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1、精选优质文档-倾情为你奉上基于单片机的密码锁设计二零一四年四月专心-专注-专业基于单片机的密码锁设计摘要:电子密码锁具有安全性强，不易被破坏的优点，与传统的机械锁相比有其独特的优势。研究这种锁的初衷，是提高锁具的安全性，因为电子密码锁的密钥量(密码量)极大，可以和机械锁配合，避免因钥匙被仿制而出现的问题。本论文从电子密码锁系统的功能，硬件电路设计，软件设计分别论述这一系统。通过使用单片机STC89S52作为控制核心，连接外部存储器24C02,实现密码断电保存，通过七段数码管显示，制作一种密码锁。该锁具有开锁、解密、修改、保存密码、用户密码等基本的密码锁功能，还具有调电存储、数码提示等功能。关键
2、字:单片机；存储器；七段数码管；自动化目录摘 要I1绪论1.1 本设计课题的目的和意义1.1.1 机械锁的缺点社会不断的进步，人们生活水平也在不断地提高，安全成为现代居民最关心的问题之一。从古至今，锁一直就是保护人们财产的必不可少的工具。目前，我们最常用的锁就是圆柱形销栓的弹子锁，其机构简单，使用方便，价格便宜，但在使用中暴露了很多缺点： 容易被开启。目前，传统机械门锁仅仅是单纯的契合型机械装置，无论其宣称如何复杂、坚固，所谓的“开锁大王”仍然能在数分钟之内就可将其开启，并且不留任何痕迹。 内部机械结构复杂、故障率高：机械门锁由单纯的契合型机械装置构成。由于机械结构复杂，制造、装配工艺落后，在
3、使用中锁具会因为其配件出现阻滞、变形、脱落等问题而导致失效。 换锁麻烦。当钥匙遗失、被人配制、房子出租收回后或有其它不安全因素存在时，就必须换锁，一年内换几次锁的情况也时有发生。 互开率高。由于机械钥匙自身编码能力极低，导致互开率高，即使机械钥匙匙形编码不同，也同样存在互开的问题。在同一幢楼里甚至是同一单元的两对门，也可能会出现别人家的钥匙能打开你家门的问题。 易被破坏。我们长期以来所使用的门锁不但很不安全，而且非常容易被破坏，因为机械锁具的锁芯孔被一点点异物堵塞就会开不了门，类似的破坏随手操作几秒钟就可得逞，报纸、电视等媒体上经常有此类报道。 带钥匙的烦恼。一道门至少需要带一把钥匙，所以我们
4、都曾饱受携带一大串钥匙的痛苦。一旦有一串钥匙丢失，出于安全考虑，会造成多把门锁需要更换的情况。 钥匙开门的烦恼。开门前总要花一定时间在许多钥匙之间挑选，在插入钥匙开门过程中还要分清左旋还是右旋，并转动几周方能开锁，经常会因为天地杆等机械运动不畅而导致开门困难，特别是老人和小孩有时根本就开不了门。1.1.2 电子密码锁的优点 硬件结构简单，功能丰富。采用单片机来实现的电子密码锁，在设计时遵循以软件代替硬件，能用软件实现的东西就不用硬件去做，而且可以在硬件不变的情况下，改动相应的软件，派生出不同功能的产品。 密码组合多，安全性好。本设计采用了09 共十个数字作为密码编码，密码可在09 位内任意设置
5、。如果设定密码为10 位,则密码组合为100多亿种，即使每20秒测试一组密码，进行试探性破译，试完全部密码大约要6000多年。如果密码长度再增加，破译就更加困难。 安全方便。无需携带金属钥匙，只需记得一组密码。一旦发现密码有泄露的危险,可即时更改密码。 为社区的电子化管理提供了方便。现代社会是电子社会，电子存在于我们生活的每一角落，出于管理的统一和方便考虑，电子密码锁替代机械门锁是一种趋势。根据国外的统计资料，装有电子防盗的商业区或居民区盗窃犯罪率平均下降30%左右。1.1.3 课题的研究现状随着电子技术的发展单片机功能的增强，出现了带微处理器的智能密码锁，它除了具有电子密码锁的功能外，还引入
6、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。目前发达国家已经大规模地应用智能门禁系统，可以通过多种更加安全，更加可靠的方法来实现大门的管理。但电子密码锁在我国的应用还不广泛，主要出现在保险柜、密码箱、高级宾馆等场所，家居用的较少，究其原因有以下几点： 价格原因。现在买一把普通的机械锁，价格在几块到几十块左右，而电子密码锁的价格较贵，一般在百元以上，进口的甚至要上千元，买一把这样的锁对很多家庭来说，是很难接受的。 厂商的推广力度不够。电子密码锁属于较新的高科技产品，许多用户对其并不了解，更不用说拿它与传统的机械锁作比较。而一般的商场也不会经营这种产品，用户即使想买也难
7、以买到。目前我国开发的电子密码锁的技术还比较落后，开发的密码锁大多采用分离电子元件或普通数字电路设计生产的，尽管与机械钥匙锁相比有许多优点，但智能化程度低,编码组合仍较少。 采用STC89C52 单片机制作的电子密码锁，就克服了以上的两大缺陷。其主要特点为: 保密性好。由于采用6位密码，随机破码率很低，并且在密码可能泄露的情况下及时更改密码，避免因人员的更替等特殊情况而使锁的安全性下降。 破解保护。连续三次输入错误密码将锁定键盘一段时间。 界面简洁。操作简单人性化，故障率低，密码输入操作简便。 通用性强。可根据需要可安装在不同的设备上1.2 电子密码锁电路程序的功能与设计方案随着社会的发展，人
8、民生活水平的提高，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，电子密码锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了人们亲睐。由单片机系统、矩阵键盘、LED 显示和报警系统组成的电子密码锁。具有开锁、超次锁定、解密、修改、保存密码、用户密码基本的密码锁的功能，还具有调电存储、声光提示等功能。克服了普通锁需要随身携带钥匙且易丢失、保密性差的缺点，在宾馆、办公大楼、仓库、保险柜和家庭普遍适用。本设计中要求电子密码锁的基本功能如下： 电源开始后，显示器显示“P0000”； 按“NC”，清除显示器为“”； 更改密码时，先按“a,c”再输入新号码，即可建立新号码；
9、 键立号码，再按“OK”开门键，若号码与密码相符，则门会打开，否则显示三次后器会自动报警；密码开锁电路原理图如图1.1所示。 键盘设计要求如表1.1所示。开锁驱动电路STC89C52单片机密码正确超次报警电磁锁开锁是否图1.1 密码锁开锁电路原理图表1.1 键盘设计0123456789空空AOKCNC2电子密码锁方案设计2.1 硬件设计方案2.1.1 主电路的原理设计基于单片机的电子密码锁主要以STC89C52单片机为电子密码锁系统核心，使用4*4矩阵键盘作为数据输入方式，驱动数码显示器提示程序运行过程和开锁的步骤，利用AT24C02芯片实现掉电存储。各电路有其特有功能，以下将分别论述，系统功
10、能框图如图2.1所示。STC89C52单片机AT24C02存储芯片矩阵键盘控制 数码显示器 蜂鸣器提示电路电源模块LED密码校验提示 图2.1 系统功能框图2.1.2 单片机应用系统电路方案单片机控制电路主要由 STC89C52 与其外围设备组成 ，STC89C52 应用方案的确定如下。 STC89C52 的组成与结构 STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，包括 CPU、存储器、可编程 I/O 口、定时/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。除此之外，还有驱动器、锁存器、指令寄存器、地址寄存器等部分。 STC89C52的引脚 STC89C52单片机实际有
11、效的引脚为 40 个，为了尽可能缩小体积，减少引脚数，STC89C52的不少引脚还具有第二功能。40 个引脚大致分为 4 类：电源、时钟、 控制和 I/O 引脚。1) 电源：a.VCC 芯片电源，接+5V；b.VSS接地端。2) 时钟：XTAL1、XTAL2 晶振电路反相输入端和输出端。3) 控制线控制线共4 根，其中 3 根是复用线。a. ALE/PROG 地址锁存允许/编程脉冲。b. /PSEN 外 ROM 读选通信号。c. RST/VPD 复位/备用电源。d. /EA/VPP 内外 ROM 选择端/编程电源。4）I/O 线,STC89C52共有4个8位并行 I/O 端口，共 40 个引脚
12、。STC89C52引脚如图2.2所示。a. P0口（P0.0P.07）:8 位双向 I/O 口。在访问外部存储器时，P0 口用于分时传送 低 8 位地址（地址总线）和 8 位数据信号（数据总线）。在不接外 ROM 和外 RAM 时，P0 口可做双向 I/O 口用。b. P1口（P1.0P1.7）：8 位准双向 I/O 口（准双向是指口内部有固定的上拉电阻）。 c. P2口（P2.0P2.7）:8位准双向 I/O 口。在访问外部存储器时，P2 口用于传送高8 位地址（属地址总线）。d. P3口（P3.0P3.7）:8 位准双向 I/O 口。可做一般 I/O 口用，同时 P3 口每一引脚还具有第二
13、功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线） 图2.2 STC89C52引脚图2.1.3 键盘接口电路 键盘是单片机系统中最常用的人机联系的一种设备，它由若干个按键组成，用户通过键盘向 CPU 入数据或命令以实现简单的人机通信。 对键盘的识别可分为两类：一类是由专门的硬件电路来识别（如 2376、74C922），它使用起来方便，但需要价格昂贵的芯片，单片机系统中一般不采用；另一类靠软件来识别 ，它结构简单，价格便宜，应用灵活。本设计中查询的方法识别键，优点是电路简洁，节省硬件，抗干扰能力强，应用灵活，缺点是占用较多的 CPU 时间资源。非编码键盘可以分为两种结构形式：独立式键盘和行列式键
14、盘。本次设计中采用的是行列式键盘，可节省 I/O 口线。其工作原理是：行线 P1.0P1.3 是输入线，CPU 通过其电平的高低来判别键盘是否被按下。依次使列线 P1.4P1.7 中的一根输出为低电平，则只有与之对应的键按下时，才能使行线为低电平。2.1.4 数码管数码显示电路显示数码管（动态）工作原理：逐个地循环点亮各位显示器，也就是说在任一时刻只有 1 位显示器在显示 。LED动态显示的优点是用较少的端口，可以扩展多位LED显示器。缺点是过多的占用CPU的时间。除了LED动态显示，还有一种是LED静态显示。LED静态显示的优点是不占用CPU的时间，缺点是占用过多的输出端口。采用动态显示的数码管为了使人看到所有显示器都在显示，就得加快循环点亮各位显示器的速度(提高扫描频率) ，利用人眼的视觉残留效应，给人感觉到与全部显示器持续点亮的效果一样。一般地，每秒循环扫描不低于 50 次。数码管显示电路的工作原理：数码管显示时，P0.0-P0.3 根据程序输出高电平或低电平，送到 7447 译码器的四个输入端，经过7447译码后由 7 个输出端输出，输出信号经过限流电阻（防止数码管因电流过高而损坏）送至数码管的阴极。同时，单片机的 P0.4-P0.6 根据要求输出高电平或低电平，送到 74LS138
