基于单片机的电子密码锁设计毕业设计论文.docx
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1、毕业设计(论文)基于单片机的电子密码锁设计XXXIII基于单片机的电子密码锁设计摘 要随着科技和人们生活水平的提高,如何实现防盗这一问题也变的尤其突出。由于传统机械锁构造简单,被撬事件源源不断;而电子密码锁保密性高,使用灵活性好,安全系数高,所以受到了广大用户的青睐。电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或芯片工作,从而控制机械开关的闭合,完成开锁、闭锁任务的电子产品。应用较广的电子密码锁是以芯片为核心,通过编程来实现的。设计以STC89C51单片机作为密码监控装置和控制核心,结合键盘电路,LCD显示电路,报警电路和开锁机构,利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口及其控制的准确性通过软件程
2、序来控制整个系统实现电子密码锁的基本功能。软件设计采用自上而下的模块化思想,使系统朝着分布式、小型化方向发展,使系统的可靠扩展性和运行稳定性增加。测试结果表明,设计各项功能已达到设计要求。关键字: 单片机;STC89C51;电子密码锁;报警Design of Electronic Combination Lock Based on Single Chip MicrocomputerAbstractAlong with the improvement of science and technology and the living level of people, how realize to
3、guard against theft this problem also become especially. Because of the simple construct of traditional machine lock, the affairs of theft is commonly;The electronic combination lock is safer because of its confidentiality, use flexibility is good, the safety coefficient is high, being subjected to
4、the large custom close.The electronic combination lock is electronic products, which control the mechanical switch by the control circuit or chip when you input a password. Now the widely used electronic locks are based on the chip and achieve the function by programming.The design by single chip mi
5、crocomputer STC89C51 act as the combination lock monitoring device detection and control core, combining with key circuit, LCD display circuit, an alarm circuit and unlocking mechanism, using a flexible programming design and rich I/O port of microcontroller, and its control by software program to c
6、ontrol the whole system to realize the electronic combination lock. The design thought from top to down, to make the system toward wear distribute type, turn to the direction development of small, strengthen the system and can expand the stability and circulate. Test the result state, various functi
7、ons of this system are already all request of this design.Keyword: Single Chip Microcomputer; STC89C51; Electronic Combination Lock目录摘 要IAbstractII1. 绪论22. 系统设计22.1 主控方案选择22.2 密码方案选择22.3 设计思路23. 硬件设计23.1 STC89C51单片机23.1.1 STC89C51单片机内部结构23.1.2 STC89C51单片机引脚说明23.1.3 STC89C51单片机中断系统23.1.4 STC89C51单片机内
8、部时钟电路23.1.5 STC89C51单片机复位电路23.2 LCD1602液晶显示器23.2.1 LCD1602引脚说明23.2.2 LCD1602显示原理23.2.3 LCD1602控制指令23.2.4 LCD1602显示电路23.3 AT24C02存储芯片23.3.1 AT24C02引脚说明23.3.2 AT24C02存储电路23.4 矩阵键盘23.5 继电器23.6 电源模块23.7 其他电路23.7.1 报警电路23.7.2 独立按键电路24. 软件设计24.1 主程序流程图24.2 开锁程序流程图24.3 密码修改程序流程图25. 系统调试25.1 Keil C51调试25.1.
9、1 Keil C51介绍25.1.2 Keil C51调试25.2 Proteus 仿真25.2.1 Proteus软件介绍25.2.2 Proteus仿真调试25.3 实物制作25.3.1 制作过程25.3.2 实物调试2结论2致谢2参考文献2附录2V1. 绪论 科技发展和生活水平提高的同时,安全问题也随之而来,被撬事件屡见不鲜,那么如何更好的防盗呢?由于传统的机械锁抵抗不了强力破坏,制作工艺简单,技术落后,极易被开启,所以它只能保存着锁的原始意义,而与此同时涌现出一批满足人们需求的安全可靠不易被破解的电子锁。其中键盘式的电子密码锁使用最为广泛,本产品主要用于保险箱、防盗门、保险柜之类的,还
10、有一部分用于保管箱和运钞车。该产品在键盘上输入密码,易于掌握,由于密码是记在用户的脑子里,所以既准确又可靠,不易破解,除非自己丢失或者泄露。如今电子密码锁向着“随意设定密码”“显示乱序”“多重设定密码”“锁定键盘”等方向发展,使得不法分子无从入手。尽管新型电子防盗锁层出不穷,但是键盘式电子密码锁仍在市场上占据着主流地位,并且经常作为其他类型防盗锁的辅助功能。本设计从经济实用角度出发,采用STC89C51单片机作为密码监控装置和控制核心,结合AT24C02存储单元电路,4*4矩阵键盘电路,LCD1602显示电路,报警电路和开锁电路构成的,通过键盘输入正确的密码来控制电路,从而完成开锁、机械上锁、
11、智能锁定键盘、修改密码等功能的电子产品。通过编程来实现,其性能和安全性已远远超过传统的机械锁。本设计具有保密性好、成本低、 功耗低、 操作简单、随机开锁成功率几乎为零、密码可变、误码输入保护、多次错误报警、断电记忆等优点。本设计主要可实现:(1)密码通过键盘输入,若密码正确,则开锁并提示。(2)若密码输入错误,提示错误信息,如若连续错误超过三次,报警提示并智能锁定键盘。(3)每输入一个密码,在LCD1602显示器上对应显示一个“*”。(4)密码可根据用户的需求进行修改,但必须要输入正确的旧密码。(5)两分钟内操作完成密码的输入,大于两分钟,即使密码正确也不会开锁。(6)非法开锁即不经过密码强制
12、开锁,则连续报警,直到用户主人来关掉声音,解除报警。2. 系统设计 2.1 主控方案选择方案一:采用数字电路控制用以74LS112双JK触发器构成的数字电路作为密码锁的核心控制,将密码保存在JK触发器中,用其与输入密码通过比较器比较,判断密码正确与否。其优点是设计原理简单,但是控制的准确性和灵活性比较差,物理结构较为复杂,操作不便。方案二:采用STC89C51单片机为核心的控制由于单片机的性能、存储、运行速度、I/O口、定时/计数器、功耗、晶振、复位等因素,用以STC89C51单片机作为核心,利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口及其控制的准确性,来实现电子密码锁的基本功能。利用外接AT2
13、4C02存储芯片存储密码,LCD1602液晶显示,蜂鸣器作为报警驱动。单片机控制原理如图2.1。图2.1 单片机控制原理图结合上述两种方案,结合现实生活需求,本设计选用方案二。2.2 密码方案选择方案一:指纹识别指纹识别步骤为读取指纹图像,提取特征,保存图像数据和比较图像四个过程。通过指纹读取设备读取指纹图像再加以处理使其清晰化,再通过指纹辨识设备建立此指纹特征数据。通过计算机将输入指纹与保存指纹进行比较判断,计算他们的相似度,从而判断输入是否正确。本方案由计算机控制,运用方法简单,但是操作比较耗时而且指纹可复制或者破坏,不是很稳定可靠 。方案二:键盘密码识别密码由矩阵键盘上的数字输入,而每一
14、个按键又赋予其固定的程序,密码可由用户自行修改,并且六位数字记忆简单,操作方便。结合上述两种方案,结合现实生活需求,本设计选用方案二。2.3 设计思路本设计以STC89C51单片机为主控单元,AT24C02存储芯片为存储单元,矩阵键盘为主输入单元,LCD1602为显示单元,蜂鸣器为报警装置以及继电器为开锁装置完成整个系统设计。本设计的运行流程:初始状态为上锁,LCD1602显示器上显示“输入密码:A”和“设置密码:B”,当按下键A后,显示“输入密码”,当六位密码全部输入完后按下确认键“E”时系统判断密码是否正确,正确则显示“密码正确”并开锁,然后等待机械关闭,当按下“S”键则上锁。密码错误则显
15、示“密码错误”并且错误次数自加一,然后返回到选择输入状态等待下一次选择。当密码未达到六位而按下确认键“E”时,显示“错误”并且错误次数自加一,然后返回到选择输入状态等待下一次输入;若按下键B后则修改密码,不过必须先输入旧密码,此时显示器上显示“输入旧密码”,旧密码正确输入后才可以输入新的密码,否则显示“密码错误”并将错误次数加一。输入新密码时两次密码相同则修改成功,显示器上显示“密码已修改”,否则显示“两次输入密码不同”并且返回。以上输入密码过程中LCD1602显示器上均显示“*”。当错误次数累加至三次时,系统报警并且智能锁定键盘两分钟禁止输入。若从按下键“A”到按下键“E”或者从按下键“B”
16、到按下键“E”之间的时间大于两分钟时,即使密码正确也不进行下一步操作,显示器上显示“超时错误”。在此过程的任意时刻,如遇到非法入门即不经过密码强制开锁,系统则持续报警,并显示“警告:有人非法进入!”,直到用户主人来关闭报警,显示“从危险模式进入安全模式”,然后返回至初始状态。由于LCD1602显示不了汉字,所以以上显示均为英文。密码存入AT24C02时,系统先将密码进行加密处理;进行密码比较时,系统先进行解密处理密码。3. 硬件设计本设计涉及到的主要器件有:主控芯片STC89C51单片机、LCD1602液晶显示器、AT24C02存储芯片、4*4矩阵键盘、继电器、独立按键以及蜂鸣器等。3.1 S
17、TC89C51单片机单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲,它主要是将微处理器、部分存储器、输入/输出接口电路都集成在一块集成电路芯片上,一块芯片就成为一台计算机。STC89C系列是STMicroelectronics公司的8位Flash单片机,与8051系列单片机相兼容。STC89C51是低电压,高性能的8位CMOS微处理器,俗称单片机,是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)。该器件采用STMicroelectro
18、nics高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集相兼容。STMicroelectronics的STC89C51是一种高效微控制器,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。STC89C51单片机的主要特性: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年全静态工作三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32条可编程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3.1.1 STC89C51单片机内部结构51系列单片机是按照工业标准设计制造的。其内核是基于使用多个内部寄存器结构
19、的累加器,用于数据储存和外部设备管理。包括运算器、控制器、存储器、输入/输出接口电路这五个基本组成部分。中央处理器简称CPU,是单片机的核心,完成运算和控制的功能,包括运算器和控制器。(1)运算器运算电路是单片机的运算部件,用于实现算术和控制功能。其包括算术逻辑单元ALU、累加ACC、程序状态字PSW、B寄存器等。其中算术逻辑单元ALU是运算电路的核心。(2)控制器控制电路是单片机的指挥控制部件,用于发出控制信号,指挥单片机各部件协调工作。其包括程序计数器PC、指令控制器、指令译码器、定时与控制电路等。STC89C51单片机芯片内部有用户使用的RAM共256个字节,地址范围00HFFH;ROM
20、共4KB,地址范围000HFFFH。STC89C51单片机共有2个16位的定时器/计数器,以实现定时/计数功能,并以其定时/计数结果对计算机进行控制。STC89C51单片机共有4个8位的并行I/O口(P0,P1,P2,P3),以实现数据的并行输入输出。STC89C51单片机有一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I/O口(是P3.0和P3.1口线的第二功能),用于实现单片机之间或者单片机与PC机之间的串行通信。STC89C51单片机的中断功能较强,以满足控制应用的需要。STC89C51单片机共有5个中断源(其中有2个外部中断源),每一个中断源都有自己的中断矢量地址、中断标志位、中断优先
21、级和中断允许标志。STC89C51单片机内部有一个振荡器,可通过引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器和微调电容,为单片机产生时钟脉冲序列。总线是一组进行互连和传输信息的信号线,单片机是通过三总线(地址总线、数据总线、控制总线)与外部器件(外部RAM,外部ROM和I/O)互联沟通信息的。3.1.2 STC89C51单片机引脚说明引脚排列图和实物外形图如图3.1。VCC(40脚):接+5V电压。GND(20脚):接地。XTAL1(19脚):反向放大器的输入端。XTAL2(18脚):反向放大器的输出端。 (a) (b)图3.1 STC89C51单片机引脚排列和实物外形图RST(9脚):复位输入,
22、高电平有效;使单片机恢复到初始状态,上电后,考虑到振荡器有一定的起振时间,晶振工作后有2个机器周期的高电平复位CPU。PSEN(29脚):外部程序存储器的读选通信号,输出,低电平有效,在访问片外数据存储器时,信号将不再出现。ALE(30脚)地址锁存信号,输出,高电平有效,ALE的输出脉冲用于锁存P0端口8位复用的地址/数据总线上的低8位地址。复位期间,ALE被强制输出高电平。EA(31脚):访问程序存储器控制信号,当低电平时,对ROM的读操作限定在外部ROM。P1口(18脚):是一个通用的内部提供上拉电阻的8位准双向I/O端口,口线P1.0P1.7;P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。P1
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