毕业设计(论文)-基于AT89C51单片机的电子密码锁的设计.doc
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1、四川托普信息技术职业学院 1 摘摘 要要 随着科技和人们的生活水平的提高,如何实现家庭防盗这一问题也变的尤 其的突出,传统机械锁由于构造简单,被撬事件屡见不鲜;电子锁由于其保密 性高,使用灵活性好,安全系数高,受到了广大用户的青睐。 电子锁是采取电子电路控制,以电磁铁或者卫星电机和锁体作为执行装置 的机电一体化锁具,相比传统的机械锁具,电子锁不使用金属钥匙,保密性、 精度都有很大提高。 电子锁的发明思路,源自古代发明的自动机械,例如古希腊数学家赫伦的 液压自动门,中国古代诸葛亮的木牛流马,它们以重力或蒸汽压力驱动,最广 泛的用途乃是用在古代墓道的地下机关。电子工业的诞生,使得以微小电量驱 动机
2、械成为可能,于是有了电子锁一日千里的跃进。 本设计以单片机AT89C51作为密码锁监控装置的检测和控制核心,分为主机 控制和从机执行机构(本设重点介绍主机设计) ,实现钥匙信息在主机上的初步 认证注册、密码信息的加密、钥匙丢失报废等功能。根据51单片机之间的串行 通信原理,这便于对密码信息的随机加密和保护。而且采用键盘输入的电子密 码锁具有较高的优势。采用数字信号编码和二次调制方式,不仅可以实现多路 信息的控制,提高信号传输的抗干扰性,减少错误动作,而且功率消耗低;反 应速度快、传输效率高、工作稳定可靠等。软件设计采用自上而下的模块化设 计思想,以使系统朝着分布式、小型化方向发展,增强系统的可
3、扩展性和运行 的稳定性。测试结果表明,本系统各项功能已达到本设计的所有要求。 基于以上思路,本次设计使用 ATMEL 公司的 AT89C51 实现一基于单片机 的电子密码锁的设计,其主要具有如下功能: (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) 报警、锁定键盘功能。密码输入错误数码显示器会出现错误提示,若 密码输入错误次数超过 3 次,蜂鸣器报警并且锁定键盘。 电子密码锁的设计主要由三部分组成:44 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、开锁、报警等功能。 关
4、键词:单片机;密码锁;电子锁。 四川托普信息技术职业学院 2 目录目录 第第 1 1 章章 绪论绪论4 1.11.1 引言引言4 1.2 电子密码锁的背景.5 1.3 电子锁设计的意义的本设计特点.5 1.4 电子密码锁的发展趋势6 第第 2 2 章章 系统总体设计与原理系统总体设计与原理7 2.12.1 系统结构图系统结构图7 2.2 系统组成8 2.3 系统原理分析8 第第 3 3 章章 系统硬件电设计系统硬件电设计9 3.1 主控芯片 AT89C51 单片机的简介9 3.2 晶振时钟电路12 3.3 复位电路设计.12 3.4 44 矩阵键盘.12 3.5 发光二极管 LED.13 3.
5、6 蜂鸣器14 3.7 串口引脚功能介绍.14 3.8 其它引脚.15 3.9 电路图的绘制15 图图 3 39 9 完整电路图完整电路图15 3.10PROTEL 99 SE 简介:.16 3.11 使用到的元器件列表17 第第 4 4 章章 软件程序设计软件程序设计18 4.2 软件设计流程图.18 4.2 具体功能软件实施19 第第 5 章章 系统调试系统调试20 5.1 程序调试用到的软件及工具20 5.2 KEIL C51 简介.20 5.3 调试过程21 第第 6 章章 心得体会心得体会23 第第 7 章章 参考文献参考文献24 附附 录录25 1.1 电子密码锁 PCB.25 1
6、.2 源程序清单25 四川托普信息技术职业学院 3 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.1 引言 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,电子锁由于其保密性 高,使用灵活性好,安全系数高,受到了广大用户的喜爱。锁是置于可启闭的 器物上,用以关住某个确定的空间范围或某种器具的,必须以钥匙或暗码打开的 扣件。锁具发展到现在已有若干年的历史了,人们对它的结构、机理也研究得 很透彻,因此,不用钥匙就能打开的方法和工具也层出不穷。现代人类文明社 会里,由于社会中各种矛盾冲突十分剧烈,人们的思想道德观念,价值观念, 文化修养水平等
7、差异,群众中良莠不齐,善良的人们能够自觉规范自已的行为, “非礼不为” ,虽无钥匙亦不会乱闯。然而,那些毫无道德观念的盗贼却想方设 法利用高科技手段撬门开锁,使广大居民防不胜防。 为什么会出现这种情况呢?因为传统锁具都存在致命的弱点: 第一、 锁芯采用常见的铜、铝、锌等材料,抵抗不了强力破坏; 第二、 锁具制作工艺,技术落后,无法阻止技术手段的开启。 目前,市场上很多国内外的锁具,实际上都不具备真正的防盗功能。在惯 偷面前,两根钢丝或几件简单的工具就可以把这些锁打开,有的惯偷甚至公开 扬言:“没有我打不开的锁。 ”其实,不是他们多高明,而是一般锁具技术原理 太过简单。面对这一残酷的现状,新时代
8、提出了锁具必须革命的迫切的要求。 1.2 电子密码锁的背景 随着社会科技的进步,锁已发展到了密码锁、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,不同光束光波,不同图像。 (如指纹、眼底视网膜等)来控制锁 的开启。从而大大提高了锁的安全性,使不法之徒无从下手,人们也就能对自 身财产安全有了更多的保障。当今安全信息系统应用越来越广泛,特别在保护 机密、维护隐私和财产保护方面起到重大作用,而基于电子密码锁的安全系统 是其中的组成部分,因此研究它具有重大的现实意义。 四川托普信息技术职业学院 4 1.3 电子锁设计的意义的本设计特点 单
9、片机,亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器(CPU) 、 随机存取存储器(RAM) 、只读存储器(ROM) 、输入/输出端口 (I/0)等主要计 算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。 计算机的产生加快 了人类改造世界的步伐,但是它毕竟体积大。微计算机(单片机)在这种情况 下诞生了,它为我们改变了什么?纵观我们现在生活的各个领域,从导弹的导 航装置,到飞机上各种仪表的控制,从计算机的网络通讯与数据传输,到工业 自动化过程的实时控制和数据处理,以及我们生活中广泛使用的各种智能 IC 卡、电子宠物等,这些都离不开单片机。以前没有单片机时,这些东西也能做, 但是只能使用复杂
10、的模拟电路,然而这样做出来的产品不仅体积大,而且成本 高,并且由于长期使用,元器件不断老化,控制的精度自然也会达不到标准。 在单片机产生后,我们就将控制这些东西变为智能化了,我们只需要在单片机 外围接一点简单的接口电路,核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产 品的体积变小了,成本也降低了,长期使用也不会担心精度达不到了,且容易 升级改善。 电子锁可以在日常生活和现代办公中,住宅与办公室的安全防范、单位的 文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存等多种场合使用。大大提高了主 人物资的安全性,安全可以代替老式机械锁。目前使用的密码锁种类繁多,各 具特色。本文从经济实用的角度出发,采用 AT89
11、C2051 单机,研制了一款具有 防盗自动报警功能的电子密码锁。该密码锁设计方法合理,简单易行,成本低, 符合住宅、办公室用锁要求,具有一定的推广价值。 (1)系统设置 6 位密码,密码通过键盘输入,若密码正确,则将锁打开。 (2)密码由用户自己设定,在开锁状态下,指示灯被点亮。 (3)具有自动报警功能,报警由蜂鸣器发出报警声。 (4)两种情况下可报警:一是密码输入错误 3 次,则报警;二是非正常开门, 如破门而入的情况,可通过系统的红外监视装置监测,同时报警,保证了系统 的安全性。系统工作时,用户通过按键输入 6 位密码,单片机将输入密码与设 定密码进行比较,若密码正确,则发出开锁信号,将门
12、打开,系统不报警;若 密码不正确,则有相应的指示灯不被点亮,并要求重新输入密码,重新输入密 四川托普信息技术职业学院 5 码的次数不能超过 3 次,若 3 次输入的密码都不正确,则发出报警信号。 1.4 电子密码锁的发展趋势 从目前的技术水准和市场认可程度看,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、保险柜和金库,还有一部分应用于保管箱和运 钞车。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”是记在被授权人脑子里的数字和字符,既准确又可靠,不会丢 失(除了忘记),难以被窃(除非自己泄露)。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
13、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胡涂了,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;而“自动更改密码”技术使得本次输入的密码将 自动更改成下次应输入的密码,更改的规律不为他人所知,因而不怕旁观者窥 测;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
14、一定有效, 适合多人分权使用,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。总之,尽管新式电子防盗锁 层出不穷,但键盘式电子密码防盗锁不仅在市场上居于主流地位,而且,还经 常作为其它类型电子防盗锁的辅助输入手段。 四川托普信息技术职业学院 6 第第 2 2 章章 系统总体设计与原理系统总体设计与原理 2.1 系统结构图 2.2 系统组成 如图 21 所示系统主要由 AT89C51(51 系列)、数码管、蜂
15、鸣器、LED、44 矩阵键盘、复位电路等组成 2.3 系统原理分析 (1)系统工作原理分析:使用 AT59C51 单片机、44 矩阵键盘、LED、 蜂鸣器等。矩阵键盘分别为(S1-S9)1、2、3、4、5、6、7、8、9,S10 为数字 “0”,(S12S16)对应的按键值分别为 1216。 (2)根据按键值,指定每个按键对应的输入数字和信息。 数码管 电源 21 4x4 键盘 复位电路 LED AT98C51 振荡电路 蜂鸣器 四川托普信息技术职业学院 7 如图 23 所示为每个按键代表的数字和输入信息。当键盘扫描程序扫描到 S10 键被按下时,将其代表的按键值“0”通知 CPU,CPU 根
16、据事先规定,就会 知道输入的数字是“0” (3)输入数字和密码对比。 先将设定的密码用一个数组保存,本例的密码 “123456”和“OK”确认信 息可用如下数组保存: Unsigned char D=1,2,3,4,5,6;/ 设定密码 在主程序接受到数字和信息后,通过逐位对比的方法进行判断。输入的数字 经对比正确时,程序才继续顺序执行,否则,程序拒绝执行。 系统开始显示“INPUT”提示输入密码;输入密码时,LED 显示电路显示 为“-”,当密码输入完毕按下 OK 键时,对输入密码与设定的密码进行比较, 若密码正确则发光二极管被点亮锁打开;若密码不正确,若连续 3 次输入不正 确,则发出警报
17、声同时锁定键盘。 为了防止恶意尝试,系统才用若连续输入 3 次错误密码则发出报警声,且 锁定键盘,可以提高系统的安全系数,同时也能够保护合法用户的正常使用。 S4 S3 S2 S1 4 3 2 1 S8 S7 S6 S5 8 7 6 5 S12 S11 S10 S9 12 OK 0 9 S16 S15 S14 S13 16 15 14 13 图 23 矩阵键盘中每个按 键代表的数字和输入信息 四川托普信息技术职业学院 8 第第 3 3 章章 系统硬件电设计系统硬件电设计 3.1 主控芯片 AT89C51 单片机的简介 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM
18、Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能 CMOS8 位 微处理器,俗称单片机。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。 主要特性: 与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命:1000 写/擦循环 数据保留时间:10 年 全静态工作:0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定
19、1288 位内部 RAM 32 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 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 管脚说明: VCC:供电电压。 四川托普信息技术职业学院 9 GND:接地。 P0 口:P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口,每脚可吸收 8TTL 门电 流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时,被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序 数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。 P1 口:P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P1 口缓冲器能 接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后,被内部上
20、拉为高,可用作输入, P1 口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。 P2 口:P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P2 口缓冲器可接收, 输出 4 个 TTL 门电流,当 P2 口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且 作为输入。并因此作为输入时,P2 口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由 于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器 进行存取时,P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉 优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2 口输出其特殊功能寄存器 的内容。 P3 口:P3 口管脚是
21、8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口,可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。 作为输入,由于外部下拉为低电平,P3 口将输出电流(ILL)这是由于上拉的 缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口,如下表所示: P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 /INT0(外部中断 0) P3.3 /INT1(外部中断 1) P3.4 T0(记时器 0 外部输入) P3.5 T1(记时器 1 外部输入) P3.6 /WR(外部数据存储器写选通) P3.7 /RD(外部数据存储器读选通) P3
22、口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持 RST 脚两个机器周期的 四川托普信息技术职业学院 10 高电平时间。 ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存 地址的地位字节。在 FLASH 编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可 用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据 存储器时,将跳过一个 ALE 脉冲。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在 外部执行状态 ALE 禁止,置位无效。 /PSEN:外部程序存储
23、器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间, 每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP:当/EA 保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H- FFFFH) ,不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时,/EA 将内部锁定为 RESET;当/EA 端保持高电平时,此间内部程序存储器。 XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2:来自反向振荡器的输出。 3.2 晶振时钟电路 单片机 XIAL1 和 XIAL2 分别接 30PF 的电容,中间再并个 12MHZ 的晶振,形 成单片机的晶
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