多功能密码锁的设计.docx

1、多功能密码锁的设计一、 前言随着人民生活水平的提高，家庭防盗问题变得尤为突出。在科学技术不断发展的今天，电子多功能密码锁的作用显得日趋重要。 本次设计从当前所学出发，系统由AT89C51单片机与低功耗CMOS AT24C04作为主控芯片与数据存储器单元，结合外围的键盘输入、LCD显示、LED灯提醒、开锁等电路模块。它能完成以下功能：正确输入密码后，开锁；错误输入密码情况下，显示错误；开锁之后可手动上锁；密码可以根据用户需要更改。用C语言编写了主控芯片控制程序，并用Keil软件进行编译，设计了一款可以多次更改密码，具有多功能的电子密码控制系统。本密码锁具有设计方法合理，简单易行，成本低，安全实用

2、，保密性强，灵活性高等特点，具有一定的推广价值。二、 绪论1. 背景本次设计课题为多功能密码锁的设计。密码和锁，代表着秘密和隐私。隐私是个人的自然权利。从人类抓起树叶遮羞之时起，隐私就产生了。隐私感是自然人进入人类社会后的第一个表现，它应当产生于人类劳动之前，即在原始人能够进行抽象思维之前，就已产生了类似的意识和感觉。其中，羞耻感及其派生的隐私感是最先表征出来的本能。隐私感是人类羞耻感的表现，它使人从主观意志和客观行为两方面都告别了动物界。无论是相对个人性的隐私，还是明显社会性的隐私，均是仅凭个人的主观意志即可作为，无须公众或不特定多数人、少数人的协助或配合。因此，隐私的存在，隐私之于社会公众

3、而言是不可剥夺的，这正是自然权利的特点。秘密和隐私相应的就需要各种锁来保护，在历史发展中，锁具千变万化，从新石器时代的“骨错”、“石错”，到之后的木质锁，金属质锁，现代的密码锁、感应锁、生物锁等等。图2-12. 发展最早的锁，是主人为防他人开启而设的简单的机关，应用于门上最简单的锁就是门闩了。我国古代有石锁，并无钥匙，是以绳索或铁链束缚。商周时期出现了用钥匙才能开启的铜锁，铁锁。 随着科学技术的迅猛发展,机械锁也有了长足的发展。以后，又发展到了密码锁、磁性锁、电子锁、激光锁、声控锁等等。在传统钥匙的基础上，加了一组或多组密码，不同声音，不同磁场，不同声波，不同图像。如指纹、眼底视网膜等）来控制

4、锁的开启。图 2-2 图2-3从日常生活中也可以找到例子，最常见的比如智能手机的锁屏，也是一种很好的密码锁方式，据说现在安卓上的锁屏已有数千种之多。而苹果公司最新推出的Touch ID指纹解锁则是将安全性体现到了极致，通过一个小小的HOME键扫描指纹来验证信息，将易用性和安全性完美结合。3. 结论 本次所要设计的电子密码锁，当今已发展到了非常高的境界，由于电子元件特别是单片机应用在这些年得到空前发展，无论功能性，稳定性都比较全面，在保密方面已做到人眼识别，指纹识别，人声识别基本上电影上有的现实也有。在国外发展比较早，所以应用也比较广泛，主要在家庭装较贵重地方，银行，保险柜等应用较多，在国内这方

5、面发展也较快，不管自己开发或是引进都有，在重要地方应用也较多，由于价钱比普通弹子锁较贵，早几年应用较少，现在越来越普及到平常化，未来的发展也会越来越被大众采用，由于它的功能、安全是弹子锁无法相比的。发展前境也是非常大的。从目前的技术水平和市场认可程度看，使用最为广泛的是键盘式电子密码锁，该产品主要应用于保险箱、保险柜和取款机。在科学技术不断发展的今天，电子密码防盗锁作为防盗卫士的作用也日趋重要。电子密码锁是集计算机技术、电子技术、数字密码技术为一体的机电一体化高科技产品，具有安全性高，使用方便等优点。键盘式电子密码在键盘上输入，与打电话差不多，因而易于掌握，其突出优点是“密码”是记在被授权人脑

6、子里的数字和字符，既准确又可靠，不会丢失，难以被窃。但是密码不能太简单，太简单了就容易被他人在键盘上试探出来，或者可能被旁观者窥测出来，造成保密性不足。当然，密码又不能太复杂，太复杂了可能自己都糊涂了，或者输入密码操作成功率低，造成使用不便。因此，为了发扬优点、克服弱点，键盘式电子密码也在不断发展中，如“任意设定密码”技术使得被授权人可以根据自己的需要或喜好设定密码，常用常新；独出心裁的“键盘乱序显示”技术使得键盘上的固定键位每次显示出的字符不固定，并且显示的窄小角度只能由操作者正面看得到，因而即使旁观者看见操作动作也难以窥测出密码；“多重密码设定”技术使得单组密码不一定有效，适合多人分权使用

7、，需要输入两组以上的密码才被认可，大大提高了保密性，如果限定输入这些密码的先后顺序或时间区段，则保密性还可提高。在输入密码的过程中，为了限制试探密码的企图，通常输入错误码若干次或若干时间内输入不正确，即“封锁”键盘，不再接受输入操作。三、 整体设计方案1. 设计目标本设计采用AT89C51单片机为主控芯片，结合外围电路矩阵键盘、液晶显示器LCD1602和密码存储AT24C04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控制开锁，

8、组成的电子密码锁系统，能够实现：1 完全正确输入密码的前提下，有开锁提示；2 错误输入密码情况下，提示错误；3 用户可以自行设定和修改密码；4 只有内部上电复位时才能设置或修改密码。系统整体设计框图如图3-1所示： 图3-12. 主控部分选择选用单片机作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。单片机具有资源丰富、速度快、编程容易等优点。利用单片机内部的随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）及其引脚资源，外接液晶显示（LCD），键盘输入、LED灯等实现数据的处理传输和显示功能，基本上能实现设计指标。3. 密码输入方式选择 矩阵键盘输入识别，由各按键组成的矩阵键盘每条行线和列线都对应一条I/O

9、口线，键位设在行线和列线的交叉点，当一个键按下就会有某一条行线与某一条列线接触，只要确定接触的是哪两条线，即哪两个I/O口线，就可以确定哪一个键被触动。 行线设计成上拉口线，初始时被置高电位，列线悬空，初始置低。通过不断读行线口线，或者中断方式触发键位扫描。当发现有键按下，将列线逐一置低，其他列线置高，读行线口线。当某条列线置低时，某条行线也被拉低，则确定这两条线的交点处的按钮被按下。每个按键都可通过程序赋予功能，从而完成密码识别。四、 硬件系统设计1. 单片机AT89C51介绍图 4-1 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and

10、 Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存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1000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和闪速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。AT89C51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。电子密码锁系统主模块AT89C51单片机在软件中如图所示：图 4-2

11、主要特性：与MCS-51 兼容4K字节可编程FLASH存储器寿命：1000写/擦循环三级程序存储器锁定1288位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道片内振荡器和时钟电路2. 晶振电路介绍AT89C51引脚XTAL1和XTAL2与晶体振荡器及电容C2、C1按图4-3所示方式连接。晶振、电容C2C1及片内与非门（作为反馈、放大元件）构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及电容C1、C2的容量有关，但主要由晶振频率决定，范围在033MHz之间，电容C2、C3取值范围在530pF之间。图 4-3电子密码锁系统的晶振复位电路在软件中如图所示：图 4-43.

12、 存储芯片AT24C04介绍AT24C04是Ateml公司的4KB得电可擦除存储芯片，存储器配置:512 x 8bit，存储器容量:4Kbit，频率:1MHz，采用两线串行的总线和单片机通讯，表面安装器件:通孔安装。电压最低可以到2.5V，额定电流为1mA，静态电流10uA(5.5V)，芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上，而且采用8 脚的DIP 封装，使用方便。简而言之，AT24C04是一个在突然掉电的情况下存储数据的芯片，即掉电存储芯片。电子密码锁系统掉电存储及提醒电路在软件中如图所示：图 4-5引脚说明：A0A2: 芯片的地址SCK：时钟信号线 用于产生器件所有数据发送或接收的时

13、钟SDA：数据信号线 用于传送地址和所有数据的发送和接受WP：写保护 接+5V时只能读; 接GND时即能写也能读。4. 键盘输入电路介绍由于本设计所用到的按键数量较多而不适合用独立按键式键盘。采用的是矩阵式按键键盘，它由行线和列线组成，也称行列式键盘。按键位于行列的交叉点上，密码锁的密码由键盘输入完成，与独立式按键键盘相比，要节省很多I/O接口。本设计中使用的这个4*4键盘不但能完成密码的输入还能作特别功能键使用，比如修改密码功能等。键盘的每个按键功能在程序设计中设置 。其原理图如图4-6所示：图 4-6电子密码锁系统的键盘模块在软件中如图所示:图 4-75. LCD1602显示器介绍液晶显示

14、模块已作为很多电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。1602型LCD显示模块具有体积小，功耗低，显示内容丰富等特点。1602型LCD可以显示2行16个字符，有8位数产品的通过器件，如在计算器、电子表及很多家用电子据总线D0-D7和RS,R/W,EN三个控制端口，工作电压为5V，并且具有字符对比度调节和背光功能。显示电路原理图如图4-8所示：图 4-8电子密码锁系统的显示模块在软件中如图所示：图 4-9五、 系统仿真、调试1. Proteus软件简介Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析

15、各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：1 实现了单片机仿真和数字电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。2 支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。3 提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统

16、中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件。4 具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和电路分析于一身的仿真软件，功能极其强大。2. 软件工作界面Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Windows界面，如图5-1所示。包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口等。图 5-13. 本次设计Proteus仿真如图图 5-2六、 C语言程序编写汇编1. Keil软件简介Keil C51是美国Keil Softwar

17、e公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。2. KEIL软件工作环境：图 6-13. 本次设计参考程序#include#d

18、efine uchar unsigned charsbit e=P22;sbit rw=P21;sbit rs=P20;void Check_key()void kai()void mima(int w,int k)void zf(int w)void init()void wait()void relay()void wcode(uchar c)void wdata(uchar w)uchar idata shu15=0x45,0x6e,0x74,0x65,0x72,0x20,0x50,0x61,0x73,0x73,0x77,0x6f,0x64,0x3a,0x00;uchar idata t

19、ure6=0x72,0x69,0x67,0x68,0x74,0x00;uchar idata error6=0x65,0x72,0x72,0x6f,0x72,0x00;uchar idata b6=1,2,3,4,5,6;uchar idata new13=0x6e,0x65,0x77,0x20,0x50,0x61,0x73,0x73,0x77,0x6f,0x64,0x3a,0x00;uchar idata new16=0x61,0x67,0x61,0x69,0x6e,0x00;uchar a6;uchar idata zs5=0x57,0x41,0x49,0x54,0x00;uchar id

20、ata open7=0x4f,0x50,0x45,0x4e,0x45,0x44,0x00;uchar idata close6=0x43,0x4c,0x4f,0x53,0x45,0x00;main() while(1) int z=0; int k=0; int c=0; int w=0; int s=0; int i=0; int f=0; while(z=0) a5=20; s=0; init(); while(k!=15) k=kbscan(); wcode(0x0f); zfc(0,shu); while(c=0&k=0&k=9) if(w0) w-; wcode(0xc0|w); w

21、data(0x20); relay(); if(k=11) w=0;f=1;k=12; for(i=0;i6;i+) if(ai=bi); else s=1; k=20; if(s=0) kai();c=0;z=1;break; if(s=1&f=0) c+;cuo();w=0;s=0; f=0; if(c=3) zisuo();c=0; while(k!=13) k=kbscan(); if(k=14) if(z=1) she(); zfc(0,close); relay(); z=0; void Check_key(void)unsigned int row,col,tmp1,tmp2;t

22、mp1=0x10; for(row=0;row4;row+) P1=0x0f; P1=tmp1 ; tmp1*=2 ; if(P1&0x0f)0x0f) DelayMs (30);if(P1&0x0f)0x0f) tmp2=0x01;for(col=0;col7)&(count=6)GotoXY(0,0); print(Password Saved!); void kai() int i=0; init(); wcode(0x0f); zfc(0,ture); for(i=0;i5;i+) relay(); zfc(0,open);void mima(int w,int k) aw=k; zf

23、(w);void zf(int w) wcode(w|0xc0); wdata(0x2a); relay();void init() wcode(0x38); wcode(0x06); wcode(0x01);void wait() int i=200; while(i) i-;void relay() int i=50000; while(i) i-;void wcode(uchar c) e=0;rw=0;rs=0; P3=c;e=1; wait(); e=0;void wdata(uchar w) e=0;rw=0;rs=1; P3=w;e=1; wait(); e=0;七、 参考文献1

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