单片机电子密码锁设计.docx
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单片机电子密码锁设计
目录
第1章绪论1
第2章系统总体方案设计2
第3章系统硬件设计...3
3.1单片机的选择...................3
3.2键盘电路设计4
3.3LED显示电路6
3.4开锁电路7
3.5错误提示电路8
3.6蜂鸣器电路的设计9
第4章软件设计10
4.1软件设计思路11
4.2各子程序设计11
第5章系统的安装调试说明14
第6章总结15
参考文献17
附录17
附录A源程序清单：
17
附录B硬件原理图：
24
第1章绪论
自古以来，锁具都是人们心目中的“铁将军”，随着社会物质财富的日益增长和人们生活水平的不断提高，人们对它要求也越来越高，即要安全可靠，又要使用方便。
因此，锁具的安全性和实用性一直是锁具的制造者长期以来研究的主题[1]。
据有关资料介绍，电子密码锁的研究从上世纪30年代就开始了，在一些特殊场所早就有所应用。
这种锁是通过键盘输入一组密码，完成开锁过程。
研究这种锁的初衷，就是为提高锁具的安全性。
由于电子锁的密钥量（密码量）极大，可以与机械锁配合使用，并且可以避免因钥匙被仿制而留下安全隐患。
电子锁只需记住一组密码，无需携带金属钥匙，免除了人们携带金属钥匙的烦恼，而被越来越多的人所欣赏。
电子锁的种类繁多，例如数码锁，指纹锁，磁卡锁，IC卡锁，生物锁等。
但较实用的还是按键式电子密码锁。
20世纪80年代后，随着电子锁专用集成电路的出现，电子锁的体积缩小，可靠性提高，成本较高，只适合使用在安全性要求较高的场合，且需要有电源提供能量，使用还局限在一定范围，难以普及，所以对它的研究一直没有明显进展[2]。
目前，在西方发达国家，电子密码锁己被广泛应用于智能门禁系统中，通过多种更加安全，更加可靠的技术实现大门的管理。
在我国电子密码锁的成本还很高，应用还不广泛。
希望通过不断的努力，使电子密码锁在我国也能得到广泛应用。
目前市场上的密码锁主要有以下几类，都存在不同程度的缺陷。
第2章系统总体方案设计
系统总体设计方案框图2.1：
图2.1系统总体设计方案
本方案采用一种是用以89C52为核心的单片机控制的方案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锁功能。
初步设计思路如下：
1．输入密码用矩阵键盘，包括数字键和功能键。
2．LED数码管显示输入密码的位数，每输入一位就多显示一个“0”
3．用发光二级管代替开锁电路，相对应的二极管发光表示开锁。
4．密码输入3次都错了，系统报警。
5．打开电源后，显示器不显示。
设原始密码为“1357”，只要输入此密码，按B”。
6．可以实现删除本次输入的数字，按“A”键，即可删除刚输入错误的一位数据。
7．输入密码，再按“B”键。
若密码与设定密码相同，则打开门。
即显示灯亮，否则显示器不显示。
8．软件的设计主要包括键盘键值的读取，LED显示程序，密码比较程序和报警程序。
第3章系统硬件设计
3.1单片机的选择
本次课程设计我采用的时AT89C52单片机，其管脚配置图如下
图3.1AT89C52的管脚配置图
在设计电路中，我将单片机的P0和P2口分别作为LED管的段码和位码的输入，P1口作为几个控制功能按钮的接口，P3口接有蜂鸣器电路，XTAL1和XTAL２作为时钟电路的接口，从上述管脚说明来看，可以知道AT89C52提供了外部扩展功能所需的相关管脚，因此可实现许多功能。
3.2键盘电路设计
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，通常采用这样的方法。
其原理如图3.2
3.2矩阵键盘
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号的单片机系统中，键盘处理程序首先执行等待按键按下的程序段。
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。
对照3.1所示的4×4键盘，说明线反转的工作原理。
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：
向行线输出全扫面字OOH，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是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。
具体的功能设计如表3.1：
按键
键名
功能说明
1—9键
数字键
输入密码
B键
确定键
比较密码
A键
清除键
清除刚输入的那位
表3.1按键功能
3.3LED显示电路
单片机应用系统中，通常都需要进行人机对话。
这包括人对应用系统的状态干预与数据输入，以及应用系统向人们显示运行状态与运行结果等。
显示器、键盘电路就是用来完成人机对话活动的人机通道。
LED显示器的驱动是一个非常重要的问题，由图3-1可知，显示电路由LED显示器、段驱动电路和位驱动电路组成。
由于单片机的并行口不能直接驱动LED显示器，必须采用专用的驱动电路芯片，使之产生足够大的电流，显示器才能正常工作。
如果驱动电路能力差，即负载能力不够，显示器亮度就低，而且驱动电路长期在超负荷下运行容易损坏。
LED显示器的显示控制方式分为静态显示和动态显示两种，若选择静态显示，则LED驱动器的选择较为简单，只要驱动器的驱动能力与显示器电流相匹配即可，而且一般只需考虑段的驱动；动态显示则不同，由于一位数据的显示是由段和位选信号共同配合完成的，因此，要同时考虑段和位的驱动能力，而且段的驱动能力决定位的驱动能力。
本系统设计的显示电路是为了给使用者以提示而设置的。
本系统的显示采用串行显示的方式，在本次设计中我选择了4位的数码显示管。
其连线如图所示。
图3.3LED显示电路
3.4开锁电路
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，亮，表示锁开了。
电路图如3.3所示。
当P1.0口输出低电平时，二极管发光，表示开锁。
图3.4开锁电路
3.5错误提示电路
在操作过程中如果输入的密码错误，按下确认键后将被提示，通过管脚P1.7控制。
其电路图如图3.5所示
图3.5报警电路
3.6蜂鸣器电路的设计
设计要求定时（闹钟）时间到时要有声音提醒信号产生，可选择一只蜂鸣器来实现这一功能。
压电式蜂鸣器（H）工作时约需10mA的驱动电流，并设计一个相应的驱动及控制电路，电路设计如图4-5所示。
蜂鸣器（H）作为三极管VT的集电极负载，当VT制止时，蜂鸣器不发声。
R是限流电阻。
蜂鸣器电路与单片机的接口：
VT的基极接到单片机P3口的P3.7管脚，P3.7管脚作为输出口来使用。
当P3.7=0时，VT导通时，使蜂鸣器的两个管脚间获得将近5V的直流电压，蜂鸣器中有电流通过，而产生蜂鸣音；当P3.7=1时，VT截止，蜂鸣器的两管脚间的直流电压接近于0V，蜂鸣器不发声。
蜂鸣器报警时间的长短，通过软件编程控制，在主程序中有相应的部分。
蜂鸣器的电路原理图如下图3.4所示：
第4章软件设计
4.1软件设计思路
进行应用软件设计时可采用模块化结构设计，其优点是：
每个模块的程序结构简单，任务明确，易于编写、调试和修改；
程序可读性好，对程序的修改可局部进行，其他部分可以保持不变，便于功能扩充和版本升级；
对于使用频繁的子程序可以建立子程序库，便于多个模块调用；
便于分工合作，多个程序员同时进行程序的编写和调试工作，加快软件研制进度。
电子密码锁工作的主要过程是LED数码管提示开始输入密码，通过键盘输入密码，同时LED显示密码输入情况，按下确认键后判断密码的正确性，作出开锁或报警处理。
当输入密码连续输入错误3次时，系统报警。
由于采用两个按键来完成密码的输入，那么其中一个按键为功能键，另一个按键为数字键。
在输入过程中，首先输入密码的长度，接着根据密码的长度输入密码的位数，直到所有长度的密码都已经输入完毕；或者输入确认功能键之后，才能完成密码的输入过程。
进入密码的判断比较处理状态并给出相应的处理过程。
4.2各子程序设计
4.2.1键盘扫描
键盘扫描流程图如图4.2.1
4.2.2LED显示
LED显示流程图如图4.2.2
图4.2.2 LED显示流程图
4.2.3密码比较和报警程序
密码比较和报警流程图如4.2.3
图4.2.3密码比较和报警流程
第5章系统的安装调试说明
本次调试采用Protues软件仿真。
首先设计电子密码锁的源程序，源程序经过汇编后，生成的目标文件经过仿真调试。
依次按下1，3，5，7后，LED显示如图5.1
图5.1LED显示
按下确定键后，二极管亮，表示密码正确开门。
如图5.2
图5.2密码正确开门
第6章总结
两周的单片机已经告已段段落，这是一次难得的检验，既锻炼了自己，又提高自己得理论水平，所以我一开始我就十分认真，积极地对待这次课程设计。
单片机是一门实践性很强的学科，能充分地运用于实践中去，因而直接关系到我们以后找工作，关系到我们的将来。
这次的课题是智能密码锁设计，主要设计到的芯片主要是89C51。
虽然我们学过单片机，理论知识掌握的还算好，但总感觉不知道单片机到底有什么用。
通过这次设计让我有了较深的体会，单片机的用处还是很广的，不但用起来方便，而且其功能也是很强大的。
单片机可以实现很多我们想要实现的功能，使复杂的电路简单化，使难以实现的事情变为现实等等。
我隐约可以看到单片机在这个社会有着举足轻重的地位，并且还有着无穷大的潜能。
课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
随着科学技术发展的日新月异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说是无处不在。
回顾起此次单片机课程设计，感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时，不仅可以巩固以前学过的知识，而且还学到了很多在书本上没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟是第一次做的，难免会遇到各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，以前对所学的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，对单片机汇编语言掌握得不好……通过这次课程设计之后，以前不理解的知识点现在基本上都掌握了。
与此同时，我们也深刻领略到细节的重要性，细节决定成败，实在是很深刻。
有一点小问题，都不会出正确的结果。
经过一次次的查错，纠错,让我们深深体会到了做设计科研，必须具备严谨的科学作风。
对我们以后从事的工作也有巨大的帮助。
总而言之，这次课程设计终于顺利完成了，在进行设计的过程中遇到了很多编程问题，在此特别感谢汪超等老师的耐心讲解和细心的指导。
使我们在设计的过程中，少走了许多弯路，同时也领略了老师的许多新理念。
单片机课程设计重在一个思维的改变，而不是仅仅的一个程序的设计。
参考文献
[1]、《微型计算机原理及应用》许立梓编机械工业出版社2002
[2]、《微型计算机接口技术及应用》刘乐善编华中理工大学出版社2000
[3]、《计算机硬件技术基础试验教程》邹逢兴编高等教育出版社2000
[4]、《16位微型计算机原理接口及其应用》周佩玲编中国科学技术大学出版社2000
[5]、《微型计算机原理与接口技术》吴秀清编中国科学技术出版社2001
[6]、《微型计算机接口技术》邓亚平编清华大学出版社2001
[7]、《单片机原理及及应用》王迎旭编机械工业出版社2001
[8]、《单片机应用程序设计技术》周航慈著北京航空航天大学出版社2002
[9]、《单片机实用技术问答》谢宜仁主编人民邮电出版社2002
附录
附录A源程序清单：
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG0030H
MAIN:
MOVR3,#0
A1:
SETBP3.0
SETBP3.1
SETBP3.2
SETBP3.3
MOVR0,#40H
MOVDPTR,#TAB;将表头放入DPTR
LCALLKEY;调用键盘扫描程序
;查表后将键值送入ACC
CJNEA,#0BH,LOOP
AJMPCMP
LOOP:
INCR0
MOV@R0,A
D5:
MOVP0,#0C0H
CLRP3.0
SETBP3.1
SETBP3.2
SETBP3.3
LCALLKEY
CJNEA,#0BH,D1
AJMPCMP
D1:
CJNEA,#0AH,D2
AJMPA1
D2:
INCR0
MOV@R0,A
D8:
MOVP0,#0C0H
CLRP3.0
CLRP3.1
SETBP3.2
SETBP3.3
LCALLKEY
CJNEA,#0BH,D3
AJMPCMP
D3:
CJNEA,#0AH,D4
DECR0
AJMPD5
D4:
INCR0
MOV@R0,A
D11:
MOVP0,#0C0H
CLRP3.0
CLRP3.1
CLRP3.2
SETBP3.3
LCALLKEY
CJNEA,#0BH,D6
AJMPCMP
D6:
CJNEA,#0AH,D7
DECR0
AJMPD8
D7:
INCR0
MOV@R0,A
MOVP0,#0C0H
CLRP3.0
CLRP3.1
CLRP3.2
CLRP3.3
D12:
LCALLKEY
CJNEA,#0BH,D9
AJMPCMP
D9:
CJNEA,#0AH,D10
DECR0
AJMPD11
D10:
AJMPD12
KEY:
LCALLKS;调用检测按键子程序
JNZK1;有键按下继续
LCALLDELAY2;无键按调用延时去抖
AJMPKEY;返回继续检测按键
K1:
LCALLDELAY2
LCALLDELAY2;有键按下延时去抖动
LCALLKS;再调用检测按键程序
JNZK2;确认有按下进行下一步
AJMPKEY;无键按下返回继续检测
K2:
MOVR2,#0FEH;将扫描值送入R2暂存
MOVR4,#00H;将第一列值送入R4暂存
K3:
MOVP2,R2;将R2的值送入P1口
L6:
JBP2.4,L1;P1.0等于1跳转到L1
MOVA,#00H;将第一行值送入ACC
AJMPLK;跳转到键值处理程序
L1:
JBP2.5,L2;P1.1等于1跳转到L2
MOVA,#04H;将第二行的行值送入ACC
AJMPLK;跳转到键值理程序进行键值处理
L2:
JBP2.6,L3;P1.2等于1跳转到L3
MOVA,#08H;将第三行的行值送入ACC
AJMPLK;跳转到键值处理程
L3:
JBP2.7,NEXT;P1.3等于1跳转到NEXT处
MOVA,#0cH;将第四行的行值送入ACC
LK:
ADDA,R4;行值与列值相加后的键值送入A
PUSHACC;将A中的值送入堆栈暂存
K4:
LCALLDELAY2;调用延时去抖动程序
LCALLKS;调用按键检测程序
JNZK4;按键没有松开继续返回检测
POPACC;将堆栈的值送入ACC
RET
NEXT:
INCR4;将列值加一
MOVA,R2;将R2的值送入A
JNBACC.7,KEY;扫描完至KEY处进行下一扫描
RLA;扫描未完将A中的值右移一位进行下一列的扫描
MOVR2,A;将ACC的值送入R2暂存
AJMPK3;跳转到K3继续
KS:
MOVP2,#0FH;将P1口高四位置0低四位值1
MOVA,P2;读P1口
XRLA,#0FH;将A中的值与A中的值相异或
RET;子程序返回
DELAY2:
;40ms延时去抖动子程序
MOVR5,#08H
L7:
MOVR6,#0FAH
L8:
DJNZR6,L8
DJNZR5,L7
RET
DELAY:
MOVR5,#50
DLY1:
MOVR6,#100
DLY2:
MOVR7,#100
DJNZR7,$
DJNZR6,DLY2
DJNZR5,DLY1
RET
CMP:
CJNE@R0,#7H,NEQ
DECR0
CJNE@R0,#5H,NEQ
DECR0
CJNE@R0,#3H,NEQ
DECR0
CJNE@R0,#1H,NEQ
AJMPSEQ
NEQ:
INCR3
CJNER3,#3,A2
SETBP3.0
SETBP3.1
SETBP3.2
SETBP3.3
CLRP3.7
LCALLDELAY
LCALLDELAY
SETBP3.7
AJMPMAIN
A2:
CLRP1.7
LCALLDELAY
SETBP1.7
AJMPA1
SEQ:
SETBP3.0
SETBP3.1
SETBP3.2
SETBP3.3
CLRP1.0
LCALLDELAY
SETBP1.0
AJMPMAIN
TAB:
DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H
DB99H,92H,82H,0F8H
DB80H,90H,88H,83H
DB0C6H,0A1H,86H,8EH
END
附录B硬件原理图：
原理图
电气信息学院课程设计评分表
项目
评价
优
良
中
及格
差
设计方案合理性与创造性（10%）
开发板焊接及其调试完成情况*（10%）
硬件设计或软件编程完成情况（20%）
硬件测试或软件调试结果*（10%）
设计说明书质量（20%）
答辩情况（10%）
完成任务情况（10%）
独立工作能力（10%）
出勤情况（10%）
综合评分
指导教师签名：
________________
日期：
________________
注：
表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；
此表装订在课程设计说明书的最后一页。
课程设计说明书装订顺序：
封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。
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