基于51单片机电子密码锁设计

1、    基于51单片机电子密码锁设计    李凯丽+樊建强【摘要】 本论文采用at89s51单片机作为主控芯片，密码程序采用c51语言实现，使用3-8译码器和数码管相互结合实现密码显示。数码管以“-”实时显示当前输入密码个数。密码输入正确正常显示，表示密码正确指示灯亮；密码输入错误时，表示密码错误指示灯亮，继而蜂鸣器发出警报声进行报警。【关键词】 at89s51单片机 c51语言 3-8译码器 数码管引言传统锁在安全方面有很多隐患，为了保证人们的生命财产安全，提高锁的安全等级非常必要，现如今越来越多的人开始应用安全信息系统，在财产安全、隐私保护、机密保护

2、等方面的需求非常迫切。在此我们研究了电子密码锁，电子密码锁种类繁多，既有简单的电路控制产品，又有复杂基于芯片的控制部分和外围电路部分、机械部分等性价比高的产品。随着电子技术的更新换代，电子锁具的发展也异常迅速1，我们可以结合各种电子密码锁开锁信息，对研究电子密码锁产品的多样化发展具有非常重大的意义。一、设计方案选择电子密码锁设计的主控芯片使用单片机，硬件电路还包括数码管显示模块、声光报警模块、键盘扫描模块等，为了能够将电子锁的相关作用充分发挥出来，需要实现以下功能。（1）使用数字键盘实现密码输入。当按键顺序与设计值相符合，并且字符数相等时，可以将锁打开。（2）键盘锁定和报警。首次密码输入错误，

3、数码管显示错误提示，密码输入次数超过设定次数，蜂鸣器报警的同时锁定键盘。（3）输入密码功能。当按下一位数字键时，最右边的数码管显示一个“-”，同时将已经输入的所有“-”依次向左移动一位。（4）清除密码功能。按下清除键时清除输入的所有值并清除所有显示。二、基于51单片机的电子密码锁硬件电路设计通过对电子密码锁进行研究，在此选择at89s51 单片机作为主控模块、使用4×4 键盘输入密码、采用74ls47、74ls138 和三极管设计显示模块与声光报警模块。电子密码锁的硬件电路设计系统框图如图1所示。基于51单片机的电子密码锁硬件电路主要利用键盘对各个模块进行扫描，在完成数据显示同时也能

4、对密码进行修改，通过扫描相应模块来完成输入工作。在完成输入工作后，显示模块能够为我们提供所需数据，然后利用声光报警系统对密码输入情况进行判别：红灯为正确；绿灯及声音为错误。本文所设计的基于51单片机的电子密码锁硬件电路包括四部分，分别为扫描模块、控制模块、显示模块以及报警系统。2.1键盘扫描模块电路设计扫描模块主要是对键盘扫描模块电路进行设计，通过4×4 扫描键盘对按键及按键位置进行判别。在按键后，按键位置的行线及列线能够接头，使得开关之间接通。在电路中扫描到按键后，及时对其使用软件进行抖动，利用软件计算时间的延迟，进而得以错过抖动时间，完成输入。2.2单片机控制模块电路设计控制部分

5、选择at89s51单片机控制模块来完成，单片机能够在该系统中完成显示、报警等一系列的功能，采用的芯片属于直插式的集成电路2，有4 个八位的并行双向i/o 端口，分别记作p0、p1、p2、p3。第20 引脚为接地端；第40引脚为电源端；第31 引脚通过接高电位来选择合理的存储设施；第18、19 脚处连接晶振（工作频率为12mhz），其主要作用是产生时钟信号；第9 脚为复位脚，该处接通高电位时，能够中断单片机的运行状态。p0 口连接的是声光报警器， p2 口连接译码器通过动态扫描来实现数码管的驱动，该译码器可以同时驱动六个数码管，p1 口与16 个阵列式按键相连实现对键盘的扫描。我们利用编程来实现

6、数码管的驱动及数据显示，然后，在设置相关的一些指令来实现数码管的动态显示及报警提示等3。2.3声光报警模块电路设计当按下开锁指令后，数码管会显示相应的数组，当数字相等指示灯颜色显示绿色，输入正确；反之，数值与密码不符，指示灯颜色显示红色，并且会触发蜂鸣器的反应。2.4数码显示模块电路设计图2是数码显示模块，它包括74ls47、74ls138两个译码器及6个8段数码显示管。系统中的数据由编码器传送，然后该数据会分别由两个不同的译码器进行译码，再利用显示管将数据分别显示出来4。在该系统设计当中，p2口低4位连接74ls47译码器，然后根据译码器的属性选择数码管，在此选择共阳极数码管类型的七段译码器

7、。at89s51通过不同接口输出的相应数据5，在经过译码器处理后能显示出不同数字，需要注意的是，译码器与数码管之间还应当设置限流电阻，避免电流过大时数码管出现损坏现象。p2.4-p2.6 口接于74ls138译码器的三个输入端，这个译码器的输出端连接在公共极上，利用三极管与数码管来实现。然后根据不同端口输出量对译码器进行控制，通过译码器点亮相应的数码管，三极管在该系统中能起到控制的功能，通过芯片来对数码管进行动态的扫描显示。三、系统软件部分设计电子密码锁系统中密码程序使用keil uvision4软件进行程序编写，电路采用proteus professional v7.5 sp3进行仿真。具体

8、操作流程如下，通过扫描键盘对系统中的各项功能进行控制，对于系统的初始密码设置来说，我们可以利用数码管来完成显示，然后通过按键进行输入，并且在键盘中，我们还可以设置3个按键来对密码进行修改、显示以及开锁功能进行操作6。当操作人员按下开锁按钮以后，数码管的显示数值同设计值相同时，绿灯亮；反之，红灯亮，蜂鸣器发出声响，触动报警装置。 当单片机复位以后，系统会启动初始化，将初始密码存放到设定的几个单元当中（40h45h），然后重新选择六个单元（30h35）存储数码管的数据，在设置完成后，系统开始自检，当自检完成以后启动扫描程序，对键盘开始扫描，当键盘中的按键触发相应程序后，能够将后设置的密码数据显示到

9、数码管中。数码管显示完成后可以重复启动子程序扫描键盘，该过程循环进行。四、 电子密码锁硬件电路测试分析4.1 硬件电路测试数码管在程序启动后显示“-”，等待输入密码。输入密码后，f会逐渐左移，一旦密码错误操作人员按“clr”键能够对已输入的密码进行清除，重新进行输入。密码正确后，数码管显示“pass”， 如图3所示，并且led灯显示绿色，电路自动完成开锁开始运行。如果密码错误，数码管会显示 “error1”，如图4所示，密码连续输入三次错误后，系统的报警系统会自动触发，led灯显示绿色，并且蜂鸣器开始发声报警，然后键盘自动锁死，停止相关操作。找到键盘中的“lock”键来对密码锁进行锁定。数码管

10、恢复初始“-”，黄色指示灯亮起。4.2系统在仿真调试可能存在问题及处理措施分析当操作人员没有输入密码或密码输入位数不够时按下“enter”键，数码管界面为 “false”，导致不能正常返回初始界面。解决办法：“enter”键跳转时，跳转到开始即可。当操作人员输入正确密码并按下确认键，数码管会输出通过指令，如果操作人员继续操作按下“clr”键，屏幕上显示“error1”，触发系统的报警装置，同时数码管不能继续工作。产生这种现象的主要原因是由于跳转故障，我们可以添加一个标志帮助数码管正常工作。如果系统处于运行状态中，用户开启密码锁后重新对其进行上锁，在完成相关操作后，该系统能够完成上锁指令，但是在

11、上锁前系统的报警装置自动启动，数码管显示的是密码错误指令。产生这种故障的主要原因是由于系统的运行速度快，造成键盘的按键恢复不及时，扫描系统会重新对按键进行检测，“lock”的重复操作会造成系统运行出现故障。针对这种现象，我们可以在完成按键后，等待一段时间，当按键恢复后，再执行相关的指令。五、结论本次设计的基于51单片机的电子密码锁硬件电路中采用at89s51单片机作为主控芯片，密码程序采用c51语言实现，使用3-8译码器和数码管，相互结合实现密码显示。数码管可以实时显示当前输入密码个数。密码输入正确正常显示，表示密码正确的指示灯变亮；密码输入错误时，表示密码错误的指示灯变亮，且蜂鸣器发出声音进

12、行报警。该电子密码锁运行安全可靠，维护方便。参 考 文 献1 李力.双处理器控制数字化焊接电源单片机系统m.天津：天津大学出版社， 2007：18-21.2 周润景，张丽娜，丁莉.基于proteus的电路及单片机设计与仿真（第2版）m.北京：北京航空航天大学出版社，2003： 49-513 李广第等.单片机基础m.北京：北京航空航天大学出版社，2001：03-06.4 v.yu. teplov，a. v. anisimov. thermostatting system using a single-chip microcomputer and thermoelectric modules based on the peltie