毕业设计（论文）基于AT89C51单片机的电子密码锁设计与实现

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1、 毕业设计论文 电子密码锁设计 系 电子信息工程系 专业 应用电子技术 姓名 班级 电子 081 学号 _0801023105_ 指导教师 职称 讲师 设计时间 2010.11.222011.1.8 电子密码锁设计2江苏信息职业技术学院毕业论文3目录目录摘要摘要3 3第一章第一章 引言引言 4 4第二章第二章 方案比较与论证方案比较与论证 5 5第三章第三章 系统模块电路的设计系统模块电路的设计 7 7 31 系统总框图7 32 系统的模块电路设计7 321 单片机最小系统模块7 322 时钟电路模块8 323 键盘模块11 324 显示模块13 32.5 电源模块14 3.2.6 温度检测电

2、路设计17 3.2.7 开锁电路与报警电路设计19第四章第四章 系统的软件设计系统的软件设计2020 41 软件设计思路20 4. 2 系统主流程图 20第五章第五章 总结总结2323第六章第六章 致谢致谢2525参考文献参考文献 2626附录附录 2727电子密码锁设计4摘要摘要本次设计使用 AT89C51 实现一基于单片机的电子密码锁。本系统由单片机系统、矩阵键盘、LED 显示和报警系统组成。系统能完成开锁、超次锁定、修改用户密码基本的密码锁的功能。除上述基本的密码锁功能外，还具有温度显示、时间显示等功能，依据实际的情况还可以添加遥控功能。本系统成本低廉，功能实用。关键词关键词: : 单片

3、机 AT89C51； LED 显示；矩阵键盘；自动报警电子密码锁设计4第一章第一章 引言引言目前，最常用的锁是 20 世纪 50 年代意大利人设计的机械锁，其机构简单、使用方便、价格便宜。但在使用中暴露了很多缺点：一是机械锁是靠金属制成的钥匙上的不同齿形与锁芯的配合来工作的。据统计，每 4000 把锁中就有两把锁的钥匙齿牙相同或类似，故安全性低。二是钥匙一旦丢失，无论谁捡到都可以将锁打开。三是机械锁的材料大多为黄铜，质地较软，容易损坏。四是机械锁钥匙易于复制，不适于诸如宾馆等公共场所使用。由于人们对锁的安全性，方便性等性能有更高的要求，许多智能锁也相继问世，但这类产品的特点是针对特定指纹或有效

4、卡，但能适用于保密要求高且仅供个别人使用的箱、柜、房间，其成本一般较高，在一定程度上限制了这类产品的普及和推广。随着人们生活水平的提高，电子密码防盗锁作为防盗卫士的作用日趋重要。电子密码防盗锁用密码代替钥匙，不但省去了佩戴钥匙的烦恼，也从根本上解决了普通门锁保密性差的缺点。随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗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，机械锁的这些弊端为一种新型的锁-电子密码锁，提供了发展的空间。随着人们对安全的重视和科技的发展，许多电子智能锁已在国内外相继面世。但是这些产品的特点是针对特定的指纹和有效卡，只能适用于保密要求的箱、柜、门等。而

5、且指纹识识别器若在公共场所使用存在容易机械损坏，IC 卡还存在容易丢失、损坏等特点。加上其成本较高，一定程度上限制了这类产品的普及和推广。电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的欢迎。鉴于目前的技术水平与市场的接收程度，电子密码锁是这类电子防盗产品的主流。江苏信息职业技术学院毕业论文5第二章第二章 方案比较与论证方案比较与论证方案一：方案一：采用数字电路控制。其原理方框图如图 1 所示。图 1 数字密码锁电路方案电子密码锁设计6采用数字密码锁电路的好处就是设计简单。用以 74LS112 双 JK 触发器构成的数字逻辑电路作为密码锁的核心控制，共设了 9 个用户输入键，其

6、中只有6 个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无效，需要重新输入；若电路连续报警三次，电路将锁定键盘 10 秒，防止他人的非法操作。电路由两大部分组成：密码锁电路和备用电源(UPS)，其中设置 UPS 电源是为了防止因为停电造成的密码锁电路失效，使用户免遭麻烦。密码锁电路包含：键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输入次数锁定电路。方案二：以 AT89C51 为核心的单片机控制方案。利用单片机灵活的编程设计和丰富的 IO 端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加温度显示、时间显示甚至添加遥控控制

7、功能。通过比较以上两种方案，单片机方案有较大的活动空间，不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能，而且还可以方便的对系统进行升级，所以我们采用后一种方案。江苏信息职业技术学院毕业论文7第三章第三章 系统模块电路的设计系统模块电路的设计3 31 1 系统总框图系统总框图图 2 系统框图3 32 2 系统的模块电路系统的模块电路设计设计3 32 21 1 单片机最小系统模块单片机最小系统模块单片机密码输入电路密码检测电路显示电路温度传感器开锁电路时钟电路数据锁存电路报警电路电子密码锁设计8AT89C51 是一种低功耗，高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash

8、存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和系统可编程 Flash,使得AT89SC51 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活，超有效地解决方案。AT89C51 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。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 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，A

9、TMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器， AT89C51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。图 3 AT89C51 管脚图 322 时钟电路模块采用专用时钟芯片 DS1302，该芯片性能简介如下：DS1302 的结构及工作原理 ：江苏信息职业技术学院毕业论文9DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 2.5V5.5V。采用三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。DS1302 内部有

10、一个318 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。DS1302 是 DS1202 的升级产品，与 DS1202 兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。 （1） 引脚功能及结构 图 1 示出 DS1302 的引脚排列,其中 Vcc1 为后备电源，Vcc2 为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 两者中的较大者供电。当 Vcc2 大于 Vcc10.2V 时，Vcc2 给 DS1302 供电。当 Vcc2小于 Vcc1 时，DS1302 由 Vcc1 供电。X1 和 X2 是振荡源，外接 32

11、.768kHz 晶振。RST 是复位/片选线，通过把 RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST 输入有两种功能：首先，RST 接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST 提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当 RST 为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对 DS1302 进行操作。如果在传送过程中 RST 置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O 引脚变为高阻态。上电运行时，在 Vcc2.5V 之前，RST 必须保持低电平。只有在 SCLK 为低电平时，才能将 RST 置为高电平。I/O 为串行数据输入输出端(双向)，后面有详细说明。SCLK 始终是输入端。

12、 图 4 DS1302 的管脚图（2） DS1302 的控制字节 DS1302 的控制字如图 2 所示。控制字节的最高有效位(位 7)必须是逻辑1，如果它为 0，则不能把数据写入 DS1302 中，位 6 如果为 0，则表示存取日历时钟数据，为 1 表示存取 RAM 数据;位 5 至位 1 指示操作单元的地址;最低有效位(位 0)如为 0 表示要进行写操作，为 1 表示进行读操作，控制字节总是从最低位输出。 电子密码锁设计10图 5 DS1302 的控制字节（3） 数据输入输出(I/O) 在控制指令字输入后的下一个 SCLK 时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位 0 开始

13、。同样，在紧跟 8 位的控制指令字后的下一个 SCLK 脉冲的下降沿读出 DS1302 的数据，读出数据时从低位 0 位到高位7。 （4） DS1302 的寄存器 DS1302 有 12 个寄存器，其中有 7 个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为 BCD 码形式,其日历、时间寄存器及其控制字见表 1。 江苏信息职业技术学院毕业论文11图 6 日历,时间寄存器及其控制字DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM 相关的寄存器等。DS1302 与 RAM 相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM 单元，共 31 个，每个单元组态为一个 8 位的字节，其命令控制

14、字为C0HFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的 RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的 RAM 的 31 个字节，命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。 （5） DS1302 与单片机连接如图 7 所示：VC C3.3 VP3 .7P3 .6P3 .11N 4007150VC C1I/OSC LKRS TVC C2X1X2GN DDS 1302 图 7 DS1302 与单片机连接图电子密码锁设计123 32 23 3 键盘模块键盘模块使用矩阵键盘，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用的 I/O 线的数目，在按键比较多的时候，通常采用这样的

15、方法。其原理如图 8 所示:图 8 矩阵键盘江苏信息职业技术学院毕业论文13每条水平(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 N 条行线和 M 条列线，即可组成具有N*M 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法；另一种是速度较快的线反转法。对照图 8 所示的 4*4 键盘，说明线反转个工作原理。首先辨别键盘中有无按键按下，由单片机 I/O 口向键盘送全扫描字，然后读入行线

16、状态来判断。方法是：向列线输出全扫描字 00H，把全部列线置为低电平，然后将行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。判断哪个键被按下：将 P1.0P1.3 都置低，检测 P1.4P1.7 是否有低的，若有，则证明有键按下，记下低的端口。然后，将 P1.4P1.7 置低，检测P1.0P1.3 是否有低的端口，如有，则证明端口与上次的一个为地的端口交叉位置的键被按下。按键键名功能说明09 键数字键输入密码*键重设密码键设定新密码D 键确定键比较密码C 键清除键使显示器清零B 键开启键开启键盘A 键关闭键关闭键盘#键调整键调整时间电子密码

17、锁设计143 32 24 4 显示模显示模块块电子密码锁系统中，需要现实的信息较少，因此采用七段 LED 数码显示管作为显示器。数据传输采用串行方式，有单片机串行数据口 P3.0 发送，在经过74HC164 串行移位器把串行数据转换成 8 位并行数据，用以驱动七段 LED 数码显示管。由于 74HC164 芯片中，没有数据锁存器，串行数据每到达一位，都会直接送到七段显示管中，造成所有数据都会经过其短线是数码管的每一个 LED灯，是数据显示不稳定。因此在 74HC164 串行移位寄存器和七段数码显示管之间，加入数据锁存器（74273 芯片） ，以稳定数码显示管的数据显示。在按下开启按键后，显示器

18、处于开启状态，同理只有按下关闭键后显示器处于关闭状态，当需要对密码锁进行开锁时，按下键盘上的开锁键后利用键盘上的数字键 09 输入密码，每按下一个数字键后在显示器上显示一个“-”，输入六个数有六个“-”出现。当密码输入完成时，按下确认键。如果正确的话LED 显示“111111”,单片机其中 P2.0 出现低电平，使三极管 T2 导通，电磁铁吸合，电子密码锁被打开，如果密码错误，LED 显示”000000”,单片机 P2.0 输出的是高电平，电子密码锁不能被打开。在 LED 屏上时间出错时，可通过“#”键修改时间设定。A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9

19、IC1A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9IC2A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9IC3A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9IC4A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9IC5A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9IC612HEADER212HEADER1vccabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdp9LED0abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdp9LE

20、D1abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdp9LED2abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdp9LED3abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdp9LED4abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdp9LED5Cd1d2d3图图 9 9 显示电路 江苏信息职业技术学院毕业论文15 图图 10 74LS247 的逻辑功能表图图 11 74LS247 控制位循环显示32.5 电源模块 电子密码锁设计16为了防止停电情况的发生，本电路后备了 UPS 电源，它包括市电供电电路，停电检测电路，电子开关切换电路，蓄电池充电电路和蓄电池组成。

21、电源电路图如图 5 所示。图图 12 供电电路江苏信息职业技术学院毕业论文17220V 市电通过变压器降压成 12V 的交流电,再经过整流桥整流,7805 稳压到5V 送往电子切换电路，由于本电路功耗较少，所以选用 10W 的小型变压器。由 R8，R9，R6，R7 及 IC14 构成电压比较器，正常情况下，V+V- IC14 输出高电平，由 T3，T4 构成的达林顿管使继电器 J 开启，将其常开触电将蓄电池和电路相连，实现市电和蓄电池供电的切换，保证电子密码锁的正常工作（视电池容量而定持续时间） 。其电路图如下图 6 所示：R850KR940KR730KR620KT39018R105.1KT4

22、9014123IC147415V A1 A25V A1 A2VCC图图 13 停电检测及电子开关切换电路电子密码锁设计18T1，T2 构成的蓄电池自动充电电路，它在电池充满后自动停止充电，其中D1 亮为正在充电，D2 为工作指示。由 R4，R5，T1 构成电压检测电路，蓄电池电压低，则 T1，T2 导通，实现对其充电；充满后，T1，T2 截止，停止充电，同时 D1 熄灭，电路中 C4 的作用是滤除干扰信号。其电路图如图 7 所示：R5470R23KR13KT19014D2D1C40.1U3CG21R43K6V A26V 图图 14 蓄电池自动充电电路 3.2.6 温度检测电路设计江苏信息职业技

23、术学院毕业论文19采用一线总线式温度传感器 DS18B20,该传感器性能如下：(1) DS18B20 的主要特性:（a）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电（b）独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯（c）DS18B20 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温（d）DS18B20 在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内（e）温范围55125，在-10+85时精度为0.5（f）可编程的分辨率为 91

24、2 位，对应的可分辨温度分别为 0.5、0.25、0.125和 0.0625，可实现高精度测温（g）在 9 位分辨率时最多在 93.75ms 内把温度转换为数字，12 位分辨率时最多在 750ms 内把温度值转换为数字，速度更快（h）测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给 CPU，同时可传送 CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力（i）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 （2）DS18B20 与单片机接口电路图如图如图 1515：VCCOUTGNDDS 18B20P1.7VC C4.7 K电子密码锁设计203.2.7 开锁电路与报警电路设计开锁电路开

25、锁电路在本次设计中，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。电路图如 3.3 所示。当 P2.0 口输出低电平时，二极管发光，表示开锁。图图 16 开锁电路报警电路报警电路江苏信息职业技术学院毕业论文21 报警模块由蜂鸣器和单片机组成。选择一只压电式蜂鸣器，压电式蜂鸣器工作时需要 100mA 驱动电流。当 89c51 的 P2.1 口输出低电平时，蜂鸣器产生蜂音，89c51 输出高电平时，蜂鸣器不发声。 图图 17 报警电路第四章第四章 系统的软件设计系统的软件设计4 41 1 软件设计思路软件设计思路电子密码锁工作的主要过程是 LED 数码管提示

26、开始输入密码，通过键盘输入密码，同时 LED 显示密码输入状况，接下来确认密码的判断，做出开锁或报警处理。当输入密码连续输入错误 3 次时，系统报警。其中还有温度和时间显示。 多功能电子密码锁的基本要求:1、通过键盘修改、输入密码。2、连续三次输入密码错误后锁定键盘 10 秒，并给出提示。3、具有日期时间设置（小时和分钟） 、显示，环境温度显示功能。4、220V 供电下，设计系统所需电源，并考虑掉电后原始数据的保存。4.24.2 系统主流程图系统主流程图 电子密码锁设计22开始初始化有键按下？调用显示启动定时识别按键按键数=6？超时？比较密码开门开始自动清除3 次？报警NNYYYYNN按下*启

27、动定时输入密码存入缓冲再输入一次比较密码调用 LED调用显示按%退出Y重新输入N图图 18 主程序流程图图图 19 修改密码流程图江苏信息职业技术学院毕业论文23图图 21 报警流程图电子密码锁设计24第五章 总结在没有做毕业设计前觉得毕业设计只是对所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不

28、断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识。在多人做项目的时候，队员的交流是非常重要的，是很关键的部分。这次的毕业设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务，大家有的绘制原理图，进行仿真实验，有的积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。在毕业设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结

29、协作是我们成功的一项非常重要的保证。不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。程序的设计思想的精巧的重要性，是不管怎么说都不为过的，好的设计可以让大家很快的明白你的思想，而且很方便的来实现它。良好的编程习惯，它可以使你的程序很方便的被别人阅读，也很方便的被更改，所以可以的话，尽可能多的写出注释，没有人会闲你写的太多。 在设计过程中，通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向

30、老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己江苏信息职业技术学院毕业论文25工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历

31、是一份拥有。电子密码锁设计26第六章 致谢本论文虽然凝聚着自己的汗水，但却不是个人智慧的产品，没有导师的指引和帮助，没有父母和朋友的帮助和支持，我在大学的学术成长肯定会大打折扣。当我打完毕业论文的最后一个字符，涌上心头的不是长途跋涉后抵达终点的欣喜，而是源自心底的诚挚谢意。我首先要感谢我的导师陈海燕老师，对我的构思以及论文的内容不厌其烦的进行多次指导和悉心指点，陈老师多次询问进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。陈老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却给以终生受益无穷之道。对陈老师的感激之情是无法用言语表达的，使我在完成论文的同时也深受启发和教育。再次由衷感谢答辩组的各位老师对学生的指导和教诲，我也在努力的积蓄着力量，尽自己的微薄之力回报母校的培育之情，争取使自己的人生对社会产生些许积极的价值。江苏信息职业技术学院毕业论文27 参考文献1、 MCS-51 单片机原理及应用教程 刘迎春等 清华大学出版社2、 单片机外围电路设计 沙占友等 电子工业出版社3， 单片机原理机应用 李念强等 机械工业出版社电子密码锁设计28附录主电路图主电路图 图图 20 主电路图