基于Protues的单片机密码锁设计.docx
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基于Protues的单片机密码锁设计
本科毕业设计（论文）
基于PROTEUS的单片机智能电子密码锁的仿真设计
BasedonthePROTEUSsimulationdesignoftheintelligentelectroniccombinationlock
学院：
电子信息工程学院
专业班级：
电子信息工程电子091
学生姓名：
惠康
学号：
510920141
指导教师：
韩晓春（高级实验师）
年月
毕业设计（论文）中文摘要
基于PROTEUS的单片机智能电子密码锁的仿真设计
摘要：
在现代生活中，防盗早已成为人们的问题，为了解决防盗问题，锁充当了重要角色，现在我国许多人还是以传统机械锁为主，可是当前劣质的机械锁很大程度上都可以相互打开，此外，即使是一把质量相当不错的普通锁，通过强硬的手段开锁，那也是能在不破坏锁外表面的前提下将其打开。
电子密码锁的诞生弥补了普通锁的这些弊端，它为安全锁提供了相当大的发展空间。
这次的设计采用单片机来作为控制中心，通过与单片机以外的电路进行组建，构成这一密码锁控制系统，所设计的锁有6个密码需要输入，而每个密码的数值范围在0～9这十个数之间，对于密码的修改，这是根据用户自行决定的。
当用户进行开锁操作时，只有用户输入完全正确的密码，那么密码锁才会开锁，在用户输入的密码有错误时，会有提示，同时为了将安全性进一步的提高，在用户3次按键操作错误后会发出声音，在警报的这个阶段用户再按键是没有用的，这是为了防止窃贼进行多次试探密码的手段。
关键词：
密码锁；单片机；警报
毕业设计（论文）外文摘要
BasedonthePROTEUSsimulationdesignoftheintelligentelectroniccombinationlock
Abstract:
Intoday'ssociety,securityhasbecomeasocialproblem,andsincetheancienttimesistheimportanttool,anti-theftlockatpresentdomesticmostpeopleuseortraditionalmechanicallocks,however,thecounterfeitandinferiormechanicallockthemutualopeningrateisveryhigh,inaddition,evenifisaqualifiedmechanicallock,throughthelock,evenunderthepremiseofwithoutcausingdamagetothelockwillopenthelock.Thesedrawbacksofmechanicallocktoanewkindofelectronictricklock,thelockprovidesagreatspacefordevelopment.
ThedesignUSESthesinglechipmicrocomputerasmaincontrolchip,combiningwiththeperipheralcircuit,electronicpasswordcontrolsystembycombinationlock,atotalofsixpassword,eachvalueintherangeof0~9,theusercansetandmodifythepassword,soundandlighthinteverypasswordbutton.Userswanttoplaythelock,mustfirstbyprovidingkeyboardinputthecorrectpasswordtohaveapromptwhenpasswordinputerror,inordertoimprovethesecurity,whenthepasswordinputerrorwillreporttothepolicefortenminutes,threetimesduringthepasswordyouenteredisinvalid,topreventthethieftemptedpasswordmanytimes.Fourpasswordinputiscorrectatthesametime,toopenthelock.Lockhasbackupbattery,canonlybesetwhentheinternalpoweronresetorchangethepassword,so,justoutsidethedoorkeyscannotbemodifiedorsetthepassword,sothatthesecrecyofstrong,highflexibility.
Keywords:
Electroniccombinationlock;SCM;giveanalarm
1绪论………………………………………………………………………………1
1.1电子密码锁的研究意义…………………………………………………………1
1.2电子密码锁的现状及发展趋势…………………………………………………1
2系统的整体设计方案………………………………………………………………2
2.1设计的基本内容…………………………………………………………………2
2.2设计方案…………………………………………………………………………3
3硬件系统设计………………………………………………………………………3
3.1AT89C51管脚及功能介绍………………………………………………………3
3.1.1复位电路………………………………………………………………………7
3.1.2晶振电路………………………………………………………………………9
3.2键盘输入电路…………………………………………………………………9
3.3LCD1602显示器介绍…………………………………………………………11
3.3.1显示电路……………………………………………………………………16
3.4报警电路………………………………………………………………………17
3.5开锁电路………………………………………………………………………17
3.6电源电路………………………………………………………………………18
4软件程序设计……………………………………………………………………18
4.1主程序流程图…………………………………………………………………18
4.1.1主程序设计…………………………………………………………………19
4.2键盘软件设计…………………………………………………………………20
4.2.1键盘扫描识别功能程序流程图……………………………………………20
4.2.2键盘扫描识别功能子程序…………………………………………………20
4.3密码设置软件设计……………………………………………………………21
4.3.1密码设置程序流程图………………………………………………………21
4.3.2密码设置子程序……………………………………………………………21
4.4开锁软件设计…………………………………………………………………22
4.4.1开锁程序流程图………………………………………………………………22
4.4.2开锁功能子程序………………………………………………………………23
5系统仿真、调试…………………………………………………………………24
5.1Proteus软件介绍………………………………………………………………24
5.2程序调试…………………………………………………………………………24
5.3设计仿真…………………………………………………………………………27
结论……………………………………………………………………………29
致谢……………………………………………………………………………30
参考文献……………………………………………………………………………31
附录……………………………………………………………………33
附表清单：
电子密码锁设计图……………………………………………………………33
1绪论
1.1课题研究的意义：
在现代生活中，防盗早已成为人们的问题，为了解决防盗问题，锁充当了重要角色，现在我国许多人还是以传统机械锁为主，可是当前劣质的机械锁很大程度上都可以相互打开，此外，即使是一把质量相当不错的普通锁，通过强硬的手段开锁，那也是能在不破坏锁外表面的前提下将其打开。
电子密码锁的诞生弥补了普通锁的这些弊端，它为安全锁提供了相当大的发展空间。
这次的设计采用单片机来作为控制中心，通过与单片机以外的电路进行组建，构成这一密码锁控制系统，所设计的锁有6个密码需要输入，而每个密码的数值范围在0～9这十个数之间，对于密码的修改，这是根据用户自行决定的。
当用户进行开锁操作时，只有用户输入完全正确的密码，那么密码锁才会开锁，在用户输入的密码有错误时，会有提示，同时为了将安全性进一步的提高，在用户3次按键操作错误后会发出声音，在警报的这个阶段用户再按键是没有用的，这是为了防止窃贼进行多次试探密码的手段。
1.2国内外研究现状、水平和发展趋势：
从1980以后，随着现代信息科技的逐渐跟新，电子密码锁的设计也变的层出不穷，虽然把电子密码锁的体积缩小化，但它的安全性可一点都不含糊，由于电子密码锁的制作成本比较贵，所以针对一些安全性要求高的地方才设置电子密码锁，而且它的能源是由电源来供给的。
因为使用地方比较有限，所以对于它的研究还不是很深入。
目前，国外的电子密码锁技术相对我国还是处于领先状态的，国外电子市场的电子锁不仅种类齐全，而且已被他们广泛应用在了电子门、私人密码箱、银行储钱柜等等的系统中，他们运用诸多安全及可靠的先进电子技术很好的实现了对与电子门、私人密码箱、银行储钱柜的安全管理。
在我国电子密码锁的整体技术水平还处于国际上的70年代左右，因为电子锁的制作成本相对机械锁的造价要高出许多，所以机械锁还是在中国市场上占领着一席之地，对于国外的按键式及卡片钥匙式电子锁，我国已开始逐步的引进他们的先进技术水平，现在国内有几个厂生产来供应国内市场。
我国也自主开发了一些类型的电子锁，但因为市场结构还没有形成，而且价钱相对普通机械锁较贵，普通群众不是很容易的接受。
不过在不断的研发与跟新中，国内的电子锁技术也越来越成熟，从原来高昂的造价成本逐渐缩减到低价的成本，相信不久的将来人们对电子锁的需求会增加。
无论是电子密码锁持有的功能还是它的安全保障都是机械锁无法比拟的，再加上国内不断的在吸收国外先进的电子技术，所以对于电子密码锁的发展前景是非常看好的。
相信不久的将来电子密码锁将深入到各个需要它的地方。
2.系统整体的设计方案
2.1设计的基本内容
本设计主要采用51单片机做主控中心,结合外围矩阵键盘输入模块、输出模块LCD液晶显示、开锁和报警指示电路等,使用矩阵键盘输入密码和功能的实现各种各样的按钮。
首先,用户通过矩阵键盘输入相应的密码,然后由单片机原保存的密码和用户输入密码检查很多次,然后判断用户输入的密码是正确的,然后控制单片机别针发送1或0到开锁或报警模块来控制打锁或启动报警,然后电子密码锁的系统,它可以实现:
1．完全正确输入6位密码的前提后，有开锁信号提示；
2．在错误输入密码的情况下，会有报警产生；开锁密码错3次后键盘操作无效。
3．密码可以重置；
2.2设计方案
这次设计准备采用一种以AT89C51为核心的单片机控制方案。
考虑到单片机有很多的I/O端口，再加上它对于控制的准确性，最后配合它灵活的编程设计，不仅可以初步的实现最基本的密码锁应该有的功能，而且还可以在其基础上增加一些声光提示，或者在深入一点可以增加红外远程遥控控制功能等等。
其原理如图2－2所示。
图2-2系统整体设计框图
3.硬件系统的设计
3.1AT89C51管脚及功能介绍
（1）描述
AT89C51单片机是一个低电压,高绩效CMOS8单片机,它有4k字节可以反复擦（PENROM）和128字节的程序内存访问数据存储器（RAM）。
该设备采用高密度的爱特梅尔公司公司,它是不容易丢失存储技术生产,与MCS-51系列单片机。
包含八个中央处理单元（CPU）和闪存单元,具有强大的功能可以使用AT89C51单片机在控制领域。
（2）功能特性
AT89C51标准提供了以下特点:
4k字节flash编程、程序记忆,所有的静态工作:
24KHZ,0hz-128字节的随机访问数据存储、32个I/O口,两个16位定时器/计数器,两个级别的中断向量结构5、6个中断源,串行通信端口,一个可编程芯片的时钟电路振荡器。
此外,AT89C51单片机可以静态逻辑操作,并能使两个软件进入节电模式。
停止CPU空闲的工作,可以存储和读取随机数据内存,定时器/计数器和一个串行通信端口和中断系统继续工作。
能量损失的方式功率单片机来访问数据存储器的内容,但振荡器停止工作和其他工作直到下一次重置所有部件。
（3）引脚描述
VCC：
电源电压
GND：
接地
P0口：
P0口用作I/O口线，工作过程如下图所示：
内部总线输出数据到引脚的数据流图
P1口：
P1口最简单,一般用来作为作数据的输入和输出端口。
如下图所示：
P1端口结构图
P2口：
P2端口与P0端口大致相同。
如下图所示：
P2端口结构图
P3口：
P3口是多功能的,它除了可以作为I/O网点,也有函数的P1和P3口结构相似,不同的是P3口每个端口线有两个功能。
当P3在功能状态,1秒线为高水平的函数。
当P3在函数,输出高水平,2门闩和在一个特定的输出信号,通过函数输出线2在P3输入口,已经可以通过阅读销输入缓冲区信号,可以通过选择输入函数来读取特定函数的第二信号。
如下图所示：
P3端口结构图
P3口第二功能表：
端口引脚
第二功能标识
第二功能
P3.0
RXD
串行数据接收
P3.1
TXD
串行数据发送
P3.2
INT0
外部中断0申请
P3.3
INT1
外部中断1申请
P3.4
T0
定时器/计数器0输入
P3.5
T1
定时器/计数器1输入
P3.6
WR
外部RAM写选通
P3.7
RD
外部RAM读选通
RST：
复位输入口。
ALE/
：
输出低电平编程的过程中,不能用在正常操作。
在变成中，PSEN必须保持低电平，在正常运行期间不能使用。
在编程期间要重视EA/VPP这一引脚管，在不使用外部程序存储器的应用程序中，这一引脚可能永久接到VCC上。
时钟和复位是一个重要的组成部分,单片机系统,控制单片机复位机器循环和函数。
简单地说，单片机的复位就和计算机的重新启动差不多，任何单片机工作要复位之前,修复的过程中,单片机的程序还没有开始准备工作或单片机必须重新启动工作的实现。
3.1.1复位电路
单片机复位是另一个特征的CPU和系统从初始状态,一般复位模式主要是上电复位和手动复位按钮等,本设计选用手动按钮复位模式。
当单片机通电后,电压的电容器C3此时会很小,重置下拉电阻器R2的电容器C3并联电压接近电源电压,相当于RST是1（高水平）,在这个过程中充电电容器C3，RST端口电压下降缓慢,RST电压下降到低于一定值,单片机内部CPU从复位状态,由于电容器C3足够大,可以保证RST1有效时间大于24振荡周期,CPU可以可靠复位。
当复位按钮添加到避免事故不能可靠复位。
当复位按钮按下电容器C3放电后。
当放电电容器C3结束,RST端口是由R1和R2的分压比来决定的。
因为R2R2的作用是限制按钮按下瞬时放电电流的电容器C3,避免产生火花,为了保护按钮触电。
图3-1复位电路图
3.1.2晶振电路
将AT89C51的反向放大输入端XTAL1和输出端XTAL2与石英晶体震荡器X1及两个电容C1、C2按图3-1所示形式连接起来。
图中由晶振、电容C1／C2及片内与非门（作为反馈、放大元件）构成了晶振电容三角式的震荡器，而震荡信号频率大小是和晶振频率及电容C1、C2的容量有很大关联，但主要还是由晶振频率来决定，晶振的范围在0～24MHz之间，电容C1、C2取值范围则在5～30pF之间。
根据实际情况，本设计中采用12MHZ做系统的外部晶振。
电容取值为30pF。
图3-2晶振电路图
3.2键盘输入电路
在一个单片机系统,键盘是最常用的输入设备。
键盘是由几个独立的组合键按一定的规则。
分类根据键识别方法,可以分为编码键盘和非编码键盘。
编码是指键盘键在键盘关闭识别由专门的硬件电路实现,并能产生钥匙号码或键值,比如BCD码键盘,ASCII键盘。
非编码键盘是指译码器不使用特殊的硬件设备,对它的按钮和钥匙是由软件完成。
这种键盘是低成本和灵活的使用。
在单片微机系统使用非编码键盘。
每个键在键盘是一个常开开关电路,它是使用机械接触实现按钮关闭并释放。
在按键的使用过程中，有两种现象需要特别注意：
一是按键抖动，而是按键连击。
由于影响关键接触的弹性功能,一箱机械接触的瞬间关闭或打开会有抖动现象,这不是立即意识到完全关闭或断开按钮,输入电压信号抖动现象也出现了,摇晃的时间长度取决于性质的按钮,持续时间一般为3-11毫秒。
键抖动通常会导致执行的命令或重复的错误,因此,为了确保供应链管理对于每个按钮关闭过程只有一次,你必须删除关键干扰抖动。
现在常用的软件延时,以避免握手阶段,在第一个发现按钮关闭第一不做出相应的行动,但执行延迟的应用程序,生成3-11毫秒的延迟,让消失边缘抖动干扰后的测试按钮的开关状态,如果按钮仍处于关闭状态,所以,一个真正的键被按下;否则,就像按钮抖动处理。
关于释放情况检测,一般采用闭式循环,一旦发现可以被释放,将推迟3到11毫秒,也消失在等待沿抖动干扰后变成关键的处理程序。
只有用这种方法可以确保当按钮一次,仅仅是在单片机一个相应的操作。
按键在一次被按下的过程中，其相应的程序被多次执行的现象，此现象就被称为连击。
在通常情况下，连击是不允许出现的，即按键一次仅响应一次。
为达到此目的，一般的做法是当判断出某键被按下时，就立刻转向去执行该按键相应的功能程序，然后在判断出按键被释放后才能返回。
改变以上各步骤的顺序同样也是可以实现的，如果当判断出某键被按下时，不立即转向去执行该案件的功能程序，而是等待判断出该按键被释放后，再转向执行相应的程序，然后返回。
当按键数量较多时，为了节省I/O端口及减少连接线，通常用矩阵方式来连接键盘电路。
如果行,每一行和每一列的交点连接通过一个按钮,只是文章N和M线行线,可以形成与N*M键在键盘。
这次实验用到的是矩阵键盘电路,连接的形式,形成4*4的16键键盘，如图3-7所示。
对于非编码键盘的矩阵结构键盘的检测，常用扫描法进行操作。
一般情况下，按键扫描程序都是以子程序的形式出现。
对于用扫描法来实现及子程序控制扫描的方式与步骤如下：
1）快速扫描来判断是否有键被按下。
0000b扫描逐行捎信,然后读列线状态,如果所有阅读列线端口值是1,那么任何按钮被按下,相反一直压制。
2）调用延迟抖动。
在寻求有按钮被按下,软件延时一段时间,然后再测试按钮,然后如果还有些压检测,被认为是一个关键一直压制,否则只能根据键抖动处理。
3）按钮键值处理,当一个键被按下,您可以使用逐行扫描法来确定一个按钮被按下。
扫描第一行,第一行输出是0,然后读列线端口值,如果这列线出现低级别0,意味着柱和第一线跨接按钮被按下。
副是第一行跳按钮没有出版社,继续扫描第二行,等等。
逐行扫描,直到我发现关键是压制。
同时为了避免甚至出现的组合,需要测试,然后返回的键键盘按键被释放。
4）根据关键的编码值,进行相应的关键功能可以设置返回。
图3-2键盘电路图
3.3LCD1602显示器介绍
液晶是一种被动显示本身不会发光,低功耗、大显示信息等,根据显示类型分类可以分为现场、字符和位图图形。
（1）字符型LCD1602简介
字符型液晶显示模块是一种为了显示所需的信息,如字母、数字、符号、设计的液晶,目前常用的16*2*模块4行,等等。
在长沙太阳电子有限公司1602字符液晶显示器为例,介绍了它的用法。
通用对象1602字符液晶如下图所示：
（2）LCD1602的基本参数及引脚功能
LCD1602分为有背光和没有背光的两种，基础控制驱动器大部分为HD44780，有背光的比没有背光的厚，不管带不带背光在应用中是没有多大区别的，两者尺寸差别如下图：
LCD1602信息参数表：
引脚管的功能说明：
字符型LCD1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各个引脚管的口说明如下表：
（3）1602内部控制指令，如下表所示：
（4）与HD44780相兼容的芯片时序表如下：
基本操作时序表
（5）1602的读写操作时序如下图所示：
读操作时序
写操作时序
时序参数图：
（6）1602的RAM地址映射及标准字库表
1602内部显示地址：
LCD1602内部显示地址
标准字库表：
3.3.1显示电路
为了提高密码锁的密码显示效果能力。
本设计的显示部分由液晶显示器LCD1602取代普通的数码管来完成。
显示器的D0—D7管脚分别与51单片机的P0.0—P0.7口相连，而显示器用来读写数据的三个端口RS、RW、EN分别与P3.3、P3.4、P3.2端口相连。
为了防止电流过大而造成显示器的损坏，所以在P0端口线与显示器的D0—D7之间串联一个电阻用来保护显示器。
为了排版的需要这里选用了排阻来省去一个一个的串联电阻。
当用户对密码锁进行开锁操作时，首先按下键盘上的开锁键，然后利用键盘上0－9的数字键输入密码，每次按下一个数字键显示器上就会显示一个‘*’，输入几个数位就显示几个‘*’。
当输入完成时，如果输入的密码是正确的，那么LCD显示器会显示“UNCLOCKSUCESS”的字幕，如果密码不正确，LCD显示屏会显示“PASSWORDERROR”，当输入3次错误后屏幕会自动锁住。
我们通过LCD显示屏，可以清楚的判断出密码锁所处的状态。
图3-3显示电路图
3.4报警电路
该设计采用放大电路及信号灯的形式构成报警模块部分。
密码输入错误时，单片机的P2.6、P2.7端口同时输出高电平，使LED显示灯亮，同时信号通过三极管Q1放大后送给蜂鸣器，既在声音上效果显著，视觉效果也有体现。
报警电路如图3-9所示。
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