电子密码锁控制系统.docx

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电子密码锁控制系统

电子密码锁系统

内容摘要：

主要介绍了基于STC89C52RC单片机的电子密码锁系统设计。

系统意于设计一个键盘、蜂鸣器报警及显示、。

为了达到谨防小偷窃取，有了密码输错三次的报警系统以及反被记标识码使得密码锁的安全性得到有效的提高。

本设计系统采用STC89C52RC单片机为微控制器，STC89C52RC负责密码键盘输入键值的出来以及密码的对比和判断。

通过键值的输入可以用过屏幕显示正确的位数，并将是否解锁成功通过LCD液晶显示。

当遇密码输错三次时，单片机控制系统通过报警信号，自动的报警通知他人。

同时为了人性化的设计，本系统还设有更改密码按钮，可以通过输入正确密码进入内部进行修改密码。

本设计本着安全、方便、人性化的原则进行，可以使人们少了带钥匙的烦恼。

关键字：

STC89C52RC单片机蜂鸣器键盘

目录

1引言5

1.1电子密码锁的功能5

1.2电子密码锁简介6

1.3电子密码锁的发展趋势6

1.4本设计所需要实现的目标7

2硬件的总体结构和原理8

2.1STC89C52RC单片机的介绍8

2.2.1主要特性10

2.3LCD屏介绍12

2.3.1LCD屏引脚介绍13

2.3.2LCDI602控制指令14

2.3.3LCDI602读写控制时序15

2.4单片机复位方式16

2.5晶体振荡器18

3系统硬件构成18

3.1设计原理18

3.2电路原理图19

3.3电源输入部分20

3.4键盘输入部分21

3.5复位电路22

3.6晶振部分22

3.7显示部分23

3.8报警部分24

3.9开锁部分25

3.10设计总图26

3.11设计总体原理电路27

4程序设计28

4.1主程序流程图28

4.2键盘模块29

4.3数字模块29

4.4开锁模块30

4.5密码设置模块30

结论31

致谢32

参考文献33

1引言

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。

1.1电子密码锁的功能

（1） 设置6位密码，密码通过键盘输入，若密码正确，则将锁打开。

（2）密码可以由用户自己修改设定（只支持6位密码），锁打开后才能修改密码。

修改密码之前必须再次输入密码，在输入新密码时候需要二次确认，以防止误操作。

（3）报警、锁定键盘功能。

若密码输入错误次数超过3次，蜂鸣器报警。

电子密码锁的设计主要由三部分组成：

4×4矩阵键盘接口电路、密码锁的控制电路、输出八段显示电路。

另外系统还有LED提示灯，报警蜂鸣器等。

密码锁设计的关键问题是实现密码的输入、清楚、更改、开锁等功能：

（1）密码输入功能：

按下一个数字键，一个“*”就显示在最右边的数码管上，同时将先前输入的所有“*”向左移动一位。

（2）密码清除功能：

当按下清除键时，清除前面输入的所有值，并显示“*”。

（3）密码更改功能：

将输入的值作为新的密码。

（4）开锁功能：

当按下开锁键，系统将输入与密码进行检查核对，如果正确锁打开，否则不打开。

1.2电子密码锁简介

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，完成开锁、闭锁任务的电子产品。

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，通过编程来实现的。

其性能和安全性已大大超过了机械锁。

其特点如下：

（1）保密性好，编码量多，远远大于弹子锁。

随机开锁成功率几乎为零。

（2）密码可变，用户可以随时更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降。

（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。

（4）无活动零件，不会磨损，寿命长。

（5）使用灵活性好，不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁。

（6）电子密码锁操作简单易行，

1.3电子密码锁的发展趋势

在日常生活和工作中，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。

目前门锁主要用弹子锁，其钥匙容易丢失；保险箱主要用机械密码锁，其结构较为复杂，制造精度要求高，成本高，且易出现故障，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。

针对这些锁具给人们带来的不便若使用机械式钥匙开锁，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。

它的出现为人们的生活带来了很大的方便，有很广阔的市场前景。

由于电子器件所限，以前开发的电子密码锁，其种类不多，保密性差，最基本的就是只依靠最简单的模拟电子开关来实现的，制作简单但很不安全，在后为多是基于EDA来实现的，其电路结构复杂，电子元件繁多，

也有使用早先的20引角的2051系列单片机来实现的，但密码简单，易破解。

随着电子元件的进一步发展，电子密码锁也出现了很多的种类，功能日益强大，使用更加方便，安全保密性更强，由以前的单密码输入发展到现在的，密码加感应元件，实现了真真的电子加密，用户只有密码或电子钥匙中的一样，是打不开锁的，随着电子元件的发展及人们对保密性需求的提高出现了越来越多的电子密码锁。

出于安全、方便等方面的需要许多电子密码锁已相继问世。

但这类产品的特点是针对特定有效卡、指纹或声音有效，且不能实现远程控制，只能适用于保密要求高且供个人使用的箱、柜、房间等。

由于数字、字符、图形图像、人体生物特征和时间等要素均可成为钥匙的电子信息，组合使用这些信息能够使电子防盗锁获得高度的保密性，如防范森严的金库，需要使用复合信息密码的电子防盗锁，这样对盗贼而言是“道高一尺、魔高一丈”。

组合使用信息也能够使电子防盗锁获得无穷扩展的可能，使产品多样化，对用户而言是“千挑百选、自得其所”。

可以看出组合使用电子信息是电子密码锁以后发展的趋势。

1.4本设计所要实现的目标

本设计采用单片机为主控芯片，结合外围电路，组成电子密码锁，用户想要打开锁，必先通过提供的键盘输入正确的密码才能将锁打开，密码输入错误有提示，为了提高安全性，当密码输入错误三次将报警。

密码可以由用户自己修改设定，锁打开后才能修改密码。

修改密码之前必须再次输入密码，在输入新密码时候需要二次确认，以防止误操作。

1.5设计方案

设计是以STC89C52RC为核心的单片机控制方案；我们的密码所控制器就是以单片机为核心设计的，本设计采用的是STC公司的STC89C52RC芯片，此芯片根据了充分的静止CMOS控制器与三级节目记忆锁，共有32条I/O线,2定时计数器，6个中断来源，4K闪存,128个字节在芯片RAM。

采用数字电路控制。

其原理方框图如图1-1所示。

图1-1数字密码锁电路方案

采用数字密码锁电路的好处就是设计简单。

共设了9个用户输入键，其中只有4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；如果用户输入密码的时间超过40秒（一般情况下，用户不会超过40秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警80秒，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘5分钟，防止他人的非法操作。

电路由两大部分组成：

密码锁电路和电源。

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。

2硬件的总体结构和原理

2.1单片机STC89C52RC的简介

STC89C52RC是单片机的典型产品，我们就这一代表性的机型进行系统的讲解。

STC89C52RC单片机包含中央处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：

图2-1单片机内部结构示意图

1、中央处理器

中央处理器（CPU）是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。

2、数据存储器（RAM）

STC89C52RC内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。

3、程序存储器（ROM）

STC89C52RC共有4KB掩膜ROM，最大可扩展64K字节，用于存放用户程序，原始数据或表格。

4、定时/计数器：

89C52有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。

5、并行输入输出（I/O）口：

89C52共有4组8位I/O口（P0、P1、P2或P3），用于对外部数据的传输。

6、中断系统

89C52RC具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。

2.2STC89C52RC单片机的引脚

STC89C52RC单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的.89C51有40条引脚,与其他51系列单片机引脚是兼容的.这40条引脚可分为I/O接口线、电源线、控制线、外接晶体线4部分.STC89C52RC单片机为双列直插式封装结构,如图2-2所示.

图2-2STC89C52RC引脚分配图

2.2.1主要特性：

1、与MCS-51兼容

2、4K字节可编程闪烁存储器

3、寿命：

1000写/擦循环

4、数据保留时间：

10年

5、全静态工作：

0Hz-24Hz

6、三级程序存储器锁定

7、128×8位内部RAM

8、32可编程I/O线

9、两个16位定时器/计数器

10、5个中断源

11、可编程串行通道

12、低功耗的闲置和掉电模式

13、片内振荡器和时钟电路

STC89C52RC单机的电源线有以下两种：

（1）VCC：

+5V电源线。

电源线

（2）GND：

接地线。

STC89C52RC单片机的外接晶体引脚有以下两种:

（1）XTAL1：

片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。

采用内部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。

（2）XTAL2：

片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。

采用外部振荡器时，该引脚悬空。

外接晶体引脚。

控制线AT89C51单片机的控制线有以下几种：

（1）RST：

复位输入端，高电平有效。

（2）ALE/PROG：

地址锁存允许/编程线。

（3PSEN：

外部程序存储器的读选通线。

（4EA/Vpp：

片外ROM允许访问端/编程电源端。

2.2.2STC89C52RC单片机的四个I/O口：

P0口：

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口，作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端口。

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是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号校验期间，P1接收低8位地址。

P2口：

P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流I。

在访问８位地址的外部数据存储器（如执行：

MOVX@Ri指令）时，P2口线上的内（也即特殊功能寄存器，在整个访问期间不改变。

P3口：

P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

作输入端口时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流I。

P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，P3口的第二功能如下表2-1

表2-1P3口的第二功能

端口功能

第二功能

端口引脚

第二功能

RXD（P3.0）

串行输入口

T0（P3.4）

定时/计数器0外部输入

TXD（P3.1）

串行输出口

T1（P3.5）

定时/计数器1外部输入

INT0（P3.2）

外中断0

WR（P3.6）

外部数据存储器写选通

INT1（P3.3）

外中断1

RD（P3.7）

外部数据存储器读选通

2.3LCD1602介绍

液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到广泛的应用。

目前液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件。

其中LCD1602液晶显示模块是常用的选择，它可以显示两行，每行16个字符，采用单+5V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比。

考虑到本系统设计中友好的人机界面，相对采用多个LED作为显示模块，LCD1602更合适。

2.3.1LCD屏引脚介绍

1602采用标准的16脚接口，如图2-4所示，其中:

第1脚：

VSS为地电源。

第2脚：

VDD接5V正电源。

第3脚：

V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时

对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。

第4脚：

RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

第5脚：

R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。

当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。

第6脚：

E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

第7～14脚：

D0～D7为8位双向数据线。

第15脚：

LEDA为背光接5V正电源。

第16脚：

LEDK为背光地电源。

图2-4LCD1602管脚图

2.3.2LCDI602控制指令

　如表2-2所示，LCD1602的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。

1、指令1：

清显示。

指令码01H,光标复位到地址00H位置。

2、指令2：

光标复位。

光标返回到地址00H。

3、指令3：

光标和显示模式设置，I/D：

光标移动方向，高电平右移，低电平左移；S:

屏幕上所有文字是否左移或者右移。

高电平表示有效，低电平则无效。

4、指令4：

显示开关控制。

D：

控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示C：

控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B：

控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁

5、指令5：

光标或显示移位。

S/C：

高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。

6、指令6：

功能设置命令。

DL：

高电平时为4位总线，低电平时为8位总线；N：

低电平时为单行显示，高电平时双行显示；F:

低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。

7、指令7：

字符发生器RAM地址设置。

8、指令8：

DDRAM地址设置。

9、指令9：

读忙信号和光标地址。

BF：

为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。

10、指令10：

写数据。

11、指令11：

读数据。

表2-2LCD1602的控制指令表

指令

RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0

1清显示

2光标返回

3置输入模式

4显示开/关控制

5光标或字符移位

6置功能

7置字符发生存储器地址

8置数据存储器地址

9读忙标志或地址

10写数CGRAM或DDRAM

11从CGRAM或DDRAM读数

0000000001

000000001*

00000001I/DS

0000001DCB

000001S/CR/L**

00001DLNF**

0001字符发生存储器地址

001显示数据存储器地址

01BF计数器地址

10要写的数

11读出的数据

2.3.3LCDI602读写控制时序

LCD1602的读写控制时序如表2-3所示，使用LCD1602显示时要严格按照时序要求，否则LCD1602显示会出现问题。

表2-3LCD1602的读写控制时序表

RSR/WE功能

00下降沿写指令代码

01高电平读忙标志和AC码

10下降沿写数据

11高电平读数据

2.3.44×4矩阵键盘

如图2-5所示，本系统采用4×4矩阵键盘。

当LCD1602为时钟界面显示时，S2为时设置键，S3为分设置键，S4为切换键；当切换到密码锁界面显示时，16个按键分为输入数字键和功能键。

其中，S2、S6、S7、S8、S10、S11、S12、S14、S15、S16依次表示数字0～9，S3为取消键，S4为全取消键，S5为确定键，S9为密码初始化还原键，S13为返回键，S17为密码修改键。

图2-54×4矩阵键盘

2.4单片机复位方式

单片机在开机时或在工作中因干扰而使程序失控，或工作中程序处于某种死循环状态，在这种情况下都需要复位.复位的作用是使中央处理器CPU以及其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态,并从这个状态重新开始工作.

STC89C52RC单片机的复位靠外部电路实现,信号由RESET（RST）引脚输入,高电平有效,在振荡器工作时,只要保持RST引脚高电平两个机器周期,单片机即复位.复位后,PC程序计数器的内容为0000H,片内RAM中内容不变.复位电路用上电复位如图2-6所示.

图2-6单片机复位电路

由于设计所需，我们在这里选用手动式复位电路。

由外部扩展M24C01设定功能键控制手动式复位电路。

2.5晶体振荡器

晶体振荡器，简称晶振，其作用在于产生原始的时钟频率，这个频率经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率。

以声卡为例，要实现对模拟信号44.1kHz或48kHz的采样，频率发生器就必须提供一个44.1kHz或48kHz的时钟频率。

如果需要对这两种音频同时支持的话，声卡就需要有两颗晶振。

但是现在的娱乐级声卡为了降低成本，通常都采用SCR将输出的采样频率固定在48kHz，但是SRC会对音质带来损害，而且现在的娱乐级声卡都没有很好地解决这个问题。

现在应用最广泛的是石英晶体振荡器。

石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器，石英晶体振荡器也称石英晶体谐振器，它用来稳定频率和选择频率，是一种可以取代LC谐振回路的晶体谐振元件。

石英晶体振荡器广泛地应用在电视机、影碟机、录像机、无线通讯设备、电子钟表、单片机、数字仪器仪表等电子设备中。

为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。

在单片机中为其提供时钟频率。

石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：

从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。

其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

只要在晶体振子板极上施加交变电压，就会使晶片产生机械变形振动，此现象即所谓逆压电效应。

当外加电压频率等于晶体谐振器的固有频率时，就会发生压电谐振，从而导致机械变形的振幅突然增大。

3系统硬件构成

3.1电路图原理

本设计主要由单片机、矩阵键盘、液晶显示器和密码存储等部分组成。

其中矩阵键盘用于输入数字密码和进行各种功能的实现。

由用户通过连接单片机的矩阵键盘输入密码，后经过单片机对用户输入的密码与自己保存的密码进行对比，从而判断密码是否正确，然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者报警电路控制开锁还是报警，实际使用时只要将单片机的负载由继电器换成电子密码锁的电磁铁吸合线圈即可，当然也可以用继电器的常开触点去控制电磁铁吸合线圈。

本系统共有两部分构成，即硬件部分与软件部分。

其中硬件部分由电源输入部分、键盘输入部分、密码存储部分、复位部分、晶振部分、显示部分、报警部分、开锁部分组成，软件部分对应的由主程序、初始化程序、LCD显示程序、键盘扫描程序、启动程序、关闭程序、建功能程序、密码设置程序、EEPROM读写程序和延时程序等组成。

其原理框图如图3-1所示。

图3-1电子密码锁原理框图

3.2电路原理图

在确定了选用什么型号的单片机后，就要确定在外围电路，其外围电路包括电源输入部

分、键盘输入部分、密码存储部分、复位部分、晶振部分、显示部分、报警部分、开锁部分组成，根据实际情况键盘输入部分选择4×4矩阵键盘，显示部分选择字符型液晶显示LCD1602，密码存储部分选用AT24C02芯片来完成。

其原理图如图3-2所示：

图3-2电路原理图

3.3电源输入部分

密码锁主控制部分电源需要用5V直流电源供电，其电路如图3-3所示，把频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转换为幅值稳定的5V直流电压。

其工作原理主要是把单相交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路转换成稳定的直流电压。

由于输入电压为电网电压，一般情况下所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而电源变压器的作用显现出来起到降压作用。

降压后还是交流电压，所以需要整流电路把交流电压转换成直流电压。

由于经整流电路整流后的电压含有较大的交流分量，会影响到负载电路的正常工作。

需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。

稳压电路的功能是使输