基于AT89C52电子密码锁方案设计书.docx
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基于AT89C52电子密码锁方案设计书
在日常的生活和工作中,住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。
若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需携带多把钥匙,使用极不方便,且钥匙丢失后安全性即大打折扣。
随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。
为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。
密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。
在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。
随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世，出现了带微处理器的智能密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化管理、专家分析系统等功能，从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性，应用日益广泛。
随着人们对安全的重视和科技的发展，许多电子智能锁（指纹识别、IC卡辨认）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。
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。
本次设计使用AT89C52实现一基于单片机的电子密码锁的设计。
2电子密码锁的工作原理
本设计以AT89C52单片机为控制核心，结合矩阵键盘、自动报警系统等来完成电子密码锁的设计。
单片机接收键入的代码，并与存贮在EEPROM中的密码进行比较，如果密码正确，驱动电磁执行器开锁，则门开，同时用LED发光二极管亮一秒钟做为提示，同时发出“叮咚”声；如果密码不正确，禁止按键输入3秒，同时发出“嘀、嘀”报警声；若在3秒之内仍有按键按下，则禁止按键输入3秒被重新禁止，如果继续按键，每按下一次键，会发出“嘀”的报警声；如果输入密码超过已设定好的密码的位数时，会发出“嘀”的提示声。
密码错误或位数超出时，数码管“P”位会灭掉，提示用户操作出错。
图2.1单片机控制方案
3硬件电路设计
3.1AT89C52简介
3.1.1AT89C52的主要工作特性
AT89C52是美国Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含8KB的可反复檫写的程序存储器和12B的随机存取数据存储器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内配置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可灵活应用于各种控制领域。
AT89C52单片机属于AT89C51单片机的增强型，与Intel公司的80C52在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统等方面兼容。
其主要工作特性是：
·片内程序存储器内含8KB的Flash程序存储器，可擦写寿命为1000次；
·片内数据存储器内含256字节的RAM；
·具有32根可编程I/O口线；
·具有3个可编程定时器；
·中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2个级优先权的中断结构；
·串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口；
·具有一个数据指针DPTR；
·低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式；
·具有可编程的3级程序锁定位；
·AT89C52工作电源电压为5（1+0.2）V，且典型值为5V；
·AT89C52最高工作频率为24MHz。
[1]
3.1.2AT89C52各引脚功能及管脚电压
·VCC:
电源电压
·GND:
接地线
·P0口：
P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也是地址/数据总线复用口。
作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为共阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。
在flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。
·P1口:
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平.对P1端口写"1"时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用.作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流（IIL）.此外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）,具体如下表所示.
在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节.
·P2口:
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平.对P2端口写"1"时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用.作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流（IIL）.在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时,P2口送出高八位地址.在这种应用中,P2口使用很强的内部上拉发送1.在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容.
在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号.
·P3口:
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平.对P3端口写"1"时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用.作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流（IIL）.
·RST:
复位输入.晶振工作时,RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位.看门狗计时完成后,RST脚输出96个晶振周期的高电平.特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效.DISRTO默认状态下,复位高电平有效.
·ALE/PROG:
地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时,锁存低8位地址的输出脉冲.在flash编程时,此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲.在一般情况下,ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲,可用来作为外部定时器或时钟使用.然而,特别强调,在每次访问外部数据存储器时,ALE脉冲将会跳过.如果需要,通过将地址为8EH的SFR的第0位置"1",ALE操作将无效.这一位置"1",ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效.否则,ALE将被微弱拉高.这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效.
·PSEN:
外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号.当AT89C52从外部程序存储器执行外部代码时,PSEN在每个机器周期被激活两次,而在访问外部数据存储器时,PSEN将不被激活.
·EA/VPP:
访问外部程序存储器控制信号.为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令,EA必须接GND.为了执行内部程序指令,EA应该接VCC.
在flash编程期间,EA也接收12伏VPP电压.
·XTAL1:
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端.
·XTAL2:
振荡器反相放大器的输出端.[2]
3.2电路系统的功能单元设计
本系统的电路组成比较简单，最基本的单片机驱动电路和键盘扫描电路，开锁电路和显示电路以及报警系统。
驱动电路包括振荡电路、复位电路：
键盘扫描电路由4×4键盘矩阵构成：
报警系统由报警装置—扬声器构成：
显示系统由八位LED数码管构成。
[3]
★电路元件及参数：
1、AT89C52，PCBPackage:
DIL40,ClockFrequency：
12MHZ
2、C2、C1,33PF,PCBPackage:
CAP10
3、X1,PCBPackage:
XTAL18,Frequency:
1MHZ
4、C3,10uF,PCBPackage:
ELEC-RAD，
5、R1,220,PCBPackage:
RES40
6、R5,10K,PCBPackage:
RES40
7、LED:
D1
8、SOUNDER:
LS1，PlaybackSimpleRate:
44100，PlaybackBufferTime：
500ms
9、LED4位数码管:
7SEG-MPX4-CC
3.2.1开锁电路设计
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。
其原理如图3.1所示。
图3.1密码锁开锁示意图
当用户输入的密码正确而且是在规定的位数输入的话，单片机便输出开门信号，送到开锁驱动电路，然后驱动电磁锁，达到开门的目的。
3.2.2键盘电路设计
本系统采用采用4X4行列式矩阵键盘,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，通常采用这样的方法。
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3.2所示。
共计数字键10个，功能键2个，即确认键和删除键。
[4]
图3.2键盘操作图
3.2.3显示电路设计
本系统设计的显示电路是为了给使用者以提示而设置的，选择八位共阳的数码管,本系统的显示采用并行显示的方式，只使用单片机的两个口P0口和P2口，就可以完成单片机的显示功能，显示电路的电路原理图如图3.3所示,P0口完成段码显示，P2口完成位选功能。
电路设定：
当密码输入错误次数达到三次以上时,显示”E”,当无输入\断电时,则关闭显示，当忘记密码,输错密码,判断密码正确无误时，可通过功能键进行显示更改密码及判断。
{5}
图3.3显示电路原理图
3.2.4设计总体电路图
图3.4总体电路图
3.2.5系统电路的仿真图
输入密码前，数码管显示“PP8.8.8.8.8.8.”，如图3.5所示。
图3.5输入密码前
输入密码正确时，数码管显示“8.P8.8.8.8.8.8.”，并伴有“滴答”声，提示用户密码正确，如图3.6所示。
图3.6输入密码正确
输入密码错误时，数码管“P”位熄灭，并伴有“滴”的声音，提示用户密码输入错误，如图3.7所示。
图3.7输入密码错误
仿真结果分析
通过对上述模块的仿真，可以得到基于单片机控制的密码锁能实现预计的功能，还能添加掉电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能，且可以满足现在的安全需求，因此，从仿真结果可以看出，本设计可以得到预期的效果。
4软件设计
4.1程序设计
程序设计（Programming）是指设计、编制、调试程序的方法和过程。
它是目标明确的智力活动。
在进行微机控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个生产对象的实际需要设计应用程序。
因此，软件设计在微机控制系统设计中占重要地位。
对于本系统，软件也占有重要的地位。
本系统是采用Proteus仿真软件进行原理图设计，程序代码编译、调试、仿真以及PCB板的设计制作。
为了完成上述任务，在进行软件设计时，通常把整个过程分成若干个部分，每一部分叫做一个模块。
把一个程序分成具有多个明确任务的程序模块，分别编制、调试后再把它们连接在一起形成一个完整的程序，这样的程序设计方法称为模块化程序设计。
所谓“模块”，实质上就是能完成一定功能，并相对独立的程序段，这种程序设计方法称为模块程序设计法。
模块程序设计法的主要优点是：
（1）单个模块比起一个完整的程序易编写、调试及修改。
（2）程序的易读性好。
（3）程序的修改可局部化。
（4）模块可以共存，一个模块可以被多个任务在不同条件下调用。
（5）模块程序允许设计者分割任务和利用已有程序，为设计者提供方便。
4.2模块介绍
该计程计价系统的软件设计分为以下几个模块：
4.2.1主程序模块
主程序主要完成初始化、设置中断向量、检查有无按键按下、以及调用显示等等。
4.2.2键盘扫描及识别子程序
键盘采用查询的方式，放在主程序中，当没有按键按下的时候，单片机循环主程序，一旦有按键按下，便转向相应的子程序处理，处理结束再返回。
4.2.3显示子程序
由于是分屏显示数据，所以就要用到5个显示子程序，分别是：
关闭状态显示子程序、开锁状态显示子程序、密码输入及修改状态显示子程序、密码输入错误后的提示子程序。
密码在规定的时间内输入错误次数超过3次后的锁定状态显示子程序。
4.3程序流程图
本系统设计的程序流程图如图4.3所示：
图4.3程序设计流程图
5结束语
以上所设计的电子密码锁电路，它经过多次修改和整理，已是一个比较不错的设计，但因为水平有限，此电路也存在一定的问题，比如说电路的密码无法修改，不能忘记密码，否则无法打开。
通过本次设计，使自己掌握的理论知识能够运用于实践，加深了自己对课本知识的理解，同时也锻炼了个人的动手能力。
参考文献：
[1] 何立民.单片机高级教程.北京航空航天大学出版社.2001:
40~53
[2] 李建忠.单片机原理及应用（第二版）.西安电子科技大学出版社.2008.2:
22~23
[3] 童诗白,华成英.模拟电子技术基础（第三版）.北京,高等教育出版社,2001:
76~110
[4] 康华光.电子技术基础（第四版）.北京高等教育出版社.1998:
134~138
[5] 梁宗善.新型集成块应用.武汉华中理工大出版社.2004:
15~19
[6] 谭浩强.C语言程序设计（高职教材）.清华大学出版社,2000.01:
20~88
附录[6]
电子密码锁程序
#include
unsignedcharps[]={1,2,3,4,5};
unsignedcharcodedispbit[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,
0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
unsignedcharcodedispcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,
0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,
0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,
0x00,0x40,0x73,0xff};
unsignedchardispbuf[8]={18,16,16,16,16,16,16,16};
unsignedchardispcount;
unsignedcharflashcount;
unsignedchartemp;
unsignedcharkey;
unsignedcharkeycount;
unsignedcharpslen=5;
unsignedchargetps[6];
bitkeyoverflag;
biterrorflag;
bitrightflag;
unsignedintsecond3;
unsignedintaa,bb;
unsignedintcc;
bitokflag;
bitalarmflag;
bithibitflag;
unsignedcharoka,okb;
voidmain（void）
{
unsignedchari,j;
TMOD=0x01;
TH0=（65536-500）/256;
TL0=（65536-500）%256;
TR0=1;
ET0=1;
EA=1;
while
（1）
{
P3=0xff;
P3_4=0;
temp=P3;
temp=temp&0x0f;
if（temp!
=0x0f）
{
for（i=10;i>0;i--）
for（j=248;j>0;j--）;
temp=P3;
temp=temp&0x0f;
if（temp!
=0x0f）
{
temp=P3;
temp=temp&0x0f;
switch（temp）
{
case0x0e:
key=7;
break;
case0x0d:
key=8;
break;
case0x0b:
key=9;
break;
case0x07:
key=10;
break;
}
temp=P3;
P1_1=~P1_1;
if（（key>=0）&&（key<10））
{
if（keycount<6）
{
getps[keycount]=key;
dispbuf[keycount+2]=19;
}
keycount++;
if（keycount==6）
{
keycount=6;
}
elseif（keycount>6）
{
keycount=6;
keyoverflag=1;//keyoverflow
}
}
elseif（key==12）//deletekey
{
if（keycount>0）
{
keycount--;
getps[keycount]=0;
dispbuf[keycount+2]=16;
}
else
{
keyoverflag=1;
}
}
elseif（key==15）//enterkey
{
if（keycount!
=pslen）
{
errorflag=1;
rightflag=0;
second3=0;
}
else
{
for（i=0;i{
if（getps[i]!
=ps[i]）
{
i=keycount;
errorflag=1;
rightflag=0;
second3=0;
gotoa;
}
}
errorflag=0;
rightflag=1;
a:
i=keycount;
}
}
temp=temp&0x0f;
while（temp!
=0x0f）
{
temp=P3;
temp=temp&0x0f;
}
keyoverflag=0;
}
}
P3=0xff;
P3_5=0;
temp=P3;
temp=temp&0x0f;
if（temp!
=0x0f）
{
for（i=10;i>0;i--）
for（j=248;j>0;j--）;
temp=P3;
temp=temp&0x0f;
if（temp!
=0x0f）
{
temp=P3;
temp=temp&0x0f;
switch（temp）
{
case0x0e:
key=4;
break;
case0x0d:
key=5;
break;
case0x0b:
key=6;
break;
case0x07:
key=11;
break;
}
temp=P3;
P1_1=~P1_1;
if（（key>=0）&&（key<10））
{
if（keycount<6）
{
getps[keycount]=key;
dispbuf[keycount+2]=19;
}
keycount++;
if（keycount==6）
{
keycount=6;
}
elseif（keycount>6）
{
keycount=6;
keyoverflag=1;//keyoverflow
}
}
elseif（key==12）//deletekey
{
if（keycount>0）
{
keycount--;
getps[keycount]=0;
dispbuf[keycount+2]=16;
}
else
{
keyoverflag=1;
}
}
elseif（key==15）//enterkey
{
if（keycount!
=pslen）
{
errorflag=1;
rightflag=0;
second3=0;
}
else
{
for（i=0;i{
if（getps[i]!
=ps[i]）
{
i=keycount;
errorflag=1;
rightflag=0;
second3=0;
gotoa4;
}
}
errorflag=0;
rightflag=1;
a4:
i=keycount;
}
}
temp=temp&0x0f;
while（temp!
=0x0f）
{
temp=P3;
temp=temp&0x0f;
}
keyoverflag=0;
}
}
P3=0xff;
P3_6=0;
temp=P3;
temp=temp&0x0f;
if（temp!
=0x0f）
{
for（i=10;i>0;i--）
for（j=248;j>0;j--）;
temp=P3;
temp=temp&0x0f;
if（temp!
=0x0f）
{
temp=P3;
temp=temp&0x0f;
switch（temp）
{
case0x0e:
key=1;
break;
case0x0d:
key=2;
break;
case0x0b:
key=3;
break;
case0x07:
key=12;
break;
}
temp=P3;
P1_1=~P1_1;
if（（key>=0）&&（key<10））
{
if（keycount<6）
{
getps[keycount]=key;
dispbuf[keycount+2]=19;
}
keycount++;
if（keycount==6）
{
keycount=6;
}
elseif（keycount>6）
{
keycount=6;
keyoverflag=1;//keyoverflow
}
}
elseif（key==12）//deletekey
{
if（keycount>0）
{
keycount--;
getps[keycount]=0;
dispbuf[keycount+2]=16;
}
else
{
keyoverflag=1;
}
}
elseif（key==15）//enterkey
{
if（keycount!
=pslen）
{
errorflag=1;
r
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