基于51單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)

遼寧工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書（論文）PAGEPAGE18目錄第1章緒論 11.1電子鎖的發(fā)展?fàn)顩r 11.2設(shè)計(jì)電子密碼鎖的意義及相關(guān)技術(shù)指標(biāo) 1第2章總體設(shè)計(jì)及方案論證 22.1單片機(jī)模塊 22.2輸入鍵盤模塊 22.2.1獨(dú)立式按鍵 22.2.2矩陣式鍵盤 32.3數(shù)碼管顯示模塊 32.3.1LED靜態(tài)顯示方式 32.3.2LED動(dòng)態(tài)顯示方式 32.4電源模塊 32.4.1蓄電池供電 32.4.2雙路電源供電 32.5開鎖電路模塊 42.6報(bào)警電路模塊 42.7最優(yōu)方案 4第3章硬件電路設(shè)計(jì) 43.1輸入鍵盤 43.2顯示數(shù)碼管 53.3開鎖電路 63.4報(bào)警電路 63.5電源電路 73.6復(fù)位電路 73.7振蕩電路 8第4章軟件設(shè)計(jì) 94.1主程序流程圖及程序 94.2延時(shí)子程序 114.3修改密碼子程序 114.4掃描鍵盤輸入子程序 114.5中斷及報(bào)警子程序 124.6顯示子程序 13第5章設(shè)計(jì)總結(jié) 15參考文獻(xiàn) 16附錄Ⅰ 17附錄Ⅱ 18第1章緒論1.1電子鎖的發(fā)展?fàn)顩r隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖被破解的概率越來越高了，新型的盜賊也學(xué)會(huì)了與時(shí)俱進(jìn)，通過各種技術(shù)方法和手段即會(huì)在短時(shí)間內(nèi)開啟結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械鎖，會(huì)不留痕跡的登堂入室，給失主和警方留下各種不易解惑的疑團(tuán)。由此我們想到，要是在機(jī)械鎖的基礎(chǔ)上再裝上一把電子鎖，就徹底杜絕了單一機(jī)械鎖易被開啟的弊端，從而極大提高門鎖的安全防范性能。當(dāng)今世界，電子鎖發(fā)展已經(jīng)到了非常高的境界，由于電子元件特別是單片機(jī)應(yīng)用在最近幾年得到空前發(fā)展，電子鎖無論是在功能還是在穩(wěn)定性方面都有了較大的提高，在保密性方面已經(jīng)做到了密碼識(shí)別、指紋識(shí)別、人聲識(shí)別等。就整體形勢(shì)而言，電子鎖在國外發(fā)展比較早，所以應(yīng)用也比較廣泛，主要用于家庭門鎖，銀行公司等的財(cái)務(wù)保險(xiǎn)柜鎖和政府機(jī)關(guān)及高級(jí)賓館等重要場(chǎng)合的智能控制門鎖等。在國內(nèi)這方面發(fā)展也較快，不管自己開發(fā)或是引進(jìn)都有，在重要場(chǎng)合應(yīng)用也比較多。由于電子鎖價(jià)錢較普通機(jī)械鎖貴，在國內(nèi)早幾年應(yīng)用較少，現(xiàn)在越來越普及到平?；磥淼陌l(fā)展趨勢(shì)也會(huì)是越來越大眾化。由于電子鎖的功能和安全性是普通機(jī)械鎖鎖無法比擬的，它存在非常廣闊的發(fā)展前景。就目前而言，各類電子鎖已相繼問世，其中包括電子密碼鎖，指紋識(shí)別電子鎖，IC卡識(shí)別電子鎖、人聲識(shí)別電子鎖等。1.2設(shè)計(jì)電子密碼鎖的意義及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)當(dāng)前雖然許多智能鎖（如指紋辨別、人聲識(shí)別、IC卡識(shí)別等）已相繼問世，但這類產(chǎn)品是針對(duì)特定指紋、聲音或有效卡，只能用于保密要求高且僅供個(gè)人使用的箱、柜、房間等。另外，卡片式的IC卡易丟失和損壞，加上其成本較高，在一定程度上限制了這類產(chǎn)品的普及和推廣。而電子密碼鎖具有安全性能高、成本低、低功耗、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)好用，易于推廣和普及。本次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容為設(shè)計(jì)一個(gè)電子密碼鎖，技術(shù)指標(biāo)如下：輸入正確密碼開鎖指示燈亮，否則開鎖指示燈滅；應(yīng)包含0-9和設(shè)置、輸入，刪除12個(gè)鍵的鍵盤；輸入密碼可由數(shù)碼管顯示；連續(xù)3次密碼輸入錯(cuò)誤，則控制蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警。第2章總體設(shè)計(jì)及方案論證為完成電子密碼鎖的功能設(shè)計(jì)，需要通過不同的模塊來共同實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)思路及總體設(shè)計(jì)如圖ATAT89C51電源34鍵盤復(fù)位電路數(shù)碼管顯示開鎖裝置報(bào)警電路圖2.1主程序流程圖在電源供電下，單片機(jī)通過控制各個(gè)模塊共同構(gòu)成一個(gè)電子密碼鎖，3×4鍵盤作為人機(jī)交互的界面使用，加上復(fù)位電路的作用是在程序運(yùn)行出錯(cuò)或陷入死循環(huán)時(shí)能從頭開始執(zhí)行程序。2.1單片機(jī)模塊AT89系列單片機(jī)是美國Atmel公司的8位Flash單片機(jī)產(chǎn)品，分為低檔型、標(biāo)準(zhǔn)型和高檔型三大類。低檔型以AT89C2051為代表，標(biāo)準(zhǔn)型以AT89C51為代表，高檔型以AT89S8252為代表。本設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī)AT89C51作為主控元件使得設(shè)計(jì)具有先進(jìn)性的同時(shí)又降低了成本。2.2輸入鍵盤模塊完成鍵盤輸入的功能，可由兩種方式實(shí)現(xiàn)，分別是獨(dú)立式按鍵和矩陣式鍵盤。2.2.1獨(dú)立式按鍵獨(dú)立式按鍵是指直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，每個(gè)獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占有一根I/O口線，每根I/O口線的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他I/O口線的工作狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大。故在按鍵數(shù)量不多時(shí)，常采用這種按鍵電路。2.2.2矩陣式鍵盤矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上，行線和列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。很明顯，在按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，矩陣式鍵盤和獨(dú)立式按鍵相比，要節(jié)省很多的I/O口線。本設(shè)計(jì)需要用到12個(gè)按鍵，數(shù)量較多，且單片機(jī)I/O口資源有限，綜合以上兩種方案，選用34矩陣式鍵盤作為輸入電路為宜。2.3數(shù)碼管顯示模塊LED顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種顯示方式。2.3.1LED靜態(tài)顯示方式所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)段的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止，并且顯示器的各位可同時(shí)顯示。靜態(tài)顯示時(shí)，較小的驅(qū)動(dòng)電流就能得到較高的顯示亮度。靜態(tài)顯示方式的缺點(diǎn)是N位靜態(tài)顯示器要求有N8根的I/O口線，占用I/O口線資源較多。2.3.2LED動(dòng)態(tài)顯示方式所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮顯示器的各個(gè)位（掃描），對(duì)于顯示器的每一位而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。相比于靜態(tài)顯示方式而言，8位LED動(dòng)態(tài)顯示電路只需要兩個(gè)8位I/O口，充分利用了I/O口資源。電子密碼鎖的顯示電路設(shè)計(jì)需要用到8位數(shù)碼管來顯示密碼，為節(jié)約I/O口資源，顯示電路應(yīng)采用LED動(dòng)態(tài)顯示方式。2.4電源模塊AT89C51單片機(jī)供電電壓為+5V，可采用兩種供電方式。2.4.1蓄電池供電采用+6V蓄電池經(jīng)電阻分壓后直接給單片機(jī)供電，電路簡(jiǎn)單。2.4.2雙路電源供電220V交流市電經(jīng)降壓，整流，集成穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓為+5V后給直接給單片機(jī)供電，當(dāng)停電后，采用蓄電池供電。利用一個(gè)單反相器實(shí)現(xiàn)兩種供電電路的自動(dòng)切換。本設(shè)計(jì)為電子密碼鎖的設(shè)計(jì)，需要用到UPS（不間斷電源），故采用雙路電源供電為宜。2.5開鎖電路模塊輸入密碼正確時(shí)，單片機(jī)輸出信號(hào)作為開關(guān)信號(hào)，控制電磁鐵動(dòng)作，來完成開鎖功能。輸入密碼錯(cuò)誤時(shí)，則不響應(yīng)。2.6報(bào)警電路模塊輸入密碼錯(cuò)誤時(shí)，單片機(jī)輸出信號(hào)作為開關(guān)信號(hào)，通過開啟報(bào)警電路來控制蜂鳴器報(bào)警。2.7最優(yōu)方案綜上，最優(yōu)方案為選用AT89C51單片機(jī)作為主控元件，采用雙路電源自動(dòng)切換供電方案，數(shù)碼管顯示采用動(dòng)態(tài)顯示方式，以矩陣式鍵盤作為人機(jī)交互的界面，加上開鎖和報(bào)警電路及相應(yīng)的軟件，構(gòu)成一個(gè)安全可靠的電子密碼鎖。第3章硬件電路設(shè)計(jì)3.1輸入鍵盤圖3.1鍵盤電路本設(shè)計(jì)采用矩陣式鍵盤，連接方式如圖3.1所示：鍵盤的工作過程：第一步是CPU檢測(cè)鍵盤上是否有按鍵按下，具體方法是：將列線送入全掃描字，讀入行線的狀態(tài)來判斷，即所有的列線置成低電平，然后將行線電平的狀態(tài)讀入累加器A中，如果有按鍵按下，總會(huì)有一根行線電平被拉至低電平，從而使行輸入狀態(tài)不全為“1”。第二步是識(shí)別哪一個(gè)按鍵按下，如果列輸入狀態(tài)不全為“1”則按下的鍵必在此列，而且是該列與“0”電平的交點(diǎn)上的那個(gè)鍵。為求取編碼，在逐列掃描時(shí)，可用計(jì)數(shù)器記錄下當(dāng)前掃描列的列號(hào)，檢測(cè)到第幾行有按鍵按下時(shí)，就用該行的首鍵碼加列號(hào)得到當(dāng)前按鍵的編碼。本設(shè)計(jì)采用的是查詢方式，這種方式是直接在主程序中插入鍵盤的子程序，主程序每執(zhí)行一次則鍵盤子程序被執(zhí)行一次，對(duì)進(jìn)行檢測(cè)一次，如果沒有按鍵按下，則跳過按鍵識(shí)別，直接執(zhí)行主程序，如果有按鍵按下，則通過鍵盤掃描子程序識(shí)別按鍵，得到按鍵的編碼，然后根據(jù)編碼值進(jìn)行相應(yīng)的處理，處理完后再回到主程序執(zhí)行。3.2顯示數(shù)碼管硬件連接電路如圖所示：圖3.2顯示電路如圖3.1所示為數(shù)碼管的控制及顯示電路，數(shù)碼管為共陽極數(shù)碼管，通過段選和位選實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示方式，即通過軟件用分時(shí)的方法輪流控制各個(gè)顯示器的COM端，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。在輪流點(diǎn)亮掃描過程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間極為短暫，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余暉效應(yīng)，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。3.3開鎖電路圖3.3開鎖電路如圖3.3所示為開鎖控制電路，當(dāng)輸入密碼與原設(shè)置密碼相同時(shí)，P3.2引腳輸出高電平，三極管UNLOCK導(dǎo)通，電磁鐵動(dòng)作開鎖，同時(shí)開鎖指示燈亮。輸入密碼不正確時(shí)，電磁鐵不動(dòng)作，且開鎖指示燈滅。3.4報(bào)警電路圖3.4報(bào)警電路如圖3.4所示為報(bào)警控制電路，當(dāng)輸入密碼錯(cuò)誤時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部響應(yīng)中斷信號(hào)，使P3.3引腳輸出高電平，這時(shí)，三極管UNLOCK作為報(bào)警控制開關(guān)導(dǎo)通，電源給蜂鳴器供電，控制蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警。3.5電源電路圖3.5電源電路采用雙路電源自動(dòng)切換工作方式，正常情況下，交流市電220V經(jīng)降壓變壓器降壓，整流電橋整流，穩(wěn)壓芯片LM7805穩(wěn)壓后變?yōu)?5V直流電源給單片機(jī)供電。當(dāng)出現(xiàn)停電的情況時(shí)，3點(diǎn)處的電勢(shì)變?yōu)榈碗妱?shì)，經(jīng)單反相器后控制NPN1三極管導(dǎo)通，啟動(dòng)蓄電池或干電池電源并經(jīng)分壓后供電，從而保證單片機(jī)的不間斷供電。3.6復(fù)位電路圖3.6復(fù)位電路采用按鍵電平復(fù)位，按下鍵后，通過R3和R4形成回路，使RESET端產(chǎn)生高電平。按鍵的時(shí)間決定了復(fù)位時(shí)間。3.7振蕩電路圖3.7振蕩電路如圖3.7所示，晶體振蕩器采用12MHZ，通過兩個(gè)30pF的電容與單片機(jī)連接，為單片機(jī)工作提供準(zhǔn)確穩(wěn)定的時(shí)鐘脈沖。第4章軟件設(shè)計(jì)4.1主程序流程圖及程序 初始化初始化N=0密碼輸入是否正確？N=N+1報(bào)警并鎖死鍵盤是否修改密碼輸入新密碼正常開鎖N≥3?是否是否是否返回返回主人通過機(jī)械裝置復(fù)位單片機(jī)并輸入正確密碼解鎖解鎖返回圖4.1主程序流程圖主程序如下： ORG 0000H SJMP START ORG 000BH SJMP INT START: MOV SP,#70H CLR P3.0 CLR P3.1 CLR P3.2 CLR P3.3 MOV TMOD,#01H MOV TL0,#00H MOV TH0,#00H SETB TR0 SETB ET0 SETB EA MOV R2,#0FFH MOV 3AH,#03H MOV R3,#06H PASSWORD:MOV R4,#08H MOV R0,#40H MOV A,#07H MOV @R0,A INC R0 INC A DJNZ R4,PASSWORD MOV R0,#30H DETPW:MOV R4,#08H AGAIN:ACALL INPUT MOV A,R7 CJNE R7,#0BH,IN ACALL CHPSW AJMP GETPW IN:MOV @R0,A CLR P3.3 ACALL DELAY SETB P3.3 COMP:MOV R4,#08H MOV R0,#30H AGAI:MOV 50H,@R0 ADD R0,#010H MOV A,@R0 SUBB R0,#010H CJNE A,50H,ONCEMORE INC R0 DJNZ R4,AGAI CLP P3.0HERE:AJMP HEREONCEMORE:CLR P3.4 ACALL DELAY SETB P3.4 DJNZ R3,GETPW CPL P3.1THERE:AJMP THERE END4.2延時(shí)子程序DELAY:MOV R5,#30H DELAY1:MOV A,#0FFHLOOP:DEC A JNZ LOOP DJNZ R5,DELAY1 RET 4.3修改密碼子程序CHPSW:MOV R0,#40H ANOTHER:ACALL INPUT MOV A,R7 MOV @R0,A INC R0 CLR P3.3 ACALL DELAY SETB P3.3 DJNZ R4,ANOTHER RET4.4掃描鍵盤輸入子程序INPUT:MOV R6,#02H MOV R1,#40HLOP:ACALL DELAY MOV P1,#0FFH CPL P1.6 MOV A,P1 ANL A,#0FH CJNE A,#0FH,INKEY MOV P1,#0FH CPL P1.5 MOV A,P1 ANL A,#0FH CJNE A,#0FH,INKEY MOV P1,#0FFH CLR P1.4 MOV A,P1 ANL A,#0FH CJNE A,#0FH,INKEY SJMP LOPINKEY:MOV @R1,P1 INC R1 DJNZ R6,LOP DEC R1 MOV A,@R1 DEC R1 CJNE A,40H,INPUT RET4.5中斷及報(bào)警子程序 INT:PUSH ACC MOV TMOD,#01H MOV TL0,#00H MOV TH0,#00H SETB TR0 SETB ET0 SETB EA DJNZ R2,CONTCONTINUE:DJNZ 3AH,CONT CLR P3.2 STOP:AJMP STOP CONT:POP ACC RET4.6顯示子程序LOOP2: MOVP0，@R7 MOVCR5,#LP MOVCA,@A+@R5 MOV@R7,A INCR7 CLRP2.0 ACALLDELAY MOVP0，#0FFH MOVR2，#0FFH MOVP0，@R7 MOVCR5,#LP MOVCA,@A+@R5 MOV@R7,A INCR7 CLRP2.1 ACALLDELAY MOVP0，#0FFH MOVR2，#0FFH MOVP0，@R7 MOVCR5,#LP MOVCA,@A+@R5 MOV@R7,A CLRP2.0 INCR7 ACALLDELAY MOVP0，#0FFH MOVR2，#0FFH MOVP0，@R7 MOVCR5,#LP MOVCA,@A+@R5 MOV@R7,A INCR7 CLRP2.0 ACALLDELAY MOVP0，#0FFH MOVR2，#0FFH MOVP0，@R7 MOVCR5,#LP MOVCA,@A+@R5 MOV@R7,A INCR7 CLRP2.0 ACALLDELAY MOVP0，#0FFH MOVR2，#0FFH MOVP0，@R7 MOVCR5,#LP MOVCA,@A+@R5 MOV@R7,A INCR7 CLRP2.0 ACALLDELAY MOVP0，#0FFH MOVR2，#0FFH MOVP0，@R7 MOVCR5,#LP MOVCA,@A+@R5 MOV@R7,A INCR7 CLRP2.0 ACALLDELAY MOVP0，#0FFH MOVR2，#0FFH MOVP0，@R7 MOVCR5,#LP MOVCA,@A+@R5 MOV@R7,A INCR7 CLRP2.0 ACALLDELAY MOVP0，#0FFH MOVR2，#0FFHLP:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,35H,42H第5章設(shè)計(jì)總結(jié)本次設(shè)計(jì)的電子密碼鎖采用AT89C51作為主控元件，加之附加電路及相應(yīng)軟件，通過軟硬件結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)。此電子密碼鎖共有有8位密碼，每一位包含0-9共10個(gè)數(shù)字，經(jīng)計(jì)算，三次機(jī)會(huì)隨機(jī)開啟密碼鎖的概率為一千萬分之三，也即333萬個(gè)人開鎖只有一個(gè)人能打開，概率小到幾乎為零，安全可