基于单片机控制的

电子密码锁

基于单片机的电子密码锁

一   设计任务

      设计一个利用AT89S52单片机控制的电子密码锁，该电子密码功能包括16个密码输入，密码输入过程中清除输入，密码正确和错误分别用蜂鸣器提示，输入错误密码超次锁定，密码修改，12864LCD显示菜单实现多功能等等。

 二  总体方案设计与实现

     电子密码锁系统核心用AT89S52单片机控制，密码输入按键为4*4矩阵键盘16个按键实现密码输入，外加独立按键实现清除，确定和液晶反白控制。密码存储电路利用AT24C02芯片，该芯片可以实现掉电存储，而且数据可保留时间长，与单片机连接简单。报警电路利用三极管驱动小型蜂鸣器实现，通过给蜂鸣器送不同频率的电平信号实现不同声音报警。LCD用12864字符型液晶实现，通过单行反白实现菜单，加强液晶显示内容及添加系统功能。

另外，电磁锁电路暂时利用发光二极管代替，用发光二极管的亮灭和蜂鸣器的响声来指示电磁锁的开关。

                  图1单片机最小系统

三   硬件电路的功能单元设计

（一）   单片机最小系统  

其原理图如图1所示

图2系统总体原理图

单片机采用AT89S52单片机, 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，与工业80C51产品指令各引脚完全兼容。单片机最小系统主要有两块组成，其一为晶振起振电路，其二为复位电路。在此，我们采用按键手动复位，相对来讲，这种复位方式更加方便人性化，不必要切断电源即可对系统进行复位。

（二）  开锁电路 

通过单片机送给开锁执行机构，电路驱动电磁锁吸合，从而达到开锁的目的。其原理如图2 所示。

                       图3  开锁电路原理

当用户输入的密码正确单片机便输出开门信号，送到开锁驱动电路，然后驱动电磁锁，达到开门的目的。 在此为节省成本考虑，我们用二极管代替电磁锁，将一切在LCD上面显示，并且利用蜂鸣器和二极管声光指示。

（三）密码存储电路设计

密码存储采用AT24C02存储，它能都掉电存储数据。掉电存储单元的作用是在系统电源断开的时候，存储当前设定的密码数据。AT24C02是ATMEL公司的2KB字节的电可擦除\是模拟的IIC总线式EEPROM，采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到2.5V，额定电流为1mA，静态电流10μa(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。本实验中，AT24C02的SCLK和SDA引脚（SDA为数据线，SCLK为时钟信号线）接上拉电阻后与单片机的P2.6和P2.7脚相连，其电路图如图5所示

图4  AT24C02掉电存储电路图

(四)  按键电路设计

1．按键密码输入电路设计

     由于本设计中要求使用0-F 16个密码数值按键输入，数目较多，故使用矩阵键盘，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，通常采用这样方法。本设计中采用矩阵键盘行线和单片机P1.0~P1.3相连，列线与单片机P1.4~P1.7相连，其电路图如图6所示

    键盘扫描采用行扫描法，即依次置行线中的每一行为低电平，其余均为高电平，扫描列线电平状态，为低电平即表示该键按下。键盘消抖采用软件延时消抖，可以减小硬件电路复杂程度，控制简单。

图5  矩阵键盘模块电路图

2．独立按键电路设计

     本设计除矩阵键盘的0-F 16个密码按键之外，还需要有另外独立按键作为控制。本次设计一共设计了4个独立按键，利用单片机I/O口直接连接，电路简单。其中两个按键用来作为密码输入时的确定和清除键，使系统做到更加人性化。另外两个按键用于LCD12864的菜单选择按键，是LCD显示更多的内容，同样，这个设计也是为了使系统功能更加强大，系统更加贴近人们日常使用，同样是系统更加人性化。由于本设计的软件设计中不会用到单片机P3口第二功能，因此独立按键一端与单片机P3.2~3.7相连，另一端接地，其电路图如图7所示

图6：独立按键模块电路

（五） 声音提示电路设计

声音提示电路采用小蜂鸣器提示。蜂鸣器能够根据脉冲信号，以及信号的频率发出各种不同的声音，这样我们就可以更具系统要求发出密码出入正确和密码输入错误是发出不同的声音提示，已达到报警的要求。蜂鸣器电路如图8所示

图7 蜂鸣器模块电路

（六）显示模块设计

显示电路采用12864 字符型LCD显示。

中文字符型12864中文液晶显示模块可以显示字母、数字符号、中文字型及图形，具有绘图及文字画面混合显示功能。提供三种控制接口，分别是8位微处理器接口，4位微处理器接口及串行接口。所有的功能，包含显示RAM，字型产生器，都包含在一个芯片里面，只要一个最小的微处理系统，就可以方便操作模块。内置2M-位中文字型ROM (CGROM) 总共提供8192 个中文字型(16x16 点阵)，16K-位半宽字型ROM (HCGROM) 总共提供126 个符号字型(16x8 点阵)，64 x 16-位字型产生RAM (CGRAM)，另外绘图显示画面提供一个64x256点的绘图区域（GDRAM），可以和文字画面混和显示，使显示功能更加强大。

本设计中我们采用的字符型12864LCD，自带中文字库，使我们的程序控制显示更加简单，设计的时候能够灵活按照我们的要求显示汉字，简单明了，而且利用该LCD如单片机控制器的串行接口模式，LCD显示模块与单片机的连接仅仅只需要5根线，比图像型LCD显示模块要少了7根线，大大节约了单片机的I/O口！另外该类液晶还支持反白显示，这样我们可以利用该功能将显示做成单行反白式菜单，可以让液晶现实更多的内容使设计更加贴近人们的生活使用习惯，使设计更加人性化！在设计中，我们将密码修改，恢复初始密码等等做成二级菜单选项，通过按键操作，功能更强大，操作简单方便明了。此外根据功能扩展需要，我们甚至可以添加多级菜单，是电子密码锁功能更加强大！

本设计中液晶串口一共用到5根线与单片机相连其中CS引脚， R/W引脚，SCLK引脚，PSB引脚，RESET引脚分别对应与单片机的P2.0,P2.1,P2.2,P2.3,P2.5相连接。

四  软件程序设计及流图

模块介绍

与硬件电路相关联，本电子密码锁系统的软件设计分为以下几个模块:主程序模块，键盘扫描及识别模块，AT24C02密码读写存储模块，12864LCD显示模块，蜂鸣器模块等等。下面分别介绍各个模块的程序设计

（1）主程序模块

     在主程序模块中要完成系统初始化，检测按键，调用存储以及调用显示等功能。

（2） 键盘扫描及识别子程序模块

密码输入矩阵键盘采用行扫描法，扫描方式为查询的方式，在主程序中调用，无键按下的时候，程序一直在子程序中间循环当有键按下时，及识别按键以及送到LCD显示。密码设置为6位，密码输入过程中可以实现密码清除，通过查询方式检测独立按键的清除键，调用清除程序实现。矩阵键盘扫描及识别用在密码输入和密码修改程序中间！

独立按键也采用查询方式，放在各程序中，无键按下的时候继续循环程序，有键按下的时候即跳转到相应的程序执行。独立按键模块主要在LCD反白菜单的时候调用。

（3）调电存储服务程序模块

当比较密码的时候，需要读AT24C02程序，将存储在芯片内的数据读到RAM中，然后和输入的密码相比较。当修改密码的时候，需要把输入的密码保存到AT24C02中

（4） 显示子程序模块

显示子程序包括LCD12864串口驱动程序，液晶反白程序等等。

利用写好串口驱动程序，我们只要在要显示的时候，只要写好要显示的字符，然后直接调用驱动程序就可以，方便使用液晶。

液晶反白菜单程序的的完成，是利用字符型LCD12864的绘图显示功能。

首先，我们将液晶显示中文字符，然后利用绘图指令将我们要反白的地方送上FFH即可以是几个中文字反白显示，反之，要清除法反白的时候，我们只要往反白的地址送00H即可正常显示！利用按键控制反白行的选择，我们在设计中制作了四个子菜单，分别是：修改密码 ，恢复初始密码，制作者信息以及上锁。

液晶单行反白控制菜单，液晶显示内容多，加强系统功能，简单实用。

五  调试与总结

本系统由单片机系统、矩阵键盘、LCD显示和报警系统组成。系统能完成开锁、错误报警，超次锁定、修改用户密码，恢复初始密码基本的密码锁的功能。除上述基本的密码锁功能外，还具有调电存储、声光提示等功能，依据实际的情况还可以添加遥控功能。本系统利用单片机控制，LCD菜单显示，配合蜂鸣器和发光二极管的声光指示，再加上AT24C02的密码存储功能，系统成本低廉，功能强大实用。

但是在系统调试过程中，还是发现一些问题，系统不稳定情况时有发生，经过反复调试发现下列问题： 按键效果不好，产生较大状况的抖动，使软件消抖不完全；另外一个就是单片机本身不问题，引起系统跑飞或者卡死；还有就是由于电路板制作的原因，线路之间产生干扰，系统发生错误，比如液晶显示错误等等。经过反复调试和修改，最好终于达到一个比较满意的水平。

本系统设计还做的不是太人性化，比如说能够加上语音提示和遥控开锁功能，将可能会更加有生命力！

 

第二篇：电子密码锁开题报告

毕业论文（设计）开题报告

毕业论文（设计）题目：  电子密码锁的设计

学生姓名：         学院：电子信息工程学院  指导老师： 

一、     研究的目的和意义

   在人们的日常生活中，锁被广泛使用，人们常用锁来锁一些贵重物品乃至自己的家门，目的就是为了提高安全性。常见的锁有普通机械锁、机械密码锁、电磁卡锁、指纹（虹膜）锁等。而普通的机械锁极容易被强行破坏，安全系数不高；机械密码锁虽然安全系数高但造价相对较高，目前在保险柜上应用较多；电磁卡锁由于磁卡信息极易受外界干扰而失磁导致无法开锁，而指纹（虹膜）锁虽然安全性很好，但会因手指划伤虹膜充血等收到限制。通过分析我们不难发现传统密码锁或多或少存在一些不足从而降低了其保密的安全性，因此研究一种新型的密码锁是具有有很高的现实需求性。随着电子科技的发展，将电子芯片跟传统机械锁结合起来设计成一种新型的密码锁而电子密码锁作为一种新型的锁已经成功，即电子密码锁。

    在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替传统的机械式密码锁。电子密码锁与传统密码锁想比较，拥有海量的密齿，通常从10000到10000000不等，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。

    从是否方便的角度看，电子密码锁省去了传统机械锁的钥匙，电磁卡锁的磁卡，使用者只要记得其密码，便可以开启，从而大大提高了其适用性。因此电子密码锁的具有较高的研究价值。

二、 国内外现状和发展趋势

早在80年代，日本产生了最早的电子密码锁。随着日本经济复苏，电子行业的快速发展，一些利用简单的门电路设计的密码锁出现了。这类电路安全性差，容易破解。到了90年代，美国、意大利、德国、日本、加拿大、韩国以及我国的台湾、香港等地的微电子技术的进步和通信技术的发展为密码锁提供了技术上的基础，从而推动密码锁走向实际应用的阶段。我国于90年代初开始对密码锁进行初步的探索。到目前为止，在此领域虽已有较大的发展，采用各种电路进行设计的比较多，技术也相当先进，电子技术发展至今已达到相当高的水平，电子密码锁技术已十分成熟。

三、 本课题的主攻方向

本文设计一种以单片机AT89C51为核心的电子密码锁，要根据AT89C51单片机设计相应的外围电路。复位电路，起振电路，电源电路，指示电路，报警电路，指示电路按键单元，显示单元，掉电存储单元等

四、参考文献

【1】刘和平.刘跃.单片机原理及应用.重庆.重庆大学出版社,2004

【2】张立科.单片机典型外围器件及应用实例.北京.人民邮电出版社,2006

【3】陈明荧.89C51单片机课程设计实训教材.北京.清华大学出版社,2004

【4】刘瑞新.单片机原理及应用教程.北京.机械工业出版社,2003

【5】求是科技.单片机.人民邮电大学出版社,2005

【6】李朝青.单片机原理及接口技术.北京.北京航空航天大学出版社,2002

【7】饶庆和.89C51单片机实用技术.北京.人民邮电出版社,2003

【8】清华大学电子学教研组.闫石.数字电路基础.高等教育出版社,2008

【9】李华.MCS-51系列单片机使用接口技术.北京航空航天大学出版社,1993

【10】杨欣.王玉凤.51单片机应用实例详解 清华大学出版社 ,2010

【11】郭速学.朱承彦.郭楠.图解单片机功能与应用.中国电力出版社,2008

【12】黄庆华.单片机开发术与实训.北京.电子工业出版社,2006

【13】王忠飞.胥芳 MCS-51单片机原理及嵌入式系统应用.西安电大出版社,2007

【14】杨西明.朱骐.单片机编程与入门.北京.机械工业出版社,2004

五、     本课题研究的内容

设计以单片机AT89C51为核心的电子密码锁，包括该电子密码锁完整的设计过程以及外围的开锁电路和报警电路的设计。电子密码锁主要由三部分组成：键盘接口电路、电子密码锁的控制电路、输出八段显示电路。键盘接口电路包括时序产生电路、键盘扫描电路、弹跳消除电路、键盘译码电路。电子密码锁控制电路设计包括数字按键的数字输入、存储和清除、功能按键的功能设计、移位寄存器的设计和控制、密码清除、变更、退位、存储、报警信号产生电路密码核对、解除电锁电路。输出八段显示电路包括数据选择电路、八段显示器扫描电路。

七、 本课题采用的研究途径及技术路线

1．设计中涉及的元器件

   单片机AT89C51，八段数码管，AY24C02芯片，蜂鸣器，按键，发光二极管。

2. 设计过程使用的软件

  Protel 99 SE，Proteus，ISIS、Altium Designer 6，Keil软件

3.设计的整体思路

①首先设计AT89C51的基本外围电路：复位电路，电源电路，起振电路。

②设计电子密码锁的主要功能单元：按键单元，显示单元，掉电存储单元，报警单元。

③利用Protel 99 SE软件设计完整电路图，将外围基本电路跟重要功能单元跟AT89C51进行布线设计。

④运用Keil软件编译程序。

⑤Proteus 、ISIS软件进行仿真与调试，最终完成系统的总体设计。

 

                             设计基本框架

八、 进度及完成时间

2011.1.1——2011.3.1    选题并充分查阅相关资料，同时消化吸收资料内容；

2011.3.2——2011.3.10   根据设计题目写开题报告，并交与指导老师修改；

2011.3.11——2011.4.15  按照本科毕业论文的格式要求撰写毕业论文；

2011.4.16——2011.5.25  在老师的指导下修改论文，并进行相应的排版装订，准备答辩。