基于单片机密码锁的设计剖析

1、毕业设计说明书基于单片机电子密码锁的设计学院：专业：学生姓名：学号：指导教师：2014年6月摘要摘要本次设计题目为遥控电子密码锁的设计，与传统锁相比，电子密码锁具有非常多的优点：操作简单，易于编程等，因而也具有更广阔的市场应用前景。这次毕设采用8051做为核心，加上各种外接电路实现要求的各种功能，例如：矩阵键盘电路、红外接收和发射电路、LCD屏显示器等等，密码锁的功能包括设置原始密码、实现本机开锁、8到10米遥控开锁、密码错误3次报警报警、修改密码的能力。下面的论文比较详细说明了遥控密码锁的硬软件电路电路设计、总机电路图，个人认为设计的难点在于红外线的发射和接收，如果使用传统的编码器、解码器就

2、会使是系统变得异常复杂，故我们应该打破传统思维的限制利用现代化技术找到一种可以替代的简单技术来解决问题。这种新技术是应用单片机来调制红外线信号，然后用红外发射管发射出去。本机接收部分用HS0038器件，它是接收周期约为26us,频率约为38KHz的信号，它能够一次性完成模拟电路的分立元件完成的对信号的接收、放大等，HS0038输出白是TTL信号，可以直接输入单片机进行处理。这个原件会使本机接受部分电路的设计变得简单，使用方便，降低了成本。本次设计的的电子密码锁的实用性非常强，比如它能够用在家里和仓库的门上也可以用在保险柜或者汽车门上，并且这种所比较传统的机械锁更加安全保障。实际的生活和生产中，

3、我们可能会碰到许多对身体健康有害的环境：有害气体、辐射等等，因此采用遥控的方式开锁既可以最大限度的隔离各种电气干扰。关键词：安全、密码锁、红外遥控IAbstractAbstractThisdesigntitledinfraredremoteelectroniclocksdesign,comparedwiththetraditionallocks,remoteelectroniclockshavealotofadvantages:easytooperate,easytoprogram,andthusalsohaveabroadermarketprospects.Theremoteelectron

4、iclocksdesignedintotwomodules:thetransmittermoduleandreceivermodule.TheentiresystemtoAT89C51core,pluskeyboardcircuit,crystaloscillatorcircuit,infraredreceivercircuit,alarmcircuit,infraredtransmittercircuit,displaycircuitandotherperipheralcircuitstoachieve,withthedefaultsixoriginalpassword,themachine

5、lock,remotekeylessentry,passwordinputerroralarm,changepasswordsandotherfunctions.Thefollowingpaperintroducestheoveralldesignoftheinfraredremoteelectroniclocks,hardwarecircuitandsoftwarecircuit,difficultypersonallythinkthatdesignisaninfraredtransmitterandreceiver,ifyouuseatraditionalencoders,decoders

6、willmakethesystembecomeabnormalcomplex,itmustfindanewwaytosolvetheproblem.Partofthelaunchtomodulatethesignalusinglight-emittingdiodestoemitinfraredlight.ReceiversectionusesintegratedreceiverHS0038,itreceivesafrequencyof38KHZ,aperiodof26us,itcanbearemotecontrolsignalreception,amplification,detection,

7、plasticrolledintoone,andtheoutputoftheitcanbeidentifiedTTLsignal,therebygreatlysimplifyingareceivingcircuitdesignandcircuitcomplexity,easeofuse.Thedesignoftheelectroniclockspracticalityisverystrong,suchthatitcanbeusedathomeandwarehousedoorscanalsobeusedinthesafeorcardoor,andthisthemoretraditionalmec

8、hanicallockmoresecurity.Inindustrialproduction,wewillencounteravarietyofenvironments:harmfulgases,radiation,etc.,soawaytounlocktheremotecontroltomaximizeboththeisolationofvariouselectricalinterference.Keywords:security,passwordlock,infraredremotecontrol.n目录目录摘要IAbstractIII目录IV第一章绪论11.1 设计的背景及其意义11.2

9、 电子密码锁的研究现状21.3 红外通信概述31.4 设计的要求及其指标41.4.1 主要设计内容41.4.2 主要设计指标及其参数4第二章系统总体方案设计52.1 整体设计思路52.2 硬件电路设计方案52.2.1 遥控发射部分设计52.2.2 本机接收部分设计63.1 AT89C52单片机83.1.1 AT89C52简介83.1.2 AT89C52的引脚功能83.1.3 晶振电路设计103.1.4 复位电路113.2 电源电路123.3 红外发射电路143.3.1 红外对管简介143.3.2 红外发射电路143.4 红外接收电路设计153.4.1 HS0038概述153.4.2 红外一体化

10、接收头的特性：163.4.3 红外接收电路图173.5 键盘电路173.5.1 矩阵键盘原理173.5.2 矩阵键盘原理图183.6 显示电路193.7 报警电路设计203.8 电磁锁部分电路21第四章软件设计234.1 系统发射部分的软件设计234.1.1 主程序流程图234.1.2 延时10ms子程序244.1.3 键盘扫描程序244.1.4 红外发射程序264.2 主机接收部分程序设计284.2.1 主程序设计28IV目录4.2.2 红外接收程序284.2.3 密码识别子程序304.2.4 报警部分程序304.2.5 显小子程序314.2.7 修改密码子程序32第五章结论34参考文献35

11、致谢错误！未定义书签。附录I:总机电路图36附录H:主要源程序代码38IV第一章绪论第一章绪论1.1 设计的背景及其意义我们都知道，锁具自古以来就在人类的生活中扮演者重要的角色，密码锁是锁中的一类，开锁的时候用是一长串的数字或者英文字母。密码锁的密码往往是数字或者字母的组合，有些密码锁只有一个机械式的转盘，它能够转动锁内的凸轮或者锁内的其它装置。还有些密码锁直接转动几个带有数字的轮盘，可以拉动锁内部的装置。而随着社会的进步，高新科技的发展，各种高度机密文件越来越多，偷盗事件越来越频繁，而偷盗的技术也越来越高明，但人们的安全意识也在不断加强，人们也在寻找各种方式来加强安全性。传统的机械锁的缺点是

12、显而易见的，比如：安全不好、投资成本高等等。近些年来在防盗产业中出现了一种新型的电子密码锁，它们在各种场合逐步替代了已成为非主流的机械锁，尤其是伴随着微电子和集成电路技术的飞速发展，特别是单片机的广泛应用，人们可以更简单的设计密码锁，这种密码锁和之前流行锁具相比具有相当多的优势，如：易于控制、功耗和成本低等。我们这里要设计的红外遥控电子密码锁具有远距离遥控的功能，它面向更广阔的市场，而且它的安全性和可靠性使得它有潜力成为电子防盗产品的主流。智能的密码锁是新一代的的电子锁，它的设计结合了许多领域的多种技术如电子、集成电路、传感器、通讯等等，非常具有现代化气息，它结合了计算机智能识别技术与现代化工

13、程系统于一身，是保障重要场合门口和物品锁柜的重要一环，适用于多种场合，例如保险柜、车库、公司档案室、小区、公司门禁、军事基地等。而且近代来红外线技术逐步发展，它可以进行中远距离信息传输，因此在具有遥控系统的设计中将扮演着很重要的角色，遥控系统最开始是用有线的然后才发展到无线电波，到近些年来开始使用计算机系统的I/O接口进行红外线遥控。其遥控电路的设计往往是由单片机系统、显示电路等集成电路及其外围器件构成。因此将这两类技术融合起来得到的密码锁性能会更好。当前，在市场上很多种类的锁，它们事实上没有真正防盗的功能。而大部分锁的制造原理又过于简单，因此，新的时代我们提出了制锁工业必须进行革命性的改造。

14、此次设计一就是其中的一种。此次设计利用红外线进行数据传输，因此可以进行中远距离开锁，而不必像传统机械锁那样需要将钥匙插进锁孔里才能开锁，其整个系统实现用单片机控制红外遥控开锁，LED显示，密码的修改，密码输入三次错误报警等功能，还可以在密码泄露的状况下及时修改原始密码。此设计具有许多操作和使用方面其他锁具不具有的优点。无线电遥控能够透过实物去遥控对象，但是红外遥控却不具有这样的能力，因此，当我们设计红外遥控器时，没有必要像设计无线电类遥控器一样，为了避免隔墙控制邻家或自家其它电器，每一个遥控器都要拥有不一样编码或频率，因此属于一类的红外遥控器，允许有相同的遥控频率或者遥控编码，而大部分情况下并

15、不会没有各种信号之间反串的状况。这样就为可以大量生产红外线遥控器应用于电器控制及其他的系统中提供了可靠依据。红外线地波长要无线电波波长要远远大于红外线地波长，故红外线的传输并不会影响邻近的电器，另外红外线对环境的影响也比较小。科学技术的日新月异使得人们对于物质水平和精神水平的要求越来越高。1.2 电子密码锁的研究现状市场上最普遍的的遥控性的电子密码锁一般有无线电控和光控这两种。光遥控的电子密码锁既可以用红外线遥控也可以用可见光。无线电遥控的特点是其传播的信息量可以很大、速度也可以很快、肉眼无法识别，不过它发射的光信号分散的分布在空间里面，所以很容易就可以用相关仪器捕捉住，因而一般采用“可以变化

16、的密码”这样以来即使捉住了即时的密码也没有办法使用、其复制的价值也就大打折扣了。另外红外遥控传输密码的介质是小角度的光，它的基本特点和无线电遥控的密码锁相同，所不同的是它的电信号不是分散的存在，也没有办法法在它的传播路径上用仪器捕捉信号，因而其保密性比较高。如果使用遥控式电子密码锁，要注意保存遥控终端。从目前的技术水平和生产水平来看，最普遍使用的是键盘式的密码锁，此种密码锁主要用于重要物品保险柜、仓库门、办公问和其它机密的装置。键盘式密码非常可靠，它需要在认为地输入数字或字母密码，其最好的一点是原始密码是人们靠记忆记住的，是一个虚拟的东西而不像钥匙那样实在，因而非常可靠，一般不会丢失。不过电子

17、密码锁的密码最好不要设置的太简单（比如用123456这样连续的数字，最好是无规律的），若是太简单的话别人就很容易破解，或者有可能被他人无意间听到，这样便使得锁的安全性大打折扣。当然，有一些人设置密码时为了增加安全性弄得太复杂，到最后反而自己也忘记了，从而给自己以及他人带来了很大的麻烦。因此，根据密码锁这种明显的优点和缺点，键盘式电子密码也在不断发展中，例如“任意设定密码”技术的开发使我们可以根据自己的情况和喜欢程度来设定密码，可以根据具体情况随时改动密码；而“键盘乱序显示”技术的应用使键盘上的键位在我们每一次按下时都显示出不同的字母或者数字，而且显示的方式只能由我们在面对键盘正面才可以看到，所

18、以即便是旁边人人看见我们操作也很难猜测出出密码的具体顺序；独具一格的“自动更改密码”方法使这次键入的密码可以由系统更改成下一次应输入的密码，更改的规律是随机的因此别人无法得知，所以不需要怕别人可以猜测得到；“多重密码设定”技术使单一的一组密码是无效的，这种方法比较适合二个或者多个人分共同使用，电子密码锁需要输入两组或者两组以上的密码才可以打开锁，这样以来就大幅度提高了密码锁的保密性，再者若限制输入数字的先后顺序的话则保密性还可以提高很多。为了提高电子密码锁的安全性，往往是如果输入密码错误超过三次那么密码锁就会自动上锁具结果是在一段时间内无法输入密码开锁。简言之，尽管新型的电子密码锁更新周期越来

19、越短，但键盘式电子密码防盗锁仍然是最普遍的产品，它不仅仅在市场上处于主导地位，并且，它还常常做为其他类电子密码锁的辅助手段。1.3 红外通信概述红外遥控器的设计依据就是红外通信的基本原理。红外线是人肉眼看不见的光，它所指的波长在750nm至ImmjH,红外线的频率比可见光稍低但却比微波频率要高。而红外通信波的波长是在0.75至25um问，属于近红外波，其他波段的红外光是不会使用的。至管理红外通信的协会成立后，协会把红外通讯所使用波区域定在850nm至900nm之间，这样就可以使得不同的厂商生产的各种红外通信产品的通讯效果能够达到最好。红外传输是一种点对点的传输方式，无线，不能离的太远，要对准方

20、向，且中间不能有障碍，由于红外线的直射特性，红外通讯技术不太适合传输障碍比较多的地方。因此，红外通讯技术多数情况下传输距离短、传输速率不高。红外传输的媒介是近红外波的红外线。发送端的系统把基带信号调制为脉冲用，脉冲用将携带所要发送的信息，红外发射管是发射红外线信号最普遍的器件，因此经过放大后的信号经发射管发射出去。接收部分把接收装置得到的红外光信号转化为电信号，经过一系列的处理后发送给解调器，解调器把光信号还原成原来的数字信号后送至后续处理电路，而后实现遥控功能。脉宽调制（简称PWM是信号调制的方法之一，它是通过脉冲的宽度来完成信号的调制，另外一种方法是脉时调制（简称PPM,它是利用时间问隔来

21、进行信号调制。本系统采用的调制方式是脉宽调制。1.4 设计的要求及其指标1.4.1 主要设计内容根据导师所给出的任务书，然后经过查阅各种资料，现把设计内容一一列出:电路总体框图的设计单元电路的设计与计算：设计单元电路并确定电路的参数，并分析电路的工作原理。总体电路的设计：按要求设计总体电路，并分析其工作原理。按规定的格式编写论文。1.4.2 主要设计指标及其参数使用单片机设计通过键盘预设初始密码红外遥控开锁或者本机开锁显示器显示是否接收到信号3次打不开报警(6)设计所需的直流稳压电源遥控距离8-10米4第二章系统总体方案设计第二章系统总体方案设计2.1 整体设计思路此次设计的是以单片机为技术核

22、心的红遥控电子密码锁，具有成本较低、可靠性较强等多种特点。传统上红外遥控通信系统的设计都是使用配套的的编码解码电路，在本设计中我将采用一种新的技术，用单片机实现信号的编码和解码，这就大大地节省了硬件资源的使用，应用软件的设计方法也增加了系统地灵活性。具硬件电路主要单片机最小系统、有4*4和3*4矩阵键盘、单片机最小系统、红外发射电路、红外接收电路、LCD显示电路、电磁锁电路、报警电路。另外还要有两个部分的软件设计：发射遥控部分和本机接收部分。软件设计是密码锁系统中非常重要的一部分，软件设计的好坏直接决定系统的性能的优良与否，本系统的软件设计主要包括主程序、红外编码程序、键盘扫描程序、红外发射程

23、序、红外解码程序、LCD显示程序，修改密码程序、报警程序。整体设计思路为：开始时系统处于休眠状态，当遥控器有按键按下时，单片机响应中断，利用单片机的定时作用产生38KHz的矩形脉冲（载波信号），单片机根据扫描到的不同键值而产生不同的编码信号（基带信号），信号经调制后发射出去，红外接收头接收到红外信号，经过解调后得到原来的脉冲信号，然后输入单片机进行解码还原遥控器输入的密码，次密码与存储在单片机EPROMN勺原始密码进行比较，相同则开锁，如果密码连续输错三次就启动报警电路，并发出10S钟的报警信号。2.2 硬件电路设计方案2.2.1 遥控发射部分设计单片机不工作时一直处于低功耗状态，只有当有键按

24、下时才开始工作，系统通过单片机的矩阵键盘获取用户的遥控信息，经按键扫描确认后，单片机发出与此按键相对应的二进制编码信号信号，并由P1.1输出，同时系统利用单片机的定时中断功能，由定时器T0产生频率为38KHz的矩形脉冲，其周期为26US,并由单片机P1.0口输出，产生的方法即是每隔13US对P1.0口取反一次，矩形脉冲如图2-1所示。P1.0和P1.1两个引脚输出的信号经与门完成对基带信号的调制，经NPNE极管放大后驱动红外发光二极管发出调制红外光，红外发光二极管的内部结构和普通的二极管不同，当它的两端加上电压时，发出的是红外光。遥控发射部分以AT89C5劝核心，并辅以键盘电路、晶振电路、复位

25、电路、红外发射电路组成一个较为完整的系统，红外发射部分的系统结构框图如图2-2所示。图2-138KHz载波信号图2-2红外遥控部分结构图2.2.2 本机接收部分设计红外接收端普遍使用红外一体化接收头HS0038它不需要任何外围电路就可以接受信号并且放大信号，能够顺利完成信号的处理工作，它输出的信号可以很好的与TTL兼容因此可以直接输入单片机，从形体上看，它与普通三极管差不多，但功能却差异巨大，适合于各种红外遥控电路。当红外接收头没有信号输入时，它的输出就是高电平，反之就输出低电平。接收头中的光电二极管把接到的红外信号转为电信号，然后经过一系列的处理后得到原始的二进制编码，二进制编码经单片机解码

26、后得到用户的控制信息，并转至单片机输入输出口执行，同时显示器LCD1602M示当前的状态。显示状态为：在没有操作的状态下，液晶背光灯不亮，液晶上显示的是“EnterPassword”,按下开锁键后，然后进入了输入密码界面，用户通过键盘输入与原始密码相同的密码就可开锁。开锁状态下，按下修改密码按键就可以进入修改密码的界面“EnterPassword”，输完后，进入到另一个确认密码的界面“EnterPassword”,用来防止错误操作。如果输入错误，可以按消除键来清除已输入信息。如果连续输入三次错误的密码，就会触发报警器。密码锁主机接受部分包括单片机AT89C52晶振电路、复位电路、电磁锁电路、报

27、警电路、显示电路、键盘电路、红外接收电路，系统结构图如图2-3所示。图2-3主机接收部分结构图7第三章遥控电子密码锁的硬件电路设计第三章遥控电子密码锁的硬件电路设计3.1 AT89C52单片机3.1.1 AT89C52简介AT89C52是8位的微处理器，具有8KB的在线可编程Flash,性能比较高、功耗比较低。AT89C52的制造用的是爱特梅尔公司的存储器技术，可以与生产中其他的单片机产品的指令完全兼容。单片机Flash存储器的ROMS统编程可以在线进行，也可以应用于普通编程器。就单个单片机芯片来说，AT89C52勺在线可编程系统的灵活行非常强，这使AT89C52r泛应用于大部分嵌入式控制系统

28、中,并给用户带来许多技术上的方便性。AT89S52的主要性能：?可以与MCS-51单片机产品完全兼容?8KB的在系统可编程ROM?具有1000次擦写次数?全静态的操作：0Hz-33MHz?三级加密的ROM程序存储器）?32个可编程的I/O口?三个16位计数器/定时器?8个中断源?全双工用行口?低功耗的掉电和空闲模式?掉电后中断可以唤醒3.1.2 AT89C52的引脚功能熟知单片机的引脚功能是学习和使用单片机的重要内容。因为单片机引脚能够表现出此种单片机的硬件特性，关于硬件，用户只能够正确使用引脚而不能改变引脚功能，我们把外围芯片或电路连接到单片机引脚上构成系统。加上必要的软件就可以实现特定的功

29、能AT89C52具有以下标准功能：8k字节的片内ROM256字节RAM看门狗电路，32位I/O接口，三个16位计数器/定时器，2个数据指针DPTR5个中断源2级中断优先级，2个全双工用行口。AT89C5珊有可选择的省电模式可以利用软件来实现。在掉电保护的方式下，系统保存数据存储器的内容，单片机机内的振荡器停止工作，其他的工作也会停止，系统处于等待阶段，当下一个中断来临时单片机继续工作。工作于空闲模式下时，系统允许数据存储器、用口等继续工作，但此时CPU不工作的。AT89C52单片机使用DIP封装形式。一共有40个引脚，如图3-1所示，另外CMO单片机还可能用到方形封装形式。因为受引数目限制，因

30、此有些引脚要拥有第二功能。在单片机的引脚中，有2个引脚为电源的专用引脚，有2个引脚用来外接晶振，还有4条引脚是其他电源和控制的复用引脚，其他的32条引脚是普通输入和输出弓|脚。下面具体介绍各个引脚功能：U1二 一”-二二一P1B0T2VCCP1B1T2EXP0B0AD0P1B2P0B1AD1P1B3P0B2AD2P1B4P0B3AD3P1B5MOSIP0B4AD4P1B6MISOP0B5AD5P1B7SCKP0B6AD6RSTP0B7AD7P3B0RXDEAVPPP3B1TXDALEPROGP3B2INT0PSENP3B3INT1P2B7A15P3B4TOP2B6A14P3B5T1P2BSA1

31、3P3B6WRP2B4A12P3B7RDP2B3A11XTAL2P2B2A10XTAL1P2B1A9GNDP2B0A822212R2724mm a/78051图3-1AT89C52的弓I脚图输入输出引脚：P0口：P0口受内部控制信号的控制，它是一个双向的三态I/O接口，共八位，在不扩展存储器或外部接口的状态下，P0口为普通的输入/输出接口，其中每一位有能力驱动8个逻辑电平。当接有片外存储器或外部接口时，P0口是地址总线的低八位低8位，也可分时复用为数据总线。这种工作方式下，P0口不需要上拉电阻，但在做程序校验时却需要。P1口：P1口也是8位准双向I/O口，其中每一位即可作为输出使用，也可作为输

32、入使用，具有内部上拉电阻，故即使输入时集电极开路也无需外接上拉电阻，它能够驱动4个LSTTL负载。另外，P1.0和P1.1还具有第二功能：P1.0可以分别作计数器/定时器2的脉冲输入端，P1.1作为和定时器/计数器2的外部控制。P2口：P2也是8位的准双向I/O口，它和P1口具有一样的接负载能力。当P2口写“1”时，可作为普通输入/输出口直接使用。当单片机有外接存储器，且需要寻址超过256B范围时，P2口作为高8位地址总线。当用间接寻址方式（如MOVXgDPRA）访问外部RAM寸，P2口锁存器的内容就会被输出或者输入。另外P2口线也某些控制信号和高位地址总线。P3口：P3口也是一个拥有上拉电阻

33、的8位的准双向输入输出口线，P3口和P0口与P2口一样拥有相同的带负载能力，另外P3口也可以作为AT89C52的第二功能使用，它的每一口都可以作为第二功能使用，接口的第二功能具体定义如表3-1所小。引脚第二功能P3.0用行输入口RXDP3.1用行输出口TXDP3.2外部中断0,低电平有效INT0P3.3外部中断1,低电平有效INT1P3.4计数器/定时器0脉冲输入端T0P3.5计数器/定时器1脉冲输入端T1P3.6I/O接口写选通输出端WRP3.7I/O接口读选通输出RD表3-1P3口第二功能3.1.3 晶振电路设计晶振电路是单片机的心脏，它用于产生单片机工作时所需要的时钟信号，可以说单片机就

34、是一个复杂的同步时序信号，为了保证同步工作的实现，电路应在统一的时钟信号控制下进行工作。单片机产生适中的方法有内部时钟方式和外部时钟方式。AT89C52单片机内有一个用来构成振荡器的高增益反向的放大器，引脚XTAL2与XTAL1分别是放大器的输出端和输入端。在XTAL2与XTAL1的两端跨接一个片外石英晶体就可以构成稳定的自激振荡。这种方式称之为内部时钟方式。而外部时钟方式使用的是外部振荡器，由它产生的外部时钟脉冲信号接至XTAL洲直接送至内部时钟电路，而XTAL1端接地，这种方式适用于多块芯片同时工作，便于同步。内部时钟振荡方式得到的时钟信号比较稳定，因此本次设计中采用内部时钟方式，振荡电路

35、如图3-2所示，51单片机允许的晶体振荡可在1.2到24MH左间选择，电容C1和C2的作用是稳定振荡频率、快速起振，它们的取值对振荡输出的稳定性、大小及其振荡电路的起振速度有一定的影响，外接石英晶体时电容C2和电容C1的值通常选择30pf左右，外接陶瓷谐振器时，C2和C1的值均为47PF,本次选择两个两个20pF的电容和一个石英晶体组成。振荡频率由石英晶体的谐振频率确定，为了减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定可靠的工作，石英晶体或陶瓷晶体和电容应该尽可能安装的与单片机芯片靠近。C1-IF20pFC2T卜20pF图3-2晶振电路3.1.4 复位电路计算机在启动运行时都需要复位,使得CPUS系统中

36、的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。只要在单片机的RST®输入24个振荡周期以上的电平，单片机便进入复位状态。单片机复位时，输出信号ALEPSEN为高电平，复位以后不影响片内RAM复位后，P0到P3口输出高电平，且使准双向口都处于输入状态，并且将07H写入堆栈指针SR同时，PC指向0000H使单片机从起始地址0000H开始重新执行程序。所以，如果单片机运行出错或进入死循环，则可以通过复位使得CPU新启动。复位分为上电复位和手动复位，所谓上电复位是指单片机只要一上电，便自动进入复位状态。在通电瞬间，+5V电压加到RST喘，然后，电源通过电阻R对电容充电，RS础出现

37、正脉冲，用以复位。所谓手动复位，是指通过接通一个按钮开关，使得单片机进入复位状态。体统上电运行后，如果需要复位，一般都是通过手动复位来实现。如图3-3为单片机上电自动复位电路，电路由电阻、电容、和按键组成。5VVCC图3-3单片机复位电路3.2 电源电路电子电路中通常要使用稳压电源来供电，因此稳压电源设计的好坏将直接影响电路系统的稳定性。随着电子技术的不断发展，电子系统的使用领域也来越广，各种电子设备层出不穷，以此对稳压电源的要求也就越来越高，电子设备向小型化发展，所以电源也向小、薄、轻的方向发展。电源电路的设计上也从传统上的晶体管用联稳压向体积小、重量轻、高效率的开关型稳压电源方向发展。工程

38、应用中，通常把稳压电源分为交流稳压和直流稳压两种，其中交流稳压电源可以提供一个稳定的频率和电压的交流电，最常见的交流稳压电源有：大功率补偿型、自偶调整型、参数调整型、开关型稳压电源等。直流稳压电源的的种类可分为化学电源型稳压电源、线性稳压电源、开关直流型稳压电源等等。本设计需要给单片机系统设计+5V稳压电压，一般稳压电源的设计方案如图3-4所示，它是由4个主要部分组成，下面分别介绍每一部分的功能：电源变压器将电网供给的220V的交流电压转化符合整流、滤波、稳压需要的交流电压。整流电路通过单向导电器件（如二极管）将变压器两次正负交替的正弦交流电压变换为单一方向的脉动电压，其中包含着较大的脉动成分

39、，距离理想的直流电压还差得远。滤波电路可以利用储能元件（电容或电感）能够把单一方向脉动的直流电压中的脉动成分过滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。稳压电路的作用是使输出的直流电压在电网波动和负载电流变化时保持稳定，因为滤波电路输出电压的幅值随着电网的波动、负载电流的变化而变化。交流 电源f电路负载图3-4稳压电源组成框图23本设计采用含有7805集成元件的稳压电源电路，如图3-5所示，7805是三端固定式输出集成稳压器，只有输入、输出和公共引出端三个管脚，安装和使用都非常方便，使用时只需要在其输入端和输出端之间个并联一个电容即可，如图所示电路中左边电容的作用是减少纹波电压和消除输入连线较长

40、时其电感效应引起的自激振荡，一般选用0.33UF,右边电容的作用是消除输出电压的高频噪声，一般选用0.1UF,根据要求，电源电路由二极管组成的全波整流电路、电容式滤波电路、7805稳压电路组成，由于其中其内部拥有过压过流保护，使得整机的电压和电流更加稳定，性能更加可靠。卜7805图3-5稳压电源电路3.3 红外发射电路3.3.1 红外对管简介在红外遥控场合，通常需要用到红外发光二极管来发射红外线信号来传递信息。红外线对管可以分为红外线接受管与红外线发射管，它们也是常见的红外发光二极管（例如PH303,其外形与普通的发光二极管无异，只不过它们发出的是红外光。红外线对管的管压降大概为1.4V，它工

41、作时电流一般小于20mA但是为了适应不同工作的电压，电路中常常用联限流电阻。红外对管的基本原理：当发射电路发射红外线控制受控的装置时，控制距离跟发射功率是成正比的。另外为增加红外线控制距离，红外发射对管应该工作在脉冲工作状态，因为调制光的有效发送距离跟脉冲的峰值电流是成正比的，只需要努力提高峰值，就可以增加红外线的发射距离。提高峰值的方法为减小脉冲的占空比，即缩小脉冲的宽度t。常见红外二极管的功率可分为小功率、中功率和大功率三大类。红外线对管既是红外线的接受亦是发射，它的接受与发射的方式有两种，一是直射式的，其二是反射式的，直射式对管指的是接收管和发射管安放在受控与发射物的两端，中间相隔一定的

42、距离。反射式二极管指的是接收管和发光管并列在一起，平时接收管是没有无光照的，只在发光二极管发出的红外光线遇到反射物的时候，接收管收到了反射来的红外线才可以工作。主要应用在各种安防设备、投币机、电子仪表、遥控器、游戏机、红外线摄像头、水表，电表等方面。3.3.2 红外发射电路通常情况下，红外遥控器将遥控信号（二进制脉冲码）调制在38KHz的载波信号上，然后经过放大驱动红外发光二极管发射红外信号，单片机通过软件编程从P1.0输出频率为38KHz的载波信号，当按键按下时，单片机根据按键的值从P1.1输出一系列的脉冲信号，两路输出信号经一个与门后由双极性三极管放大驱动发光二极管。红外发射电路图如图3-

43、6所示，其中LED1为红外线发射管，Q1为一个三极管，R1和R2为两个电阻，分别是1千欧和22欧，R2的左边接的是51单片机的接口，单片机上电时，通过软件的运行，红外发射管将编码成功的红外信号发射出去，然后由接收管HS0038接收，再进行一系列的工作。P1.1R1Wv1kQP1.0 38KHZVCCLED1图3-6红外发射电路3.4 红外接收电路设计红外接收电路的作用是是把遥控发射模块发射的38KHz频率的红外线光信号解调、接收、放大、检波、整形后转化成电信号后输入到单片机的外部中断（INTO）即P3.2口解码，由单片机对二进制电平信号的高电平和低电平进行测量，遥控信号的还原是通过P3.2输入

44、二进制脉冲码的高电平与低电平的维持时间这里我使用红外线接收头HS003版收红外信号，它负责把接收到的红外线信号进行解调。将调制在40HZ上的红外信号解调后再输往AT89S52的INT0弓|脚，由单片机对高低电平进行测量。原红外信号的还原是通过测量INT0输入的二进制信号的高低电平持续时间，当接收头接受到红外信号时，单片机产生中断，并在P3.2口对电平进行识别，因此还原为发送数据，数据流通过单片机处理后进入后面的控制模块处理，这些会在后面的软件设计中也会提及。3.4.1 HS0038概述HS0038的外观及其测试电路连接如图3-7和3-8所示：图3-7红外管外观图3-8红外管引测试电路HS003

45、8是一体化红外线信号接收的装置，它集成了红外信号的接收、放大、检波、整形于一身，而且输出的信号单片机能够识别，这样就可以大大简化接收电路的电路设计工作和复杂程度，方便用户使用。在本系统中我们使用的是红外一体化的接收头HS0038其外观如图所示。HS0038的封装类型是黑色环氧树脂，不受荧光灯、日光等光源的干扰，内附磁屏蔽，灵敏度高且功耗低。当用小功率的发射管发射红外信号的情况下，它的接收距离可达到35ml它与CMOSTTL等电路可以兼容。HS0038是直立侧面收光类型。它接收的红外信号频率是38kHz,周期约为26s,同时还可以对接收到的信号进行放大，检波和整形，从而得到TTL电平编码信号。H

46、S0038的三个管脚分别为+5V电源、地、解调信号的输出端。一体化接收头HS0038的可禾I用图3-8所示的电路图进行测试，在HS0038的信号输出端和电源端间接上一只发光二极管和一个二极管，然后配上规定工作电源（约为+5V）,当使用者手拿红外遥控器对着红外接收头按下任意键时，其中的发光二极管闪烁，说明遥控器和红外接收头的工作正常，但是如果发光二极管不发光闪烁，就说明遥控器和红外接收头至少有一个是损坏的。只需要确保遥控器工作是正常的，就很容易判断红外接收头的好坏。3.4.2 红外一体化接收头的特性：?前置放大器和光电检测装置集成在同一封装上?内部带有PCM®率的滤波器。?对自然光有比

47、较强的抗干扰能力。?改进了对电磁场干扰的防护性能。?电源电压为5V,功耗低。?输出电平可以兼容CMOSTTL。3.4.3 红外接收电路图红外接收电路如图3-9所示，它由HS0038元器件，电阻和电容组成，其中电阻的作用是限流作用，电容的作用是滤波，原因是红外接收头内部的增益很大，很容易引起干扰，因此必须要在供电脚上接入一个滤波电容。电路将发射部分发出来的红外信号接收、放大、整形后转换成单片机能够处理的电信号输入到单片机的模块，再进行一系列工作，电红外接收路如图3-9所示。VCCR12kQ100nFP3.2HS0038图3-9红外接收电路图3.5 键盘电路3.5.1 矩阵键盘原理矩阵键盘是MCS

48、-51单片机外部接口中应用的与矩阵相似的键盘组，当键盘中的按键数量比较多的时候，为了减少51单片机I/O口的占用，常常把按键排列为矩阵的形式，如图所示，矩阵式键盘中，每条垂直线和水平线在交叉的地方不会直接相连，而是经过一个普通按键来连接。这样的话，一个端口（例如P2口）则就可以构成4*4个键，这样比直接把I/O端口线用在键盘多了一倍多，而且线数越多的话则区别就越明显，例如如果多加一条口线就能构成20个键的键盘，但是如果直接用端口线的话则就只能够多一个键（9键）。所以，当需要的键数较多时，应用矩阵法做键盘是比较可靠的。矩阵键盘的识别方法：识别矩阵键盘的方法较为复杂，如图所示，行线接的单片机I/O

49、做为输出端口，并将列线经过电阻接电源正极，但列线所接的I/O就会作为输入来使用。这样的话，当没有按下键盘时，所有I/O输入端都显示高电平，代表没有键按下。行线输出的则是低电平，当有键按下时，输入线则就会被拉低，系统通过读入输入线的各种状态就可以知道是不是有键按下了。为了判断键盘上的闭合键常常采用行反转法和行扫描法两种方法，本设计则用行扫描法。按如图示的键盘的结构来介绍行扫描法：先让第0行的输出为低电平，其余的行输出为高电平，并把行首键号“0”储存在某一个寄存器中，然后读列值，观察是不是有哪条列线的输入为低电平，如果有的话，就表示第0行这个列键被按下，假设是低三列，那么键值为行首键号加上列号，即

50、键值是3,如果没有，就说明低0行上无键被按下，就扫描下一行，并同时储存行首键号。照此推，系统循环进行一直到找到闭合键结束。3.5.2 矩阵键盘原理图根据本系统的设计要求，一共需要2个键盘电路，分别用于遥控发射模块和本机模块，其中遥控发射模块为3*4矩阵键盘，其框图如图3-10所示，其中0至9为数字键，可以产生所需要的密码，还可以按确认键来确定密码和按清除键来取消所按密码。32107654确认清除98图3-10发射部分键盘设计框图本机部分为4*4矩阵键盘，其框图如图3-11所示，其中0至9仍然是数字键，可以完成本机开锁所需要的密码，确认键和清除键与发射部分的功能相同，按下复位键使单片机初始化，按

51、下修改键则可以修改密码锁密码，开机关机键则控制密码锁的开启和关闭。复位修改拓展拓展确认清除图3-11本机部分键盘框图设计由于两部分的键盘差不多，那么我选择本机部分的键盘电路为代表如图3-12所示。VCC3-12键盘电路图3.6 显示电路系统的显示部分的设计有两个方案可供选择，方案一是用LCD液晶显示，方案二使用6个LED数码管显示。在这里我采用LCD的液晶显示，因为LCD与单片机的接口更加简单，占用的I/O接口也相对LED要少，操作也更加方便，此外因为LCD的功率消耗主要在其内部的驱动IC及其电极上，故它的功耗相比LED要小的多。使用LCD时，只需把线连接到单片机上就可以显示其内容，不需要其他

52、外围电路。本系统我采用的液晶显示器为LCD16021602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。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，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，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形。1602LCD®指显示白内容为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）。电路如图3-11所示：图3-11显示电路3.7 报警电路设计报警电路由报警指示灯和蜂鸣器组成，每当单片机发报警信号的时候，报警信号经过一个双极性三极管放大后在驱

53、动蜂鸣器，然后整个系统就会报警，报警指示灯也会亮。报警电路如图3-14所示5V8051BUZZER 200 Hz图3-14报警电路3.8 电磁锁部分电路电磁继电器属于电子控制类器件，它具有输入回路（又称控制系统）和输出回路（又称被控制系统），通常情况下应用在自动控制类电路中，它的工作原理实际上用比较小的电流或比较低的电压控制较高的电压、较大电流的一种“开关”。因此在电路中起转换电路、自动调节、安全保护等作用。大部分电磁继电器由衔铁、触点、电磁铁、弹簧片等组成，它的工作电路由高压工作电路和低压控制电路这两部分构成。电磁继电器亦可以实现自动化控制和中远距离控制。使用者只需在线圈的两端加上一定电压，

54、线圈中会产生一定电流，因而会发生电磁效应，衔铁会在电磁力的吸引下克服返回弹簧的拉力从而吸向铁芯，而后带动衔铁的静触点和动触点吸合。线圈断电之后，电磁的吸力也消失，进而衔铁会因为弹簧的反作用力而返回原位置，使常闭触点（静触点）与动触点释放。这样释放、吸合，从而到达在电路中的切断、导通的目的。对继电器的“常闭、常开”触点，可以用这样区分：继电器的线圈没有通电时处在断开状态的静触点，称“常开触点”；处在接通状态地静触点称“常闭触点”。电路如图3-14如下：Dlexf7LEV与磁LO电c«<图3-14电磁锁电路第四章软件设计第四章软件设计软件设计是密码锁系统中非常重要的一部分，软件设计

55、的好坏直接决定系统的性能的优良与否。本系统的软件可以分为两大部分：红外发射模块和软件设计和本机部分软件设计。其中发射模块的程序包括主程序、键盘扫描程序、红外发射程序。本机模块的软件程序包括主程序、红外解码程序、键盘扫描程序、功能键识别程序、LCD显示程序、修改密码程序、报警程序、密码识别程序。4.1 系统发射部分的软件设计4.1.1 主程序流程图开始时单片机处于低功耗的“休眠”状态，当键盘有键按下时，单片机响应中断，而后系统检测是否真的有键按下，若真有键按下时则判别键值，并调用存在单片机内存的每个按键所对应的脉冲编码信号，编码信号经过与38KHz的载波信号经过调制电路调制后经红外发射二极管发射

56、出去，其中38KHz的载波信号是由单片机的定时中断T0产生，主程序流程图如图4-1所示。图4-1发射部分主程序流程图4.1.2 延时10ms子程序延时10ms子程序是单片机系统中最常见的子程序，在大多数程序中都会使用到，其程序的设计业比较简单，因此程序也比较简单，其原理就是多次利用循环程序来达到延时10ms，程序流程图如图4-2所示。图4-2延时10ms子程序4.1.3 键盘扫描程序发射部分和接收部分都有键盘扫描程序，其中发射部分为3*4矩阵键盘，接收部分为4*4矩阵键盘，接收部分还要有功能键转移程序，此处我们以4*4矩阵键盘来说明键盘扫描程序的设计方法，矩阵键盘的扫描程序流程就不再赘述。键盘扫描一般采取行扫描法，任务如下：(1) 首先判断键盘有没有键按下去。所采取的方法就是让键盘所有行输出为低电平，再从I/O口读入列值，如若没有键按下去，读入的值就是FFH,有键按下则就不是这个值。(2) 去抖动。如果有键按下，系统延时5到10ms,再重新判断有没有键按下，如果此时系统仍然认为有键按下的话，那么就认为这个键处于稳定闭合状态。(3) 如果有键闭合，求出键值。求键值的方法为对键盘逐行扫描，首先使PC0=