基于AT24C02的简易电子密码锁说明书

湖南理工学院课程设计第1页共35页湖南理工学院单片微机原理课程设计说明书设计题目：基于AT24C02的简易电子密码锁院部：机械学院专业：机械电子工程组长姓名:学号:组员姓名：学号:学号:学号:起迄日期:2016年6月19日2016年6月30日指导教师:教研室主任：湖南理工学院课程设计第2页共35页目录1引言.............................................41.1电子密码锁简介................................41.2电子密码锁的发展趋势..........................41.3本设计所要实现的目标..........................52设计方案的选择..................................52.1方案一：采用数字电路控制方案..................52.2方案二：采用无线遥控方式控制方案..............52.3方案三：采用以单片机为核心的控制方案..........53主要元器件介绍..................................63.1主控芯片AT89S51................................63.1.1AT89S51性能简介..............................63.1.2AT89S51引角功能说明..........................73.2存储芯片AT24C02...............................93.3LCD1602显示器................................103.3.1接口信号说明.................................103.3.2主要技术参数................................113.3.3基本操作程序................................113.4晶体振荡器....................................124系统硬件构成....................................124.1设计原理......................................124.2电路总体构成..................................134.3键盘输入部分..................................13湖南理工学院课程设计第3页共35页4.4密码存储部分...................................144.5复位部位......................................154.6晶振部分.......................................154.7显示部分......................................154.8报警部分.......................................17错误!未定义书签。4.9开锁部分.......................................18错误!未定义书签。5系统软件设计.....................................19错误!未定义书签。6总结.............................................22错误!未定义书签。参考文献............................................23错误!未定义书签。附录一..............................................23错误!未定义书签。附录二.............................................33错误!未定义书签。湖南理工学院课程设计第4页共35页1引言1.1电子密码锁简介电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。其性能和安全性已大大超过了机械锁。其特点如下：1)保密性好，编码量多，远远大于弹子锁。随机开锁成功率几乎为零。2)密码可变，用户可以随时更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降。3)误码输入保护，当输入密码多次错误时，报警系统自动启动。4)无活动零件，不会磨损，寿命长。5)使用灵活性好，不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁。6)电子密码锁操作简单易行，一学即会。1.2电子密码锁的发展趋势在日常生活和工作中，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。目前门锁主要用弹子锁，其钥匙容易丢失；保险箱主要用机械密码锁，其结构较为复杂，制造精度要求高，成本高，且易出现故障，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。针对这些锁具给人们带来的不便若使用机械式钥匙开锁，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。它的出现为人们的生活带来了很大的方便，有很广阔的市场前景。由于电子器件所限，以前开发的电子密码锁，其种类不多，保密性差，最基本的湖南理工学院课程设计第5页共35页就是只依靠最简单的模拟电子开关来实现的，制作简单但很不安全，在后为多是基于EDA来实现的，其电路结构复杂，电子元件繁多，也有使用早先的20引角的2051系列单片机来实现的，但密码简单，易破解。随着电子元件的进一步发展，电子密码锁也出现了很多的种类，功能日益强大，使用更加方便，安全保密性更强，由以前的单密码输入发展到现在的，密码加感应元件，实现了真真的电子加密，用户只有密码或电子钥匙中的一样，是打不开锁的，随着电子元件的发展及人们对保密性需求的提高出现了越来越多的电子密码锁。出于安全、方便等方面的需要许多电子密码锁已相继问世。但这类产品的特点是针对特定有效卡、指纹或声音有效，且不能实现远程控制，只能适用于保密要求高且供个人使用的箱、柜、房间等。由于数字、字符、图形图像、人体生物特征和时间等要素均可成为钥匙的电子信息，组合使用这些信息能够使电子防盗锁获得高度的保密性，如防范森严的金库，需要使用复合信息密码的电子防盗锁，这样对盗贼而言是“道高一尺、魔高一丈”。组合使用信息也能够使电子防盗锁获得无穷扩展的可能，使产品多样化，对用户而言是“千挑百选、自得其所”。可以看出组合使用电子信息是电子密码锁以后发展的趋势。1.3本设计所要实现的目标该密码锁初次使用时的原始密码为123456，用户输入正确的密码信息则能够发出开锁信号。功能要求：1、能够修改密码。只有输入原设定的正确密码后才能修改密码。2、三次输入开锁密码错误，则启动报警。3、显示按键信息，而且要有按键音。4、系统设0~9十个数字键，一个密码修改键，一个确认键。按下密码修改键，先输入原密码，解密正确后键入新密码，按确认键生效。解密错误启动报警，5秒钟后报警自动解除。技术要求：1、系统停电后，密码信息不会丢失，上电后仍能正常执行开锁操作。2、系统安全可靠，不会出现死机现象。3、密级106。2设计方案的选择2.1方案一：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，若按下干扰湖南理工学院课程设计第6页共35页键，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。采用数字电路设计的方案好处就是设计简单但控制的准确性和灵活性差。故不采用。2.2方案二：采用无线遥控方式控制方案采用无线电磁波发射模式，此方案的优点在于遥控距离更远，也无需要对准电子锁的位置，但是缺点就是由于本设计是要求设计成为一个一键式发射解锁方式，这样就容易造成无意识的解锁，比如说孩子，或者是自己在无意识的情况下进行了解锁，不利于电子锁的安全防盗。2.3方案三：采用以单片机为核心的控制方案由于单片机种类繁多，各种型号都有其一定的应用环境，因此在选用时要多加比较，合理选择，以期获得最佳的性价比。一般来说在选取单片机时从下面几个方面考虑：性能、存储器、运行速度、I/O口、定时/计数器、串行接口、模拟电路功能、工作电压、功耗、封装形式、抗干扰性、保密性，除了以上的一些的还有一些最基本的比如：中断源的数量和优先级、工作温度范围、有没有低电压检测功能、单片机内有无时钟振荡器、有无上电复位功能等。在开发过程中单片机还受到：开发工具、编程器、开发成本、开发人员的适应性、技术支持和服务等等因素。基于以上因素本设计选用单片机AT89S51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I/O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AT24C02芯片用于密码的存储，外接LCD1602显示器用于显示作用。当用户需要开锁时，先按键盘开锁键之后按键盘的数字键0－9输入密码。密码输完后按下确认键，如果密码输入正确则开锁，不正确显示密码错误重新输入密码，当三次密码错误则发出报警；当用户需要修改密码时，先按下键盘设置键后输入原来的密码，只有当输入的原密码正确后才能设置新密码。新密码输入无误后按确认键使新密码将得到存储，密码修改成功。可以看出方案三控制灵活准确性好且保密性强还具有扩展功能，根据现实生活的需要此次设计采用此方案。3主要元器件介绍3.1主控芯片AT89S51AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。湖南理工学院课程设计第7页共35页3.1.1AT89S51性能简介AT89S51具有如下特点：40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。图3-1AT89S51PDIP封装引脚图其主要功能特性：兼容MCS-51指令系统4k可反复擦写(1000次）ISPFlashROM32个双向I/O口4.5-5.5V工作电压2个16位可编程定时/计数器时钟频率0-33MHz湖南理工学院课程设计第8页共35页全双工UART串行中断口线128x8bit内部RAM2个外部中断源低功耗空闲和省电模式中断唤醒省电模式3级加密位看门狗（WDT）电路软件设置空闲和省电功能灵活的ISP字节和分页编程双数据寄存器指针可以看出AT89S51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，1