若要了解可参考上表2-3，有简单的介绍。表2-4 特殊引脚复用功能rst：用作复位输入。当有效输入高电平时间达到持续两个机器周期以上时则为有效操作，此操作可进行单片机的复位初始化。看门狗定时器开始计时并完成后，rst输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器auxr（地址8eh）上的disrto位disrto处于默认状态下，复位的高电平能起到作用。若不是，则能使该功能无效化。xtal1和xtal2分别用作振荡器反相放大器的输入端口和输出端口，但xtal1能够用作内部时钟发生

25、电路的输入端口。psen是程序储存允许，是外部程序存储器选通信号。只访问外部数据存储器而不执行外部代码时，不激活机器周期；而执行外部代码时，每个机器周期都会被激活两次。ale是地址锁存允许，在访问外部程序存储器时，它输出锁存低8位地址的脉冲。地在没有访问外部存储器时，ale输出固定的正脉冲信号，是通过用六分之一的钟振荡频率的方式。因此它具备定时作用，也能对外输出时钟。ea/vpp是访问外部程序存储器控制信号。若使外部程序存储器（地址为0000h-ffffh）能被cpu读取指令，该引脚必须接gnd。加密方式1时，ea端处于被锁存的状态。接vcc时，ea端口执行内部程序指令。本设计单片机硬件端口分

26、配情况：用于lcd液晶屏显示功能的端口为p0.0p0.7。用于控制蜂鸣器和报警灯的的端口为p2.1、p3.6。用于控制开锁电路的端口为p2.0。用于控制键盘电路的端口为p2.1、p3.6。用于控制lcd显示模块的端口为p2.5p2.7。用于at24c02存储作用的端口为p3.4、p3.5。2.3 lcd1602显示lcd1602液晶显示屏是点阵式lcd，一共能显示32个字符，分别上下16个字符，一般被用来显示符号、字母、数字这几类，特殊一些的也可以显示自定义的和内部常用的字符。1602lcd的技术参数请参照表2-5：表2-5 1602型lcd的主要技术参数液晶显示屏的优点有下面几个：每个点在接

27、收到信号以后，都可以在颜色和亮度都不发生任何变化的基础上恒定发光，而不像有些显示器需要一直刷新新亮点。因此，液晶显示器不会闪烁之余，也保证了显示画面的质量。 液晶显示屏是数字式，在使用上比较方便，在单片机上外接便能使用，不需要太繁琐的操作。 液晶显示屏明显没有一般的显示屏重，易于安装。另外，它的功耗主要集中在内部的电极和驱动ic，其他方面没有过多的能量损耗，因此，功耗远比一般的显示器要小。还有它的显示的工作情况是通过电极来控制液晶分子状态。综合上面几点，考虑到要使用的功能只是显示数字、符号和字母，因此选用此类显示屏作为显示器件。表2-6 lcd1602引脚说明引脚714为8位双向数据线。lcd

28、1602模块的控制指令具体如表2-7所示，一共有11条指令。表2-7 lcd1602内部控制指令表液晶显示lcd1602处于忙的状态下，是不会接收和执行指令。需要给它新工作前，一定要判断模块的忙标志，以防指令没有起到效果。显示字符前要先输入显示字符所在的地址，意思相当于把字符地址告诉给模块。图2-3 lcd1602内部显示地址图2-3是lcd的具体显示地址，需要确定显示的地址时，d7必须为高电平，因此若要具体定位，需要按上面的具体地址再加上80h，然后写入所得的数据。对液晶模块的初始化需要根据表2-7的控制指令进行各种设置，如显示模式，光标移位选择，读忙标志设置等。读忙是为了保证指令起效，每次

29、输入指令前都需要进行读忙，判断此时显示模块的状态。图2-4 液晶显示模块2.4 at24c02存储芯片at24c02是一个采用低功耗cmos技术eeprom，工作的电压适用范围比较大，在1.8v到6v之间。它具备的特点：存储空间大（2568位）、数据保存时间长（可达100年）、擦写次数多、写入速度快等特点。该芯片兼容400khzi2c总线，占用的i/o线和资源都少，能线上编程，十分方便数据实时的存取。图2-5 at24c02引脚图表2-8 管脚描述scl是at24c02的串行时钟输入管脚，用于产生器件发送或接收所有数据的情况。sda是at24c02的双向串行数据/地址管脚，作为开漏输出管脚，能

30、连接别的开漏或集电极开路输出，被用于器件发送或接收所有数据的的情况。a0 、 a1 、a2作为器件地址的输入端口，处于多个器件级联的状态下，它们能设置器件地址；在悬空的情况下，默认值为零。使用此芯片可级联的器件有限，最多只能是8个。如果总线寻址一个at24c02时， a0、a1、a2 这三个脚可连接的情况有两种，可连接到电路公共接地端电压，也可以悬空。但如果总线寻址一个at24c01时， a0、a1、a2这三个脚就只能连接到电路公共接地端电压，而不能悬空。wp管脚有两种连接方式，分别是触发写保护和正常连接。连接到vcc，在写保护下，所有的内容只能读，而不能进行其他操作。当连接到电路公共接地端电

31、压或悬空时，器件能被允许执行正常的读和写操作。at24c02支持i2c总线数据传送协议，能用作发送器，也能用作接收器，具体情况根据数据的传送模式进行判断。从总线伤获取数据时，便是接收器，而向总线传输数据时，便是发送器。但根据规定，数据发送或接收的传输模式被主器件控制着。图2-6 at24c02电路图2.5 键盘设计该设计需要许多按键，若一个按键占用一个i/o口时，不足以满足设计的需求。为减少i/o口的占用以及线的数量，这里采用的是矩阵式键盘，。矩阵式键盘的结构：每一个按键连通一条行线和列线的交叉处，只需要x条行线和y条列线，就可以形成用有xy个按键的键盘，而本次要求需要10多个按键，因此设置4

32、行4列的结构。矩阵式键盘比独立式键盘少占用一半的i/o接线口。矩阵式键盘是利用“”进行按键识别。键盘识别的首先要判断是否有键闭合，需要将所有行线输出低电平，以此为基础，然后读取列线的数据情况，若所有列线输出高电平，证明没有键按下；若列线有低电平出现的情况时，考虑到有按键抖动导致误判断的情况，需要利用延时程序进行去除按键抖动的操作，在此之后，若此时列线依然有低电平的出现，则证明有按键被按下。之后便是确定闭合键所在的位置，当确定有键按下后，行线轮流输出低电平，然后读取列线数据，如果存在某一根行线和某一列都是输出低电平的情况，则可以断定被按下的按键就是在该行与该列交叉处的按键。延时程序去抖的作用：每

33、当有按键被按下时，该键回到稳定状态前，需要持续震动一小段时间，而在这一小段的时候可能会使该键被单片机误认为再次输入，为防止一个按键被误判而到此多次输入，需要在检查到有键被按下时，通过延时程序延迟一小段时间，以保证键盘的输入更稳定，不发生误判的情况。图2-7 矩阵按键模块2.6 声音提示模块 如图2-9，该模块一共由三个元件共同组成，分别是限流电阻、蜂鸣器和三极管。下面将对蜂鸣器和三极管进行简单的介绍，蜂鸣器在这里被用作发声器件，是一体化结构的电子讯响器，利用以直流电压供电的方式，使用要求低，方便简单，被广泛应用于许多电子产品中。蜂鸣器在专业上用“h”或“ha”表示，类型主要可以分成两种，分别是

34、电磁式和压电式蜂鸣器。（一）下面是对两种蜂鸣器结构原理的介绍：电磁式蜂鸣器：组成的元件主要有磁铁、电磁线圈、振荡器和振动膜片。在接通电源之后，振荡器会产生音频信号，然后音频信号会流经电磁线圈。电磁线圈在音频信号经过时，由于电磁效应，会产生磁场，影响着振动膜片。振动膜片在磁铁和电磁线圈中的磁场的互相作用力下，会有规律地振动发声。压电式蜂鸣器：组成的元件也并不多，主要有压电蜂鸣片、阻抗匹配器、共鸣箱及多谐振荡器等元件。多谐振荡器的构造可以是晶体管，也可以是集成电路，两者可互相代替。在正常工作时，需要接入适当的交流电压，这样会发送压电效应，导致机械出现形变的情况，从而推动压电蜂鸣片发出声音。上面两种

35、类型的蜂鸣器都有有源和无源两种，有源蜂鸣器只需要接上适当的电压即可连续发声，方便用程序控制，但声音的频率固定，无法改变。而无源蜂鸣器却要接入音频输出电路中才可以发声，就和电磁扬声器一样。使用条件相对复杂一些，但是可以控制声音频率并且便宜。综合考虑，本设计采用有源蜂鸣器。蜂鸣器若是直接连接到单片机时有可能无法正常工作，因为它的工作电流通常比较大，单片机的i/o口提供不了相应大小的电流而导致无法被驱动，因此一般都需要借助三极管放大电路的作用，增大电路来驱动它。（二）下面是对三极管的介绍：对三极管放大作用的理解，三极管有三个工作区域，分别是截止区、放大区和饱和区，下面是简单的介绍。截止区：发射结电压

36、比导通电压小，三级管未导通，通过的电流接近0.放大区：ube大于0，uce小于0，ic与ib线性放大关系，ib控制ic，即利用小电流控制大电流。饱和区：ubcube,ib电流一直增大，而ic电流增大到了上限，达到临界值时便会进入饱和区。图 2-8 a) npn型三极管 图2-8 b) pnp型三极管晶体三极管两种，分为pnp和npn型。两者拥有一样的工作原理，区别在于电源极性，当选用的时候需要注意，而本设计选用的是npn型三极管。三极管是一种能对电流放大的元件，因此也可以看作能放大电压的元件，因为经常会利用三极管对电流的放大从而达到放大电压的目的。简单地阐述三极管的作用，把弱小的电信号加工成强

37、大的电信号，它的作用不止如此，也能够当作无触点开关使用。图2-9 声音提示模块这里采用的是pnp型三极管，三极管起着开关作用，其基级高电平会让三极管关闭，蜂鸣器不发声；而其基级低电平则让三极管饱和导通，使蜂鸣器发声。 2.7 继电器控制模块 电磁继电器的组成元件有铁芯、衔铁、线圈以及触点簧片等，它是一种电子控制器件，拥有输入回路和输出回路，可以在控制系统和被控制系统之间转换。它实际上是一种用小能力就能控制大能量的自动开关，这里的小能量指的是电流和电压。它能够对电路进行保护和自动调节，甚至转换电路，因此，一般在自动控制电路种使用较多。工作原理：在线圈两端加上适当的电压，产生相应的电流，在经过线圈

38、时，会发生电磁感应效应，产生电磁力，作用于衔铁上，衔铁便会克服弹簧的拉力而被铁芯吸引过去，导致动触点与静触点吸合，起着导通电流的作用。当撤掉所加的电压后，没有了磁场的产生，衔铁便会在弹簧的作用下回到一开始的位置，让动触点与静触点释放，起着切断电路的作用。继电器的常开触点/常闭触点是其线圈处于断开状态/接通状态的静触点。图2-10 继电器剖析图根据图2-11的继电器控制模块图电路所示，用pnp型三极管控制继电器，当输入过大，三极管处于饱和区，集电极和发射极相当于在短路状态，起导通作用，使继电器吸合，这时继电器也相当于一个开关，开始驱动负载。 图2-11 继电器控制模块2.8 最小系统模块单片机最

39、小系统时由几个小电路构成的，以电源模块、复位电路、振荡电路为基础，再加一些扩展的部分，最小系统的电路如图2-12所示。图2-12 最小系统电路图（一）电源模块:电源模块是供电模块，是一个产品最重要的部分，为系统提供电源，系统正常运作的前提和基础是电源能够正常工作、稳定输出。51单片机与其他系列的单片机相比，使用时间更早、应用范围更广，但也存在一些缺陷，在实际使用过程中更容易被干扰从而产生程序跑飞的现象，而提供稳定可靠的电压模块便能很好的避免这种现象的发生。（二）复位电路复位电路可以对系统进行复位，可以分为上电复位和按键复位两个部分。(1)上电复位：在这类型的单片机中属于高电平复位，一般在复位引

40、脚上外接10k的电阻和加上10uf的电容，而它们的具体连接情况是电阻连接到gnd和电容连接到vcc，形成一个能够确保复位引脚在单片机上电时拥有持续时间大于单片机两个机器周期的持的高电平进行复位的rc充放电回路，在电平发生变化，重新回到低电平时，进入正常工作状态。(2)按键复位：把一个按键与复位电容并联，按键起开关作用，这样只要按键被按下时，电容就会开始放电，把复位引脚拉到高电平，需要对电容进行充电，结果就会产生持续时间大于单片机两个机器周期的高电平对单片机进行复位。图2-13 复位电路图（三）振荡电路晶体振荡器只需要简单地连接就能在单片机系统中使用，它能够为单片机提供所需要的时钟频率，而提供的

41、时钟频率大小能够直接影响到单片机的运行速度，单片机运行速度与提供的时钟频率成正相关，单片机执行任何指令之前都需要晶振为它提供时钟频率。图2-14 晶振电路图在正常的工作条件下，普通的晶振时钟频率绝对精度便高达百万分之五十，高级的晶振在绝对精度这个数值伤肯定比普通的高许多。晶振如果处于共振的状态下，能够利用晶体能把电能和机械能互相转化的特性为单片机系统提供精确并且稳定的单频振荡。通常一个系统共用一个晶振，否则很可能会使系统各个部分不同步。若出现在一个系统里不同的子系统由不一样的需求，只需要用不同的锁相环连接到同一个晶振伤，这样就会改变为不同子系统所提供的时钟信号的频率。2.9 整体电路图 根据上

42、面介绍的几大模块，将它们连接起来，便可组成一个电子密码锁，整个电路的电路图如图2-15所示：图2-15 电子密码锁电路图3 系统软件设计3.1 部分器件的相关功能介绍3.1.1 单片机stc89c52定时器：表3-1 特殊功能寄存器t2con的描述765 4 321 0tf2exf2rclktclkexen2tr2c/t2cp/rl2stc89c52有三个定时/计数器，即t0、t1、t2。定时/计数器2的控制位位于t2con，具体的描述可参考表3-2，它的状态位位于t2mod，具体的描述可参考表3-2。t2con的地址为0c8h,可位寻址,复位值是0000 0000b。表3-2 定时器2模式（

43、t2mod）控制寄存器的描述765 4 321 0t20edcen t2mod的地址为0c9h，不可位寻址，复位值是xxxx xx00b。 表3-3 定时器2模式（t2mod）控制寄存器的功能定时器2是一个16位定时/计数器。若想改变它的功能，将它用作定时器还是计数器，只需要设置寄存器t2con中的c/t2位便能达到要求。定时器2有三种不一样的工作方式，具体可分为3种操作模式：捕获、自动重新装载和波特率发生器模式，需要设置三种模式，只需要参考表3-4，改变寄存器t2con中的rclk、tclk、cp/、tr2这几个位。表3-4 定时器2工作方式a) 捕获模式定时器2在捕获模式中，可根据t2co

44、n中的位exen2完成两个选项的设置。定时器2在exen2=0时，能够通过设置寄存器t2con中的c/t2位进行选择，将定时器2用作16位定时器还是计数器。定时器2溢出时会置位tf2，tf2是溢出的标志位。产生中断时需要用到tf2这个位。定时器2在exen2=1时，除了增加了一个特性外，其他与以上描述相同，增加的特性是外部输入t2ex发生改变（由1变0）时，定时器2中th2的当前值会捕获到racp2h，tl2的当前值会捕获到rcap2l。此外，t2ex由0变1时，exf2会发生置位，exf2如同tf2一样能够产生中断。捕获模式如图3-1所示，在这种模式下，tl2和th2不会重新装载值。*在6时

45、钟模式下，d=6;在12时钟模式下,d=12。 图3-1 定时器2的捕获模式b) 自动重装模式通过c/t2，定时器2在16位自动重装模式中与捕获模式一样，可以通过寄存器的c/t2位，对定时器和计数器进行选择，可以通过编程控制递增或递减。dcen是递减计数使能位，用于决定计数的方向，位于t2mod寄存器中。由图3-2所示，定时器2在dcen=0时，选择的计数方向为向上计数，自动递增计数；如图3-3所示，定时器2在dcen=1时，选择的计数方向是向下计数，然后可以根据t2ex的值决定递增或递减计数。在这种模式中，当dcen=0的情况下，通过exen2位可以进行选择，如果等于零，定时器2递增计数到0

46、ffffh，并在溢出后将tf2置位，然后对rcap2l和rcap2h中的16位值进行重新装载，最后装入定时器2中，若需要对rcap2l和rcap2h的值进行预先的设计，可利用软件来实现。 *在6时钟模式下，d=6;在12时钟模式下,d=12。 图3-2 定时器2自动重装模式（dcen=0） *在6时钟模式下，d=6;在12时钟模式下,d=12。图3-3 定时器2自动重装模式（dcen=1）c) 波特率发生器模式波特率发生器模式可以通过寄存器t2con的位tclk和tclk决定选择定时器1或者2定时器2，还有决定着是作为获得串行口发送波特率发生器还是接收波特率的发生器。在tclk=0时，定时器1

47、用作串行口发送波特率的发生器；在tclk=1时，定时器2用作串行口发送波特率的发生器。在rclk=0时，定时器1作为获得串行口接收波特率的发生器；在rclk=1时，定时器2作为获得串行口接收波特率的发生器。如图3-4所示，是定时器2波特率发生器模式的工作情况。具体与自动重装模式有很多类似，处于波特率发生器模式时，在th2溢出时，对rcap2l和rcap2h中的16位值进行重新装载，最后装入定时器2中，若需要对rcap2l和rcap2h的值进行预先的设计，可利用软件来实现。*在6时钟模式下，d=1;在12时钟模式下,d=2。模式1和模式3的波特率= 定时器2溢出速率/16 图3-4 定时器2波特

48、率发生器模式d) stc89c52中断技术介绍中断技术在产品设计中占据一个重要的地位，要求单片机能快速地响应中断请求，并快速响应、进行相关的处理操作，主要用于实时监测与控制。若需要使用该中断技术，需要利用片内的中断系统。如图3-5所示，在单片机收到中断请求后会进行判断，若允许，单片机将会停止手头上的工作，即正在执行的主程序，在这个停止的地方称之为断点，优先处理中断请求处理的相关程序。在处理完中断服务程序后，返回主程序，回到断点的位置，然后执行未完成的程序，即之前被中断的主程序。图3-5 中断响应和处理过程中断系统能够大大减少单片机花在定时查询是否有服务请求发生的相关操作上的时间。利用中断技术，

49、可以避免了单片机在查询方式中的等待现象，单片机的工作效率也因为等待现象的减少而等到很大的提高。3.1.2 lcd1602的操作时序下面是对lcd1602的操作时序进行简单的介绍：表3-5 基本操作时序 1602的基本操作时序可参考表3-5，l为低电平，h为高电平。图3-6 写操作时序写指令字时，rs变为低电平，r/w变为低电平，把数据送到数据口db0db7，接着e一个上升沿后，将数据写入db0db7，e下降沿后结束；写入数据字时，rs变为高电平，r/w变为低电平，把数据送到数据口db0db7，然后e一个上升沿，将数据写入db0db7，最后e下降沿之后结束。图3-7 读操作时序读状态时，rs变为

50、低电平，r/w变为高电平，接着e一个上升沿后，读取d0d7数据，然后e下降沿之后结束；读数据时，rs变为高电平，r/w变为低电平，接着e一个上升沿后，读取d0d7数据，然后e下降沿之后结束。3.1.3 at24c02时序下面是对at24c02的操作时序进行介绍：表3-6 写周期限制写周期时间的代表符号是twr,含义是指一个写时序从有效停止信号到内部编程/擦除周期结束的这一段时间。在写周期期间总线接口电路禁能sd会一直保持在高电平的状态器件在这种情况下不会再响应外部的任何操作图3-8 起始/停止时序图在scl低电平时间周期内，仍然可以改变总线上的数据内容。一旦到了scl 高电平时间周期中，数据的

51、改变只能表示“开始”或“停止”这两种状态，而无法再发生其他的变化。如图3-8时序图所示，当scl 进入“开始”状态是由高电平变成低电平,进入“停止”状态是低电平转向高电平，而在进入“停止”状态前还会有一个确认状态ack，这时为了达到与外界通讯的目的，发生在每个字节之后的第九个时钟周期。在执行其它操作前必须先进入“开始”状态, 而“停止”作为结束标志。图3-9 应答时序图往iic总线上发送数据的设备是发送端，从iic总线上接收数据的设备是接收端，at24c02既可以作为发送端，也可以作为接收端。 如图3-9的时序图所示，可以了解到在发送数据后一直到scl第9个脉冲到之前，发送端会拉高sda，等待

52、准备从接收端发来的ack应答信号；应答信号会在接收端接收到数据后，会向发送端反馈信息，即向发送端发送一个ack信号。 在本设计当中，单片机和at24c02都有用作发送端的时候，也有用作接收端的时候。只要单片机从iic总线上接收来自at24c02发送的数据，单片机便是接收端，at24c02则是发送端。反过来，单片机通过iic总线向at24c02写入数据时，单片机就是发送端，at24c02则是接收端。如果单片机作为发送端时，当它发送完一字节的数据后，需要设置的语句是：sda=1;scl=1;scl=0 ，拉高sda，等待接收从at24c02反馈回来的应答信号。如果单片机作为接收端时，需要接收多个数

53、据，则在每接收完一字节的数据后，都需要设置以下语句：sda=0,acl=1;scl=0,向at24c02反馈信息，即发送ack信号。 如果只接受一个字节的数据，那么就不发送应答信号，这个时候，需要将sda置高，设置的语句：sda=1图3-10 字节写时序（一）字节写如图3-10所示，处于字节写的模式时，主器件会给从器件发送起始命令和地址信息，然后等待从器件接收数据并发送ack信号，等待完成后，主器件会再一次向从器件发送信息，这次的时关于at24c02的字节地址的信息。继续等到接收到ack信号之后，又会往被寻址的存储单元发送数据，再接收到ack信号后，主器件便会产生停止信号，进入“停止”状态。开

54、始擦写内部数据，在这期间，at24c02不会应答主器件的所有请求。图3-11 页写时序（二）页写 at24c02在页写模式下，可以一次性写入16个字节的数据。如图3-11所示，页写的操作在传送单个字节的过程与字节写很相似，区别在于传送完一字节数据后并不会进入“停止”状态，会继续传送下一个字节的数据。在发送这16个字节的过程，at24c02在主器件每发送完一个字节的数据后，便会产生一个应答位并保持字节数据地址高位不发生变化，低位+1。如果主器件从“开始”状态进入到“停止”状态的过程中前，发送的字节数据超过16个后，地址计数器将自动翻转，超出的部分会覆盖之前已经写入的数据。at24c02在接收到1

55、6字节数据和主器件发送的停止信号后，将会启动内部写周期把数据写到数据区。在一个写周期内，会将所有接收到的数据都写入其中。（三）读操作 at24c02读操作的初始化方式与写操作的相同，只需要使r/w为1。读操作方式具体可分为三种，下面是对这三种方式进行简单地介绍。图3-12 立即地址读时序图（四）立即地址读 立即地址读是从at24c02最后操作字节的地址上加1，再继续输出数据。地址数值达到上限时，计数器会自动翻转，即上次最后操作的字节地址为255时，输出数据地址便会从0开始。如图3-12所示，at24c02在接收到从器件地址信号后，先发送一个ack信号，然后才会发生一个8字节的数据。在这之后，主器件不会再发生应答信号，而是直接产生一个停止信号，进入“停止”状态。图3-13 选择读时序图（五）选择性读选择性读是主器件能够读取寄存器任意字节的操作。具体的过程如图3-13所示，主器件被要求发送一个关于起始信号