电子密码锁的单片机设计.docx
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电子密码锁的单片机设计
电子密码锁的单片机设计
本文介绍一种基于单片机和串行EEPROM的智能密码锁,是密码锁设计中比较简单的一种,考虑到经济和水平的原因设计中扩展的功能还不够强大,但是其主要功能有键盘输入、LED数码管显示、加密、修改密码、密码检测、错误报警等简单易懂、使用方便、安全性能高等。
本设计采用AT89S52单片机为芯片主体,采用AT24C08为掉电存储器的芯片。
这种芯片稳定性高,成本低,还能扩展很多功能,如红外探测技术,指纹识别技术,语音识别技术,图像识别技术等,但本设计没有采用这些扩展。
它是采用AT89S52单片机和AT24C08串行EEPROM,通过AT89S52模拟I2C总线和AT24C08通讯,实现密码锁的功能。
在日常的生活和工作中,住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。
若使用传统的机械式钥匙开锁,人们常需携带多把钥匙,使用极不方便,且钥匙丢失后安全性即大打折扣。
随着科学技术的不断发展,人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。
为满足人们对锁的使用要求,增加其安全性,用密码代替钥匙的密码锁应运而生。
密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点,本次设计使用ATMEL公司的AT89S52实现一基于单片机的电子密码锁的设计。
件调试电路板,完成本次毕业设计。
关键词:
AT89S52,AT24C08,密码锁,矩阵键盘
目录
第1章引言------------------------------------------------3
第2章方案论证---------------------------------------------4
2.1方案一:
采用数字电路控制方案--------------------------4
2.2方案二:
采用一种是用以AT89S51为核心的单片机控制方案---5
第3章硬件设计---------------------------------------------6
3.1功能模块---------------------------------------------6
3.2原理图---------------------------------------------9
3.3PCB图-----------------------------------------------9
3.4实物------------------------------------------------10
第4章软件设计--------------------------------------------11
4.1程序流程图-------------------------------------------11
4.2程序实现功能.----------------------------------------12
第5章总结-------------------------------------------------13
致谢语------------------------------------------------------14
参考文献---------------------------------------------------15
附录一程序-------------------------------------------------16
附录二元件清单--------------------------------------------22
第1章引言.
在日常的生活和工作中,住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。
若使用传统的机械式钥匙开锁,人们常需携带多把钥匙,使用极不方便,且钥匙丢失后安全性即大打折扣。
随着科学技术的不断发展,人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。
为满足人们对锁的使用要求,增加其安全性,用密码代替钥匙的密码锁应运而生。
密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。
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,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。
随着大规模集成电路技术的发展,特别是单片机的问世,出现了带微处理器的智能密码锁,它除具有电子密码锁的功能外,还引入了智能化管理、专家分析系统等功能,从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性,应用日益广泛。
随着人们对安全的重视和科技的发展,许多电子智能锁(指纹识别、IC卡辨认)已在国内外相继面世。
但是这些产品的特点是针对特定的指纹和有效卡,只能适用于保密要求的箱、柜、门等。
而且指纹识识别器若在公共场所使用存在容易机械损坏,IC卡还存在容易丢失、损坏等特点。
加上其成本较高,一定程度上限制了这类产品的普及和推广。
鉴于目前的技术水平与市场的接收程度,电子密码锁是这类电子防盗产品的主流。
本次设计使用ATMEL公司的AT89S52实现一基于单片机的电子密码锁的设计
第2章方案论证
设计本课题时构思了两种方案:
一种是用以AT89S52为核心的单片机控制方案;另一种是用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路控制方案。
考虑到数字电路方案原理过于简单,而且不能满足现在的安全需求,所以本文采用前一种方案。
2.1方案一:
采用数字电路控制方案
采用数字电路控制,其原理方框图如图2-1所示。
图2-1数字密码锁电路方案
采用数字密码锁电路的好处就是设计简单,用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路作为密码锁的核心控制,共设了9个用户输入键,其中只有4个是有效的密码按键,其它的都是干扰按键,若按下干扰键,键盘输入电路自动清零,原先输入的密码无效,需要重新输入;如果用户输入密码的时间超过40秒(一般情况下,用户不会超过40秒,若用户觉得不便,还可以修改)电路将报警80秒,若电路连续报警三次,电路将锁定键盘5分钟,防止他人的非法操作。
电路由两大部分组成:
密码锁电路和备用电源(UPS),其中设置UPS电源是为了防止因为停电造成的密码锁电路失效,使用户免遭麻烦。
密码锁电路包含:
键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输入次数锁定电路。
2.2方案二:
采用一种是用以AT89S51为核心的单片机控制方案
以AT89S51为核心的单片机控制方案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,不但能实现基本的密码锁功能,还能添加调电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能。
其原理如图2-2所示。
图2-2单片机控制方案
通过比较以上两种方案,单片机方案有较大的活动空间,不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能,而且还可以方便的对系统进行升级,所以我们采用后一种方案。
第3章硬件设计
3.1功能模块
3.11开锁电路设计
通过单片机送给开锁执行机构,将P3.5置低电平,密码正确指示灯亮,从而达到开锁的目的。
其原理如图3-1所示。
图3-1密码锁开锁示意图
3.12按键电路设计
由于设计要求使用矩阵键盘,所以本设计就彩行列式键盘,同时也能减少键盘与单片机接口时所占用的I/O口线的数目,在按键比较多的时候,通常采用这样方法,其原理如图3—2所示。
图3-2行列式键盘原理电路图
每一条水平(行线)与垂直线(列线)的交叉处不相通,而是通过一个按键来连通,利用这种行列式矩阵结构只需要N条行线和M条列线,即可组成具有N×M个按键的键盘。
在这种行列式矩阵键盘非键盘编码的单片机系统中,键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。
当确认有按键按下后,下一步就要识别哪一个按键按下。
对键的识别通常有两种方法:
一种是常用的逐行扫描查询法,另一种是速度较快的线反转法。
判断键盘中哪一个键被按下使通过将列线逐列置低电平后,检查行输入状态来实现的。
方法是:
依次给列线送低电平,然后查所有行线状态,如果全为1,则所按下的键不在此列;如果不全为1,则所按下的键必在此列,而且是在与零电平行线相交的交点上的那个键。
按键的操作面板如图图3-3所示。
共计数字键10个,功能键4个,键盘上还有2个指示灯和蜂鸣器。
图3-3按键操作面板示意图
其中10个数字键用来输入密码,另外4个功能键分别是:
A、B、C、D。
其中A键的功能是显示密码,B键的功能是确认输入的密码,C键的功能是当输入密码错误的时候,清除前面已经输入的数据,重新输入,D是用来进入修改密码的状态。
上面的两个指示灯L1、L2、是用来指示操作的状态:
L1是开门指示灯,正常的情况下无显示,当键盘动作且密码正确的时候,灯亮;L2是电源状态指示灯,当接通电源时,指示灯自动点亮,否则,灯灭。
面板上还有一个蜂鸣器,其功能是当用户输入密码错误时或密码输入错误次数超过了3次,鸣笛以示报警。
3.13显示电路设计
本系统设计的显示电路是为了给使用者以提示而设置的,选择四位连体共阳的数码管,本系统的显示采用并行显示的方式,只使用单片机的两个口P0口和P2口,就可以完成单片机的显示功能,显示电路的电路原理图如图3-4所示,P0口完成段码显示,P2口完成位选功能。
电路设定:
当密码输入错误次数达到三次以上时,显示”E”,当无输入\断电时,则关闭显示,当忘记密码,输错密码,判断密码正确无误时,可通过功能键进行显示更改密码及判断。
图3-4显示器原理图
3.14AT24C08断电存储单元的设计
断电存储单元的作用是在电源断开的时候,存储当前设定的信息。
AT24C08是ATMEL公司的8KB字节的电可擦除存储芯片,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。
其电路如图3-5所示。
图3-5断电存储电路原理图
由于AT24C08的数据线和地址线是复用的,采用串口的方式传送数据,所以只用两根线SCL(移位脉冲)和SDA(数据/地址)与单片机传送数据。
每当设定一次单价,系统就自动调用存储程序,将单价信息保存在芯片内;当系统重新上电的时候,自动调用读存储器程序,将存储器内的单价等信息,读到缓存单元中,供主程序使用。
3.15总体设计总框图
图3-6总体设计框图
3.2原理图
3.3PCB图
3.4实物
第4章软件设计
4.1程序流程图
图4-1主程序流程图图4-2修改密码流程图
图4-3键盘程序流程图图4-324c08程序流程图
4.2程序实现功能.
该主要由三部分组成:
4×4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,可分为以下几个模块:
垣残壁
(1)主程序模块
主程序主要完成初始化、检查有无按键按下、以及调用显示等等,其流程图如4-1所示。
(2)显示子程序
由于是分屏显示数据,所以就要用到4个显示子程序,分别是:
功能键显示密码状态子程序、修改密码显示子程序、判断密码输入正确提示子程序、密码输入错误次数超过3次后的锁定状态显示子程序,其流程图如4-2所示。
(3)键盘扫描及识别子程序
键盘采用查询的方式,放在主程序中,当没有按键按下的时候,单片机循环主程序,一旦有按键按下,便转向相应的子程序处理,处理结束再返回,其程序流程图如4-3所示。
(4)调电存储服务程序
当比较密码的时候,需要读AT24C08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AT24C08中,并实现断电保护,其流程图如4-4所示。
第5章总结
以上为实习期间所设计的电子密码锁电路,它经过多次修改和整理,是一个能满足人们的基本要求,但因为水平有限,此电路中也存在一定的问题,譬如说电路的密码不能立即清除,数码管不是很亮,这可以通过增加电路解决,但过于复杂,本次设计未其中;
我感觉有很大的收获:
首先,通过学习使自己对课本上的知识可以应用于实际,使的理论与实际相结合,加深自己对课本知识的更好理解,同时实习也段练了我个人的动手能力:
能够充分利用图书馆去查阅资料,增加了许多课本以外的知识。
能对protel99、和KeiluVision等仿真软件操作,能达到学以致用。
对我们学生来说,理论与实际同样重要,这是我们以后在工作中说明自己能力的一个重要标准。
在做设计的过程中,我感受到了老师对学生的那种悔人不卷的精神,每天的固定时间,老师都来给我们指导,使我们少走弯路,顺利完成实习任务,请允许我向你们致意崇高的敬意,感谢你们,老师!
在没有做毕业设计以前,觉得毕业设计只是对知识的单纯总结,但是通过这次毕业设计发现自己的看法有点太片面,课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验,也是对自己能力的一种提高,通过这次课程设计使自己明白了原来的那点知识是非常欠缺的,要学习的东西还很多,通过这次课程设计,明白学习是一个长期积累的过程,在以后的工作和生活中都应该不断的学习,努力提高自己的知识和综合素质。
在这次毕业设计中,同学之间互相帮助,有什么不懂的大家在一起商量,发现我们所学的知识实在是有限,不过我们能够充分利用网络的优势去查阅资料。
在整个设计过程中懂得了许多东西,也培养了独立思考和设计的能力,树立了对知识应用的信心,相信会对今后的学习工作和生活有非常大的帮助,并且提高了自己的动手实践操作能力,使自己充分体会到了在设计过程中的成功喜悦。
虽然这个设计做的不怎么好,但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富,使我终身受益
致谢语
在此,,我很感谢我的指导老师陈海彬,在做毕业设计的过程中得到他的悉心指导,在论文行文过程中,多次帮助我分析思路,开拓视角,在我遇到困难想放弃的时候给予我最大的支持和鼓励。
从论文选题到搜集资料,从写稿到反复修改,期间经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨,在写作论文的过程中心情是如此复杂,陈海彬老师始终认真负责地给予我深刻而细致地指导,在百忙之中抽出时间帮助我搜集文献资料,帮助我理清论文写作思路,对我的论文提出了诸多宝贵的意见和建议。
帮助我开拓研究思路,精心点拨、热忱鼓励。
正是老师的无私帮助与热忱鼓励,我的毕业论文才能够得以顺利完成,谢谢陈海彬老师。
他严肃的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,深深地感染和激励着我。
陈老师不仅在学业上给我以精心指导,同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀,在此谨向陈老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
我还要感谢在一起愉快的度过毕业论文小组的同学们,正是由于你们的帮助和支持,我才能克服一个一个的困难和疑惑,直至本文的顺利完成。
我要感谢,非常感谢自己。
在论文的写作过程中,自己总是积极主动的,主动与老师同学们沟通,不耻下问。
通过写作论文,我更加深刻理解了“态度决定一切”这句话,论文即将完成之际,我的心情无法平静,从开始进入课题到论文的顺利完成,有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助,在这里请接受我诚挚的谢意!
最后,再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢,感谢我的家人和那些永远也不能忘记的朋友,他们的支持与情感,是我永远的财富
参考文献
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17.黄纯,电子产品工艺【M】北京,电子工业出版社,2001
附录一程序及部分说明
#include
#include
unsigned
charb[14]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,
0x80,0x90,0xff,0xff,0xff,0xff};
unsignedcharc[4];
unsignedchara[4]={0xf1,0xf2,0xf4,0xf8},kk[8];
unsignedcharK,Key,ac,i,z,wr,ii;//ac表示数码管显示个数
sbitscl=P2^6;
sbitsda=P2^7;
sbitP35=P3^5;
sbitP34=P3^4;
//延时子程序
voiddelay(unsignedcharpp)//延迟时间等于pp*1ms
{
while(pp--)
{
unsignedcharj;
for(j=0;j<126;j++);//j进行的内部循环,1次延迟8us,延迟1ms
}
}
voiddelayNOP()
{
_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
}
//开始位
voidstart()
{
sda=1;
delayNOP();
scl=1;
delayNOP();
sda=0;
delayNOP();
}
//停止位
voidstop()
{
sda=0;
delayNOP();
scl=1;
delayNOP();
sda=1;
delayNOP();
}
//应答//
voidrespons()
{
unsignedchari;
scl=1;
delayNOP();
while((sda==1)&&(i<250))i++;
scl=0;
delayNOP();
}
//总线初始化//
voidinit()
{
sda=1;
delayNOP();
scl=1;
delayNOP();
}
//写字节//
voidwrite_byte(unsignedchardate)
{
unsignedchari,temp;
temp=date;
for(i=0;i<8;i++)
{
temp=temp<<1;
scl=0;
delayNOP();
sda=CY;
delayNOP();
scl=1;
delayNOP();
}
scl=0;
delayNOP();
sda=1;
delayNOP();
}
//读字节//
unsignedcharread_byte()
{
unsignedchari,j,k;
scl=0;
delayNOP();
sda=1;
delayNOP();
for(i=0;i<8;i++)
{
scl=1;
delayNOP();
if(sda==1)
j=1;
else
j=0;
k=(k<<1)|j;
scl=0;
delayNOP();
}
returnk;
}
//写地址//
voidwrite_add(unsignedcharaddress,unsignedchardate)
{
start();
write_byte(0xa0);
respons();
write_byte(address);
respons();
write_byte(date);
respons();
stop();
}
//读地址//
unsignedcharread_add(unsignedcharaddress)
{
unsignedchardate;
start();
write_byte(0xa0);
respons();
write_byte(address);
respons();
start();
write_byte(0xa1);
respons();
date=read_byte();
stop();
returndate;
}
//功能//
voidfun1()//功能键显示密码
{
for(z=0;z { P0=c[z]; P2=read_add(wr++); c[3]=c[2]; c[2]=c[1]; c[1]=c[0]; c[0]=read_add(i++); } } voidfun2()//判断密码 { if(((P0=read_add(i))! =(P0=c[i]))&&((P2=read_add(i))! =(P2=a[i]))) { P34=0; delay(100); P34=1; ii++; } else { P35=0; } } voidfun3()//删除功能键 { for(K=10;K<11;K++) { c[0]=c[1]; c[1]=c[2]; c[2]=c[3]; c[3]=b[K]; } } voidfun4()//更改密码确认键 { if(P35==0) { write_add(i,c[0]); write_add(wr,a[0]); delay(10); write_add(i+1,c[1]); write_add(wr,a[1]); delay(10); write_add(i+2,c[2]); write_add(wr,a[2]); delay(10); write_add(i+3,c
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