基于单片机设计的电子密码锁设计.docx
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基于单片机设计的电子密码锁设计
摘要：
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，电子密码锁由于其保密性高，灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的亲呢。
本设计拟由单片机51系统、矩阵键盘、LED显示和报警系统组成。
系统能完成开锁、超时报警、超次锁定、修改用户密码基本的密码锁的功能。
同时，也兼顾到产品的使用率，因而本系统成本低廉，功能实用。
目录
一、设计要求…………………………………………………………………………………….4
二、方案论证与比较…………………………………………………………………………….4
1、整体方案论证…………………………………………………………………………………………………4
2、模块论证与比较………………………………………………………………………………………………5
2．1显示模块……………………………………………………………………………………………………5
2．2报警模块……………………………………………………………………………………………………5
2．3键盘输入模块………………………………………………………………………………………………6
三、设计思路…………………………………………………………………………………….7
1、分模块设计思路………………………………………………………………………………………………7
1．1主硬件电路…………………………………………………………………………………………………7
1．2显示电路……………………………………………………………………………………………………7
1．3键盘输入电路………………………………………………………………………………………………7
2、整体设计思路…………………………………………………………………………………………………8
2．1总体设计电路图……………………………………………………………………………………………8
2．2电路元件……………………………………………………………………………………………………8
2.3芯片介绍……………………………………………………………………………………………………9
2．3．1AT89S52芯片………………………………………………………………………………………….9
2．3．2LM386芯片……………………………………………………………………………………………9
2．3．2．1LM386内部电路…………………………………………………………………………………9
2．3．2．2LM386的引脚图……………………………………………………………………………………10
四、程序设计…………………………………………………………………………………………………11
1、软件实现功能………………………………………………………………………………………………11
1.14×4行列式键盘识别技术……………………………………………………………………………11
1.28位数码显示……………………………………………………………………………………………11
2、程序流程图…………………………………………………………………………………………………11
2．1、主程序流程图……………………………………………………………………………………………11
2．2、中断子程序流程图………………………………………………………………………………………12
3、程序…………………………………………………………………………………………………………12
五、调试………………………………………………………………………………………………………12
六、总结………………………………………………………………………………………………………13
七、致谢………………………………………………………………………………………………………13
八、参考文献……………………………………………………………………………………13
一、设计要求
1、具有密码输入功能，密码最多为６位；
2、设置退格键，以便删除输入错误的密码；
3、在输入的密码时数码管上只显示P，并根据输入位数依次横移；
4、设置确认键，当确认键按下后，判断输入密码是否正确；
5、当输入密码正确时，点亮发光二极管；当输入密码不正确时，发光二极管不亮并且蜂鸣器报警,系统应锁定键盘3s
二、方案论证与比较
1、整体方案论证[2]
方案一：
采用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路控制。
原理图如2－1所示：
图2－1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。
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次数超过3次（一般情况下，用户不会超过3次，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘3秒，防止他人的非法操作。
电路主要为密码锁电路，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：
采用一种是用以AT89S51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，还能添加调电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能。
其原理如图2－2所示。
89S51
单片机
矩阵
键盘
控制
输入错误锁定键盘
延时报警控制电路
指示电路
LED显示电路
图2－2单片机控制方案
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。
2、模块论证与比较
2．1显示模块[9]
方案一：
显示模块由10个发光二极管组成。
选择10个发光二极管分别代表0-9的数字，并按一定顺序排列，当程序运行时，键盘模块输入相应值时，对应的发光二极管接通，发光，即显示所代表的数字。
具体电路图省略。
方案二：
显示模块由LED液晶显示屏及其驱动电路组成。
选择1602液晶显示屏，其16个管脚对应89S51的管脚，连接方便，且只需程序控制液晶显示。
方案三：
显示模块由LED动态数码管及其驱动电路组成。
选择2个四位数码管，2个四位数码管的片选端分别接89S51的8个端口，另外16个管脚统一接在89S51的8个端口，具体如图所示：
图2-3动态数码管显示
通过比较以上三种方案，第一种方案相对比较简单，但显示效果不算最好，第二种方案显示简单明了，但成本较高，第三种方案显示相对简单，价格便宜，因而选择第三种显示方式，即由四位动态数码管组成显示模块。
2．2报警模块
方案一：
报警模块由蜂鸣器驱动电路和8255组成。
选择一只压电式蜂鸣器，压电式蜂鸣器工作时约需要100mA驱动电流。
蜂鸣器电路如图4所示。
当8255的PB0口输出为高电平时，蜂鸣器产生蜂鸣音，8255输出为低电平时，蜂鸣器不发声。
图2-4蜂鸣器电路
方案二：
报警模块由LM386音频放大器及驱动电路组成。
选择芯片LM386及其他电阻、电容器件组成LM386音频放大模块，具体电路如图所示。
发生信号从3脚输入，5脚输出，当信号为高电平时，蜂鸣器发出声音，相反，则不发出声音。
图2-5音频放大电路
通过比较以上两种方案，方案一虽然电路简单，操作方便，但稳定性不高，而方案二虽然电路元件偏多，但性能稳定，且电压输入没有限制，可电池输入也可电源输入。
总体比较，选择方案二，即采用LM386音频放大器及驱动电路构成设计的报警模块。
2．3键盘输入模块
方案一：
键盘输入模块由独立式按键输入构成。
选择16个按键及89S51的2个输入端（共16位）构成输入模块，具体电路如图所示。
16个按键分别对应89S51的2个输入端，按键按下，低电平触发。
图2-6独立式键盘输入
方案二：
键盘输入模块由行列式按键输入构成。
选择16个按键及89S51的一个输入端（共8位）构成键盘输入模块，具体电路如图所示。
由软件编程实现行列扫描，进而显示数字。
图2-7行列式键盘输入
通过比较以上两种方案，方案一简单明了，容易控制，但所需端正口偏多，适用于少按键的电路，方案二所需端口不多，硬件上可以实现，但需要软件支持。
总体比较，选择方案二，即使用行列式键盘输入来实现该设计的输入模块。
三、设计思路
1、分模块设计思路
1．1主硬件电路
本系统采用AT89S52作为主控芯片,AT89S52 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和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
具体电路图如图3-1所示:
图3-1主硬件电路
1．2显示电路
本密码锁控制系统采用2个四位的共阴数码管分别接入AT89S52的I/O端口，共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管。
共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。
具体电路图如图3-2所示：
图3-2显示电路
1．3键盘输入电路
该系统采用行列式键盘输入方式，在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图1所示。
在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。
这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键），因此与系统实际情况相结合，我们选择最优方案。
具体电路图如力3-3所示：
图3-3键盘电路
1．4音频放大电路
该系统采用以LM386为核心的音频放大电路，LM386是为低电压应用设计的音频功率放大器。
增益在内部设定到20可使外部元件数少，在引脚1和8之间连接电阻和电容可使增益超过200。
该集成电路适用于调幅-调频无线电放大器、便携式磁带重放设备、内部通信电路、电视音频系统、线性驱动器、超声波驱动器和功率变换电路。
具体电路图如图2-5所示：
2、整体设计思路
2．1总体设计电路图
图3-4总体电路
2．2电路元件
芯片：
AT89S51（一片）LM386N1（一片）
LED（四位显示）（二片）晶振管电容（12MHz）
电容:
30pF（二个）0.1uF（一个）0.047uF（一个）
电解电容:
10uF（二个）47uF（一个）
电阻:
220（一个）10K（3个）470（一个）10（一个）
按键:
17个（二脚）
喇叭:
一个
发光二极管:
二个
插糟:
40脚插糟（三个）
8脚插线：
4个2脚插线：
2个
2.3芯片介绍
2．3．1AT89S52芯片[1]
（1）AT89S52芯片介绍
AT89s512一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051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，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C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。
外形及引脚排列如图所示:
（2）AT89S52硬件资源分配
P0.0-0.7、P2.0-2.7连接数码管P3.0-3.7连接按键
P1.7连接音频放大电路的输入端P1.0连接指示电路的输入端
2．3．2LM386芯片
（1）LM386芯片介绍
LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。
LM386内部电路原理图如图所示。
与通用型集成运放相类似，它是一个三级放大电路。
第一级为差分放大电路，T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的有源负载；T3和T4信号从管的基极输入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。
使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出电容的增益。
第二级为共射放大电路，T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。
第三级中的T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成准互补输出级。
二极管D1和D2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。
引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端。
电路由单电源供电，故为OTL电路。
输出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载。
电阻R7从输出端连接到T2的发射极，形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。
LM386的外形和引脚的排列如图所示。
引脚2为反相输入端，3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端；使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10μF。
（2）LM386芯片I/O口资源分配：
LM386的2、4端接地
LM386的1、7、8端悬空
LM386的5、6端接音频放大电路的输出电路
LM386的3端音频放大电路输入端与AT89S52的P1.7端
四、程序设计
1、软件实现功能
1.14×4行列式键盘识别技术
4×4行列式键盘的按键功能分布图如图4.1所示：
4
1
8
5
2
9
6
3
DEL
EN
0
7
1.28位数码显示
初始化时，显示“P”，接着输入最大6位数的密码，当密码输入完后，按下确认键，进行密码比较，然后给出相应的信息。
在输入密码过程中，显示器只显示“8.”。
当数字输入超过6个时，给出报警信息。
在密码输入过程中，若输入错误，可以利用“DEL”键删除刚才输入的错误的数字。
2、程序流程图[7]
该程序编程主要有几大块编程，一为主程序的编写，二为键盘扫描的程序编写，三为一中断子程序以实现所设计所要求的功能。
具体流程图如下：
2．1、键盘扫描程序流程图
2．2、中断子程序流程图
2．3、主程序流程图
3、程序
见附录
五、调试
1、硬件调试
1．1排除逻辑故障
这类故障往往由于设计和加工制板过程中工艺性错误所造成的。
主要包括错线、开路、短路。
排除的方法是首先将加工的印制板认真对照原理图,看两者是否一致。
具体方法是利用数字万用表的短路测试功能,进行排错。
1．2排除元器件失效
造成这类错误的原因有两个：
一个是元器件买来时就已坏了;另一个是由于安装错误,造成器件烧坏。
因此我提前检查元器件与设计要求的型号、规格和安装是否一致。
在保证安装无误后,用替换方法排除错误。
1．3排除电源故障
在通电前,检查电源电压的幅值和极性,否则很容易造成集成块损坏。
加电后检查各插件上引脚的电位,一般先检查VCC与GND之间电位,若在5V～4．8V之间属正常。
若有高压,联机仿真器调试时,将会损坏仿真器等,有时会使应用系统中的集成块发热损坏。
综上，在进行一系列的硬件检查后，我改正了一些自己电路虚焊、电路焊错等错误，初步认定已没有其他错误。
2、软件仿真[3]
利用PROTEUS软件对系统程序进行仿真调试，判别在硬件无错的情况下,软件的运行情况。
在熟悉运用PROTEUS软件的前提下，我对本系统的程序进行了仿真，发现在硬件理想状况下，该系统是可以运行的。
3、整机调试
功能
第一次
第二次
第三次
显示模块
成功
成功
成功
键盘功能
失败
失败
成功
音频模块
失败
失败
失败
总体功能
六、结论
通过本次设计我对芯片更加加深了了解，知道原理后再了解芯片的引脚就很好使用，在制作电路的过程中，对原理图的设计、原理图常用功能、元件库的编辑等，进行了更加深入的认识。
尤其对印制电路板（PCB板）的设计，单、双面板的制作认识更为深刻，能更好、更熟练的使用Protel99制作原理图和PCB板。
通过焊接和调试，使我的动手能力也有很大的提高。
本电子密码锁的原理是：
以AT89S52芯片为核心，结合键盘电路、显示电路、音频放大电路构成了一个电子密码锁。
其原理为以AT89S52控制各个模块的运行，把他们结合在一起。
在本次设计中，通过对设计任务的分析理解、元器件的选用及其性能分析、电子密码锁的原理及设计图进行定稿、各单元电路的分析与测试。
并在原理图的基础上用万能板生成整个成品，在电路板上安装元件并焊接元件，最后对所完成的电子密码锁的实物进行调试，直到达到预设的效果。
对通过此次设计提高了我分析与解决问题的能力。
本次设计的电子密综合了所学知识的理论与基础，通过本次对电子密码锁的设计，将所学的知识运用到实际生活去了。
从而知道自己对知识的掌握情况。
经这次设计，让专业知识与实践结合，让专业知识得到了更好的消化和更牢固的掌握。
在设计的过程中，遇到了很多的各种问题，这不失是一种好的现象，因为在设计时出现的问题越多，最后电子密码锁的成功率就越大。
常说在问题中进步，在失败中成长，亦是如此。
经过这次的毕业设计，让书本上的理论知识能够真正地融合到实践中去。
实践的过程让我更好的理解了书本上的知识，也弥补了在书本上没有而存在的知识。
对我以后的工作以及人生道路作了一个很好的铺垫。
附录：
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0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
unsignedcharcodedispcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,
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unsignedcharkeycount;
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unsignedchari,j;
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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=tem
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