电子密码锁毕业设计

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1、目录1 引言 2 系统总体设计 2.1 方案的设计 2.2 方案的比较 3 主要元器件介绍 3.1 MCS-51 单片机结构 3.2 单片机的构成 4 系统硬件构成 4.1 设计原理 4.2 控制器 4.3 矩阵键盘输入控制电路 4.4 按键电路设计部分 4.5 密码存储部分 4.6 显示部分 4.7 开锁部分 5 系统软件设计 结论 致谢 参考文献 1引言随着人们生活水平的提高，如何实现防盗、安全这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的亲呢。1.1电子密码锁的概述1.1.1 电子密码锁的简介随

2、着社会物质财富的日益增长，安全防盗已成为社会问题。而锁自古以来就是把门户的将军，人们对其要求比较高，不仅安全的防盗，而且还要使用方便，这是制锁者长期以来研制的主题。锁的种类很多有密码锁、磁性锁、电子锁、激光锁、声控锁等等。在传统钥匙的基础上加了一组或多组密码，不同声音，不同磁场，不同声波，不同光束光波，不同图像（如指纹、眼底视网膜等）来控制锁的开启。从而大大的提高了锁的安全性能，是不法之徒无从下手，人们也就能对自身财产安全有了更多的保障。当今安全信息系统应用越来越广泛，特别在保护机密、维护隐私和财产保护方面起重大作用，而基于电子密码锁的安全系统是其中的组成部分，因此研究它具有重大的现实意义。1

3、.1.2电子密码锁的发展趋势从目前的技术水平和市场认可程度看，使用最为广泛的是键盘式电子密码锁，该产品主要应用于保险箱、保险柜和金库，还有一部分应用于保管和运钞车。键盘式电子密码在键盘上输入，与打电话差不多，因而易于掌握，其突出优点是“密码”记在被授权人脑子里的数字和字符，既准确又可靠，不会丢失，难以被窃。但密码不能太简单，太简单了就容易被他人在键盘上试探出来，或者可能被旁观者窃测出来，造成保密性不足，当然，密码又不能太复杂，太复杂了可能自己都糊涂了，或者密码输入密码操作成功率低，造成使用不便，因此，为了发扬优点、克服弱点，键盘式电子密码也不断发展中，如“任意设定密码”技术使得被授权人可以根据

4、自己的需要或喜好设定密码，常用常新，而“自动更改密码”技术使得本次输入的密码将自动更改成下次应输入的密码，更改的规律不为他人所知，因而不怕旁观者窃测；独出心裁的“键盘乱序显示”技术使得键盘上的固定键位每次显示出的字符不固定，并且显示的窄小角度只能由操作者正面看得到，因而即使旁观者看到操作动作也难以窃测出密码；“多重密码设定”技术使得单组密码不一定有效，适合多人分权使用，需要输入两组以上的密码才被认可，大大提高了保密性，如果限定输入密码的先后顺序或时间区段，则保密性还可提高。在输入密码的过程中，为了限制密码的企图，通常输入错误码若干次或若干时间内输入不正确，即“封锁”键盘，不再接受输入操作。总之

5、，尽管新式电子防盗锁层出不穷，但键盘式电子密码不仅在市场上居于主流地位，而且，还经常作为其它类型电子防盗锁的辅助输入手段。电子密码锁可以在日常生活和现代办公来完成，住宅与办公室的安全防范，单位的文件档案财务报表以及一些个人资料的保存等多种场合使用。大大提高了主人物资的安全性。目前使用的密码锁种类多，各具特色。1.1.3 电子密码锁的特点电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作,从而控制机械开关的闭合,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.主要的特点:(1) 保密性好。可以设置6位密码，密码通过键盘输入，若输入正确，则将

6、打开。(2) 密码可变。用户可以经常更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁得密级下降。(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，防止试探密码。2 系统的总体设计2.1方案的设计方案一:采用数字电路控制用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路作为密码控制系统的核心。共设了9的用户输入键，其它的都是干扰键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入密码无效，需要重新输入；如果用户输入密码超过10秒（一般情况下不会超过10秒，若用户觉得不便，还可以修改）。电路将报警20秒，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘2分钟，防止他人的非法操作。方案二：采用以单片

7、机为核心的控制方案，由于单片机为核心的控制方法种类繁多，各种型号都有其一定的应用环境，因此选用时多加比较。一般来说在选取单片机时从下面几个方面考虑：性能、存储器、串行接口、模拟电路、工作电压、功耗、封装形式、抗干扰性和保密性。基于以上因素本设计选用AT89C51作为本设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口及其控制的准确性。实现基本的密码控制功能，在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制，外接显示器用于显示功能，先按键盘开锁键之后按键盘的数字键09输入密码，密码输入完后按下确认键，如果密码输入正确则开锁，不正确显示密码错误重新输入密码，当三次密码错误，则发

8、出报警，当用户修改密码时，先按下键盘修改键后输入原来的密码，只有当输入的原密码正确后才能设置新密码，新密码输入无误后按确认键重新密码将得到存储，密码修改成功。2.2方案的比较方案一采用数字电路设计方案虽然简单，但控制的准确性和灵活性差，故不采用。方案二的控制灵活性和准确性好，且保密性强还具有扩展功能，根据现实的需要此设计采用方案二。 图1 单片机的控制3 主要元器件介绍3.1 MCS-51单片机结构单片机，亦称单片机微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口I/O等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。

9、计算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕竟大，微计算机（单片机）在这种情况下诞生了，它为我们改变了什么？纵观我们生活在各个领域，我们的生活中都离不开单片机。以前没有单片机时这些东西做，但是只能使用复杂模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本不高并且由于长期使用，元器件会不断老化，控制的精度自然达不到标准。单片机产生后，我们就将这些变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这些产品体积小，成本低，长期使用不会担心精度达不到了，而且容易升级改善。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位位

10、微处理器，称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51 指令集和输出的各种芯片引脚是互相兼容的，其中AT89C51单片机是高性能的单片机，它具有8位微处理器，128B片内RAM，4K的片内ROM，4个八位的并行I/O接口P0-P3，两个定时/计数器及五个中断源的中断控制系统。再不接任何外围电路的情况下可以实现大部分较为复杂的逻辑控制功能，进行外部RAM扩展还可以用于数据采集，点阵显示屏控制等方面应用。对于存储量要求不高的实际应用，AT89C51是一种不可多得高性能的单片机，被广泛应用于各个领域。 芯片引脚排列如图I所示，AT89C51单片机的每个端口都

11、是8位准双向口，每一条I/O线都能独立的用作输入或输出。每个端口都包括一个锁存器，一个输出驱动器和输入缓冲器。再无片外扩展存储器系统中，这四个端口都可以作为准双向I/O口使用。再具有片外扩展存储器的系统中，P2口送出高8位地址P0口位双向总线，送出低八位地址和数据的输入/输出；P3口是一个多功能端口各个引脚具有第二功能。（P3.0为串行口输入，P3.1位串行口输入，P3.2为外部中断0输入，P3.3为外部中断1输入，P3.4为定时器0的外部输入，P3.5为定时器1 的外部输入，P3.6位片外数据存储器“写选通控制”输出，P3.7为片外数据存储器“读选存储器”输出）。图二 芯片的引脚3.2 单片

12、机的构成 MCS-51单片机死一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种功能的I/O线等一台计算机所需要的基本功能部件，51单片机内包含下列几个部件：（1） 一个8位CPU ；（2） 一个片内振荡器及时钟电路；（3） 4K字节ROM程序存储器；（4） 128字节RAM数据存储器；（5） 两个16位定时器/计数器；（6） 可寻址64K外部数据存储器和64K外部程序存储器空间的控制电路；（7） 32条可编程的I/O线(四个8位并行I/O端口);（8） 一个可编程全双工串行口；（9） 具有五个中断源、两个优先级嵌套中断结构；4 系统原理及构成4.1 设计原理为实现密码锁的多功能，如

13、图所示P1.0-P1.6端口；LOCK（39脚）为密码正确条件下输出开锁电平，控制点控制的开启；ALARM （38脚）为三次误码输入时产生的报警电平；START（37脚）为开门关门时的控制信号；WARN（36脚）为输入错误时的提示音信号，产生外部中断信号(与外部中断0相接)并控制与P0.5相接的发光二极管；REVISE（35脚）为密码修改提示信号，用户可自由修改密码。该电路通过进一步的扩展和改进还可以和其他报警电路配合完成功能更强大的防盗报警功能。图四 硬件原理电路图4.2 控制器部分控制器（CPU）是单片机的指挥控制部件，控制器的主要任务是识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件，从而

14、保证单片机各部分能自动而协调地工作。 单片机执行指令是在控制器下进行的。首先从程序存储器中读出指令，送指令寄存器保存，然后送至指令译码器进行译码，译码结果送定时控制逻辑电路，由定时控制逻辑产生各种定时信号和控制信号，再送单片机的各个部件去进行相应操作，这就是执行一条指令的全过程，执行程序就是不断重复这一过程，控制器主要包括程序存储器、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令译码器、条件转移逻辑电路、及时序控制逻辑电路。4.3 矩阵键盘输入控制电路 设计方案是非编码键，每条行线和列线都对应一条I/O口线，键位设在行线和列线的交叉点，当一个键按下就会有某一条行线与某一条列线接触，只要确定接触的是哪两条

15、线，即哪两个I/O口线就可以确定哪一条键被触动。行线设计成上拉口线，初始时被置高点位，列线悬空，初始值低。通过不断读行线口线，或者中断方式触发键位扫描。当发现有键位按下，将列线逐一置低，其他列线置高，读行线口线，当某条列线置底时，某条行线也被拉低，则确定这两条线的交点处的按键被按下，将每个行线和列线的组合值做成列表，每次就可以通过查表确定键位，以决定之后要进行的操作。4.4按键电路设计部分由于涉及要求使用矩阵式键盘，所以本设计就采用行列式键盘，同时也能减少 键盘与单片机接口时所占的I/O线的数目 ，在按键比较多的时候，通常采用这其原理图如图所示：89s51D0D1D2D3D4D5D6D7D8D

16、9D105.1K X 45.1K X 4VCC图五 行列式键盘原理电路图每一条水平（行线）与垂直线（列线）的交叉处不相通，而是通过一个按键来连通，利用这种行列式矩阵结构只需要N条行线和M条列线，即可组成具有NM个按键的键盘。在这种行列式矩阵键盘非键盘编码的单片机系统中，键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。当确认有按键按下后，下一步就要识别哪一个按键按下。对键的识别通常有两种方法：一种是常用的逐行扫描查询法；另一种是速度较快的线反转法。首先辨别键盘中有无键按下，有单片机I/O口向键盘送全扫描字，然后读入行线状态来判断。方法是：向行线输出全扫描字00H，把全部列线置为低电平，然

17、后将列线的电平状态读入累加器A中。如果有按键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为1。判断键盘中哪一个键被按下使通过将列线逐列置低电平后，检查行输入状态来实现的。方法是：依次给列线送低电平，然后查所有行线状态，如果全为1，则所按下的键不在此列；如果不全为1，则所按下的键必在此列，而且是在与零电平行线相交的交点上的那个键。按键的操作面板如图所示。共计数字键10个，功能键6个。键盘上还有3个指示灯和一个蜂鸣器。图六 按键操作面板示意图10个数字键用来输入密码，另外6个功能键分别是：CLR、EN、F1、F2、F3、F4。其中CLR键的功能是当输入密码错误的时候，清除前面已经输入的数据，

18、重新输入。EN键的功能是确认输入的密码。F1是管理模式切换键，当用户不小心三次输入密码都没有正确，键盘被锁定，这个时候就可以启动管理模式，使用管理员的密码来开门。F2是用来进入修改密码的状态。F3用来关闭显示器，一来可以节省电量，另外也可以防止不法分子偷窥密码。F4用来作电铃。上面的3个指示灯L1、L2、L3是用来指示操作的状态：L1锁定及输入指示状态灯，正常的情况下显示红色，当键盘动作的时候，L1灯开始闪动，当键盘处于锁定状态时，指示灯也显示红色。L2开门指示灯，当用户在规定的时间内正确的输入了密码，此灯转变为绿色，表示开门，否则不显示。L3是管理员状态指示灯，当按下F1后，指示灯自动点亮。

19、面板上还有一个蜂鸣器，其中一个功能是用来指示操作的按键是否在成功的按下；另外一个功能是当用户输入密码错误的次数超过了3次，鸣笛以示报警。 4.5 密码存储部分单片机在存储器的设计上，与共同特点是将程序存储器与数据存储器分开，他们有各自的寻址方式。51单片机内具有数据存储器，同时具有强大的外部存储扩展功能，存储器是单片机系统中的重要组成部分。在一片芯片内除了许多基本的记忆单元构成的存储矩阵外，还包括译码驱动电路，读写电路等。图七 半导体存储器芯片的基本结构框图4.6 显示部分本系统设计的显示电路是为了给使用者以提示而设置的。考虑到为了节约单片机的口资源，本系统的显示采用串行显示的方式，只使用单片

20、机的两个串行口，就可以完成单片机的显示功能，显示电路的电路原理图图八 显示器原理图显示器主显几个字符，给用户提供指示见图所示：O F F - - 2图九 关闭状态4.7 开锁部分通过单片机送给开锁执行机构，电路驱动电磁锁吸合，从而达到开锁的目的。其原理结构如图所示：图十 密码锁开锁结构示意图当用户输入的密码正确而且是在规定的时间及次数输入之内，单片机便输出线号，送到开锁驱动电路，然后驱动电磁锁，到达开门的目的。电路驱动和开锁两级组成。由D5、R1、T10组成驱动电路，其中T10可以选择普通的小功率三极管如9014、9018都可以满足要求。D5作为开锁的提示；由D6、C24、T11组成。其中D6

21、、C24是为了消除电磁锁可能产生的反向高电压以及可能产生的电磁干扰。T11可选用中功率的三极管如8050，电磁锁的选用要视情况而定，但是吸合力要足够且由一定的余量。在本次设计中，基于节省材料的原则，暂时用发光二极管代替电磁锁，发光管亮，表示开锁；灭，表示没有开锁。图十一 密码锁开锁机构电路图5 系统软件设计5.1 软件设计一个应用系统要完成各种功能，首先必须有较完善的硬件保证，同时必须得到相应合理的软件支持，许多由硬件完成的工作都可通过软件编程而代替。 因此 充分利用其内部丰富的硬件和软件资源，采用51系列单片机相对应的51汇编语言和结构化程序设计方法进行软件编程。程序设计语言由三种：机器语言

22、、汇编语言、高级语言。机器语言是机器唯一能“懂”的语言，用汇编语言或高级语言编写的程序最终都必须翻译成机器语言的程序，计算机才能看“懂”，然后逐一执行。由于本系统是编制程序工作量不大、规模较小的单片机微控制系统，使用汇编语言可以不用像高级语言那样占较多的存储空间，适于存储量较小的系统。5.2 系统总设计结构图图十二 系统总设计结构图结 论以上为毕业期间所设计的电子密码控制系统的电路，我经过多次修改和整理，可以满足设计的基本要求。输入密码时，如三次输入错误，则进行报警，在输入时，LCD显示为“*”，在修改密码时则显示数字。此设计还具有防盗功能，如对密码控制系统进行破坏，有报警功能，譬如说电路的密

23、码不能遗忘，一旦遗忘就很难打开，这可以通过增加电路解决，但由于过于复杂本设计并未加入，他人在枚举密码不知道密码位数和枚举次数的限制，所以他人开锁的几率很小。由于使用的是单片机作为核心的控制元件，配合其它器件，使本密码控制系统具有功能强、性能可靠、电路简单和成本低的特点，加上经过优化的程序，使其有很高的智能化水平。 参 考 文 献1 李朝青 单片机&DSP外围数字IC技术手册【M】 北京航天航空大学出版社 20032 公茂法，马宝浦，孙晨等单片机人机接口例集【M】北京航天航空大学出版社 2002 3 刘瑞新，赵权利，赵建军等单片机原理及应用教程【M】北京机械工业出版社4 宏晶科技.STC89C51RC/RD+系列单片机器件手册M.深圳:宏晶科技,2003.5 沃磊,石倩,潘兴明等基于LM35的多点温度实时监测系统J.华北科技学院学报,20066 康华光,陈大钦.电子技术基础M北京,高等教育出版社 1999.7 余孟常主编数字电子技术基础简明教程【M】.高等教育出版社周海主编.初级电子制作精选【J】人民邮电出版社8 宋建国AVR单片机原理及应用【M】北京航天航空大学出版社，1990，郭天祥.51单片机电子工业出版社 2009年3月14