课程设计说明书参考(共28页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上 课程设计(论文)说明书题 目： * 院 （系）： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 2011 年 12 月 6 日摘 要 在我们的日常生活中，门锁扮演着一个重要的角色。无论是在住宅还是办公室中，门锁保卫着我们的人身和相关隐私的安全。随着社会的发展，人们对锁的要求也越来越高，除了安全性之外，更要求钥匙的便携性和使用方便。传统的机械锁却有着明显的缺点，门锁易遭专业工具破坏，钥匙易丢失和被复制等等。在这样的背景下，电子密码锁应运而生，弥补了机械锁的缺陷，也满足了人们的高要求。对于电子密码锁，其具有安全性高、成本低、功耗低、

2、易操作等优点，带防盗报警的电子密码锁更是有逐渐取代机械防盗锁的趋势。基于以上思路，并从经济实用的角度出发，本设计使用AT89C51实现一基于单片机的电子密码锁的设计，结合外围的键盘输入、LCD显示、报警、开锁、GSM模块等。其具有以下功能特点：具有友好的显示界面，可以提供丰富的提示信息；具有时间显示功能，掉电后密码不丢失的特性；在输错3次密码的情况下，会锁定键盘和发出声音报警，还可以扩展GSM短信报警功能，通知远程用户；具备密码找回功能，当用户忘记自己所设定的密码时，可以根据密码锁所发过来的短信信息，将其输入进密码锁中，若经过确认是正确答案，便可设定新密码和问题的答案。关键词：单片机；液晶显示

3、；键盘；电子密码锁；GSMAbstractIn our daily life,the door lock playing an important role to protect us.Whaterever in residential or office,the door lock defends our security and related personal privacy. With the development of the society, people has higher requirement for the lock. In addition to the securi

4、ty, people require the keys have portability and the convenience of use. The traditional mechanical lock has obvious disadvantages, door lock is easy damaged by professional tools, and the key is easily lose and copied, and so on. In this background, electronic lock came into being,It makes up the d

5、efects of the mechanical lock, also meet the high demands of the people.For electronic coded lock, it has the advantages of high safety, low cost, low power consumption, easy operation, etc. The electronic lock with anti-theft alarm but also has a tendency to gradually replace the mechanical anti-th

6、eft lock. Based on the above ideas, and from the perspective of economic and practical, This design uses AT89C51 implement a microcontroller-based design of electronic locks.It combined with the external keyboard, LCD display, alarm, unlock and GSM circuit modules. Its function has the following cha

7、racteristics:It has friendly display interface and can provide rich prompt message.It has the function of display the current time,and wouldnt lost the stored information when power is off. In case of inputting the wrong password 3 times, it would lock the keyboard and sound the alarm. It also can e

8、xtend the GSM SMS alarm function, and inform the remote user.On the other hand,the design has password recover function.When the user forgot the password,he can according the SMS which send by the electronic lock,and input the information into the electronic lock.If the information is correct after

9、the confirmation,you can set a new password or the new answer to the question.Key words：Single Chip Microcomputer；LCD Display；Keyboard；Elcetronic Coded Lock；GSM目 录专心-专注-专业引言 随着科技的发展，在当今的社会上，人们越来越重视对安全的需求，而且要求也越来越高，无论是对人身，财产还是个人隐私，几乎所有的一切都与安全挂上钩。日常生活和工作中, 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。

10、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。此外，传统的机械锁，由于有锁孔在外，也给盗贼的破坏带来可乘之机，可以使用一些专门的开锁工具进行开锁。在安全技术防范领域，随着单片机的问世，出现了带微处理器的密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化、科技化等功能，从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性。电子密码锁带来了无钥匙的解决方案，使得人们的出行也更加的方便，也解决了密码丢失而导致的各种各样问题，同时也防止了钥匙的复制问题。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。在科学技术不断发展的今天，电子密码防盗锁作为防

11、盗卫士的作用也日趋重要。电子密码锁是集计算机技术、电子技术、数字密码技术为一体的机电一体化高科技产品，具有安全性高，使用方便等优点。 因而现在的电子锁的主要趋势是形式多样化，开锁的认证越来越缜密化，使用更人性化。如何尽可能的降低生产成本，并制造出符合人们使用习惯的电子密码锁，是如今的研究方向。而本文以单片机作为主要的设计，正是遵从了成本尽可能低，而达到主要日常功能的一个思想。 本设计具有较高性价比的密码锁，价格低廉而实用。以单片机作为主控的解决方案，键盘、显示、报警电路、执行开锁机构等部分构成。其中密码由键盘输入端口输入，解码正确条件下，输出开锁电平，控制电控锁开启。同时还具有多次输错报警，锁

12、定键盘，超时输入自动返回主界面等功能，还可扩展GSM短信报警功能。1 绪论 电子密码锁简而言之就是一种普通而实用的锁，只不过其由机械开锁转变成了其他触发形式的开锁，因而更具有安全性。本章则主要介绍的是本设计的一些特点以及电子密码锁的一些背景和主要市场应用前景。1.1 电子密码锁的研究意义 锁是置于可启闭的器物上,用以关住某个确定的空间范围或某种器具的,必须以钥匙或暗码打开的扣件。锁具发展到现在已有若干年的历史了，人们对它的结构、机理也研究得很透彻，因此，不用钥匙就能打开的方法和工具也层出不穷。现代人类文明社会里，由于社会中各种矛盾冲突十分剧烈，人们的思想道德观念，价值观念，文化修养水平等差异，

13、群众中良莠不齐，那些毫无道德观念的盗贼却想方设法利用高科技手段撬门开锁，使广大居民防不胜防。因为传统锁具都存在致命的弱点： 第一、 锁芯采用常见的铜、铝、锌等材料，抵抗不了强力破坏； 第二、 锁具制作工艺，技术落后，无法阻止技术手段的开启。 目前，市场上很多国内外的锁具，实际上都不具备真正的防盗功能。在惯偷面前，两根钢丝或几件简单的工具就可以把这些锁打开，有的惯偷甚至公开扬言：“没有我打不开的锁。”其实，不是他们多高明，而是一般锁具技术原理太过简单。面对这一残酷的现状，新时代提出了锁具必须革命的迫切的要求。 因而对于电子密码锁的研究在生活中有着重要的意义，同时也是门锁发展历史上必须经历的一个替

14、代过程。1.2 电子密码锁的应用与前景 出于安全、方便等方面的需要，许多电子密码锁已相继问世，例如磁卡锁、声控锁、指纹识别、IC 卡识别等等。但这类产品的特点是针对特定有效卡、指纹或声音有效，且不能实现远程控制，只能适合于保密要求高且仅供个人使用的箱、柜、房间等。而且卡片式IC 卡还有易丢失等特点，加上其成本一般较高，一定程度上限制了这类产品的普及和推广。 电子密码锁产品前景广泛，可应用于家用及商用防盗门、保险柜，汽车，军事等领域，目前，在西方发达国家，电子密码锁技术相对先进，种类齐全，电子密码锁已经被广泛应用于智能门禁系统中，通过多种更加安全，更加可靠的技术实现大门的管理。我国电子锁整体水平

15、尚处于国际上70年代左右，电子密码锁的成本还比较高，市场上仍以按键电子锁为主，但假以时日定能与西方发达国际起头并进。 1.3 本设计的特点 本设计采用了以AT89C51单片机为微处理器的方案，单片机是常见的器件，而价格较为便宜，且足以胜任处理密码比对以及修改的处理工作。电源采用的是12V和5V直流电源，因为市面上大多数电磁锁的驱动电压都是在12V，可以提供足够的驱动力。为防止断电后密码随之丢失的问题，本次设计则采用了AT24C08的EEPROM的存储器件，其具有快速的反复读写功能，容量也达到1K，因此满足了本设计对于密码的读写和掉电防丢失的要求。显示模块采用了LCD1602模块，能够显示16x

16、2的英文字符，对于本系统中的操作信息提示，可以充分的显示出来，以达到简单易用，上手即会，界面友好的功能。此外，为了贴近生活化，增加了时钟电路，可以在主界面上显示当前的日期以及时间，相当于一个万年历的功能，并且即使在断电后，仍然能够继续走时，用户不必担心时间重新调整的问题。为了使功能更加全面，增加了GSM模块，可达到远程短信报警功能，当输错密码次数达到三次时便会发送报警短信，使得即使远在外地的主人也可了解目前最新的安全状况。 上述是本设计的硬件方面的一些特点，而对于软件功能的实现上，则具有以下的特征： （1）密码隐私的保护：在用户输入密码的时候，LCD显示屏上不会直接显示明文的数字密码，而是以*

17、号来遮挡，保护了用户在输入时的密码的安全性。 （2）设定密码的长度：用户可以自行设定1-8位的密码，从而使得非法进入可能性达到最小，即无法判断出密码的长度及其排列组合。然而出于对用户的安全性上的考虑，我们推荐使用6位以上的密码。 （3）报警和锁定键盘输入：本设计最多允许3次密码输入错误，当未授权的人士输错3次密码的时候，锁自身会发出警报并且锁定键盘30秒，防止其连续性的尝试输入，更好的达到防盗要求。 （4）密码的遗忘和找回：当用户忘记了密码的时候，本机具有找回密码的功能。在用户连续输入错误达到3次时，键盘为锁定状态，而此时只有用户知道有一个键是“找回密码”的按键。用户可以按下此键，并根据所提问

18、题回答出正确答案，便能达到下一步，选择修改密码或者问题的答案，并可以扩展至GSM发送短信找回密码。 （5）密码的设定：用户要想达到修改密码的功能，必需得先输入之前设定的旧密码，如果输入错误是不能进入修改密码的界面的，同时也有3次输错的键盘锁定。新密码的设定，则需进行两次确认，防止用户误操作而导致的问题。 （6）界面友好:主界面显示当前时间和日期；当有按下任意数字键时，便会进入输入密码的界面，输入完整后下确认键，将会开锁；基本上每个操作步骤都有提示信息。 （7）远程报警：增加了GSM短信报警模块，当有人企图尝试输入密码并且错误次数达到三次时，密码锁将会发送报警短信至主人的手机上，从而得知远程密码

19、锁此时的状态，主人便能采取相应措施，或立即回家处理或打电话报警。2 系统整体方案设计2.1 设计目标与框图 本设计的目标是完成任务书中的基本要求，即可以实现时间日期的显示，密码的输入与确认，修改已设定的密码，超次数输入错误锁定键盘并有声音报警。除此之外，为了扩展功能与贴近实际生活，还增加了GSM短信远程报警和找回密码的功能，其中的密码找回功能，是指密码锁发送验证短信至用户手机上，以找回遗忘的密码。 本设计所使用的模块主要有：矩阵键盘输入模块，LCD1602显示模块，AT24C08掉电存储模块，时钟电路，复位电路，GSM模块等等。其框图如图1所示。 图1 系统框图2.2 主控部分的选择 本设计采

20、用的主控部分是常见的单片机AT89C51，实现控制与处理的功能。单片机具有资源丰富、速度快、编程容易等优点。利用单片机内部的随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）及其引脚资源，外接液晶显示（LCD），键盘输入等实现数据的处理传输和显示功能，基本上能实现设计指标。 此外，根据一些参考资料，电子密码锁还可以用数字逻辑电路的方式来实现，但是该方案的扩展空间有限，功能上也有局限性，不如选择单片机AT89C51的方案更全面，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，还能添加温度显示、时间显示甚至添加遥控控制功能。 综上所述，本次设计优先选择了以单片机作为主控

21、的方案。2.3 整体设计思路由于日常的密码形式都采用数字格式，便于用户的输入和记忆，因而使用了4*4的矩阵键盘，用线反转法检测用户输入的键值，其在单片机上也仅使用了8个I/O口，节省管脚资源，符合本次设计；而显示部分采用LCD1602模块，可以显示2行和每行16个英文字符，满足显示要求，而且也仅占用11个单片机I/O口，操作命令也较为简单；报警电路采用有源蜂鸣器，报警时只需控制单片机的一个I/O口的高低电平，便能达到目的。电源电路，可以采用5V直流电压工作，也可使用12V直流电压工作。本设计中有将12V降至5V的稳压电路，以满足单片机的工作需求，当使用12V电压时，可以给电磁锁供给12V的电压

22、，因为多数电磁锁使用这个数值。单独留出单片机的串口，可以扩展功能，本设计为了拓展其他功能，使用串口RXD，TXD与GSM模块通信，实现了三次输错密码短信报警功能。为了显示时间与日期，采用DS1302时钟芯片，此芯片封装为8脚，其中的3个管脚负责与单片机通信，既节省资源又满足需求。而掉电存储密码的芯片为AT24C08，其有高达1K的空间，并使用I2C总线形式与单片机通信，简单而实用，保护了用户的密码安全。总体上说，本设计的方案简洁而实用性强，遵循了尽可能减少成本和占用单片机I/O口的原则，同时也可使得元器件的摆放更为合理。3 硬件系统设计 3.1 系统芯片介绍3.1.1 单片机AT89C51功能

23、介绍 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。 AT89C51提供以下标准功能：128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时器/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至

24、0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。以下AT89C51具体的管脚功能介绍，管脚如图2所示。图2 AT89C51管脚图 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

25、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

26、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，如表1所示： 端口 其他功能 说明 P3.0 RXD 串行口的接收引脚 P3.1 TXD 串行口的传送引脚 P3.2 INT0 INT0中断输入

27、 P3.3 INT1 INT1中断输入 P3.4 T0 Timer0输入 P3.5 T1 Timer1输入 P3.6 WR 写入外部存储器控制引脚 P3.7 WD 读取外部存储器控制引脚 表1 AT89C51的P3口特殊功能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

28、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1

29、2V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。3.1.2 时钟芯片DS1302介绍 DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背

30、电源进行涓细电流充电的能力。 （1） 引脚功能及结构 图3示出DS1302的引脚排列,其中VCC1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由VCC1或VCC2两者中的较大者供电。当VCC2大于VCC10.2V时，VCC2给DS1302供电。当Vcc2小于VCC1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RS

31、T为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在VCC2.5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)，后面有详细说明。SCLK始终是输入端。 图3 DS1302引脚图（2）DS1302的控制字节 DS1302 的控制字如表2所示。控制字节的最高有效位(位7)必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据;位5至位1指示操作单元的地址;最低有效

32、位(位0)如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。 1RAM A4 A3 A2 A1 A0 RD 表2 DS1302的控制字节（3）数据输入输出(I/O) 在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。 （4）DS1302的寄存器 DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式,其日历、时间寄存器及其控制字见表3。表3 日历,时间寄存器及其控制字寄存器名

33、命令字取值范围 各位内容写操作读操作76543210秒寄存器80H81H 0-59CH 10SEC SEC分寄存器82H83H0-590 10MIN MIN小时寄存器84H85H01-12或00-2312/24010/APHR HR日期寄存器86H87H01-28,29,30,310010DATE DATE月份寄存器88H89H 01-1200010M MOUTH周日寄存器8AH8BH 01-0700000 DAY年份寄存器8CH8DH 00-99 10YEAR YEAR此外，DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺

34、序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。 DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0HFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。3.1.3 AT24C08存储芯片 AT24C08是美国Atmel公司的低功耗CMOS型E2PROM，内含1K8位存储空间，具有工作电压宽(2.55.5 V)、擦写次数多(大于10000次)、写入速度快(小于10 ms)、抗干扰能力强、数据不易丢失、体积小等特点。而且他是采用

35、了I2C总线式进行数据读写的串行器件，占用很少的资源和I/O线，并且支持在线编程，进行数据实时的存取十分方便。AT24C08中带有的片内地址寄存器。每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加1，以实现对下一个存储单元的读写。所有字节均以单一操作方式读取。为降低总的写入时间，一次操作可写入多达8个字节的数据。I2C总线是一种用于IC器件之间连接的二线制总线。它通过SDA(串行数据线)及SCL(串行时钟线)两根线在连到总线上的器件之间传送信息，并根据地址识别每个器件。 AT24C08正是运用了I2C规程，使用主从机双向通信，主机(通常为单片机)和从机(AT24C08)均可工作于接收器和发送器状

36、态。主机产生串行时钟信号(通过SCL引脚)并发出控制字，控制总线的传送方向，并产生开始和停止的条件。无论是主机还是从机，接收到一个字节后必须发出一个确认信号ACK。AT24C08的控制字由8位二进制数构成，在开始信号发出以后，主机便会发出控制字，以选择从机并控制总线传送的方向。 图4 AT24C08引脚图 图4中AT24C08的1、2、3脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址。在AT89C51试验开发板上它们都接地，第8脚和第4脚分别为正、负电源。第5脚SDA为串行数据输入/输出，数据通过这条双向I2C总线串行传送。第7脚需要接地。AT24C08的写操作：先由主机发送起始命令，再发送送器件地址

37、，当主机接收到器件的ACK应答后，便继续发送内部字节地址，当接收到ACK应答后继续发送数据，当8位数据发送完毕之后，主机接收到器件的ACK应答，在发送停止信号。AT24C08的读操作：内部地址计数器存放着上一次访问时最后一个地址加1的值，只要芯片有电，该值就被保存。当读到最后页的最后字节，该地址变为0；当读到某页的页尾时，该地址转向该页页首。AT24C08的具体起始和终止信号时序如图5所示。图5 起始信号和终止信号及应答信号的时序3.1.4 LCD1602显示模块 1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块 它有若干个5X7或者5X11等点阵字符

38、位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔 每行之间也有也有间隔 起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此 所以他不能显示图形。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。LCD1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如下表4。编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极表

39、4 LCD1602的引脚接口说明 第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚

40、：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。1602液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图6是的内部显示地址 图6 1602内部显示地址3.1.5 TC35i GSM模块 TC35i 新版西门子工业GSM 模块是一个支持中文短信息的工业级GSM 模块,工作在EGSM900和GSM1800双频段,电源范围为直流3.34.8V ,电流消耗休眠状态为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA(平均)，2.5A峰值；可传输语音和

41、数据信号, 功耗在EGSM900(4类)和GSM1800(1类)分别为2W和1W ,通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM 卡读卡器和天线。SIM 电压为3V/1.8V，TC35i 的数据接口(CMOS 电平)通过AT 命令可双向传输指令和数据,可选波特率为300b/s115kb/s , 自动波特率为1.2kb/s115kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS(Short Message Service,短消息),可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复。模块的供电电压如果低于3.3V会自动关机。同时模块在在发射时，电流峰值可高达2A。同时在此电流峰值时，电源电压（送入模块的电压）下降

42、值不能超过0.4V。所以该模块对电源的要求较高，电源的内阻+FFC连接线的电阻必需小于200m。单片机通过两根I/O口控制TC35的开关机、复位等，通过串口与TC35进行数据通信，通信速率为9600bps，采用8位异步通讯方式，1位起始位，8位数据位，1位停止位。3.2 硬件设计 本设计主要由单片机、矩阵键盘、液晶显示器和密码存储等部分组成。其中矩阵键盘用于输入数字密码和进行各种功能的实现。由用户通过连接单片机的矩阵键盘输入密码，后经过单片机对用户输入的密码与自己保存的密码进行对比，从而判断密码是否正确，然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者报警电路控制开锁还是报警。本系统共有两部分构成，即硬

43、件部分与软件部分。其中硬件部分由电源输入部分、键盘输入部分、复位部分、GSM独立模块、显示部分、报警部分组成，软件部分对应的由主程序、初始化程序、LCD显示程序、键盘扫描程序、键功能程序、密码设置程序、找回密码程序、EEPROM读写程序等组成。3.2.1 复位电路 单片机复位的原理是，在时钟电路开始工作后，在单片机的RST引脚施加24个时钟振荡电路（即两个机器周期）以上的电平，单片机便可以实现复位。一般采用外部复位电路来进行单片机复位，RST引脚保持10ms以上的高电平。在复位期间，单片机的ALE引脚和PSEN引脚均输出高电平。当RST引脚从高电平跳变为低电平后，单片机便从0000H单元开始执

44、行程序。在实际应用的电路中，一般采用既可以手动复位，又可以上电复位的电路，这样可以人工复位单片机系统。上电复位部分的原理也是RC电路的充放电效应。复位电路如图7，该电路在最简单的复位电路下增加了手动复位按键，在接通电源瞬间，电容C7上的电压很小，复位下拉电阻上的电压接近电源电压，即RST为高电平，在电容充电的过程中RST端电压逐渐下降，当RST端的电压小于某一数值后，CPU脱离复位状态，由于电容C7足够大，可以保证RST高电平有效时间大于24个振荡周期，CPU能够可靠复位。 图7 复位电路3.2.2 晶振电路 AT89C51引脚XTAL1和XTAL2与晶振及电容C8、C9按照图8所示连接。振荡

45、器用于产生单片机正常工作时所需的时钟信号。单片机采用CMOS工艺，内部包含一个振荡器，当然也允许采用外部振荡器，由外部振荡器产生时钟信号来供内部CPU运行使用。 单片机内部包含一个高增益的单机反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为片内反相放大器的输入端口和输出端口，工作频率为0-33MHz。当外接晶振的时候，电容值一般选择C1=C2=30pF，所以本设计选择了30pF的C8、C9电容，晶振采用24MHz。图8 晶振电路3.2.3 键盘电路 由于本设计中需要输入和更改密码，因此不是和采用独立按键，因为独立按键会占用单片机过多的I/O端口，所以使用了矩阵键盘的电路，提高I/O口利用率。本次使

46、用了4*4的矩阵键盘，也就是使用了4条行线和4条列线，共占用8个单片机引脚，即使用了P2口。16个按键分配为10个数字键和6个功能键。如图9所示的矩阵键盘。 图9 矩阵键盘3.2.4 LCD显示电路 由于要显示相关的操作信息，例如当需要对密码锁进行开锁时，按下键盘上的数字键09输入密码，每按下一个数字键后在显示器上显示一个*。选择LCD1602是比较好的选择。其连接方式如图10所示。如之前芯片介绍中所述，LCD1602只使用了8条数据线和3条控制线。其中P0口连接LCD的8个数据引脚（D0-D7），由于单片机的特殊性，P0口就必须接上拉电阻，本设计中为了扩展的需求，已经接了4个10K的上拉电阻

47、，所以完全满足需求。而P1口的0,1,2管脚，则是接LCD的RS、R/W、E（使能），即执行相关的指令。LCD的2与3管脚与电源和可调电阻相连，则是为了调节LCD的显示对比度。图10 LCD显示电路3.2.5 DS1302时钟芯片电路 本设计中，为了贴近生活实用，配置有单独的时钟芯片进行走时，选择了也是常见的时钟芯片，即DS1302。采用SPI三线接口与CPU进行通信。而且在断电的时候，有单独的纽扣电池给DS1302供电，保障走时的准确性。 如图11 DS1302时钟电路所示，芯片为DIP-8的封装。由于是SPI总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据，所以其管脚S

48、CLK（串行时钟）、I/O（数据输入输出）、CE（复位脚），对应于单片机的P1口4,5,6管脚连接。其工作的时钟信号由单独的晶振提供，典型应用是接32.768KHz，并接有C5和C610pF电容。而在纽扣电池与管脚8的连接上面还有C03和C04两个电容，是为了达到电源滤波的作用，使得其更稳定。 图11 DS1302时钟电路3.2.6 AT24C08存储电路 在本设计中，为了更加好的存储用户所设定的密码，选择使用EEPROM器件。即使在断电的情况下，也不会丢失数据。其I2C器件，串行数据线SDA和串行时钟线SCL构成的，即可发送和接收数据。AT24C08作为存储器件，器件地址的高4 位固定为10

49、10。接下来的3 位A2 A1 A0 为器件的地址位用来定义哪个器件以及器件的哪个部分被主器件访问，而控制字节的最低位为读/写控制，1为读0为写。其电路连接为A0，A1，A2，GND管脚接地，WP写保护管脚可悬空或者接地（表示可以进行读写操作），SCL（时钟），SDA（数据）与单片机的P34，P35口连接。如图12 AT24C08电路所示。本设计是将密码定义成数组的形式，数组长度为8，所以密码的长度必须小于等于8，密码长度保存在24C08的0xa0单元，密码中的每个数字则分别存在0x0b-0x12单元。图12 AT24C08存储电路3.2.7 报警电路 本设计的报警电路采用了简单的有源蜂鸣器作

50、为发声元件，电路较为容易，用一个普通的PNP8550三极管驱动，如图13报警电路所示。完全满足了使用上的需求。首先是报警时音量分贝足够大，密码输入错误达到三次时，发出紧蹙的声响 ，达到震慑非法进入的目的。同时，其发出的“滴”声可以作为按键按下的提示音，给使用者带来了操作上的指导，可以明确了解有按键按下。 图13 报警电路所示3.2.8 开锁电路 由于本次设计的重点在于本机的设计，对于专业性较强的电磁锁了解并不是十分充分，因为同时还要考虑到电磁锁吸和的力度及时间，加之锁的成本较为昂贵，所以出于节约成本考虑及演示效果，选择了使用继电器外接一个LED灯来代替。 LED灯亮则表示输入密码正确，门锁打开

51、；LED灭则表示门锁。继电器的电路连接如图14所示。图14 继电器开锁电路3.2.9 TC35I GSM模块作为本次设计的扩展功能，TC35I GSM是一个单独的模块，其由独立的5V/2A电源供电。它与单片机的连接是靠两条串口线，即P30（RXD），P31（TXD）以及和一条GND线（共地），单片机依靠串口与GSM模块通信，其波特率为9600bps，发送相关的AT指令和信息，以达到发送SMS到用户手机，实现报警和找回密码功能。由于TC35I是一个独立出来的模块，因而本设计中并没有绘制其原理图和PCB图，经过查阅和搜索相关资料，在此也附上其模块电路，如图15所示。图15 TC35I GSM模块3

52、.3.0 电源模块 本次设计中，既可以使用5V直流电进行供给，也可以使用12V的直流电源，因为板子上有12V转5V的稳压电路。之所以多出这个设计，是因为可以更方便地给单片机供电，此外，因为多数密码锁的工作电压在12V，所以使用12V电源可以给其正常工作。但由于电磁锁比较昂贵，出于节约成本的考虑，暂时用LED代替。 图16 电源电路如上图16所示，电源电路中使用了AMS1117稳压芯片，可将12V转为5V，而与其连接的电容，则是起了滤波的作用，使得电压更为平滑。4 软件程序设计 本次设计的电子密码锁程序并不算特别复杂，由几个相关程序构成，这包括主程序，设置密码程序，开门程序，找回密码程序等等。在

53、编写程序的过程中，使用的是Keil4软件，因为常用的单片机程序设计编译软件都是使用它。4.1 主程序流程图图17 主程序流程图如图17 主程序流程图，开始接上电源，程序进行初始化设置，这设置包含设置相关定时器初值，开中断，LCD显示初始化等等。然后程序在一个while循环中不断的循环，期间有满足不同条件的if语句时，则跳转至相关函数去执行，如修改时间，修改密码，开锁，以完成不同的功能。 在主程序流程图中，已经尽可能的把整个主程序的运行过程给绘制出来了，如图所示。4.2 找回密码程序 当输入密码错误次数达到三次时，将会进入键盘锁定和报警的一个状态。而此时，只有用户知道有一个按键未被锁定，而是用于

54、找回密码所用的按键。当按下这个按键的时候，屏幕将会显示“ask the question”的提示，询问用户问题的正确答案。同时，单片机将存储于内部的正确答案以短信的形式发至用户绑定的手机上，用户手机收到短信后，根据内容输入至密码锁中，按下确认键以确定。若正确，则会跳至一个新的界面，用户可选择是更改一个新的密码还是更改提问的答案，并进入相关界面进行操作；若所回答的答案是错误的，则返回锁定等待的界面，直到锁定时间走完方，可再次尝试输入密码。如图18 为找回密码程序流程图。开始键2？键1？正确？输入答案发送短信显示问题 锁定键盘继续等待返回输入密码NY更改密码NY输入答案NY图18 找回密码程序流程图4.3 键盘扫描程序 键盘作为本次设计的输入密码的关键模块，采用矩阵键盘和线反转扫描方法，先将