1、基于單片機(jī)的密碼鎖設(shè)計(jì)1引言1.1 設(shè)計(jì)目的隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各類電子產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，電子密碼鎖就是其中之一。電 子密碼鎖就是通過(guò)鍵盤(pán)輸入一組密碼完成開(kāi)鎖過(guò)程。研究這種鎖的初衷，就是為 提高鎖的安全性。目前，國(guó)內(nèi)自行研制開(kāi)發(fā)的電子鎖，應(yīng)用還不廣泛。國(guó)內(nèi)的不少企業(yè)也引進(jìn)了 世界上先進(jìn)的技術(shù),發(fā)展前景非常可觀。希望通過(guò)不斷的努力，使電子密碼鎖在我 國(guó)也能得到廣泛應(yīng)用。1.2 設(shè)計(jì)要求本次課程設(shè)計(jì)要求使我們能夠掌握并且實(shí)際運(yùn)用課本知識(shí)。通過(guò)利用所學(xué)的 電子技術(shù)知識(shí)正確分析并設(shè)計(jì)電路,將適當(dāng)電路運(yùn)用到實(shí)際電路中，將課本知識(shí)轉(zhuǎn) 化為實(shí)際能力。1.3 設(shè)計(jì)方法(1)系能夠從鍵盤(pán)中輸入密碼，并相應(yīng)地在顯示器

2、上顯示”鏟；能夠判斷密碼是否 正確，正確則開(kāi)鎖，錯(cuò)誤則輸出相應(yīng)信息。(2)密碼由程序直接設(shè)定，不可用戶自己設(shè)定。(3 )具有自動(dòng)報(bào)警功能。密碼不正確，相應(yīng)紅燈鳧，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲來(lái)提示。(4)具有手動(dòng)復(fù)位功能。2設(shè)計(jì)方案及原理1 .1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)根據(jù)以上分析，本次電子密碼鎖設(shè)計(jì)的主要重點(diǎn)是以下幾個(gè)部分:4x 3矩陣鍵盤(pán)設(shè)計(jì)、LCD信息顯示和密碼的比較和處理。當(dāng)然，除了這幾個(gè)部分外還 有報(bào)警等功能模塊。其中矩陣鍵盤(pán)用于輸入數(shù)字密碼和進(jìn)行各種功能的實(shí)現(xiàn)。由 用戶通過(guò)連接單片機(jī)的矩陣鍵盤(pán)輸入密碼，后經(jīng)過(guò)單片機(jī)對(duì)用戶輸入的密碼與自己 保存的密碼進(jìn)行對(duì)比，從而判斷密碼是否正確，然后控制引腳的高低電平傳到

3、開(kāi) 鎖電路或者報(bào)警電路是報(bào)警。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)整體框圖2 .2本設(shè)計(jì)硬件資源分配P3. 0P 3.7用于LCD液晶顯示作用。Pl.6、P 1 . 7用于蜂鳴器和報(bào)警燈的控制。P 1 . 4用于開(kāi)鎖電路的控制。P2.0P2.7用于鍵盤(pán)電路的控制。P1 .0P1. 2用于LCD顯示模塊的控制端口的控制。3硬件設(shè)計(jì)3 .1.1芯片選擇本次設(shè)計(jì)采用AT 8 9c 5 1貼片芯片,AT89c 5 1是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8位單片機(jī),通過(guò)用K e il軟件編寫(xiě)程序，然后裝到單片機(jī)里面去，然后讓它對(duì) 整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行信息的處理，如可以讓它處理矩陣鍵盤(pán)傳過(guò)來(lái)的信息，并根據(jù)編好的 程序來(lái)確

4、定哪個(gè)按鍵按下，并處理相應(yīng)按鍵對(duì)應(yīng)的功能，然后把相應(yīng)的信息反應(yīng)到 單片機(jī)的各個(gè)引腳，來(lái)實(shí)現(xiàn)按鍵實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)象，如：顯示是否開(kāi)啟鎖，報(bào)警等。AT89 C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能:4 k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器128字節(jié)內(nèi)部RAM, 32個(gè) I/O 口線兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu),一個(gè)全雙工串行通 信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí),AT89c5 1可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支 持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM,定 時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振 蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。AT

5、89C51的引腳圖如圖2所示。XTAL1POIVADDXTALZPD.1/AMPCJNADNP03fAD3QOTPO.WAD POSfADS POj&ADe PO7AD77SEITP2IWVBPN1W5PZ2yA1D pzahALEP2.WA12或P1DP2A14P2.7/A15PRRXDP1.1pa,-irrxtP1ZP3z/nrrnP13lOMTiTTp 1 .4n.aTD PZ3WP1SP1JSP1.?P3.7flWU1圖2 AT 8 9C51191S- 9i-k 1hh-bG2-s3.1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)就是指能使單片機(jī)工作的最少的器件構(gòu)成的系統(tǒng)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)已

6、經(jīng)包含了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器，所以只要在其外部加上時(shí)鐘電路 和復(fù)位電路就可以構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)。(1)單片機(jī)工作需要晶振給CPU提供頻率，時(shí)鐘電路就是給單片機(jī)提供晶振頻率 的電路。圖3是時(shí)鐘電路的PR 0 TEUS仿真圖。圖3時(shí)鐘電路單片機(jī)允許的振蕩晶體可在l .224MH z之間選擇，一般為ILO592MH z, 電容C 2 ,C 3的取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振藩電路起振速度有一定的影響，可在2 0100p F之間選擇，典型值位30pF(2 )計(jì)算機(jī)每次開(kāi)始工作，CPU和系統(tǒng)中的其他部件都必須要有一個(gè)確定的初值，即復(fù)位狀態(tài)。圖4是單片機(jī)復(fù)位電路仿真圖。圖4復(fù)位電路單片機(jī)RST引腳

7、是高電平有效。單片機(jī)在上電瞬間C1充電,RST引腳端出現(xiàn)正 脈沖，只要RST斷保持兩個(gè)機(jī)械周期(大約10ms)以上的高電平，單片機(jī)就能復(fù)位。 在單片機(jī)工作后，如果還想再次復(fù)位，只需按下開(kāi)關(guān),單片機(jī)就能重新變成復(fù)位狀 態(tài)。當(dāng)晶體振蕩頻率為1 2MHz時(shí),RC的典型值為C=10uF,R=8.2K Qo3.13矩陣鍵盤(pán)設(shè)計(jì)一組鍵或者一個(gè)鍵盤(pán)，需要通過(guò)接口電路和CPU相連接，CPU可以采用查詢接口或者中斷的方式了解有沒(méi)有鍵被按下，并檢查是哪個(gè)鍵被按下。無(wú)論是查詢 方式還是中斷方式都要用到單片機(jī)的I/O 口。由于單片機(jī)I/O口較少的原因，當(dāng)系 統(tǒng)中需要用到較多按鍵時(shí)，為了能夠更合理更有效地利用單片機(jī)的I

8、/O 口,一般采 用矩陣鍵盤(pán)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)多按鍵的功能。圖5是4x3矩陣鍵盤(pán)在PROTEUS中的電路原理仿真圖。圖5 4x3矩陣鍵盤(pán)矩陣鍵盤(pán)乂叫做行列式鍵盤(pán)。行列式鍵盤(pán)的硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，由行輸出口 和列輸出口構(gòu)成行列式鍵盤(pán)，按鍵設(shè)置在行、列交點(diǎn)上。只有當(dāng)鍵被按下時(shí)相應(yīng)的 行和列才能相連。如此，只要檢測(cè)行和列是否相連就可以知道是否有鍵按下。由于按鍵設(shè)置在行、列線交點(diǎn)上，行、列分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端，平時(shí) 無(wú)鍵按下時(shí).，行線處于高電平，假設(shè)列線為低電平，當(dāng)有鍵按下時(shí)，按下的鍵就會(huì) 將相應(yīng)的行和列連通，使得對(duì)應(yīng)的行線被列線拉低，也變?yōu)榈碗娖?。這就是識(shí)別矩 陣鍵盤(pán)是否有鍵被按下的關(guān)鍵。當(dāng)確定有鍵被按

9、下時(shí).，通過(guò)逐行掃描，讀出I/O口的值可以知道哪一行的值 被改變了，被改變了的行即是被按下的按鍵所在行。同時(shí)，由于每個(gè)鍵都有它的 行值和列值，行值和列值得組合就是這個(gè)按鍵的編碼，當(dāng)算法一定時(shí)，每個(gè)按鍵的 編碼是固定的，且各個(gè)按鍵的編碼互不相同，所有通過(guò)讀I/O的值還能具體知道 是哪一個(gè)鍵被按下，這樣就實(shí)現(xiàn)了鍵盤(pán)的識(shí)別。3.1.4 L CD顯示模塊設(shè)計(jì)LCD16 0 2是一種字符型液晶顯示器，是一種專門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的 點(diǎn)陣式液晶顯示器。LCD1602的顯示容量為16x2個(gè)字符(可以顯示2行，每行顯 示16個(gè)字符)，芯片工作電壓為4. 55.5V,工作電流為2.0mA (5. 0V)

10、,模塊最佳 工作電壓是5.0V。LCD1602具有16個(gè)引腳。在L CD 1 602的有關(guān)設(shè)計(jì)中，主要是通過(guò)編寫(xiě)程序控制L CD16 0 2的4、5、6引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)或者指令的寫(xiě)入和執(zhí)行，再通過(guò)數(shù)據(jù)或者指 令的寫(xiě)入和執(zhí)行來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)LCD 1 6 0 2的顯示功能。查資料了解在仿真庫(kù)中用 1m 0 1 6 1代替LCD602圖6是PROTEUS中顯示模塊的仿真圖。由于L C D要正常工作必須提供足夠的電流，因此在實(shí)際應(yīng)用為了保證顯示器能夠正常工作，應(yīng)在數(shù)據(jù)端口接一上拉電阻，不過(guò)此次仿真就沒(méi)有另外加上拉電阻。CP37而10TzAT89C51 DBG圖6 LCD顯示電路P1.0 P1 1F1.2

11、P1.3 P1 4F1.5 P1 一 8P3.O/RXD P3 1/TXD F3.Z/INT0 P3.3.-'INT1P3 4/T0 P3.yriLMO18Lr3 . 1. 5報(bào)警模塊、開(kāi)鎖模塊以及表示模塊開(kāi)鎖模塊用繼電器帶一個(gè)LED管代替電磁鎖。電路如圖7所示;報(bào)警模塊用蜂鳴器表示，電路如圖8所示;表示模塊用發(fā)光二極管表示開(kāi)鎖與否。圖7開(kāi)鎖電路圖8報(bào)警電路3.2硬件連接圖根據(jù)電路原理，在P ROTEUS中畫(huà)出各功能模塊的仿真圖，各個(gè)功能 模塊驗(yàn)證正確后，將所有模塊集合到一個(gè)電路設(shè)計(jì)圖中，畫(huà)出具有所有功能的總體 硬件仿真圖。圖9硬件連接圖在設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用單片機(jī)AT8 9c51作為主控

12、芯片，結(jié)合鍵盤(pán)輸入、顯示電 路、報(bào)警電路、開(kāi)鎖電路、時(shí)鐘電路、晶振電路,利用合理的連線接成硬件連接圖, 在Proteus軟件平臺(tái)上選中合適的AT 8 9c 5 1芯片,LCD顯示器，鍵盤(pán)，以及其它電 子元件，接成電路。4 .3設(shè)計(jì)原理系統(tǒng)工作時(shí)，用戶通過(guò)按鍵輸入6位密碼，單片機(jī)將輸入密碼與設(shè)定密碼進(jìn)行 比較，若密碼正確，則相應(yīng)綠燈閃爍，同時(shí)發(fā)出開(kāi)鎖信號(hào)，將門(mén)打開(kāi)，系統(tǒng)不報(bào)警;若密 碼不正確，則相應(yīng)的紅燈亮閃爍，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音。4軟件設(shè)計(jì)4.1 程序設(shè)計(jì)C語(yǔ)言編程，源程序清單如附錄1所示。4.2 程序流程圖流程圖如圖4o圖4程序的流程圖5系統(tǒng)仿真及實(shí)際調(diào)試5.1P r o teus 仿真

13、圖仿真結(jié)果密碼正確,LCD顯示器顯示“op e n”,綠燈亮。仿真圖如附錄2所示。5. 2問(wèn)題分析電源、晶振電路和復(fù)位電路都無(wú)異常,LCD顯示時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題：(1 )剛開(kāi)始蜂鳴器聲音太小幾乎聽(tīng)不清楚，后來(lái)加了一個(gè)三極管放大后聲音變 大。（2）接通電源開(kāi)門(mén)燈和報(bào)警電路就會(huì)工作，分析原因是單片機(jī)剛開(kāi)始各個(gè)管腳 輸出低電平。（3）開(kāi)鎖電路完成后繼電器不吸起，后來(lái)經(jīng)過(guò)調(diào)試加三極管等等方法后實(shí)現(xiàn) 了繼電器吸起LED燈亮。6總結(jié)本次設(shè)計(jì)，采用單片機(jī)AT89c51作為主控芯片，結(jié)合外圍的鍵盤(pán)輸入、顯示、 報(bào)警、開(kāi)鎖等電路，用C語(yǔ)言編寫(xiě)主控芯片的控制程序，設(shè)計(jì)了一款具有報(bào)警功能 的電子密碼鎖。對(duì)于本次單片機(jī)課程設(shè)

14、計(jì)，我覺(jué)得十分有意義且很有必要。課堂上，我們大多 數(shù)接觸的僅僅是專業(yè)課的理論知識(shí)，如何去鍛煉我們的實(shí)踐能力？如何把我們所 學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去呢？像此次課程設(shè)計(jì)就為我們提供了良 好的實(shí)踐平分。過(guò)程中我發(fā)現(xiàn)了很多問(wèn)題，看似很簡(jiǎn)單的電路，要?jiǎng)邮职阉o設(shè)計(jì)出 來(lái)，是很難的一件事,主要原因是我沒(méi)有經(jīng)常動(dòng)手設(shè)計(jì)過(guò)電路，還有資料的查找也是 一大難題，這就要求我在以后的學(xué)習(xí)中，應(yīng)該注意到這一點(diǎn)，更重要的是我要學(xué)會(huì) 把從書(shū)本中學(xué)到的知識(shí)和實(shí)際的電路聯(lián)系起來(lái)，這不論是對(duì)我以后就業(yè)還是學(xué)習(xí)， 都會(huì)起到很大的促進(jìn)和幫助，我相信，通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在以后的學(xué)習(xí)中我會(huì) 更加努力,力爭(zhēng)把這門(mén)課學(xué)好，學(xué)精

15、。同時(shí),通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，鞏固了我學(xué)習(xí)過(guò)的 專業(yè)知識(shí)，也使我們把理論與實(shí)踐從真正意義。另外，通過(guò)這兩周對(duì)電子密碼鎖的 研究和學(xué)習(xí)，我認(rèn)為本次設(shè)計(jì)中使用的這種鍵盤(pán)輸入密碼的方式可以進(jìn)行改革。 在越來(lái)越高科技化的今天，遙控控制顯的愈發(fā)重要，今后的電子密碼鎖應(yīng)該具有以 紅外技術(shù)或無(wú)線電技術(shù)為輔助的密碼按鍵輸入遠(yuǎn)程交互技術(shù),這樣就能遠(yuǎn)程輸入密 碼完成操作。也可以放棄傳統(tǒng)的按鍵輸入密碼模式，借助傳感器技術(shù)運(yùn)用聲控來(lái) 實(shí)現(xiàn)密碼輸入，乂或者使用人臉識(shí)別技術(shù)，或者用戶指紋識(shí)別技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的按鍵 輸入，這些都可以使開(kāi)鎖的時(shí)間更短更方便，同時(shí)使鎖更安全。最后也感謝指導(dǎo)老 師這兩周對(duì)我課設(shè)中存在的問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)的解答

16、與幫助。參考文獻(xiàn)1謝自美.電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試M.武漢:華中理工大學(xué)出版社,1 9 92.2劉湘濤.江世明.單片機(jī)原理與應(yīng)用M.北京:電子工業(yè)出版社,200 6.3李光才.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2 004.4王思明等編著.單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:科學(xué)出版社,20 1 2.附錄1源程序# i n cl u de<reg5 l.h>#include<int r in s .h>#define uchar u nsigned charsbitrs =Pr 0;/寄存器選擇位 將rs定義為p L0的引腳sbit rw=PlAl; / /

17、讀寫(xiě)選擇位將rw定義為pl.l的引腳 sbi t e n=PlA2；使能信號(hào)位將en定義為pl.2的引腳s b it ledg= P 1 人 3;sbit led r = P-7 ;sbit r e lay=PlA4;sbi t b uz z =P1 八6;char tableO =Herro r ”；c h ar tabi e 1 =HopenH;c h ar tabi e 2 = H password:H;/int temp, c h,m 0 ,ml, p,nO,nl，n2, n 3 , n 4 , n 5；void de 1 ay (in t z) (3 i n t x,c;for(x=

18、z;x>0;x-) for ( c =100; c >0； c);)keys c an () (%em p =P 2 &0x f 0：P 2 =0xfe;dela y (1);31 emp=P2&0x f 0;o w hi 1 e(temp! =0x f 0 ) (Wswitch( t emp)° g c a s e Ox e 0:ch=7,； break;a c ase Ox d 0:ch='8 ;b r eak;J °ca s e Oxb 0 :ch=,9,； break：3 6defa u It:c h =p; brea k ;0)

19、gv h i I e(temp!=O x fO)外a，t emp= P 2 ;dtemp=t e mp& 0 x f 0;0)3P 2 =Oxfd;3d e 1 ay( 1 );t emp= P2&0x f 0 ;wh i 1 e (temp!= 0 xfO)d %w i t ch(tem p )d )網(wǎng)case 0 x eO: c h=4;br e a k ;case Ox d 0： c h =5； b r e a k;0a s e 0 x bO： c h = '6' ;bre a k ； default： ch=p;br e a k；° °

20、;whil e ( t emp! = 0 xfO),)3 °tem p = P 2 ;J t emp= t e mp& 0 x f 0;° )P2 = 0 x f b ；delay (1);tem p = P 2& 0 x f 0;°wh i le(temp!= 0 xf 0 )dswitch(temp)，06case OxeO： c h =*r； b re a k ;g case Ox d O:ch = ' 2 brea k ;a。c a s e Ox b O:ch= 31； break；a defa u 1 t :ch= p ； b r

21、 eak；d while(temp! = 0 xfO)叫3 nemp=P2；tem p = t emp&OxfO；g3P2=Oxf7;ddelay(l);t e mp=P 2 &0x f 0 ；while(temp!=O x fO)dWswi t c h (t e m p )° g cas e OxeO: c h=f A'； br e a k ;w°ca s e OxdO： c h=,O,;brea k ；網(wǎng)case OxbO: c h=,B,； break;a defa u 1 t:ch=p; b reak;8八while ( t emp!=0xf

22、0)叫g(shù) t e mp=P 2 ；匕temp=te m p&OxfO;g°retur n ch;)v o id wcom( u ch a r c o m)(r s=O;P3=com;adelay(l);寫(xiě)命令延時(shí)可以為1en=l;d el ay(l);寫(xiě)命令延時(shí)可以為13 e n=0；)v o id w dat( u char da t )(r s = 1 ;3P3=dat;delay(l);/此處寫(xiě)數(shù)據(jù)延時(shí)可以為1en=l；del a y(4) ;/ /此處寫(xiě)數(shù)據(jù)延時(shí)至少為4e n=0;)v o id ini t ()(en=0;dwcom(0x38);wcom(0x 0

23、c )；wcom(0x06);w c om(0 x 01);)void e r r or () °cha r m2；°wc o m(0xc6)；3 f o r ( m2=0;m2< 5 ； m2+) 3 wdat (tableO m2)；)void o p en()(dcha r m2;dwcom (0xc6)；° f or(m2= 0 ； m2<4;m 2 +)，(8wdat( t able 1m2);)vo i d pa s s ()(char m2：jw c om(0x 8 0);jf o r (m2=0;m2<9； m2+)°w

24、dat(tab 1 e2m2);)cha n ge( i nt m)(delay(5 0 0 )；dwcom(m)； wdatf*')；)ma i n()(rw=0;1 edg=O;Wedr=O;dre 1 ay=O；buzz=0;°init()；d e lay ( 5 )；pass();dwcom( 0 x 89);wh i 1 e (key s can ()=p)qwdelay(3);wke y s c an()；)w dat(keysc a n();nO=keysc a n();cha n g e ( 0 x8 9 );°dela y (10);dc h =p

25、;wh i le(ke y s c an()= = p)八del a y(3);k eysca n ();d at( k eyscan();nl=keyscan();c h a n ge (0 x 8a);d c h= p ;dwh i 1 e(k e y s can()=p)(wde 1 ay(3)；k e yscan();wdat(k e ysc a n ();dn2=k e y s can();change( 0 x8b);dc h =p;while(keysca n () = = p)6delay ( 3 );wkeyscan()；°wda t (keyscan()；n3=ke y scan();dchange (0x8 c );c h =p;wh i le(k e ysc a n()=p)w d e 1 a y (3);wke y scan();，°wda