基于单片机的密码锁设计 含电路图 英文翻译.docx
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基于单片机的密码锁设计含电路图英文翻译
摘要
随着科技和人们的生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统机械锁由于构造简单，被撬事件屡见不鲜；电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的青睐。
本设计以单片机AT89C51作为密码锁监控装置的检测和控制核心。
采用键盘输入的电子密码锁具有较高的优势。
采用数字信号编码和二次调制方式，不仅可以实现多路信息的控制，提高信号传输的抗干扰性，减少错误动作，而且功率消耗低；反应速度快、传输效率高、工作稳定可靠等。
关键词：
单片机；密码锁；单片机设计；电子锁。
Abstract
Alongwiththescienceandtechnologyandpeople'slivingstandardenhancement,howtorealizethefamilyguardagainstthefthasbecomeaparticularlyprominent,thetraditionalmechanicallockbecauseofsimplestructure,prizingeventsitisoftenseen.;electroniclockhighbecauseoftheirconfidentiality,theuseofflexibilitygood,highsafetyfactor,bythemajorityofusersofallages.
Thedesignofsingle-chipAT89C51ascipherlockmonitoringdeviceforthedetectionandcontrolofcore.Usethekeyboardinputoftheelectroniccodelockhashighadvantage.Digitalsignalencodingandthetwomodulationmodes,whichcannotonlyrealizethemultiplexedinformationcontrol,toimproveanti-interferencesignaltransmission,reducethemistakeaction,andlowpowerconsumption;fastreactionspeed,hightransmissionefficiency,suchasstableandreliablework
Keywords：
singlechip;cryptogramlock;singlechipdesign;electronicslock.
第1章绪论
1.1课题背景
密码锁是锁的一种，开启时用的是一系列的数字或符号。
密码锁的密码通常都只是排列而非真正的组合。
部分密码锁只使用一个转盘，把锁内的数个碟片或凸轮转动；亦有些密码锁是转动一组数个刻有数字的拨轮圈，直接带动锁内部的机械。
此单片机设计（密码锁）是一种能防止多次探密码的基于单片机的密码锁设计方案，给出了该单片机密码锁的硬件电路和软件程序，同时给出了单片机型号的选择，硬件设计，软件流程图，汇编语言源程序等内容。
密码锁应用非常广泛，如生活中的密码箱等；到取款机取款时插入卡后要输入个人设定的密码；银行里的密码柜，再比如核武器在发射时也有密码的等等。
很多行业的许多地方都需要密码锁，但普通密码锁的密码容易被多次试探而破译。
我们的设计给出了一种能防止多次试探密码的密码锁设计方法，利用单片机控制。
因为单片机不但具有体积小，成本低，控制灵活，便于产品化等特点，而且单片机具有新的发展，具体主要体现在单片机片内资源越丰富，用它构成的单片机控制系统的硬件开销就会越少，产品的体积和可靠性就会越高，所以，使用单片机系统控制密码锁，体积小，成本低，控制灵活，便于产品化，可以防止多次试探，从而有效地克服了上述缺点。
1.2本设计课题的研究现状
随着电子技术的发展单片机功能的增强，出现了带微处理器的智能密码锁，它除了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。
目前发达国家已经大规模地应用智能门禁系统，可以通过多种更加安全，更加可靠的方法来实现大门的管理。
但电子密码锁在我国的应用还不广泛，主要出现在保险柜、密码箱、高级宾馆等场所，家居用的较少，究其原因，我认为有以下几点：
（1）价格原因
（2）厂商的推广力度不够。
采用单片机制作的电子密码锁，就克服了以上的两大缺陷。
其主要特点为:
（1）保密性好。
由于采用6位密码，随机破码率很低，并且在密码可能泄露的情况下及时更改密码，避免因人员的更替等特殊情况而使锁的安全性下降。
（2）破解保护。
连续三次输入错误密码将锁定键盘一段时间。
（3）界面简洁，操作简单人性化，故障率低，密码输入操作简便。
第2章方案选择
2.1方案确定
密码锁有以下几种类型
（1）多拨式
最简单的密码锁，常见于低安全设定的单车锁，使用多个拨圈。
每个圈的中间有凹位。
锁的中心的一条轴，上有数个凸出的齿，用来卡住拨圈。
当拨圈转到正确的密码组合，锁便可以打开。
这种锁是最容易打开的。
很多这类锁根本无需知道密码都能开启。
除非它的内部组件造得完美无瑕，否则只要把轴向外拉，其中一个齿便会比其他更为拉紧拨圈。
这时轮动被拉紧的拨圈，直至听到小小的「卡」声，表示这个齿已进入了正确的凹位。
重覆这步骤，很快便可以把锁打开。
（2）单一转盘式
用在挂锁或匣万上的密码锁可以是只有一个转盘。
转盘推动背后数个平衡碟片或凸轮。
习惯上，开启这种锁时先把转盘顺时针转到第一个数字，然後反时针转到第二个数字，如此直至最后一个数字。
凸轮上通常有凹位，当转入正确的密码后，各位成一直线，锁便可以打开。
这种密码锁较安全，但亦非全无缺点。
例如，部分密码挂锁可以拉紧锁头，然后转动转盘直至不能再动，这样便能把密码找出。
亦有些转盘密码锁的数字之间有特定关系，使到密码的组合可能性大为降低。
廉价的密码挂锁可以用特别的衬片打开，而无需使用密码。
（3）其他设计
有些门锁上有一个数字键盘，开启时按序键入一个数字系列。
这种锁是使用电子控制，常见于办工室内。
优点是只要告诉员工密码便可，无须复制钥匙。
它由单片机系统、矩阵键盘、LED显示器等组成的电子密码锁。
具有开锁、超次锁定、解密、修改、保存密码、用户密码基本的密码锁的功能，还具有调电存储、声光提示等功能。
克服了普通锁需要随身携带钥匙且易丢失、保密性差的缺点，在宾馆、办公大楼、仓库、保险柜和家庭普遍适用。
本设计中采用的是电子密码锁，基本功能如下：
①电源开始后，显示器显示000000；
②按#，清除显示器为000000；
③更改密码时，先键入新号码再按*，即可建立新号码；
④键入号码，再按D开门键，若号码与密码相符，则门会打开，否则显示器会清除为000000；
⑤键盘设计要求如图2-1
1
2
3
A
4
5
6
B
7
8
9
C
*
0
#
D
图2-1键盘分布图
2.2设计框图
基于单片机的电子密码锁主要由单片机最小应用系统电路、键盘接口电路、数码显示电路、密码存储电路、开锁控制电路组成。
各电路有其特有功能，以下将分别论述，系统功能框图如下图2-2
图2-2系统功能图
本章小结
本章主要阐述密码锁的种类和设计思路。
对于密码锁主要讲述了3种密码锁的种类以及差别，并对确定的方案加以陈述，通过本章论述，使整个设计思路变的清晰，有章可循
第3章硬件设计
3.1单片机简介
一、单片机的基础知识
目前世界单片机的生产厂商很多，如Intel，Motorola，Philips，NEC，ADM，Zilog等公司，其主流产品有十几个系列，几百个品
种。
尽管其个具特色，其称各异，但作为集CPU，RAM，ROM（或EPROM），I/O接口，定时器/计数器，中断系统为一体的单片机，其原理大同小异。
现以Intel公司的系列产品为列，说明个系列之间的区别。
Intel公司从其生产单片机开始，发展到现在，大体上可以分为3大系列：
Mcs-48系列，Mcs-51系列，Mcs-96系列。
二、单片机的结构与发展
单片机出现的历史并不长，它的产生与发展和微处理器的产生与发展大体相同。
因此，单片机的发展阶段可以分为4个阶段。
第1阶段，（1974-1976）：
单片机初级阶段。
此阶段的单片机采用双片的形式而且功能比较简单。
此时推出的8位单片机F8，只包含了8位CPU,64BRAM，一个定时/计数器和两个并行口的3851芯片才能组成一台完整的计算机。
第2阶段（1976-1978）：
低性能单片机阶段。
此阶段的单片机已经成为一台完整的计算机，但内部不够丰富。
以Intel公司生产的MCS-48为代表，片内集成了8位CPU，8位定时/计数器，RAM和ROM等，但无串行口，中断系统也比较简单，片内RAM和ROM容量较小且寻址范围不大于4KB.它把单片机推向市场，促进单片机的变革。
第3阶段（1978-1982）：
高性能单片机阶段。
此阶段的单片机品种多，内部资源丰富，功能强。
以Intel公司生产的MCS-51系列为代表，片内集成了8位CPU,16位定时/计数器，串行I/O口，多级中断系统，RAM和ROM等，片内RAM和ROM容量加大，寻址范围可达64KB。
第4阶段（1982年-现在）：
8位单片机的巩固发展及16位，32位单片机推出阶段。
其最大特点是增加了内部资料，实时处理能力更强。
三、单片机的发展趋势
（1）单片机的发展趋势是：
向高性能化，大容量，微型化，外围电路内装化等方面发展。
①采用双CPU结构，以提高处理速度和处理能力。
②增加数据总线宽度，以提高数据处理速度和处理能力。
③采用流水结构。
指令以队列形式出现在CPU中，从而具有很快的运算速度。
④串行总线结构。
（2）存储器的发展
①增加存储容量。
片内RAM可达256B。
片内存储器存储容量的增大有利于外围扩展电路的简化，从而提高产品的稳定性，降低产品的成本。
②片内EPROM开始到EPROM平方化。
③程序保密化。
（3）片内I/O口改进
一般单片机都有较多的并行口，以满足外围设备，芯片扩展的需要，并配有串行口，以满足多机通信功能的需要.并配有串行口,以满足多机通信功能的需要
①提高并行口的驱动能力.
②增加I/O口的逻辑控制功能
③特殊的串行接口功能,为单片机构成网络系统提供更便于利用的条件
四、单片机的特点
（1）小巧灵活,成本低,研发周期短,易于产品,能利用它方便的组装成各种智能式测控设备及各种智能仪表,很容易满足仪器设备即智能化又微型化的需求
（2）可靠性高,使用的温度范围宽
（3）易扩展控制能力强
（4）指令系统相对简单,较易掌握且指令中有较丰富的逻辑控制功能指令,能较方便地直接操作外部I/O设备
五、单片机的应用
目前单片机的应用已深入到国民经济的各个领域,对各个行业的技术,改造和产品的更新换代起到了重要的推动作用,由于单片机的特点决定了单片机的应用领域,:
智能器仪表,机电一体化,实时控制,民用电子品等方面
（1）单片机在智能仪器仪表的应用。
单片机广泛地应用于实验室,交通运输工具,计量等各种仪器仪表中,使仪器仪表智能化,提高它们的测量速度和测量精度,加强控制功能,简化仪器仪表的硬件结构,便于使用,维修和改进.单片机在该领域的应用,不使传统的仪器仪表发生根本性的变革,也给传统的仪器仪表行业的改造带来了曙光和美好的前景.
（2）机电一体化是机械工业发展的重要方面。
机电一体化产品是集机械技术,微电子技术,自动化技术和计算机技术于一体,具有智能化特征的机电产品.能发挥它的体积小,可靠性高,控制能力强,现场安装灵活方便特点,大大提升了机器的功能,提高了机器的精度,自动化和智能化水平.
（3）单片机在实时控制领域的应用
单片机也可广泛地应用于各种实时控制系统中,测量和控制工业上过程控制中的各种物理参数,如转速,位移,压力,,流量,等,将测量技术,自动控制技术和单片机技术相结合,能充分发挥数据处理和实时控制功能,使系统工作于最佳状态,提高系统的生产效率和产品的质量
（4）在军工领域的应用
利用可靠性高,适用的温度范围广,能适应各种恶劣的环境的特点,单片机可广泛应用于导弹控制,航天飞机巡航系统等领域
（5）单片机在分布式多机统中应用
分布式多机系统具有功能强,可靠性高的特点
（6）在民用电子产品中的应用
单片机在民用电子产品中的作用,能明显提高产品的性能价格比,提高产品在市场上的竞争力。
单片机的应用意义远不限于它的应用范畴或由此带来的经济效益，更重要的是它已从根本上改变了传统的控制方法和设计思想。
是控制技术的一次革命，是一座重要的里程碑，本次设计采用的是8051单片机。
六、单片机芯片的特性及说明
（1）主要特性：
它与MCS-51兼容，有4KB字节可编程闪烁存储器，寿命：
1000写/擦循环，数据保留时间为10年。
全静态工作时在0Hz-24Hz之间，内部RAM是128b*8位，有32可编程的I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中断源
（2）管脚说明：
51单片机引脚如图3-1
图3-1单片机引脚图
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址1时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入1后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
3.2内部时钟电路
内部方式的时钟电路如下图3-2所示。
利用MCS-51内部的高增益反相放大器，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡。
定时元件一般采用石英晶体和电容组成的并联振回路。
晶体可以在1.2~12MHZ之间任选，电容可以在5~30pF之间选择，电容C1和C2的大小可起频率微调的作用，电容大小要和晶体的容性负载阻搞相匹配，否则不易起振。
图3-2内部时钟电路图
3.3手动复位电路
复位RST
在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引脚时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。
复位后P0－P3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。
当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的0000H处开始运行程序。
本系统采用的是手动复位电路，。
手动复位电路图如3-3所示：
图3-3手动复位电路图
3.4键盘接口电路方案的确定
键盘是单片机系统中最常用的人机联系的一种设备，它由若干个按键组成，用户通过键盘向CPU入数据或命令以实现简单的人机通信。
对键盘的识别可分为两类：
一类是由专门的硬件电路来识别（如2376、74C922），它使用起来方便，但需要价格昂贵的芯片，单片机系统中一般不采用；另一类靠软件来识别，它结构简单，价格便宜，应用灵活。
本设计中查询的方法识别键，优点是电路简洁，节省硬件，抗干扰能力强，应用灵活，缺点是占用较多的CPU时间资源。
非编码键盘可以分为两种结构形式：
独立式键盘和行列式键盘。
本次设计中采用的是行列式键盘，可节省I/O口线。
其工作原理是：
行线P1.0～P1.3是输入线，CPU通过其电平的高低来判别键盘是否被按下。
依次使列线P1.4～P1.7中的一根输出为低电平，则只有与之对应的键按下时，才能使行线为低电平。
键盘接口电路图如图3-4所示：
图3-4键盘接口电路图
3.5数码管数码显示电路方案的确定
七段数码显示器如图3-5所示：
图3-5七段数码显示器
显示电路主要由6个共阳型七段数码管（SM4105）、6只型PNP型三极管、一片74LS1383-8线译码器以及一个7447七段译码器组成。
电路结构简单，性能稳定，使用方便。
七段显示数码管（动态）工作原理：
逐个地循环点亮各位显示器，也就是说在任一时刻只有1位显示器在显示。
LED动态显示的优点是用较少的端口，可以扩展多位LED显示器。
缺点是过多的占用CPU的时间。
除了LED动态显示，还有一种是LED静态显示。
LED静态显示的优点是不占用CPU的时间，缺点是占用过多的输出端口。
采用动态显示的数码管为了使人看到所有显示器都在显示，就得加快循环点亮各位显示器的速度（提高扫描频率），利用人眼的视觉残留效应，给人感觉到与全部显示器持续点亮的效果一样。
一般地，每秒循环扫描不低于50次。
数码管显示电路的工作原理：
数码管显示时，P0.0~P0.3根据程序输出高电平或低电平，送到7447译码器的四个输入端，经过7447译码后由7个输出端输出，输出信号经过限流电阻（防止数码管因电流过高而损坏）送至数码管的阴极。
同时，单片机的P0.4--P0.6根据要求输出高电平或低电平，送到74LS138的三个输入端，经译码后由输出端输出，此时，74LS138的输出端只有一位为0，使其中的一只三极管导通，引入电源，驱动与其对应的数码管，数码管工作。
数码管的各发光二极管根据对应的高电平或低电平发光或不发光。
每只数码管依次循环，就完成了发光电路的设计，本设计采用动态数码显示器。
它的内部二极管的连接方式（共阳极）如下图3-6所示：
图3-6内部二极管的连接方式（共阳极）
LED数码显示器有两种连接方法：
①共阳极接法：
把二极管的阳极连接在一起构成公共阳极，使用时公共阳极接+5V，每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。
当阴极端输入低电平时，七段发光二极管就导通点亮，而输入高电平时则不点亮。
②共阴极接法：
把二极管的阴极连接在一起构成公共阴极，使用时公共阴极接地，每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端相连。
当阳极端输入高电平时，七段发光二极管就导通点亮，而输入低电平时则不点亮。
本设计中采用的是0.5时共阳极LED数码显示器,用来显示当前正在播放的曲目号。
发光二极管的导通电压为2V左右,电流为5~10mA,加在发光二极管与电阻之间的电压为5V,由此可算出阻值。
电阻值=（两段电压-发光二极管电压）/电流
R1~R6为限流电阻,避免烧坏发光二极管。
得出电阻范围：
300Ω设计中取330Ω
本设计采用的是共阳极LED显示器。
数码管显示电路原理图如下3-7所示：
图3-7数码管显示电路原理图
3.6CT7447介绍
适用于七段字形共阴极显示管的译码器集成电路有CT7448，CT74LS48等型号，适用于共阳极七段管的译码器有CT7447，CT74LS47等型号。
7447引脚图如下图3-8所示：
图3-87447引脚图
现以显示译码器CT7447为例作较详细的讨论。
CT7447的逻辑符号示于
图中：
D、C、B、A：
是BCD码输入信号，
a～g：
译码输出，低电平有效
/
：
1.熄灭信号输入
。
当
=0（有效）时，输出a～g均为高电平1信号（全灭）；
2.灭零输出信号
。
当
=0时，
=0。
：
试灯信号输入。
当
=0）且
=1（无效）时，不论D～A状态如何，a～g七段全亮。
：
灭零输入信号（不显示0，其它数码正常显示）。
=0（
=１）时，不显示数码0。
3.774L138译码器的运用
在中规模集成电路中译码器有几种型号，使用最广的通常是74138，其是一个3到8的译码器，下图是其逻辑符号及管脚排布，下表中列出了该器件的逻辑功能，从表中可以看出其输出为低电平有效，使能端G1为高电平有效，/G2,/G3为低电平有效，当其中一个为低电平，输出端全部为1。
74L138图如下图39所示：
图3-974L138图
3.8码存储电路方案的确定
密码存储电路主要由EEPROM93C46组成。
（1）93C46是一种存储器可以定义为16位
ORG引脚接Vcc
或者定义为8位
ORG引脚接GND的1K位的串行EEPROM每一个的存储器都可以通过DI引脚或DO引脚进行写入或读出，器件可以经受1,000,000次的写入/擦除操作片内数据保存寿命
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