基于單片機(jī)的電子密碼鎖的設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文.doc

摘要密碼鎖在安全技術(shù)防范領(lǐng)域，具有防盜報(bào)警功能的電子密碼鎖逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式密碼鎖，克服了機(jī)械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點(diǎn)，使密碼鎖無(wú)論在技術(shù)上還是在性能上都大大提高一步。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，特別是單片機(jī)的問(wèn)世，出現(xiàn)了帶微處理器的智能密碼鎖，它除具有電子密碼鎖的功能外，還引入了智能化管理、專(zhuān)家分析系統(tǒng)等功能，從而使密碼鎖具有很高的安全性、可靠性，應(yīng)用日益廣泛。隨著人們對(duì)安全的重視和科技的發(fā)展，許多電子智能鎖（指紋識(shí)別、IC卡辨認(rèn)）已在國(guó)內(nèi)外相繼面世。但是這些產(chǎn)品的特點(diǎn)是針對(duì)特定的指紋和有效卡，只能適用于保密要求的箱、柜、門(mén)等。而且指紋識(shí)識(shí)別器若在公共場(chǎng)所使用存在容易機(jī)械損壞，IC卡還存在容易丟失、損壞等特點(diǎn)。加上其成本較高，一定程度上限制了這類(lèi)產(chǎn)品的普及和推廣。鑒于目前的技術(shù)水平與市場(chǎng)的接收程度，電子密碼鎖是這類(lèi)電子防盜產(chǎn)品的主流。基于以上思路，本次設(shè)計(jì)使用ATMEL公司的AT89C51實(shí)現(xiàn)一基于單片機(jī)的電子密碼鎖的設(shè)計(jì)，其主要具有如下功能：(1)設(shè)置6位密碼，密碼通過(guò)鍵盤(pán)輸入，若密碼正確，則將鎖打開(kāi)。(2)報(bào)警、鎖定鍵盤(pán)功能。密碼輸入錯(cuò)誤數(shù)碼顯示器會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤提示。電子密碼鎖的設(shè)計(jì)主要組成：34矩陣鍵盤(pán)接口電路、密碼鎖的控制電路。另外系統(tǒng)還有LED提示燈，報(bào)警蜂鳴器等。密碼鎖設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)密碼的輸入、開(kāi)鎖等功能：(1)密碼輸入功能：按下一個(gè)數(shù)字鍵，一個(gè)“”就顯示在最右邊的數(shù)碼管上，同時(shí)將先前輸入的所有“”消失。(2)開(kāi)鎖功能：當(dāng)按下開(kāi)鎖鍵，系統(tǒng)將輸入與密碼進(jìn)行檢查核對(duì)，如果正確鎖打開(kāi)，否則不打開(kāi)。主要的設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程：首先，選用ATMEL公司的單片機(jī)AT89C51，以及選購(gòu)其他電子元器件。第二步，使用PROTEL99設(shè)計(jì)硬件電路原理圖，并設(shè)計(jì)PCB圖完成人工布線（后因PCB板損壞決定采用萬(wàn)能板焊接的方法）。第三步，使用KeiluVision3軟件編寫(xiě)單片機(jī)的C語(yǔ)言程序、仿真、軟件調(diào)試。第四部，再使用PROTEL99軟件進(jìn)行模擬軟、硬件調(diào)試。最后，聯(lián)合軟、硬件調(diào)試電路板，完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：34矩陣鍵盤(pán)；AT89C51；密碼四川托普信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院1目錄第一章緒論.31.1電子鎖.31.2電子密碼鎖的特點(diǎn).31.3電子密碼鎖的發(fā)展趨勢(shì).3第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì).42.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu).42.2系統(tǒng)組成.42.3電路中原件介紹.42.3.1AT89c51.52.3.2共陽(yáng)數(shù)碼管.52.3.3蜂鳴器.52.3.4三極管（PNP）.52.3.5微動(dòng)開(kāi)關(guān).62.3.6LED.62.3.7電容，電阻.62.3.8電源、插孔.62.3.9晶振.7第三章硬件電路設(shè)計(jì).83.1總體電路圖.83.2單片機(jī)AT89C51簡(jiǎn)介.83.2.1主要特性.83.2.2管腳說(shuō)明.93.2.3震蕩特性.103.2.4芯片擦除.103.334矩陣鍵盤(pán).113.4復(fù)位電路.113.5振蕩電路.123.6數(shù)碼管.123.7發(fā)光二極管LED.133.8蜂鳴器.13第4章PROTEL99SE運(yùn)用.144.1建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)文件.14四川托普信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院24.2使用protel99se原理圖繪制.144.3如果新建PCB文件以及載入封裝圖.144.4將SCH轉(zhuǎn)為PCB文件.144.5protel99se的自動(dòng)布線.154.6創(chuàng)建原理圖元件庫(kù).164.7創(chuàng)建PCB元件封裝.174.8protel99se的PCB設(shè)計(jì)中的技巧.18第5章軟件程序設(shè)計(jì).195.1軟件設(shè)計(jì)流程圖.195.2具體功能軟件實(shí)施.195.2.1密碼檢查功能.195.2.2顯示功能.195.2.3鍵盤(pán)掃描.205.2.4修改密碼.21第六章結(jié)束語(yǔ).22致謝.23參考文獻(xiàn).24附錄25附錄1：元件清單.25附錄2：完整電路圖.25附錄3：完整PCB圖.26附錄4：程序.27四川托普信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院3第一章緒論1.1電子鎖電子鎖是采取電子電路控制，以電磁鐵或者衛(wèi)星電機(jī)和鎖體作為執(zhí)行裝置的機(jī)電一體化鎖具，相比傳統(tǒng)的機(jī)械鎖具，電子鎖不使用金屬鑰匙，保密性、精度都有很大提高。電子鎖的發(fā)明思路，源自古代發(fā)明的自動(dòng)機(jī)械，例如古希臘數(shù)學(xué)家赫倫的液壓自動(dòng)門(mén)，中國(guó)古代諸葛亮的木牛流馬，它們以重力或蒸汽壓力驅(qū)動(dòng)，最廣泛的用途乃是用在古代墓道的地下機(jī)關(guān)。電子工業(yè)的誕生，使得以微小電量驅(qū)動(dòng)機(jī)械成為可能，于是有了電子鎖一日千里的躍進(jìn)。1.2電子密碼鎖的特點(diǎn)電子密碼鎖是一種通過(guò)密碼輸入來(lái)控制電路或是芯片工作，從而控制機(jī)械開(kāi)關(guān)的閉合，完成開(kāi)鎖、閉鎖任務(wù)的電子產(chǎn)品。它的種類(lèi)很多，有簡(jiǎn)易的電路產(chǎn)品，也有基于芯片的性?xún)r(jià)比較高的產(chǎn)品?，F(xiàn)在應(yīng)用較廣的電子密碼鎖是以芯片為核心，通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其性能和安全性已大大超過(guò)了機(jī)械鎖，主要特點(diǎn)如下：保密性好，編碼量多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈子鎖。隨機(jī)開(kāi)鎖成功率幾乎為零。密碼可變。用戶(hù)可以程序更改密碼，防止密碼被盜，同時(shí)也可以避免因人員的更替而使鎖的密級(jí)下降。1.3電子密碼鎖的發(fā)展趨勢(shì)從目前的技術(shù)水平和市場(chǎng)認(rèn)可程度看，使用最為廣泛的是鍵盤(pán)式電子密碼鎖，該產(chǎn)品主要應(yīng)用于保險(xiǎn)箱、保險(xiǎn)柜和金庫(kù)，還有一部分應(yīng)用于保管箱和運(yùn)鈔車(chē)。鍵盤(pán)式電子密碼在鍵盤(pán)上輸入，與打電話(huà)差不多，因而易于掌握，其突出優(yōu)點(diǎn)是“密碼”是記在被授權(quán)人腦子里的數(shù)字和字符，既準(zhǔn)確又可靠，不會(huì)丟失（除了忘記），難以被竊（除非自己泄露）。但是密碼不能太簡(jiǎn)單，太簡(jiǎn)單了就容易被他人在鍵盤(pán)上試探出來(lái)，或者可能被旁觀者窺測(cè)出來(lái)，造成保密性不足。當(dāng)然，密碼又不能太復(fù)雜，太復(fù)雜了可能自己都糊涂了，或者輸入密碼操作成功率低，造成使用不便。因此，為了發(fā)揚(yáng)優(yōu)點(diǎn)、克服弱點(diǎn)，鍵盤(pán)式電子密碼也在不斷發(fā)展中，如“任意設(shè)定密碼”技術(shù)使得被授權(quán)人可以根據(jù)自己的需要或喜好設(shè)定密碼，常用常新；而“自動(dòng)更改密碼”技術(shù)使得本次輸入的密碼將自動(dòng)更改成下次應(yīng)輸入的密碼，更改的規(guī)律不為他人所知，因而不怕旁觀者窺測(cè)；獨(dú)出心裁的“鍵盤(pán)亂序顯示”技術(shù)使得鍵盤(pán)上的固定鍵位每次顯示出的字符不固定，并且顯示的窄小角度只能由操作者正面看得到，因而即使旁觀者看見(jiàn)操作動(dòng)作也難以窺測(cè)出密碼；“多重密碼設(shè)定”技術(shù)使得單組密碼不一定有效，適合多人分權(quán)使用，需要輸入兩組以上的密碼才被認(rèn)可，大大提高了保密性，如果限定輸入這些密碼的先后順序或時(shí)間區(qū)段，則保密性還可提高。在輸入密碼的過(guò)程中，為了限制試探密碼的企圖，通常輸入錯(cuò)誤碼若干次或若干時(shí)間內(nèi)輸入不正確，即“封鎖”鍵盤(pán)，不再接受輸入操作?？傊M管新式電子防盜鎖層出不窮，但鍵盤(pán)式電子密碼防盜鎖不僅在市場(chǎng)上居于主流地位，而且，還經(jīng)常作為其他類(lèi)型電子防盜鎖的輔助輸入手段。四川托普信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院4第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖21系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.2系統(tǒng)組成如圖21所示系統(tǒng)主要由AT89C51(51系列)、數(shù)碼管、電源、蜂鳴器、LED、34矩陣鍵盤(pán)、復(fù)位電路等組成。2.3電路中原件介紹AT89C51數(shù)碼管蜂鳴器LED34鍵盤(pán)復(fù)位電路電源四川托普信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院52.3.1AT89c51AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROMFlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)圖22AT89c512.3.2共陽(yáng)數(shù)碼管共陽(yáng)數(shù)碼管是將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管，共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮圖23共陽(yáng)數(shù)碼管2.3.3蜂鳴器蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車(chē)電子設(shè)備、電話(huà)機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器性圖24蜂鳴器2.3.4三極管（PNP）由2塊P型半導(dǎo)體中間夾著1塊N型半導(dǎo)體所組成的三極管,稱(chēng)為PNP型三極管.也可以描述成,電流從發(fā)射極E流入的三極管.圖25PNP型三極管四川托普信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院62.3.5微動(dòng)開(kāi)關(guān)微動(dòng)開(kāi)關(guān)是一種施壓促動(dòng)的快速轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，因?yàn)槠溟_(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)間距比較小，故名微動(dòng)開(kāi)關(guān)，又叫靈敏開(kāi)關(guān)。圖26微動(dòng)開(kāi)關(guān)2.3.6LED注入一定的電流后，電子與空穴不斷流過(guò)PN結(jié)或與之類(lèi)似的結(jié)構(gòu)面，并進(jìn)行自發(fā)復(fù)合產(chǎn)生輻射光的二極管半導(dǎo)體器件圖27LED2.3.7電容，電阻電容在給定電位差下的電荷儲(chǔ)藏量；記為C，國(guó)際單位是法拉（F）電阻是物質(zhì)對(duì)電流產(chǎn)生的阻礙作用，電阻將會(huì)導(dǎo)致電子流通量的通量越大圖27電容圖27電阻2.3.8電源、插孔電源是可以將其它形式的能轉(zhuǎn)換成電能插孔是接受電源提供的電能，并提供給電路，使電路能正常工作圖28插孔圖27電源四川托普信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院72.3.9晶振晶振作用在于產(chǎn)生原始的時(shí)鐘頻率，這個(gè)頻率經(jīng)過(guò)頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率圖29晶振四川托普信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院8第三章硬件電路設(shè)計(jì)3.1總體電路圖EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U180C52S1SW-PBS2SW-PBS3SW-PBS4SW-PBS5SW-PBS6SW-PBS7SW-PBS8SW-PBS9SW-PBS10SW-PBS11SW-PBS12SW-PBVCCY111.0592C133pC233pC310uR1210kVCC12J1CON2VCCR1220R2220R3220R4220R5220R6220R7220R9220D1LEDVCCLS1SPEAKERQ1PNPQ2PNPVCCR10330VCCR11330P2.6P2.7P2.7P2.6a1b2c3d4e5f6g7dp8i9j10W1COMPONENT_1R8220R14220R15220R16220R17220R18220R19220R20220VCCP0.4P0.4P0.5P0.5P0.6P0.6P2.6圖31電路圖系統(tǒng)工作原理分析：使用AT59C51單片機(jī)、34矩陣鍵盤(pán)、LED、蜂鳴器等。矩陣鍵盤(pán)分別為0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、OK、Enter。系統(tǒng)開(kāi)始輸入密碼；輸入密碼時(shí)，數(shù)碼管顯示電路顯示為“對(duì)應(yīng)的數(shù)字”，當(dāng)密碼輸入完畢按下OK鍵時(shí)，對(duì)輸入密碼與設(shè)定的密碼進(jìn)行比較，輸入密碼時(shí)蜂鳴器發(fā)出提示音，正確則LED點(diǎn)亮；若密碼不正確，LED不被點(diǎn)亮。3.2單片機(jī)AT89C51簡(jiǎn)介AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4Kbytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM）和128