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1、河北大学工商学院 2011 届本科生学年论文（课程设计）11 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
2、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
3、这类电子防盗产品的主流。本次设计使用 AT89C52 实现一基于单片机的电子密码锁的设计。河北大学工商学院 2011 届本科生学年论文（课程设计）22 电子密码锁的工作原理本设计以 AT89C52 单片机为控制核心，结合矩阵键盘、自动报警系统等来完成电子密码锁的设计。单片机接收键入的代码，并与存贮在 EEPROM 中的密码进行比较，如果密码正确，驱动电磁执行器开锁，则门开，同时用 LED 发光二极管亮一秒钟做为提示，同时发出“叮咚”声；如果密码不正确，禁止按键输入 3 秒，同时发出“嘀、嘀”报警声；若在 3 秒之内仍有按键按下，则禁止按键输入 3 秒被重新禁止，如果继续按键，每按下一次键，会发
4、出“嘀”的报警声；如果输入密码超过已设定好的密码的位数时，会发出“嘀”的提示声。密码错误或位数超出时，数码管“P”位会灭掉，提示用户操作出错。图 2.1 单片机控制方案AT89c52单片机矩阵键盘控制串口显示电路指示电路延时报警控制电路开锁控制电路河北大学工商学院 2011 届本科生学年论文（课程设计）33 硬件电路设计3.1 AT89C52 简介3.1.1 AT89C52 的主要工作特性AT89C52 是美国 Atmel 公司生产的低电压、高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8KB 的可反复檫写的程序存储器和 12B 的随机存取数据存储器（RAM） ，器件采用 Atmel 公司的高密度、
5、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内配置通用 8 位中央处理器（CPU）和 Flash 存储单元，功能强大的 AT89C52 单片机可灵活应用于各种控制领域。AT89C52 单片机属于 AT89C51 单片机的增强型，与 Intel 公司的 80C52 在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统等方面兼容。其主要工作特性是： 片内程序存储器内含 8KB 的 Flash 程序存储器，可擦写寿命为 1000 次； 片内数据存储器内含 256 字节的 RAM； 具有 32 根可编程 I/O 口线； 具有 3 个可编程定时器； 中断系统是具有 8 个中断源、6 个中断矢量、2 个
6、级优先权的中断结构； 串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口； 具有一个数据指针 DPTR； 低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式； 具有可编程的 3 级程序锁定位； AT89C52 工作电源电压为 5（1+0.2）V，且典型值为 5V； AT89C52 最高工作频率为 24MHz。 13.1.2 AT89C52 各引脚功能及管脚电压 VCC:电源电压 GND:接地线 P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也是地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口 P0 写“1”时，可作为共阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程
7、序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口:P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL逻辑电平.对 P1 端口写1时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用.作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL). 此外,P1.0 和 P1.2分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器 2 的触发输入河北大学工商学院 2011 届
8、本科生学年论文（课程设计）4(P1.1/T2EX),具体如下表所示. 在 flash 编程和校验时,P1 口接收低 8 位地址字节.P2 口:P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL逻辑电平.对 P2 端口写1时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用.作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL). 在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器(例如执行 MOVX DPTR)时,P2 口送出高八位地址.在这种应用中,P2 口使用很强的内部上拉发送 1.在使用 8 位地址(如 MOVX RI)
9、访问外部数据存储器时,P2 口输出 P2 锁存器的内容. 在 flash 编程和校验时,P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号. P3 口:P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,p2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL逻辑电平.对 P3 端口写1时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用.作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL). RST: 复位输入.晶振工作时,RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位.看门狗计时完成后,RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平.特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO
10、位可以使此功能无效.DISRTO 默认状态下,复位高电平有效. ALE/PROG: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.在 flash 编程时,此引脚(PROG)也用作编程输入脉冲. 在一般情况下,ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲,可用来作为外部定时器或时钟使用.然而,特别强调,在每次访问外部数据存储器时,ALE 脉冲将会跳过. 如果需要,通过将地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位置 1,ALE 操作将无效.这一位置 1,ALE 仅在执行 MOVX 或 MOVC 指令时有效.否则,ALE 将被微弱拉高.这个 ALE 使能标志位(地址为 8E
11、H 的 SFR 的第 0 位)的设置对微控制器处于外部执行模式下无效. 河北大学工商学院 2011 届本科生学年论文（课程设计）5PSEN:外部程序存储器选通信号(PSEN)是外部程序存储器选通信号. 当 AT89C52 从外部程序存储器执行外部代码时,PSEN 在每个机器周期被激活两次,而在访问外部数据存储器时,PSEN 将不被激活. EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号.为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部程序存储器读取指令,EA 必须接 GND. 为了执行内部程序指令,EA 应该接 VCC. 在 flash 编程期间,EA 也接收 12 伏 VPP 电压. XTAL1:振荡器
12、反相放大器和内部时钟发生电路的输入端. XTAL2:振荡器反相放大器的输出端. 23.2 电路系统的功能单元设计本系统的电路组成比较简单，最基本的单片机驱动电路和键盘扫描电路，开锁电路和显示电路以及报警系统。驱动电路包括振荡电路、复位电路：键盘扫描电路由 44键盘矩阵构成：报警系统由报警装置扬声器构成：显示系统由八位 LED 数码管构成。3 电路元件及参数：1、AT89C52， PCB Package : DIL40, Clock Frequency ：12MHZ2、C2、C1 ,33PF , PCB Package: CAP103、X1, PCB Package: XTAL18, Frequ
13、ency: 1MHZ4、C3, 10uF, PCB Package: ELEC-RAD，5、R1, 220, PCB Package: RES406、R5,10K , PCB Package: RES407、LED:D18、SOUNDER:LS1，Playback Simple Rate: 44100， Playback Buffer Time： 500ms9、LED 4 位数码管 :7SEG-MPX4-CC3.2.1 开锁电路设计通过单片机送给开锁执行机构，电路驱动电磁锁吸合，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AT89c52单片机开锁驱动电路电磁锁和提
14、示系统密码正确？Y提示错误返回N河北大学工商学院 2011 届本科生学年论文（课程设计）6当用户输入的密码正确而且是在规定的位数输入的话，单片机便输出开门信号，送到开锁驱动电路，然后驱动电磁锁，达到开门的目的。3.2.2 键盘电路设计本系统采用采用 4X4 行列式矩阵键盘,同时也能减少键盘与单片机接口时所占用的I/O 线的数目，在按键比较多的时候，通常采用这样的方法。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 NM 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
15、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。首先辨别键盘中有无键按下，有单片机 I/O 口向键盘送全扫描字，然后读入行线状态来判断。方法是：向行线输出全扫描字 00H，把全部列线置为低电平，然后将列线的电平状态读入累加器 A 中。如果有按键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为 1。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
16、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 3.2 所示。共计数字键 10 个，功能键 2 个，即确认键和删除键。 4图 3.2 键盘操作图3.2.3 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，选择八位共阳的数码管,本河北大学工商学院 2011 届本科生学年论文（课程设计）7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 3.3 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。 5图 3.3 显示电路原理图3.2.4 设计总体电路图图 3.4 总体电路图3.2.5 系统电路的仿真图输入密
