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1、目录1绪论11.1本设计的研究背景与研究目的11.2国内外研究现状22电子密码锁的总体设计方案32.1方案论证32.1.1方案一采用单片机控制方案32.1.2方案二采用数字电路控制方案42.1.3方案三采用EDA控制方案52.2方案比较以及可行性53电子密码锁硬件电路的设计63.1中央控制模块的设计63.1.1主控芯片STC89C52单片机的简介63.1.2时钟电路的设计73.1.3复位电路的设计83.2键盘输入模块的设计93.2.1矩阵键盘工作原理93.2.2单片机键盘扫描法103.3LCD显示密码模块的设计103.3.1LCD1602简介113.3.2LCD1602液晶显示模块与单片机连接
2、电路123.4开锁模块的设计133.5报警模块的设计133.6硬件电路总体设计144电子密码锁的软件设计154.1主程序流程介绍154.2键盘模块流程图164.3显示模块流程图184.4修改密码流程图194.5开锁和报警模块流程图205电子密码锁的系统调试及分析225.1硬件电路调试及结果分析225.2软件调试及功能分析225.2.1调试过程225.2.2仿真结果分析245.3系统调试266结论及展望286.1结论286.2展望28谢辞29参考文献30附录32附1部分代码32附2总电路图401绪论1.1本设计的研究背景与研究目的随着人们生活水平的提高和社会科技的进步，锁已发展到了密码锁、磁性锁
3、、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。因此电子密码防盗锁作为防盗卫士的作用日趋重要，而如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，而电子密码防盗锁用密码代替钥匙，不但省去了佩戴钥匙的烦恼，也从根本上解决了普通门锁保密性差的缺点。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
4、其中的组成部分，因此研究它具有重大的现实意义。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。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲，一块芯片就成了一台计算机。随着电子技术和计算机技术的飞速发展，单片机性能不断完善，性价比显著提高，技术日趋完善。由于单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强及运算速度快等特点，因而在国民经济建设、军事及家用电器等各个领域均得到了广泛的应用。它主要是作为控制部分的核心部件。它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离
5、线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。本设计利用单片机及附加器件实现数据传送和控制算法，来完成某一实际功能，检验并提高同学对整体电路设计和把握能力，了解单片机系统设计流程，以及电路板的实际制作和调试能力。同时也加强对数字电路、单片机和微机原理等课程知识的实际应用能力，也为同类产品的进一步发展奠定理论和实践基础。1.2国内外研究现状随着人们对安全的重视和科技的发展，许多电子智能锁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
6、纹和有效卡，只能适用于保密要求的箱、柜、门等。而且指纹识别器，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。电子锁，由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的欢迎。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。目前，在西方发达国家，电子密码锁的技术相对先进，种类齐全，电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中，通过多种更加安全，更加可靠的技术实现大门的管理。在我国电子锁整体水平尚处于国际上70年代左右，电子密码锁的成本还很高，市场上仍以按键电子锁为主，按键式和卡片钥匙式电子锁已引进
7、国际先进水平，现国内有几个厂生产供应市场。但国内自行研制开发的电子锁，其市场结构尚未形成，应用还不广泛。国内的不少企业也引进了世界上先进的技术，发展前景非常可观。2电子密码锁的总体设计方案2.1方案论证2.1.1方案一采用单片机控制方案选用单片机STC89C52 作为本设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口，及其控制的准确性，实现基本的密码锁功能。在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制，外接LCD显示器用于显示作用。框图如下图2.1所示。复位电路振荡电路键盘电路开锁电路AT9C 51单片机报警电路显示电路 图2.1 系统框图1)中央控制部分采用 STCT
8、89C52 单片机，该型单片机有 8KB 的 ROM, 512B 的 RAM,5个中断源, 3个16 位定时器/计数器。 2)显示部分采用1602LCD显示屏组成显示电路来提示信息。当输入密码时，只显示*，当密码位数输入完毕按下确认键之后，对输入的密码进行比较，正确就发出叮当声，同时门打开；若密码输入不正确时显示错误，并计次录数，当次数超过三次就触动蜂鸣器发出报警声。3)键盘输入部分本设计所采用键盘为44行列式。每一条水平线（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 4 条行线和 4条列线，即可组成44个按键的键盘。在行线所接的单片机4个I/O
9、 口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入端。当按键没有被按下时所有的输出端都是高电平，代表无键按下。一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样通过读入输入线的状态就可知是否有键按下。按键功能分配分为数字键和功能键，数字键主要是用于密码输入，功能键主要是用于修改密码、确认密码、删除密码等。4) 报警电路部分当输入密码错误超过3次，就会触动报警电路中蜂鸣器。5）开锁电路部分用发光二极管代替开锁的电路，发光表示开锁。2.1.2方案二采用数字电路控制方案用以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
10、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10秒（一般情况下，用户不会超过10秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警20秒，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘2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。电路框图如图2.2所示。密码修改电路键盘输入电路报警电路开锁电路执行电路密码校验电路图2.2 密码锁电路2.1.3方案三采用EDA控制方案
11、1）整体结构设计电子密码锁包括键盘控制、 密码设置和报警提示三大功能模块。2）硬件描述语言VHDL描述电路首先在合适的路径下建立本设计的文件夹。 然后用VHDL语言编辑。最后仿真测试及编程下载配置。 2.2方案比较以及可行性方案一采用基于单片机实现的电子密码锁，其中硬件电路设计具有按键有效提示、输入错误提示、控制开锁电平、控制报警电路、修改密码电路等多种功能。密码锁内部的单片机是核心处理设备，单片机有体积小、质量轻、价格便宜诸多优点。单片机软件部分软件的设计主要是 51 单片机的程序编写且单片机是靠程序运行的，如果需要修改只需要修改程序，不需要将整个硬件电路做整修，这不仅以节约资源而且可以节约
12、时间，提高工作效率。因为通过不同的程序可以实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能。这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的，但是单片机却可以轻松解决。通过编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性，比起数电中逻辑器件这个优点显而易见，因此方案一比方案二合适。对比方案三，虽然都可通过编程来实现各种功能，但是单片机是软件编程，而EDA技术是在软件平台下，用硬件描述语言VHDL来实现的。设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL完成设计文件。对于我个人来说，EDA方面的知识有限，不太会运用，因此我个人不选择这个方案。综上，本次设计最优选择为方案一即采用AT89
13、C51为核心的单片机控制，其方案的可行性如下：n 单片机价格实惠，因而毕业设计成本不高。n 单片机型号、种类多，在市场上容易购买。n 电路的安装和调试都比较容易方便，比较易于实现。 3电子密码锁硬件电路的设计本设计主要由中央控制模块、键盘输入模块、LCD显示密码模块、开锁电路模块、蜂鸣器报警电路模块五大模块组成。3.1中央控制模块的设计中央控制主要由STC89C52单片机构成，辅以复位电路和时钟电路。3.1.1主控芯片STC89C52单片机的简介1）STC89C52单片机的主要特性如下： 1) 增强型 8051 单片机，6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传
14、统 8051。 2) 用户应用程序空间为 8K 字节，片上集成 512 字节 RAM 。3) 通用 I/O 口（32个），P1/P2/P3/P4 是准双向口/电阻上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。 2）STC89C52RC 引脚功能说明：1) VCC（40 引脚）：电源电压 2) VSS（20 引脚）：接地 3) P0 端口（P0.0P0.7，3932 引脚） ：P0 口是一个漏极开路的 8 位双向 I/O 口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL 负载，对端口 P0 写入每个引脚能驱动 写入“1”时，可 以作为高阻抗输入。
15、4) P1 端口（P1.0P1.7，18 引脚） ：P1 口是一个内部带上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P1 口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。 5) P2 端口（P2.0P2.7，2128 引脚） ：P2 口是一个内部带上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。P2 作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会 输出一个电流（I）。6) P3 端口（P3.0P3.7，1017 引脚） ：P3 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。7) RST（9 引脚） ：复位输入,当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效， 用来完成单片机的复位初始化操作。8) ALE/ ROG （30 引脚） 地址锁存控制信号 ：（ALE） 是访问外部程序存储器时， 锁存低 8 位地址的输出脉冲。 图3.1 STC单片机管脚图3.1.2时钟电路的设计时钟信号用来
