基于51單片機的電子密碼鎖的設(shè)計課程設(shè)計報告

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題目基于51單片機的電子密碼鎖的設(shè)計

西安文理學(xué)院物理與機械電子工程學(xué)院

課程設(shè)計任務(wù)書

學(xué)

學(xué)生姓名專業(yè)班級2011級測控技術(shù)與儀器1班

號

教研

指導(dǎo)教師職稱說師

室

課程單片機課程設(shè)計

題目基于51單片機的電子密碼鎖的設(shè)計

任務(wù)與要求

設(shè)計任務(wù)：

以51單片機為核心，設(shè)計帶有密碼輸入鍵盤、電磁閥等部件的單片機應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)電子鎖的鎖閉和打開。

設(shè)計要求：

1、完成系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計與軟件設(shè)計；

2、采納匯編或C語言編程；

3、采納Proteus、KeilC等軟件實現(xiàn)系統(tǒng)的仿真調(diào)試。

4、論文要求思路清楚，結(jié)構(gòu)合理，語言流暢，書寫格式符合要求。

開始日期20XX年5月12日完成日期20XX年5月25日

20XX年5月28日

基于51單片機的電子密碼鎖的設(shè)計

摘要：在日常的日子和工作中,住所與部門的安全防范、單位的文件檔案、財務(wù)報表以及一些個人資料的保存多以加鎖的方法來解決。若使用傳統(tǒng)的機械式鑰匙開鎖，人們常需攜帶多把鑰匙,使用極別方便,且鑰匙丟失后安全性即大打折扣。具有防盜報警等功能的電子密碼鎖代替密碼量少、安全性差的機械式密碼鎖已是必定趨勢。隨著科學(xué)技術(shù)的別斷進展，人們對日常日子中的安全保險器件的要求越來越高。為滿腳人們對鎖的使用要求，增加其安全性，用密碼代替鑰匙的密碼鎖應(yīng)運而生。密碼鎖具有安全性高、成本低、功耗低、易操作、記住密碼即可開鎖等優(yōu)點。

目前使用的電子密碼鎖大部分是基于單片機技術(shù)，以單片機為要緊器件，其編碼器與解碼器的生成為軟件方式。

本系統(tǒng)由AT89C51單片機系統(tǒng)（要緊是AT89C51單片機最小系統(tǒng)）、4×4矩陣鍵盤、LCD1602顯示和報警系統(tǒng)等組成，具有設(shè)置、修改六位用戶密碼、超次報警、超次鎖定、密碼錯誤報警等功能（本設(shè)計由P0口操縱LCD顯示，密碼正確顯示passwordok！密碼錯誤顯示passworderror！超過三次輸入錯誤自動鎖定。由P1口操縱矩陣鍵盤含有0-9數(shù)字鍵和A-F功能鍵。）。除上述基本的密碼鎖功能外，依據(jù)實際的事情還能夠添加遙控功能。本系統(tǒng)成本低廉，功能有用。

關(guān)鍵詞:AT89C51；LCD1602；電子密碼鎖；4×4矩陣鍵盤

名目

名目

1.設(shè)計目的(1)

1.1、課題背景和意義(1)

1.2、電子密碼進展趨勢(1)

2.總體設(shè)計方案(1)

2.1、設(shè)計目標(biāo)(1)

2.2、課題方案的選定(2)

3．系統(tǒng)的硬件組成和原理(2)

3.1、單片機AT89C51的簡介(2)

3.2、系統(tǒng)的硬件組成(3)

3.2.1、最小系統(tǒng)的設(shè)計(3)

3.2.2、芯片擦除(4)

3.2.3、開鎖機構(gòu)(4)

3.2.4、鍵盤設(shè)計(5)

3.2.5、顯示電路的設(shè)計(6)

3.3、系統(tǒng)設(shè)計總圖(7)

4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(8)

4.1、系統(tǒng)軟件方框圖(8)

4.2、鍵盤掃描及識不子程序(8)

4.3、密碼設(shè)置子程序(10)

5.系統(tǒng)調(diào)試(10)

5.1、程序調(diào)試(10)

5.2、電路仿真調(diào)試(12)

總結(jié)(14)

致謝(14)

參考文獻(15)

附錄Ⅰ電路總圖(16)

附錄Ⅱ程序清單(17)

1.設(shè)計目的

1.1、課題背景和意義

伴隨著如今電子技術(shù)和科學(xué)技術(shù)的快速進展，隨著單片機性能別斷完善，性能價格比也隨著顯著提高，技術(shù)日趨完善。由于單片機具有體積小、分量輕、價格廉價、功耗低、操縱功能強及運算速度快等特點，所以在國民經(jīng)濟建設(shè)、軍事及家用電器等各個領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計利用單片機及附加電子元器件實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和操縱算法，來完成某一實際功能，檢驗并提高大學(xué)生對整體電路設(shè)計和把握能力，了解單片機系統(tǒng)設(shè)計流程，以及電路板的實際制作和調(diào)試能力。并且也加強對數(shù)字電路、單片機和微機原理等課程知識的實際應(yīng)用能力，也為同類產(chǎn)品的進一步進展奠定理論和實踐基礎(chǔ)。

隨著科技水平的提高和人們安全意識的加強，對安全和個人的隱私的要求也就越來越高。機械鎖自古以來算是把守護門的鐵將軍，人們對它要求甚高，既要安全可靠的防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長期以來研制的主題。伴隨著電子技術(shù)的進展，各類電子產(chǎn)品應(yīng)運而生，電子密碼鎖算是其中之一。據(jù)有關(guān)資料介紹，電子密碼鎖的研究從20世紀(jì)30年代就開始了，在一些特別場所早就有所應(yīng)用。這種鎖是經(jīng)過鍵盤輸入一組密碼完成開鎖過程。研究這種鎖的初衷，算是為提高鎖的安全性。由于電子鎖的密鑰量（密碼量）極大，能夠與機械鎖配合使用，同時能夠幸免因鑰匙被仿制而留下安全隱患。電子鎖只需記住一組密碼，無需攜帶金屬鑰匙，免除了人們攜帶金屬鑰匙的麻煩，而被越來越多的人所觀賞。

1.2、電子密碼進展趨勢

如今，電子密碼鎖使用于各個領(lǐng)域，尤其在國民建設(shè)，和軍事領(lǐng)域具有突出貢獻。如今的密碼鎖內(nèi)的信息包括了數(shù)字、字符、圖形圖像、人體生物特征和時刻等，對電子鎖的要求也越來越高。電子技術(shù)必是各國進展的優(yōu)先技術(shù)。

由于數(shù)字、字符、圖形圖像、人體生物特征和時刻等要素均可成為鑰匙的電子信息，組合使用這些信息可以使電子密碼鎖獲得高度的保密性，如防范森嚴(yán)的金庫，需要使用復(fù)合信息密碼的電子密碼鎖，如此對盜賊而言是“道高一尺、魔高一丈”。組合使用信息也可以使電子密碼鎖獲得無窮擴展的也許，使產(chǎn)品多樣化，對用戶而言是“千挑百選、自得其所”。

2.總體設(shè)計方案

2.1、設(shè)計目標(biāo)

（1）本設(shè)計為了防止密碼被竊取要求在輸入密碼時在LCD屏幕上顯示*號。

（2）設(shè)計開鎖密碼位六位密碼的電子密碼鎖。

（3）可以LCD顯示在密碼正確時顯示PASSWORDOK，密碼錯誤時顯示PASSWORDERRO輸入密碼時顯示INPUTPASSWORD。

（4）實現(xiàn)輸入密碼錯誤超過限定的三次電子密碼鎖定。

（5）4×4的矩陣鍵盤其中包括0-9的數(shù)字鍵和A-F的功能鍵

（6）本產(chǎn)品具備報警功能，當(dāng)輸入密碼錯誤時蜂鳴器響同時LED燈亮。

（7）密碼能夠由用戶自個兒修改設(shè)定（只支持6位密碼），修改密碼之前必須再次輸入密碼，在輸入新密碼時候需要二次確認(rèn)，以防止誤操作。

2.2、課題方案的選定

采納一種是用以AT89C51為核心的單片機操縱方案。選用單片機AT89C51作為本設(shè)計的核心元件，利用單片靈巧活的編程設(shè)計和豐富的IO端口，及其操縱的準(zhǔn)確性，實現(xiàn)基本的密碼鎖功能。在單片機的外圍電路外接輸入鍵盤用于密碼的輸入和一些功能的操縱，外接LCD1602顯示器用于顯示作用。

3．系統(tǒng)的硬件組成和原理

3.1、單片機AT89C51的簡介

AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4kbytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器,器件采納ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引足。它集Flash程序存儲器，既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)辦法舉行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，ATMEL公司的功能強大，低價位

AT89C51單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈便應(yīng)用于各種操縱領(lǐng)域。

與MCS-51兼容

4K字節(jié)可編程閃耀存儲器

壽命：1000寫/擦循環(huán)

數(shù)據(jù)保留時刻：10年

全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz

三級程序存儲器鎖定

128*8位內(nèi)部RAM

32可編程I/O線

兩個16位定時器/計數(shù)器

5個中斷源

可編程串行通道

低功耗的閑置和掉電模式

片內(nèi)振蕩器和時鐘電路

圖3.1單片機引足圖

3.2、系統(tǒng)的硬件組成

3.2.1、最小系統(tǒng)的設(shè)計

當(dāng)MCS-5l系列單片機的復(fù)位引足RST(全稱RESET)浮現(xiàn)2個機器周期以上的高電平常，單片機就執(zhí)行復(fù)位操作。假如RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。依照應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。圖3.3即為手動（開關(guān)）復(fù)位電路。

圖3.2手動復(fù)位電路

a、復(fù)位后PC值為0000H，表明復(fù)位后的程序從0000H開始執(zhí)行。

b、SP值為07H，表明堆棧底部在07H，普通需要重新設(shè)置SP值。

c、P0～P3口值為FFH。P0～P3口用作輸入口時，必須先寫入“1”。單片機在復(fù)位后，已使P0～P3口每一端線為“1”，為這些端線用作輸入口做好了預(yù)備。

AT89C51中有一具用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引足XTAL1和XTAL2分不是該放大器的輸入端和輸出端。那個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見下圖。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容Cl、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容Cl、C2盡管沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微妨礙振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。假如使用石英晶體，我們推舉電容使用30pF±10pF，而如使用陶瓷諧振器建議挑選40pF±10F。用戶也能夠采納外部時鐘。采納外部時鐘的電路如圖1所示。這種事情下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時鐘信號是經(jīng)過一具2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，因此對外部時鐘信號的占空比沒有特別要求，但最小高電平持續(xù)時刻和最大的低電平持續(xù)時刻應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。

圖3.3晶振電路

3.2.2、芯片擦除

整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可經(jīng)過正確的操縱信號組合，并保持ALE管足處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程往常，該操作必須被執(zhí)行。

此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，能夠在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容同時凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一具硬件復(fù)位為止。

3.2.3、開鎖機構(gòu)

用戶經(jīng)過LCD提示信息，用鍵盤輸入正確密碼，從而達到開鎖的目的。當(dāng)用戶輸入的密碼正確同時是在按下確定鍵的話，單片機便輸出開門信號，送到開鎖驅(qū)動電路，然后驅(qū)動電磁鎖，達到開門的目的。電磁鎖的選用要視事情而定，然而吸合力要腳夠且由一定的余量。

在本次設(shè)計中，基于節(jié)約材料的原則，臨時用發(fā)光二極管代替電磁鎖，發(fā)光管亮，表示開鎖；滅，表示沒有開鎖。

圖3.4開鎖電路

3.2.4、鍵盤設(shè)計

本設(shè)計就采納行列式鍵盤，并且也能減少鍵盤與單片機接口時所占用的I/O線的數(shù)目，在按鍵比較多的時候，通常采納如此辦法。

每一條水平（行線）與垂直線（列線）的交叉處別相通，而是經(jīng)過一具按鍵來連通，利用這種行列式矩陣結(jié)構(gòu)只需要N條行線和M條列線，即可組成具有N×M個按鍵的鍵盤。在這種行列式矩陣鍵盤非鍵盤編碼的單片機系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認(rèn)有無按鍵按下的程序段。

掃描原理：

把每個鍵都分成水平和垂直的兩端接入，比如講掃描碼是從垂直的入，那就代表那一行所接收到的掃描碼是同一具bit，而讀入掃描碼的則是水平，掃描的動作是先輸入掃描碼，再去讀取輸入的值，通過比對之后就可懂是哪個鍵被按下。

比如講掃描碼送入01111111，前面的0111是代表此刻掃描第一行P1.0列，而后面的1111是讓讀取的4行接足先設(shè)為VDD，若此刻第一行的第三列按鍵被按下，那讀取的結(jié)果就會變成01111101（注意1111變成1101），其中LSB的第三個bit會由1變成0，這是因為那個按鍵被按下之后，會被垂直的掃描碼電位short，而把讀取的LSB的bit電位拉到0，此即為

掃描原理。

由于這種按鍵是機械式的開關(guān)，當(dāng)按鍵被按下時，鍵會震動一小段時刻才穩(wěn)定，為了幸免讓8051誤判為多次輸入同一按鍵，

我們必