基于单片机的电子密码锁设计 易小辉 .doc

1、科 学 技 术 学 院NANCHANG UNIVERSITY COLLEGE OFSCIENCE AND TECHNOLOGY 学 士 学 位 论 文THESIS OF BACHELOR（2011 2015 年）题 目 基于单片机的电子密码锁设计 学 科 部： 信息学科部 专 业： 电子信息工程 班 级： 电子 111 班 学 号： 7020911022 学生姓名： 易小辉 指导教师： 彭老师、胡老师 起讫日期：2014 年 11 月 17 日2014 年 11 月 28 日目录摘 要 .1第一章 绪论 .21.1 论文的背景和意义 .21.2 论文研究的内容 .21.3 设计方案 .2第二章

2、 芯片介绍 .42.1 主要特性 .42.2 AT89C51 功能描述 .42.3 工作模式 .6第三章 硬件设计 .73.1 液晶显示模块 .73.2 键盘输入模块 .73.3 电路原理图及说明 .10第四章 软件设计 .114.1 软件环境介绍 .114.1.1 Keil 工程文件 .114.1.2 源文件的建立 .114.1.3 工程文件的建立 .114.1.4 工程的详细设置 .124.1.5 编译与连接 .124.2 部分程序介绍 .144.2.1 系统主流程 .144.2.2 键盘的扫描 .144.2.3 LCD1602 的读写 .16第五章 系统仿真调试 .215.1 软件调试

3、.215.2 综合调试 .215.3 试调显示 .22第六章 总结 .23参考文献(REFERENCES) .24致谢 .250基于单片机的电子密码锁设计专业：电子信息工程 学号：7020911022 学生姓名：易小辉 指导教师：彭老师、胡老师摘 要：随着社会物质财富的日益增长，单片机性能不断完善，安全防盗已成为人们所关注的焦点。传统的机械锁由于其构造的简单，安全性能低，无法满足人们的需要。本 次 毕 业 设 计 采用美国 Atmel 公司的单片机 AT89C51 为主控芯片， 设 计 一 个 电 子密 码 锁 系 统 。 结合外围的键盘输入、显示、报警、开锁等电路，用 C 语言编写主控芯片的

4、控制程序，设计了一款可以多次更改密码具有报警功能的电子密码锁。经实验证明，该密码锁具有设计方法合理，简单易行，成本低，安全实用等特点，符合家庭住宅、办公室、仓库等用锁要求，具有推广价值。关键字：单片机，密码锁，报警，安全，实用1第一章 绪论1.1 论文的背景和意义在 人 们 日 常 的 工 作 生 活 中 , 住 宅 与 各 部 门 的 安 全 防 范 、 文 件 、 档 案 、 财 务 报 表 与一 些 个 人 资 料 的 保 存 大 多 以 加 锁 的 办 法 来 加 以 保 护 。 “安全”已经成为现代居民最关心的问题之一。若 人 们 在 生 活 中 使 用 传 统 的 机 械 式 钥

5、匙 开 锁 ， 而 常 常 需 携 带 多 把 钥 匙 , 使 用 极 其 不 方 便 , 而 且 如 果 钥 匙 丢 失 后 安 全 性 即 大 打 折 扣 。 随 着 社 会 科 学 技 术 的 不 断发 展 ， 人 们 对 日 常 生 活 中 的 安 防 保 险 的 要 求 越 来 越 高 。 以此，为 了 满 足 人 们 对 锁 的使 用 要 求 ， 增 加 其 使 用 安 全 性 ， 随着单片机的问世，用 电 子 密 码 代 替 钥 匙 的 密 码 锁 应运 而 生 。 它的保密性好，安全系数高，使用灵活性好，制造成 本 低 ， 功 率 消 耗 低 ， 易 操作 等 优 点 ， 因而

6、受到广大用户的青睐。在 生 活 中 ， 在 人 们 对 安 全 的 重 视 与 科 技 的 发 展 ， 许 多 电 子 智 能 锁 （ 指 纹 识 别 、IC 卡 辨 认 ） 已 经 在 国 内 外 相 继 面 世 。 但 这 些 电 子 产 品 的 特 点 是 针 对 特 定 的 指 纹 和 有 效卡 ， 其 只 能 适 用 于 保 密 要 求 的 箱 、 门 、 柜 等 。 而 且 对 于 指 纹 识 别 器 ， 若 在 公 共 场 所 使用 其 存 在 容 易 机 械 损 坏 ， IC 卡 还 存 在 容 易 丢 失 、 损 坏 等 不 良 特 点 。 再 加 上 其 制 造 成本 较

7、高 ， 在 一 定 程 度 上 限 制 了 这 类 电 子 产 品 的 普 及 与 推 广 。 鉴 于 目 前 的 科 学 技 术 水 平与 市 场 消 费 的 接 收 程 度 ， 可 以 看 出 电 子 密 码 锁 是 这 类 电 子 防 盗 产 品 的 主 流 1。1.2 论文研究的内容使 用 ATMEL 公 司 的 AT89C51 来 实 现 基 于 单 片 机 的 电 子 密 码 锁 的 设 计 ， 其 主 要具 有 如 下 功 能 ：1、 设 置 4 位 密 码 ， 密 码 由 键 盘 输 入 ， 若 密 码 正 确 ， 则 锁 打 开 。2、 密 码 可 以 由 用 户 自 己 修

8、 改 设 定 （ 只 支 持 4 位 密 码 ） ， 在 初 始 密 码 输 入 成 功 后才 能 修 改 密 码 。 且 在 修 改 密 码 之 前 必 须 再 次 输 入 密 码 ， 输 入 新 密 码 时 候 需 要 二 次 确 认 ，以 防 止 进 行 误 操 作 。3、 报 警 与 锁 定 键 盘 功 能 。 若 密 码 输 入 错 误 LCD1602 会 出 现 错 误 提 示 ， 则 蜂 鸣器 报 警 并 且 锁 定 键 盘 。1.3 设计方案总 系 统 硬 件 结 构 框 图 如 图 1.1：键盘输入模块复位电路晶振电路AT89C51显示模块报警电路开锁电路2图 1.1 系统硬

9、件结构框图电 子 密 码 锁 设 计 关 键 问 题 是 实 现 密 码 的 输 入 、 清 除 、 更 改 、 开 锁 等 功 能 ：1、 密 码 输 入 功 能 ： 插 上 电 源 后 ， LCD 提 示 输 入 密 码 ， 输 入 密 码 时 在 LCD1602上 显 示 “*”每 输 入 一 个 数 字 ， LCD 上 向 右 移 一 格 ， 同 时 “*”加 一 个 。 值 到 输 入 4 个“*”为 此 ， 若 一 次 性 输 入 大 于 4 个 密 码 ， 则 只 保 留 前 4 位 密 码 ， 按 “确 定 ”生 效 。2、 密 码 更 改 功 能 ： 在 确 认 输 入 正

10、确 密 码 后 ， 将 输 入 的 值 作 为 新 的 密 码 。3、 当 在 密 码 输 入 成 功 后 或 者 密 码 修 改 成 功 后 ， LCD 上 有 提 示 成 功 字 符 提 示 ，同 时 蜂 鸣 器 响 两 声 作 为 提 示 。3第二章 芯片介绍2.1 主要特性以 AT89C51 单 片 机 为 核 心 ， 其是由 ATMEL 公 司 推 出 的 一 种 小 型 单 片 机 ，1995 年 出 现 在 中 国 的 市 场 。 它 的 主 要 特 点 为 采 用 Flash 存 贮 器 技 术 ， 降 低 其 制 造 成本 ， 它 的 软 件 、 硬 件 与 MCS-51 完

11、 全 兼 容 ， 且 其 采 用 ATMEL 高 密 度 而 非 易 失 存 储器 制 造 技 术 来 制 造 ， 将 多 功 能 的 8 位 CPU 和 闪 烁 存 储 器 一 起 组 合 在 单 个 芯 片 中 ，在 一 定 程 度 上 ， 很 快 地 被 中 国 广 大 用 户 接 受 并 使 用 。 它 的 程 序 可 擦 写 特 性 ， 使 其 开发 与 试 验 比 较 容 易 ， 为 许 多 嵌 入 式 控 制 系 统 提 供 了 一 种 运 用 灵 活 性 高 且 物 美 价 廉 的方 案 。AT89C51 有 个 很 宽 的 工 作 电 源 电 压 ， 范 围 在 2.7 6V

12、 之 间 ,若 当 工 作 在 3V 时 ，其 电 流 相 当 于 在 6V 工 作 时 的 1/4。 89C51 工 作 频 率 于 12Hz 时 ， 其 动 态 电 流 为5.5mA， 且 空 闲 态 为 1mA,掉 电 态 仅 为 20nA。 对 于 这 样 小 的 功 耗 很 适 用 于 由 电 池 供电 的 小 型 控 制 系 统 当 中 。AT89C51 具 有 以 下 几 个 性 能 特 点 ： AT89C51 与 MCS-51 系 列 的 单 片 机 在 指 令 系 统 和 引 脚 上 完 全 兼 容 ； 片 内 有 4k 字 节 在 线 可 重 复 编 程 快 擦 写 程 序

13、 存 储 器 ； 全 静 态 工 作 ,工 作 范 围 :0Hz 24MHz； 1288 位 内 部 RAM； 32 位 双 向 输 入 输 出 线 ； 两 个 十 六 位 定 时 器 /计 数 器 ； 五 个 中 断 源 ,两 级 中 断 优 先 级 ； 一 个 全 双 工 的 异 步 串 行 口 ； 间 歇 和 掉 电 两 种 工 作 方 式 。2.2 AT89C51 功能描述AT89C51 是 一 种 低 损 耗 、 高 性 能 、 CMOS 八 位 的 微 处 理 器 ， 片 内 有 4k 字 节 的4在 线 可 重 复 编 程 与 快 速 擦 除 快 速 写 入 程 序 的 存 储

14、器 ， 能 够 重 复 写 入 或 擦 除 1000 次 ，数 据 可 保 存 时 间 为 10 年 。 其 与 MCS-51 系 列 的 单 片 机 在 指 令 系 统 与 引 脚 上 完 全 可 兼容 ， 不 仅 可 完 全 替 代 MCS-51 系 列 单 片 机 ， 且 能 使 其 系 统 具 有 许 多 MCS-51 系 列 产品 所 没 有 的 功 能 。AT89C51 其 可 构 成 真 正 的 单 片 机 的 最 小 应 用 系 统 ， 缩 小 了 系 统 体 积 ， 增 加 了 系 统的 可 靠 性 ， 降 低 了 系 统 的 制 造 成 本 。 只 要 其 程 序 长 度

15、小 于 4K， 四 个 I/O 口 可 全 部 提供 给 用 户 。 可 5V 电 压 上 进 行 编 程 ,而 且 擦 写 的 时 间 仅 需 10ms， 其 仅 为 8751/87C51单 片 机 擦 除 时 间 的 百 分 之 一 ,与 8751/87C51 单 片 机 在 12V 电 压 上 擦 写 相 比 ， 其 不 易损 坏 器 件 ， 没 有 两 种 电 源 的 要 求 ， 改 写 时 可 不 拔 下 芯 片 ， 适 用 于 许 多 嵌 入 式 控 制 领 域 。其 工 作 电 压 范 围 在 （ 2.7V6V） 之 间 ， 全 静 态 工 作 ， 工 作 频 率 在 0Hz 2

16、4MHz 之 间 ，比 8751/87C51 等 51 单 片 机 系 列 的 6MHz 12MHz 更 具 有 灵 活 性 ,其 系 统 能 快 能 慢 。AT89C51 芯 片 提 供 了 三 级 程 序 存 储 器 加 密 ， 提 供 了 使 用 方 便 灵 活 而 可 靠 的 硬 加 密 手 段 ，可 完 全 保 证 程 序 或 系 统 不 被 仿 制 。 P0 口 是 三 态 双 向 口 ,通 称 数 据 总 线 口 ,因 为 只 有 该口 能 直 接 用 于 对 外 部 存 储 器 的 读 /写 操 作 9。AT89C51 引 脚 图 ：图 2.1 芯片引脚AT89C51 单 片

17、机 为 40 引 脚 芯 片 ， 如 上 图 2.1。地 址 总 线 和 数 据 总 线 ： P0、 P1、 P2、 P3 共 四 个 八 位 口 ：(1) P0 口 是 三 态 双 向 口 ， 通 称 数 据 总 线 口 ， 因 为 只 有 该 口 能 直 接 用 于 对 外 部 存 储器 的 读 /写 操 作 。 P0 口 也 用 以 输 出 外 部 存 储 器 的 低 8 位 地 址 。 由 于 是 分 时 输 出 ， 故 应在 外 部 加 锁 存 器 将 此 地 址 数 据 锁 存 ， 地 址 锁 存 信 号 用 ALE。(2) P1 口 是 专 门 供 用 户 使 用 的 I/O 口

18、 ， 是 准 双 向 口 。(3) P2 口 是 从 系 统 扩 展 时 作 高 8 位 地 址 线 用 。 不 扩 展 外 部 存 储 器 时 ， P2 口 也 可以 作 为 用 户 I/O 口 线 使 用 ， P2 口 也 是 准 双 向 口 。(4) P3 口 是 双 功 能 口 ， 该 口 的 每 一 位 均 可 独 立 地 定 义 为 第 一 I/O 功 能 或 第 二5I/O 功 能 。 作 为 第 一 功 能 使 用 时 操 作 同 P1 口 。 P3 口 的 第 二 功 能 如 表 2.1 所 示 。表 2.1 P3 口的第二功能口线 引 脚 第二功能P3.0 10 RXD（串

19、行输入口）P3.1 11 TXD（串行输出口）P3.2 12 INT0(外部中断 0)P3.3 13 INT1(外部中断 1)P3.4 14 T0（定时器 0 外部输入）P3.5 15 T1（定时器 1 外部输入）P3.6 16 WR（外部数据存储器写脉冲）P3.7 17 RD（外部数据存储器读脉冲）控 制 口 线 RESET(复 位 控 制 )、 PSEN(片 外 选 取 控 制 )、 ALE/PROG(地 址 锁 存 控 制 )、PSEN（ 选 通 信 号 ） 、 EA/VPP(片 外 存 储 器 选 择 )、 XTAL1 /XTAL2（ 晶 振 ） 。RST： 当 振 荡 器 复 位 器

20、 件 时 ， 要 保 持 RST 脚 两 个 机 器 周 期 的 高 电 平 时 间 。ALE/PROG： 当 访 问 外 部 存 储 器 时 ， 地 址 锁 存 允 许 的 输 出 电 平 用 于 锁 存 地 址 的 地位 字 节 。 在 FLASH 编 程 期 间 ， 此 引 脚 用 于 输 入 编 程 脉 冲 ； 在 平 时 ， ALE 端 以 不 变的 频 率 周 期 输 出 正 脉 冲 信 号 ， 此 频 率 为 振 荡 器 频 率 的 1/6。 因 此 它 可 用 作 对 外 部 输 出的 脉 冲 或 用 于 定 时 目 的 。 然 而 要 注 意 的 是 ： 每 当 用 作 外

21、部 数 据 存 储 器 时 ， 将 跳 过 一 个ALE 脉 冲 。 如 想 禁 止 ALE 的 输 出 可 在 SFR8EH 地 址 上 置 0。 此 时 ， ALE 只 有 在 执行 MOVX， MOVC 指 令 是 ALE 才 起 作 用 。 另 外 ， 该 引 脚 被 略 微 拉 高 。 如 果 微 处 理 器在 外 部 执 行 状 态 ALE 禁 止 ， 置 位 无 效 。PSEN： 外 部 程 序 存 储 器 的 选 通 信 号 。 在 由 外 部 程 序 存 储 器 取 指 期 间 ， 每 个 机 器 周期 两 次 /PSEN 有 效 。 但 在 访 问 外 部 数 据 存 储

22、器 时 ， 这 两 次 有 效 的 /PSEN 信 号 将 不 出现 。EA/VPP： 当 /EA 保 持 低 电 平 时 ， 则 在 此 期 间 外 部 程 序 存 储 器 （ 0000H-FFFFH） ，不 管 是 否 有 内 部 程 序 存 储 器 。 注 意 加 密 方 式 1 时 ， /EA 将 内 部 锁 定 为 RESET； 当/EA 端 保 持 高 电 平 时 ， 此 间 内 部 程 序 存 储 器 。 在 FLASH 编 程 期 间 ， 此 引 脚 也 用 于 施加 12V 编 程 电 源 （ VPP） 。XTAL1： 反 向 振 荡 放 大 器 的 输 入 及 内 部 时

23、钟 工 作 电 路 的 输 入 。XTAL2： 来 自 反 向 振 荡 器 的 输 出 。2.3 工作模式工 作 模 式 ： AT89C51 有 间 歇 和 掉 电 两 种 工 作 模 式 。 间 歇 模 式 是 由 软 件 来 设 置 的 ,当 外 围 器 件 仍 然 处 于 工 作 状 态 时 ， CPU 可 根 据 工 作 情 况 适 时 地 进 入 睡 眠 状 态 ， 内 部RAM 和 所 有 特 殊 的 寄 存 器 值 将 保 持 不 变 。 这 种 状 态 可 被 任 何 一 个 中 断 所 终 止 或 通 过 硬件 复 位 。掉 电 模 式 是 在 VCC 电 压 低 于 电 源

24、 下 限 ， 振 荡 器 停 止 振 动 ， CPU 停 止 执 行 指 令 。6该 芯 片 内 RAM 和 特 殊 功 能 寄 存 器 值 保 持 不 变 ， 直 到 掉 电 模 式 被 终 止 为 止 。 只 有VCC 电 压 恢 复 到 正 常 工 作 范 围 ， 而 且 在 振 荡 器 稳 定 振 荡 后 ， 通 过 硬 件 复 位 掉 电 模 式 可被 终 止 。第三章 硬件设计硬 件 模 块 主 要 包 括 ： 键 盘 输 入 模 块 、 液 晶 显 示 模 块 、 AT24C02存 储 模 块 、 电 源模 块 以 及 其 他 部 分 。 电 路 框 图 如 第 一 章 图 1.

25、1所 示 ， 其 中 主 要 的 模 块 有 LCD显 示 模 块 、键 盘 输 入 模 块 、 AT24C02存 储 模 块 和 蜂 鸣 器 与 继 电 器 模 块 。 下 面 就 这 些 模 块 做 详 细 的介 绍 。3.1 液晶显示模块显 示 部 分 是 采 用 LCD1602。 电 路 图 如 图 3.1所 示 ：图 3.1 液晶显示原理图LCD1602的 引 脚 功 能 ：第 1脚 ： 为 地 电 源 。第 2脚 ： VCC接 5V正 电 源 。第 3脚 ： 为 液 晶 显 示 器 对 比 度 调 整 端 ， 接 正 电 源 时 对 比 度 最 弱 ， 接 地 电 源 时 对 比

26、度7最 高 ， 对 比 度 过 高 时 会 产 生 “鬼 影 ”， 使 用 时 可 以 通 过 一 个 20K的 电 位 器 调 整 对 比 度 。第 4脚 ： RS为 寄 存 器 选 择 ， 高 电 平 时 选 择 数 据 寄 存 器 、 低 电 平 时 选 择 指 令 寄 存 器 。第 5脚 ： RW为 读 写 信 号 线 ， 高 电 平 时 进 行 读 操 作 ， 低 电 平 时 进 行 写 操 作 。 当RS和 RW共 同 为 低 电 平 时 可 以 写 入 指 令 或 者 显 示 地 址 ， 当 RS为 低 电 平 RW为 高 电 平时 可 以 读 忙 信 号 ， 当 RS为 高 电

27、 平 RW为 低 电 平 时 可 以 写 入 数 据 。第 6脚 ： E端 为 使 能 端 ， E端 由 高 电 平 跳 变 成 低 电 平 时 ， 液 晶 模 块 执 行 命 令 。 第 7 14脚 ： D0 D7为 8位 双 向 数 据 线 。 第 15 16脚 ： 空 脚 。3.2 键盘输入模块键 盘 是 一 组 按 键 的 集 合 ,它 是 最 常 用 的 单 片 机 输 入 设 备 .键 盘 可 以 分 为 两 类 :独 立连 接 式 和 矩 阵 式 4。独 立 连 接 式 键 盘 是 一 种 最 简 单 的 键 盘 电 路 ， 每 个 按 键 独 立 地 接 入 一 根 数 据 线

28、 。 平时 所 有 的 数 据 输 入 线 都 被 连 接 成 高 电 平 ， 当 任 何 一 个 键 按 下 时 ， 与 之 相 连 的 数 据 输 入线 将 被 拉 成 低 电 平 。 要 判 断 是 否 有 键 按 下 ， 只 要 用 位 处 理 指 令 即 可 。 这 种 键 盘 的 优 点是 其 结 构 简 单 ， 使 用 方 便 ， 但 随 着 键 数 的 增 多 而 占 用 I/O口 线 也 增 加 。矩 阵 式 键 盘 ， 即 通 常 所 讲 的 行 列 式 键 盘 。 本 设 计 所 用 的 键 盘 就 是 矩 阵 式 键 盘 。 它由 行 线 和 列 线 组 成 ， 按 键

29、 位 于 行 、 列 的 交 叉 点 上 ， 行 列 分 别 连 接 到 按 键 开 关 的 两 端 ，行 线 通 过 上 拉 电 阻 接 到 高 电 平 。 无 按 键 按 动 作 时 列 线 处 于 高 电 平 状 态 ； 有 按 键 按 下 时 ，交 点 的 行 线 和 列 线 相 通 ， 列 线 电 平 状 态 将 由 与 此 列 线 相 连 的 行 线 电 平 决 定 。 行 线 电 平如 果 低 ， 则 列 线 电 平 为 低 ； 行 线 电 平 如 果 为 高 ， 则 列 线 电 平 也 为 高 。 这 是 识 别 矩 阵 式键 盘 按 键 是 否 被 按 下 的 关 键 所 在

30、 。 由 于 矩 阵 键 盘 中 行 、 列 线 为 多 键 公 用 ， 各 按 键 均 影响 该 键 所 在 的 行 和 列 的 电 平 ， 所 以 必 须 将 行 、 列 线 信 号 配 合 起 来 作 适 当 的 处 理 ， 才 能确 定 闭 合 键 所 在 的 位 置 。 矩 阵 式 键 盘 节 省 了 好 多 的 I/O口 ， 适 用 于 按 键 数 量 比 较 多 的场 合 。 本 设 计 的 3*4键 盘 即 采 用 矩 阵 式 键 盘 ， 如 图 3.2所 示 ：图3.2 矩阵式键盘通 过 行 列 键 盘 扫 描 的 方 法 可 获 取 键 盘 输 入 的 键 值 ， 从 而 得 知 按 下 的 哪 个 键 ， 具 体