基于51单片机电子密码锁的设计

西安文理学院课程设计报告第1页1西安文理学院机械电子工程系专业课程设计报告专业班级课程题目学号学生姓名指导教师年月西安文理学院课程设计报告第1页2基于51单片机电子密码锁的设计摘要在这个信息和科技高速发展的时代，人们的生活水平越来越高，随之应运而生的人们的安全意识也越来越强，然而传统的机械锁由于设计和工艺简单，操作和携带不便，已经不能满足人们对于安全保证和生活便利的需求，于是电子密码锁本着它自身的保密性高、操作简单、灵活好用等特性逐渐进入人们的视野，并已被广大群众接纳和使用。此次设计是以AT89C51单片机实现密码锁监控装置的检测和控制核心，实现密码信息的设定、加密、更改和错误输入发出警报等功能。分为键盘输入（此处采用4×4矩阵键盘），显示输出（此处用LED显示屏），密码比对，实现开锁或警报的过程。该设计根据51单片机之间的串行通信原理，便于对密码信息的随机加密和保护。软件设计则是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，增强系统的可扩展性和运行的稳定性。测试结果表明，该系统已达到本设计的各项功能的所有要求。关键词：单片机；密码锁；4*4矩阵键盘；显示屏。西安文理学院课程设计报告第1页目录1绪论......................................................................11.1引言..................................................................11.2电子密码锁的背景......................................................11.3键盘式电子密码锁的特点................................................12系统设计..................................................................22.1系统总设计结构图......................................................22.2．开锁机构设计.........................................................22.2.1主控芯片（AT89C51单片机）的简介...................................33系统硬件设计..............................................................53.1键盘设计..............................................................53.2系统电路设计..........................................................63.2.1键盘电路及连线图..................................................63.2.2数码管显示电路及连线图.............................................73.2.3开锁和警报电路及连线图（由LED和扬声器电路代替）...................83.3整体电路图的绘制......................................................84软件设计.................................................................104.1系统软件设计思路.....................................................104.2系统软件设计总流程图.................................................105程序调试.................................................................125.1程序调试需要用到的软件和工具......................................12西安文理学院课程设计报告第2页25.2调试过程...........................................................126设计总结.................................................................12致谢.....................................................................13参考文献...................................................................14附录.......................................................................15西安文理学院课程设计报告第1页第一章绪论1.1引言在这个信息和科技高速发展的时代，人们的生活水平越来越高，随之应运而生的人们的安全意识也越来越强，然而传统的机械锁由于设计和工艺简单，操作和携带不便，已经不能满足人们对于安全保证和生活便利的需求，于是电子密码锁本着它自身的保密性高、操作简单、灵活好用等特性逐渐进入人们的视野，并已被广大群众接纳和使用。锁是用以关住某个确定的空间或范围或某种器物的,必须以钥匙或密码打开的器件。锁，从古至今，发展到现在已有近千年的历史了，人们对它的结构、原理也随着时间的增加研究的近乎透彻，因此，开锁的方法和工具早已不仅仅局限于配套的钥匙，种类也层出不穷。现代社会中，由于各种矛盾冲突十分剧烈，人们的思想道德观念，价值观念，文化修养水平等参差不齐，人们的思想境界良莠不齐，善良、正直的人们能够自觉规范自已的行为，不是自己的东西不会眷恋，没有钥匙就不会乱闯乱动。但是，生活中同样还存在着一些道德观念较差的人，总有着不劳而获的“梦想”，他们在受到诱惑的时候，往往会想方设法利用各种手段撬门开锁，使广大居民防不胜防。之所以出现这种情况，除了人们的道德观外，还有一个很重要的原因，就是传统锁具都存在致命的弱点，例如，锁芯采用常见的铜、铝、锌等材料，抵抗不了强力破坏；再者，锁具制作工艺，技术落后，无法阻止先进技术手段的开启。目前，市场上的锁具各种各样，形状千变万化，然而都是大同小异，技术原理简单，实际使用上却都不具备真正安全的防盗功能。面对这一残酷的现状，锁具也进入了必须革新的时代。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。1.3键盘式电子密码锁的特点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。从目前的技术水平和市场认可程度看，使用最为广泛的电子密码锁是键盘是电子密码锁，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，其突西安文理学院课程设计报告第2页出优点是“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）。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仍然在自己的基础上发展，不仅在市场上居于主流地位，而且，还经常作为其他类型电子防盗锁的辅助输入手段。第二章系统设计2.1系统总设计结构图图2.1系统总设计结构图本设计由主控芯片51单片机，键盘，LED显示屏和开锁电路组成。单片负责控制整个系统的执行过程。2.2开锁机构的设计密码输入设备数码管显示单片机AT89C51开锁机构西安文理学院课程设计报告第3页通过单片机送给开锁执行机构（本设计用LED灯和扬声器代替继电器打开电磁阀的开锁执行机构）实现开锁或警报的表示过程。图2.2密码锁开锁结构示意图当用户输入的密码正确而且是在规定的时间及次数输入之内，单片机便输出开锁信号送到开锁驱动电路，达到开门的目的（此处用LED发光二极管亮一秒钟做为提示，同时发出“叮咚”声）。2.2.1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—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）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·128×8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。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。开锁驱动电路开锁/警报AT89C51单片机西安文理学院课程设计报告第4页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：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（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，