基于单片机的电子密码系统

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1、1基础工程设计(论文)说明书题 目： 电子密码锁系统设计 院 （系）： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 2017 年 5 月 30 日2前言以前，在全国各地，大部分家庭在日常生活和工作中，住宅的安防及个人的资料的保 存大多以加锁的办法解决，但是使用传统的机械锁和机械钥匙作为保护措施的话，人们经 常要携带许多把钥匙，这样不仅携带起来极不方便，而且开锁的时候如果钥匙过多的话， 光找对钥匙也需要花费许多时间。携带机械钥匙也极容易丢失，一旦钥匙丢失后，为防止 盗窃，唯一的办法就是换一个锁，这样成本也比较高。随着科学技术的发展，具有防盗报 警等功能的电子密码锁代替机械锁已是必然的趋

2、势。目前，常用的电子密码锁大都是以单 片机为主控芯片，根据具体需要外加各种电路组成电子密码锁系统，通过软件编程的方式 解锁。随着互联网的应用，智能家居逐渐成为现实融入普通家庭。人们提出对家庭安防系 统的安全性提出了更高的要求。本课题主要是以 STC12C5A 单片机为主控芯片，LCD12864 液晶屏为显示屏，矩阵键 盘为输入设备，加上蜂鸣器等器件设计一个具有输入密码，修改密码，出错报警功能的电 子密码柜系统。本电子密码系统设计简单，成本低，安全性高，可靠性强，具有很大的实 用性。3第一章第一章系统理论分析系统理论分析1.1 需求分析及设计任务需求分析及设计任务1.11需求分析需求分析如今，随

3、着科学技术的发展，电路的集成化程度越来越高，芯片的功能越 来越强大，现在许多的家用电器都嵌入了芯片，使得家用电器更加智能化。家 庭安防系统是每个家庭不可或缺的必备安装设备。它的性能直接关系到每个家 庭成员的生命财产安全。以往家里的门窗柜子之类的安防措施都是通过安装机 械锁，每个锁配一把钥匙。但是这样会有许多问题，如果家里的锁太多，那么 配的钥匙也太多，出门要携带的钥匙就多。这样的话钥匙容易弄丢。一旦钥匙 不见了，为避免家里被盗窃，唯一的办法就是换锁。这样成本就比较高了。随 着微科技的进步发展，人们对安防系统提出了越来越高的要求。随着越来越多 的微处理器应用到家用电器，毫无疑问，基于微型处理芯片

4、的电子密码锁将越 来越受人们的欢迎。基于单片机的电子密码锁拥有巨大的市场潜力。1.12 设计任务设计任务本次课设的任务是设计一个基于单片机的电子密码柜系统，具有输入正确 密码开锁，输入错误密码报警，修改密码，掉电存储密码的功能。1.2 主控芯片方案分析主控芯片方案分析主控芯片是一个系统的核心，直接关系到系统的性能好坏，本次课题 设计使用的单片机主要有两个选择： (1) STC12 系列单片机 STC12 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单 片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代 8 位 51 单片机，指令代码 完全兼容传统的 8051 单片机，但速度快 8-12 倍，内部

5、集成 MAX810 专用复位电路，2 路 PWM 输出通道，四组 IO 输入输出端口，8 路高 速 10 位 A/D 转换（250k/s,即 25 万次每秒），针对电机控制，强干扰 场合。 (2) STM32 单片机 STM32 是一款高性能的 32 位单片机，包含FSMC、 TIMER、 SPI、 IIC、 USB、 CAN、 IIS、 SDIO、ADC、 DAC、 RTC、 DMA 等 众多外设及功能，具有极高的集成度。但价格比 STC12 单片机贵，手工焊接 比较困难。本系统不涉及 A/D，D/A 转换，没有用到各种总线，所需的 I/O 口 STC12 也足以提 供，故决定采用 STC1

6、2C5A60S2 单片机为主控芯片。1.3 输入模块方案分析输入模块方案分析（1） 矩阵键盘 矩阵键盘是使用 16 个按键组成的，分四行四列，16 个按键共需要 8 个 I/O 口控制，通过按键扫描程序，根据读取 I/O 口的电平判断是哪 个按键按下，然后执行相应的按键程序，矩阵键盘电路简单，价格4便宜，且按键扫描程序简单。 （2） 触摸屏 TFT 液晶触摸屏是通过人手点击触摸屏上的显示按键操作的，显示 比较人性化，但编程较为复杂，价格较贵是矩阵键盘的几十倍，而 且如果屏幕小的话，按键比较集中，比较容易引起误操作。本系统的密码输入采用按键即可满足要求，又考虑到经费原因，故采 用矩阵键盘。1.4

7、 显示模块方案分析显示模块方案分析（1）12864 液晶屏液晶屏FYD12864-0402B 是一种具有 4 位/8 位并行、2 线或 3 线串行多种接口方式，内 部含有国标一级二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块：其显示分辨率为 128*64，内置 8192 个 16*16 点汉字，和 128 个 16*8 点 ASCII 字符集，利用该模 块的灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。 可以显示 8 X 4 行 16 X 16 点阵的汉字，也可完成图形显示，可以选择串并行数据 传输方式。 （2）1602 液晶屏液晶屏 1602 是工业字符型液晶能够同时显示两行共

8、 32 个字符，它是一种专门 用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间 有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用， 正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义 CGRAM，显示效果也 不好） ，同时也不能显示中文。本系统考虑到显示的内容用中文的话更便于理解，及提示信息的简洁明 了，故决定采用 12864 液晶屏作为显示输出模块。1.5 报警模块方案分析报警模块方案分析报警模块通常有声光报警。密码系统作为一个安防系统，涉及保密性， 当非法操作时要有足够的能力及在很短的时间

9、内通知到密码系统的主人， 故决定采用蜂鸣器作为报警装置。蜂鸣器作为声音输出器件，能够较好的 满足设计需求。1.6 存储模块方案分析存储模块方案分析（1）24C02 外部存储芯片外部存储芯片 AT24C02 是一个 2K 位串行 CMOS E2PROM， 内部含有 256 个 8 位 字节，CATALYST 公司的先进 CMOS 技术实质上减少了器件的功耗。 AT24C02 有一个 16 字节页写缓冲器。该器件通过 IIC 总线接口进行操作， 有一个专门的写保护功能。支持 I2C，总线数据传送协议 I2C，总线协议规 定任何将数据传送到总线的器件作为发送器。任何从总线接收数据的器件 为接收器。数

10、据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制 的。主器件和从器件都可以作为发送器或接收器，但由主器件控制传送数 据（发送或接收）的模式，由于 A0、A1 和 A2 可以组成 000111 八种情 况，即通过器件地址输入端 A0、A1 和 A2 可以实现将最多 8 个 AT24C025器件连接到总线上，通过进行不同的配置进行选择器件。 （3） 内部内部 EEPROM STC12C5A60S2 内部集成了 2Kbyte 的 EEPROM,与程序存储空间分开， 通过利用 ISP/IAP 技术可将内部的数据存储器当 EEPROM,擦写次数在 10 万次以上。共有两个扇区，每个扇区有 512 个

11、字节的存储空间，可用于保 存一些掉电后需要保存的数据。 由于本密码系统所需存储的数据不多，使用内部 EEPROM 的空间就足 够了，而且使用内部 EEPROM 无需增加外部电路，故决定采用内部 EEPROM 作为掉电存储密码。第二章第二章系统组成及工作原理系统组成及工作原理2.1 系统概要设计系统概要设计 本系统原理图设计思路主要是分单片机最小系统版，液晶接口电路，蜂鸣 器报警电路以及矩阵键盘电路四部分，单片机有四组 I/O 口可以使用，矩阵键 盘用 P1 口一组，液晶显示屏数据接口 DB0DB7 用 P0 口一组，片选 RS,数据 命令引脚 RW,使能 EN 三个引脚分别接单片机的 P21,

12、P22,P23。蜂鸣器控制接口 接单片机的 P36,此外，为测试方便，将接在单片机的 P27 I/O 口的按键作为密 码恢复初始状态按键，当该按键按下时，系统恢复初始密码。按设计任务要求 系统通过矩阵键盘操作，选择是进入输入密码模式，还是修改密码模式及还原 初始密码模式。当选择输入密码模式时，输入密码正确则显示输入密码正确和 开锁信息提示，当输入密码错误时，如果输入密码错误次数超过三次则通过蜂 鸣器报警同时锁键盘。当进入修改密码模式时，先输入原先密码，原密码输入 正确则进入修改密码界面，当两次输入新密码对应时则提示修改密码成功，并 把新密码存储到单片机的 EEPROM 内，如果修改密码错误则提

13、示修改密码失败。2.2 系统组成框图系统组成框图本密码系统的组成框图如下所示本密码系统的组成框图如下所示: 系统主要由矩阵键盘输入模块，独立按键，单片机最小系统，系统主要由矩阵键盘输入模块，独立按键，单片机最小系统，LCD12864 显示显示 模块，蜂鸣器组成。模块，蜂鸣器组成。矩阵键盘输入STC12C5 A60S2 单 片机12864 液晶显 示信息蜂鸣器独立按键恢复 初始密码6图图 2.2 系统框图系统框图2. 3 各模块工作原理各模块工作原理 2.31 单片机工作原理单片机工作原理图图 2.31 最小系统板最小系统板单片机是整个系统的核心，其最小系统版主要由复位电路，震荡电路及指 示灯电

14、路组成，复位电路是防止系统死机或程序跑飞是让程序从开头开始正 常运行，12MHz 晶振电路结合单片机内部电路，产生单片机所必须的时钟频 率，为系统提供基本的时钟信号，单片机的一切指令的执行都是建立在这个 基础上的，晶振提供的时钟频率越高，单片机运行的速度就越快。单片机 I/O 口通过接收来自矩阵键盘的按键信息，执行相应的程序，以及将信息通过 I/O 口送到 12864 液晶显示器上显示。 2.32 矩阵键盘工作原理矩阵键盘工作原理7图图 2.32 矩阵键盘矩阵键盘4 X 4 矩阵键盘通过 8 根线连到单片机的 I/O 口，采用行列扫描法，先将连接 矩阵键盘的单片机 I/O 口的高四位置 0，低

15、四位置 1，当矩阵键盘中有按键按下 时，可以判断是哪一行有按键按下，同时又将高四位置 1，低四位置 0，可以判 断按下的按键在哪一列，因此，就可以知道是哪一个按键按下，单片机通过读 取按键的值执行输入密码，修改密码等相应的操作。2.33 液晶显示工作原理液晶显示工作原理图图 2.33 12864 液晶显示屏接口液晶显示屏接口12864 液晶显示屏共有 20 个引脚，包括片选引脚 RS,命令/数据选择引脚 RW，使能引脚 EN,对比度调节引脚 V0 及并行数据输入输出引脚 DB0DB7。 单片机通过控制 RS,RW 及 EN,将要显示的信息通过单片机 I/O 口输出到和液晶 屏相连的 DB0DB7 上，在显示屏上显示出来。显示屏上有四行，每行能显示 8 个汉字，主要是用来显示系统的主菜单，及密码输入，修改密码等提示信息。2.34 蜂鸣器工作原理蜂鸣器工作原理图图 2.34 蜂鸣器电路蜂鸣器电路蜂鸣器电路主要由蜂鸣器，三极管组成，该电路采用 NPN8550 三级管，主 要作用是但单片机 P36 I/O 口置 0 时，三极管导通，集电极的电流通过 PN 结流8到发射极驱动蜂鸣器发出声音。第三章第三章 程序设计程序设计3.2 软件编程设计软件编程设计 3.21 程序流程图程序流程图NYNYS11 按下S12 按下 S4 按下 N(输错三次)Y