基于单片机的密码锁设计说明

1、 PAGE4 / NUMPAGES26 辽 宁 工 业 大 学 单片机原理与接口技术 课程设计（论文）题目： 基于单片机的密码锁设计 院（系）： 专业班级：学 号：学生：指导教师：（签字）起止时间：课程设计（论文）任务与评语院（系）：电气工程学院 教研室： 自动化学 号学生专业班级课程设计（论文）题目基于单片机的密码锁设计课程设计（论文）任务课题完成的功能、设计任务与要求、技术参数实现功能选用单片机作为控制器的密码锁，只有部上电复位时，用户才可以自行设定和修改8位密码，每个密码按键都有声音提示，密码设定完毕有2秒提示音。只有键入8位开锁密码完成正确才能开锁，开锁时有提示音。若密码键入错误，报警

2、5秒，连续3次输入错误，报警1分钟，报警期间输入密码无效。设计任务与要求单片机最小系统设计。2、完成按键电路、报警电路、开锁电路的设计。3、编写相应的软件，完成控制系统的控制要求。4、要求认真独立完成所规定的全部容；所设计的容要求正确、合理。5、按学校规定的书写格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。技术参数 电磁锁电磁线圈工作电压+5V，电磁线圈每次通电5秒后恢复初态进度计划1、布置任务，查阅资料，确定系统电路的组成（2天）2、对系统各功能电路进行设计（2天）3、整个系统的硬件电路图设计（1天）4、进行系统软件流程图的设计（1天）5、程序设计并进行仿真程序调试（2天）6

3、、撰写、打印设计说明书（1天）7、答辩（1天）指导教师评语与成绩平时： 论文质量： 答辩：总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要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，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。在日常的生活和工作中, 住宅与部门的安全防、单位的文件档案、财务报表以与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。具有防盗报警等功能的电子密码锁代替密码量少、安全性差的

4、机械式密码锁已是必然趋势。密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作、记住密码即可开锁等优点。目前使用的电子密码锁大部分是基于单片机技术，以单片机为主要器件，其编码器与解码器的生成为软件方式。本系统由AT89C52单片机系统（主要是AT89C52单片机最小系统）、8位数键盘，蜂鸣器报警，继电器控制等组成，具有设置、修改8位用户密码、超过3次次报警、密码错误报警等功能。除上述基本的密码锁功能外，依据实际的情况还可以添加遥控功能。本系统成本低廉，功能实用。 这种能防止多次试探密码的单片机应用前景广泛。关键词：单片机；密码锁；编码器；报警器目 录 TOC o 1-3 f h z HYPERLINK

5、l _Toc8132 第1章 绪论 PAGEREF _Toc8132 1 HYPERLINK l _Toc13676 第2章 课程设计的方案 PAGEREF _Toc13676 2 HYPERLINK l _Toc10938 2.1 概述 PAGEREF _Toc10938 2 HYPERLINK l _Toc27058 2.2 系统组成总体结构 PAGEREF _Toc27058 2 HYPERLINK l _Toc19220 第3章 硬件设计 PAGEREF _Toc19220 3 HYPERLINK l _Toc6976 3.1 单片机最小系统设计 PAGEREF _Toc6976 3

6、HYPERLINK l _Toc8245 3.1.1 单片机AT89C52 PAGEREF _Toc8245 3 HYPERLINK l _Toc31126 3.1.2 晶振电路 PAGEREF _Toc31126 4 HYPERLINK l _Toc6817 3.1.3复位电路 PAGEREF _Toc6817 4 HYPERLINK l _Toc15911 3.2 人机接口电路设计 PAGEREF _Toc15911 4 HYPERLINK l _Toc21777 3.2.1 显示接口电路设计 PAGEREF _Toc21777 5 HYPERLINK l _Toc2958 3.2.2 键

7、盘接口电路设计 PAGEREF _Toc2958 5 HYPERLINK l _Toc14166 3.3密码储存 PAGEREF _Toc14166 6 HYPERLINK l _Toc14621 3.4开锁电路和报警电路 PAGEREF _Toc14621 7 HYPERLINK l _Toc28861 3.5电路原理图 PAGEREF _Toc28861 8 HYPERLINK l _Toc3981 第4章 软件设计 PAGEREF _Toc3981 9 HYPERLINK l _Toc28686 4.1 主程序流程图 PAGEREF _Toc28686 9 HYPERLINK l _To

8、c2960 4.2 密码设置流程图 PAGEREF _Toc2960 10 HYPERLINK l _Toc18668 4.3 开锁流程图 PAGEREF _Toc18668 11 HYPERLINK l _Toc3526 第5章 系统测试与分析 PAGEREF _Toc3526 12 HYPERLINK l _Toc10995 第6章 课程设计总结 PAGEREF _Toc10995 14 HYPERLINK l _Toc8546 参考文献 PAGEREF _Toc8546 15 HYPERLINK l _Toc15974 附录 PAGEREF _Toc15974 16绪论电子密码锁是集计算

9、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。它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。其性能和安全性已大大超过了机械锁。其特点如下：1)性好，编码量多，远远大于弹子锁。随机开锁成功率几乎为零。2)密码可变，用户可以随时更改密码，6防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降。3)误码输入保护，当输入密码多次错误时，报警系统自动启动。4)使用灵活性好，不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁。5)电子密码锁操作简单易行，一学即会。在日常生活和工作中，住宅与部门的安全防、单位的文件档案、财务报表以与一

10、些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。目前门锁主要用弹子锁，其钥匙容易丢失；保险箱主要用机械密码锁，其结构较为复杂，制造精度要求高，成本高，且易出现故障，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。针对这些锁具给人们带来的不便若使用机械式钥匙开锁，为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。它的出现为人们的生活带来了很大的方便，有很广阔的市场前景。由于电子器件所限，以前开发的电子密码锁，其种类不多，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，多是基于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

11、角的2051系列单片机来实现的，但密码简单，易破解。随着电子元件的进一步发展，电子密码锁也出现了很多的种类，功能日益强大，使用更加方便，安全性更强，由以前的单密码输入发展到现在的，密码加感应元件，实现了真真的电子加密，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与人们对性需求的提高出现了越来越多的电子密码锁。课程设计的方案2.1 概述本次设计主要是综合应用所学知识，利用单片机设计密码锁，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用“单片机”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型单片机系统设计的基本方法。本系统由AT89C52单片机系统（主要是AT

12、89C52单片机最小系统）、4*4矩阵式键盘，蜂鸣器报警，继电器控制等组成，具有设置、修改8位用户密码、超过3次次报警、密码错误报警等功能。除上述基本的密码锁功能外，依据实际的情况还可以添加遥控功能。本系统成本低廉，功能实用。 这种能防止多次试探密码的单片机应用前景广泛。2.2 系统组成总体结构按照系统设计要求和功能，将系统分为主控制器，按键扫描电路，蜂鸣器，电源电路，复位电路，晶振电路，驱动电路，系统框图如图。主控制器由电源供电控制各个电路由继电器完成开锁，当程序出错时，主控制器控制蜂鸣器报警。电源电路主控制器AT89C52按键扫描电路蜂鸣器驱动电路复位电路晶振电路继电器开锁电路图2.1系统

13、结构框图硬件设计单片机最小系统设计单片机AT89C52AT89C52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89C52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6

14、向量2级中断结构，全双工串行口， 片晶振与时钟电路。另外，AT89C52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。图3.1AT89C52引脚图晶振电路外接石英晶体（或瓷谐振器）与电容Cl、C2 接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容Cl、C2 虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序与温度稳定性。此次实验采用使用石英晶体，电容使用3

15、0pF10pF。 图3.2晶振模块电路图3.1.3复位电路RST引脚与电源之间接10UF左右的极性电容和在RST与VSS之间接一个电阻（约8.2千欧姆）就可实现加电复位功能（在RES引脚上加上持续时间大于2个机器周期的高电平）。复位后的状态：a、复位后PC值为0000H，表明复位后的程序从0000H开始执行。b、SP值为07H，表明堆栈底部在07H，一般需要重新设置SP值。c、P0P3口值为FFH。P0P3口用作输入口时，必须先写入“1”。单片机在复位后，已使P0P3口每一端线为“1”，为这些端线用作输入口做好了准备。图3.3复位电路图人机接口电路设计显示接口电路设计本系统设计的显示电路是为了

16、给使用者以提示而设置的为了达到界面友好的目的，显示部分由液晶显示器LCD1602取代普通的数码管完成。开锁时，按下键盘上的开锁按键后，利用键盘上的数字键09输入密码，每按下一个数字键后在显示器上显示一个*，输入多少位就显示多少个*。当密码输入完成时，按下确认键，如果输入的密码正确的话，LCD显示“IUPUTRIGHT”，单片机其中P3.0引脚会输出低电平，使三极管T2导通，电磁铁吸合，继电器开关跳转，电子密码锁被打开，如果密码不正确，LCD显示屏会显示“IUPUTERROR”，P3.0输出的是高电平，电子密码锁不能打开。通过LCD显示屏，可以清楚地判断出密码锁所处的状态。图3.4显示器电路图

17、键盘接口电路设计本设计采用了矩阵式键盘，同时也能减少键盘与单片机接口时所占用的I/O线的数目，在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有

18、按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。按键0-9对应数字0-9,10号键为确认件，11号键为复位键。原理图如下： 图3.5按键电路图3.3密码储存AT24C02是一个2K位串行CMOS E2PROM， 部含有256个8位字节，CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。AT24C02有一个8字节页写缓冲器。该器件通过总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。AT24C02支持I2C，总线数据传送协议I2C，总线协议规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器。任何从总线接

19、收数据的器件为接收器。数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。主器件和从器件都可以作为发送器或接收器，但由主器件控制传送数据（发送或接收）的模式，由于A0、A1和A2可以组成000111八种情况，即通过器件地址输入端A0、A1和A2可以实现将最多8个AT24C02器件连接到总线上，通过进行不同的配置进行选择器件。AT24C02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。AT24C02 双向串行数据/地址管脚用于器件所有数据的发送或接收，SDA 是一个开漏输出管脚，可与其它开漏输出或集电极开路输出进行线或（wire-OR）

20、。这些输入脚用于多个器件级联时设置器件地址，当这些脚悬空时默认值为0。当使用AT24C02 时最大可级联8个器件。如果只有一个AT24C02被总线寻址，这三个地址输入脚（A0、A1、A2 ）可悬空或连接到Vss，如果只有一个AT24C01被总线寻址这三个地址输入脚（A0、A1、A2 ）必须连接到Vss。图3.6密码存储电路3.4开锁电路和报警电路当用户输入的密码正确，单片机输出开锁信号，送到继电器模块，通过继电器的通断来控制电磁锁的开锁。图3.7继电器开锁电路声音报警电路采用蜂鸣器报警。用户输入密码错误，进行报警。报警是通过单片机的I/O口输出脉冲信号经三极管放大后，控制蜂鸣器发出报警声。其电

21、路图如图所示：图3.8报警电路3.5电路原理图软件设计主程序流程图本系统软件设计由主程序、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、EEPROM读写程序和延时程序等组成。主要程序设计流程图如下所示：开始初始化输入密码按键扫描程序扫描报警密码正确？ N Y开锁4.1主程序流程图密码设置流程图设置程序两次输入一样？再次输入新密码确认程序输入新密码所输入旧密码正确？确认程序输入旧密码按下设置键初始化输入次数加1 N次数大于3？ Y N Y 报警程序 N结束 Y设置成功4.2密码设置流程图开锁流程图开锁程序初始化输入密码确认程序输入次数加1密码正确？次数大于3？ Y N开锁成

22、功 Y报警程序返回图4.3开锁流程图系统测试与分析/实验数据与分析在硬件支持的环境下，用proteus设计好的电路，Keil编好的程序编译成芯片可识别的S51文件，利用PC机写进proteus程序图芯片进行仿真测试，并对其出现的错误进行修改，最终调试成功。图5.1PCB原理图图5.2keil编译程序成功图5.3程序下载烧录成功图5.4焊接实物图课程设计总结本设计从经济实用的角度出发，采用美国Atmel公司的单片机AT89C52作为主控芯片与数据存储器单元，结合外围的键盘输入、显示、报警、开锁等电路并用C编写主控芯片的控制程序，研制了一款可以多次更改密码具有报警功能的电子密码锁。设计完全可行可以

23、达到设计目的。使用单片机制作的电子密码锁具有软硬件设计简单，易于开发，成本较低，安全可靠，操作方便等特点。可应用于住宅、办公室的保险箱与档案柜等需要防盗的场所，有一定的实用性。该电路设计还具有按键有效提示，输入错误提示，控制开锁电路，控制报警电路，修改密码等多种功能。可在意外泄密的情况下随时修改密码。性强，灵活性高，特别适用于家庭、办公室、学生宿舍与宾馆等诸多场所。通过课程设计让我对单片机系统有了较详细的了解，而且触与到与其相关的很多新知识，而且随着电子技术的发展简易数字电压表也会越来越完善，作为大学生的我们应该跟上时代的步伐，时刻关注形势变化，不断充实更新自己的知识。在设计中既应用到了基础知

24、识，也用到了专业知识，它是对三年来所学知识的综合考察。最重要的是我通过亲自设计，亲自绘制原理图，印制电路板以与系统调试培养了我的耐心和细心，这对我以后的工作和学习有很大的帮助。最后，衷心的感老师在此次实训课中给予我精心的指导以与在百忙之中抽时间对此实训报告进行审阅。真心的向您说一声：“老师，您辛苦了”！参考文献1 梅丽凤,王艳秋.单片机原理与接口技术M.:清华大学,2009.22 康华光,大钦.电子技术基础M.:高等教育,2006.13周航慈,单片机应用程序设计技术M.:航空航天大学,2006.24 尔滨,玲.信号处理原理与应用M.:高等教育.2008.115 邱关源,罗先觉.电路M.:高等教

25、育.2006.6 马桂云.基于单片机的密码锁设计J.电子测试,2013,10(3):30-337 飞.单片机与串行通信口的电子密码锁设计J.电子制作,2014,12(2):52-578 明喜.新型电子密码锁的设计J.机电产品开发与创新,2004,(03):28-319 胡召忠.电子密码锁的设计与实现J.无线互联科技,2008,24(5):135-13710志阳,吴秀丽.单片机的防盗密码锁设计J.电脑,2014,8(2):60-6511丽媛,百发.智能电子密码锁的设计与研究J.电子制作,2011,7(1):15-1712芸,密码电子开关J.信息通信,2012,15(7):38-4513守兵,动态

26、密码锁的设计J.微型机与应用,2010,4(8):25-2714晓东,带报警器的密码电子锁J.家用电器,2011,9(7):32-3415顾光旭,智能电子密码锁设计J.工学院学报,2008,6(5):18-20附录程序清单#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit BEEP = P34;/蜂鸣器sbit ACT=P30;/开锁器 sbit SET=P33;/设置密码指示灯sbit INPUT=P31;/输入密码指示灯sbit FLAG=P32;/密码错误指示灯sbit wei1=P35;s

27、bit wei2=P36;bit ok_flag;uchar passwdnum;/密码位数uchar passwd10;/密码/const uchar tab=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80;/数码管显示 08/const uchar tab = 0 x20,0 x76,0 x11,0 x14,0 x46,0 x84,0 x80,0 x36,0 x00,0 x04,0 x02,0 xc0,0 xa1,0 x50,0 x79,0 x71; /段码控制/const uchar dispbit8=0 xfe,0 xfd,0

28、 xfb,0 xf7,0 xef,0 xdF,0 xbF,0 x7F; /位选控制 查表的方法控制const uchar tab = 0 xd7,0 x84,0 xe3,0 xe6,0 xb4,0 x76,0 x77,0 xc4,0 xf7,0 xf6,0 xf5,0 x37,0 x53,0 xa7; /0D段码控制uchar input;/密码输入次数uchar chaopasswd=0,10,11,12,13,10,11,12,13,0,0;/超级密码uint chaonum,time;uint num,su_flag;void beep();void passwd_set();void

29、passwd_in();void DELAY(uint num);/*/main() P2=0 xff;/送数码管显示 P0=0 xff; P1=0 xff;/读取按键 input=1; ok_flag=1; passwdnum=1; chaonum=1; time=0; ACT=1; SET=0; su_flag=0; FLAG=1; BEEP=0; wei1=0; wei2=1; while(passwdnum=8) passwd_set();/等待设置密码 DELAY(500); passwdnum+; P0=0 xff; P1=0 xff; P0=0 xff; P1=0 xff; TM

30、OD=0 x01; TH0=(65536-45872)/256; TL0=(65536-45872)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; while(time!=2)/2秒响铃 P2=tabtime+1; beep(); time=0; ET0=0; TR0=0; BEEP=0; SET=1; passwdnum=1; while(1) while(input=3) INPUT=0;/输入指示灯亮 FLAG=1; while(passwdnum=8) passwd_in();DELAY(500); P0=0 xff; P1=0 xff; passwdnum+; if(chaonu

31、m=9) chaonum=1; FLAG=1; INPUT=1;/输入指示灯灭 /密码正确响铃1秒 TMOD=0 x01; H0=(65536-45872)/256; TL0=(65536-45872)%256; EA=1; ET0=1;TR0=1; while(time!=1) P2=tabtime+1; beep(); time=0; ET0=0; TR0=0; BEEP=0; DELAY(500); ACT=0; /5秒 TMOD=0 x01; TH0=(65536-45872)/256; TL0=(65536-45872)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; while(

32、time!=5) P2=tabtime+1; time=0; ET0=0; TR0=0; BEEP=0; ACT=1; input=1; passwdnum=1; P0=0 xff; P1=0 xff; while(passwdnum=8) passwd_set(); DELAY(500); passwdnum+; P0=0 xff; P1=0 xff; passwdnum=1; ok_flag=1; chaonum=1; continue; chaonum=1; if(ok_flag=1&input=3) FLAG=1; INPUT=1;/输入指示灯灭 TMOD=0 x01; TH0=(65

33、536-45872)/256; TL0=(65536-45872)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; while(time!=1) beep(); P2=tabtime+1; time=0; ET0=0; TR0=0; BEEP=0; DELAY(500); ACT=0; /5秒 TMOD=0 x01; TH0=(65536-45872)/256; TL0=(65536-45872)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; while(time!=5) P2=tabtime+1; time=0; ET0=0; TR0=0; ACT=1; input=1; passwd

34、num=1; P0=0 xff; P1=0 xff; continue; else time=0; FLAG=0; ACT=1; /5秒 TMOD=0 x01; TH0=(65536-45872)/256; TL0=(65536-45872)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; while(time!=5) beep(); P2=tabtime; time=0; ET0=0; TR0=0; DELAY(500); input+; ok_flag=1; passwdnum=1; P0=0 xff; P1=0 xff; continue; /密码错误处理代码 /密码错误3次响铃1分钟

35、 TMOD=0 x01; TH0=(65536-45872)/256; TL0=(65536-45872)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; wei1=1; while(time!=60) BEEP=BEEP; wei2=0; P2=tab(time+1)%10; DELAY(5); wei2=1; P2=0 x00; wei1=0; P2=tab(time+1)/10; DELAY(5); wei1=1; P2=0 x00; BEEP=0; time=0; ET0=0; TR0=0; DELAY(500); input=1; ok_flag=1; passwdnum=1; P0=0 xff; P1=0 xff; /*/void passwd_in() uchar key; while(P0=0 xff&P1=0 xff); DELAY(10); while(P0=0 xff&P1=0 xff); if(P0!=0 xff) key=P0; beep(); switch(key) case 0 xfe: P2=tab1;break;/1 case 0 xfd: P2=tab2;break;