基于单片机的电子密码锁

-1-题目基于单片机的电子密码锁设计一、设计的目的1.了解单片机开发系统的组成及结构；2.掌握I/O口的操作方法；3.能够熟练使用protues和keil软件进行连线和编程，并熟练掌握仿真方法；4.掌握数码管的显示原理；5.掌握C语言编程方法；6.培养查找错误和改正错误的能力。二、设计的内容及要求本设计采用单片机为主控芯片，结合外围电路组成电子密码控制系统。设计主要功能有：1.设置6位密码，密码通过键盘输入，若密码正确，则锁打开，代表锁的二极管亮。2.初始密码由单片机内部决定，在开锁后20S内用户可对密码进行修改。3.重设密码时显示数字。4.密码只能输入6位数字，超过6位的输入无效。5.具有自动报警功能：当密码输入错误三次，报警，蜂鸣器响10S。6.LED数码管显示输入密码，为确保安全性所有密码均用“—”表示。三、指导教师评语四、成绩指导教师(签章)年月日基于单片机的电子密码锁设计摘要-2-随着科技和人们的生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤为突出，传统的机械锁由于构造简单，被撬事件屡见不鲜。电子密码锁保密性好，使用灵活性高，收到广大用户的青睐。本设计是以单片机AT89C51作为密码锁的主控芯片与数据存储单元，结合外围的矩阵键盘输入、数码管显示、开锁、报警等，用C语言编写程序，并用keil软件进行编译设计了一款可以更改密码，具有报警功能的电子密码控制系统。本设计采用矩阵键盘对密码进行输入，具有较高的优势，减少了I/O口的占用数目。密码的显示采用6位数码管实现，为确保安全性统一使用“—”显示密码。，当重新设置密码时数码管显示数字。采用采用蜂鸣器模拟报警系统，增加了密码锁的安全能力。软件使用C语言编程，运用自上而下的模块化设计思想，使系统朝着分布式、小型化方向发展，增强系统的可扩展性和运行的稳定性。测试结果表明，设计达到电子密码锁的功能。关键字:密码锁、AT89C51、矩阵键盘、报警一、设计背景随着社会科技的进步，锁已经发展到了密码锁、磁性锁、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，不同图像来控制锁的开启，从而大大提高了锁的安全性。当今安全信息系统应用越来越广泛，特别在机密保护、维护隐私和财产保护-3-方面起到重大作用，而基于电子密码锁的安全系统是其中的一部分，运用非常广泛，研究它具有重大的现实意义。电子密码锁可以在日常生活和现代办公中，住宅与办公室的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存等多种场合使用。大大提高了主人物资的安全性。目前使用的密码锁种类繁多，各具特色。本文从经济实用的角度出发，采用AT89C51单机，研制了一款具有防盗自动报警功能的电子密码锁。该密码锁设计方法合理，简单易行，成本低，符合住宅、办公室用锁要求，具有一定的推广价值。二、设计目的1.了解单片机开发系统的组成及结构；2.掌握I/O口的操作方法；3.能够熟练使用protues和keil软件进行连线和编程，并熟练掌握仿真方法；4.掌握数码管的显示原理；5.掌握C语言编程方法；6.培养查找错误和改正错误的能力。三、设计要求本设计采用单片机为主控芯片，结合外围电路组成电子密码控制系统。设计主要功能有：1.设置6位密码，密码通过键盘输入，若密码正确，则锁打开，代表锁的二极管亮。2.初始密码由单片机内部决定，在开锁后20S内用户可对密码进行修改。3.重新设置密码时，数码管显示数字。4.密码只能输入6位数字，超过6位的输入无效。5.具有自动报警功能：当密码输入错误三次，报警，蜂鸣器响10S。6.LED数码管显示密码，为确保安全性所有密码均用“—”表示。四、设计原理和硬件仿真方案1.矩阵键盘密码的输入用矩阵键盘实现，包括数字键和功能键。具体功能设计如表一：表一键盘具体功能设计表按键键名功能0~9键数字键输入密码A键重设密码键设定新密码C键清除键使显示器清零D键确定键比较密码-4-如图一所示，矩阵键盘的每一条水平（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条列线即可组成有MN个按键的键盘。图一矩阵键盘本次设计需要0~9十个数字按键、一个清零键、一个确认键和一个重置密码键共13个按键，所以选用4X4的矩阵按键。在这种行列式矩阵键盘编码的单片机系统中，键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段，还要对按键进行消抖处理。当确认有按键按下后，就要识别是哪一个按键被按下。本次设计使用的是线反转法。给行线置为0x0f，给列线置为0xf0，再将行列进行逻辑或结果为0xff，当有按键按下时相应的按键位行列均为0，行列逻辑或不为0xff,由此可利用行列逻辑或后的值是否为0xff来判断是否有按键按下。再根据扫描结果判断按下键的位置。给相应的按键赋值即可实现数字键和功能键。对功能键进行相应的软件编程即可实现按键功能。使用矩阵键盘能减少键盘和单片机接口所占用的I/O线数目，当按键较多的时候通常采用这种方法。2.开锁电路在本次设计中用发光二极管代替电磁锁，二极管亮表示锁开，二极管灭表示没有开锁。如图二所示，当输入密码与内置密码相配合时将P3.0置0，二极管亮。否则二极管不亮。-5-图二发光二级管电路3.报警电路报警电路由单片机和蜂鸣器组成，如图三所示，当P3.1为高电平时蜂鸣器发出声音报警。每次输入的密码与正确密码进行比较，如果相同，锁开灯亮。如果输入错误则用一个变量来记录输入错误的次数，当输入密码错误达到三次时，蜂鸣器工作发出报警声音，本次设计使用的是声音间断蜂鸣器声音报警来报警，即声音持续时间20ms后又将P3.1置0时间为20ms，如此循环，即可听到“嘟嘟嘟”的间断响声。设置报警总时间为10S。图三报警电路4.数码管显示电路密码显示电路由单片机、电阻排和6位数码管组成。显示电路如图四所示。P0口控制段选，P2口控制位选。为保证密码的保密性，本设计采用“—”显示所有输入密码，如图四所示。当重设密码时，为了防止手动错误，数码管显示数字，如图五所示。本设计只允-6-许输入数字密码6次，超过6次以后的数字无效，在C语言程序中以一个while循环实现。数码管显示原理：（1）“—”显示原理：在选择位选的情况下，段选仅点亮“g”管即可显示当位为“—”；（2）实现左移逐渐点亮原理：当输入一个数字时，第五位（从右往左数）赋值给第六位，第四位的值赋给第五位，第三位的值赋给第四位，第二位的值赋给第三位，第一位的值赋给第二位，输入的值赋给第一位，同时点亮第一位数码管。当输入第二个数字时，每一位与输入第一位时相同均向左移一位，将输入的值赋给第一位，同时点亮第一位和第二位数码管。如此每输入一个数字数码管就向左移动了一位，输入的数字赋值给第一位数码管，并相应点亮右边的数码管。（3）当按下功能键时，相应的功能键实现相应的功能，而数码管全部回零熄灭。直到再一次输入数字。图四数码管显示电路图五重设密码数码管显示数字五、软件程序设计本系统软件设计由主程序、初始化程序、键盘扫描程序、密码输入程序、功能键定义程序、重置密码程序、数码管显示程序、中断延时程序、报警程序、延时程序组成。1.主程序流程图-7-如图六所示为主程序流程图，开始接上电源，程序进行初始化设置，然后在键盘上输入密码，此系统进行键盘扫描，判断密码是否正确，密码正确开锁，密码不正确统计错误密码次数加1。在开锁情况下进行修改密码，点击确认密码修改成功，否则结束返回。若密码修改成功则再执行之前的操作。图六主程序流程图2.键盘扫描程序键盘扫描主要就是对按键进行扫描、消抖并被定位。键盘扫描流程图如图七所示。-8-图七键盘扫描流程图键盘扫描C语言程序为：voidget_key(){P1=0xf0;lie=P1;P1=0x0f;hang=P1;addres=hang|lie;while(addres!=0xff){delay(5);P1=0xf0;lie=P1;P1=0x0f;hang=P1;addres=hang|lie;if(addres!=0xff){flag++;switch(addres)-9-{case0xee:num=1;break;case0xde:num=2;break;case0xbe:num=3;break;case0x7e:num='A';break;case0xed:num=4;break;case0xdd:num=5;break;case0xbd:num=6;break;case0x7d:num='B';break;case0xeb:num=7;break;case0xdb:num=8;break;case0xbb:num=9;break;case0x7b:num='C';break;case0xd7:num=0;break;case0x77:num='D';break;}}}}3.数码管显示子程序数码管显示流程图如图八所示：-10-图八数码管显示流程图数码管显示C语言程序为：voiddisplay(ucharN)//显示{if(N==1){temp=0xfe;P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;}if(N==2){temp=0xfe;P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);}if(N==3){temp=0xfe;P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);}if(N==4){temp=0xfe;P0=0x40;-11-P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);}if(N==5){temp=0xfe;P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;-12-delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);}if(N==6){temp=0xfe;P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);P0=0x40;P2=temp;delay(1);P2=0xff;temp=_crol_(temp,1);}}4.报警电路报警电路流程图如图九所示：-13-