西南科技大学本科生毕业论文 VI
目录
第1章 绪论 .................................................................................................................. 1 1.1 电子密码锁简介 ................................................................................................. 1 1.2 电子密码锁设计的背景及意义 ......................................................................... 1 1.3 电子密码锁的现状及发展趋势 ......................................................................... 2 第2章 总体设计 .......................................................................................................... 3 2.1 设计分析 ............................................................................................................. 3 2.2 系统结构 ............................................................................................................. 4 第3章 硬件电路设计 .................................................................................................. 5 3.1 单片机接口分配 ................................................................................................. 5 3.2 单片机最小系统设计 ......................................................................................... 5 3.2.1 时钟电路 ....................................................................................................... 5 3.2.2 复位电路 ....................................................................................................... 6 3.2.3 最小系统 ....................................................................................................... 6 3.3 矩阵键盘设计 ..................................................................................................... 7 3.4 LCD显示模块设计 ............................................................................................. 8 3.5 掉电存储模块 ................................................................................................... 10 3.5.1 I2C总线 ....................................................................................................... 10 3.5.2 AT24C02简介 ............................................................................................. 12 3.6 开锁机构 ........................................................................................................... 13 3.7 报警机构 ........................................................................................................... 13 3.8 硬件综合设计 ................................................................................................... 14 第4章 软件设计 ........................................................................................................ 15 4.1 软件总体设计 ................................................................................................... 15 4.2 键盘扫描子程序 ............................................................................................... 16 4.3显示模块子程序 ................................................................................................ 18 4.4 掉电存储子程序 ............................................................................................... 20 4.4.1 写操作方式 ................................................................................................. 21 4.4.2 读操作方式 ................................................................................................. 22
西南科技大学本科生毕业论文 VII
4.5 定时器中断子程序 ........................................................................................... 23 4.6 密码输入子程序 ............................................................................................... 25 4.7 报警子程序 ....................................................................................................... 26 第5章 联合仿真和调试 ............................................................................................ 27 第6章 实物设计和制作 ............................................................................................ 29 总结 .............................................................................................................................. 31 致谢 .............................................................................................................................. 32 参考文献 ...................................................................................................................... 33 附录1 设计实物图 ..................................................................................................... 34 附录2 程序源代码 ..................................................................................................... 36
西南科技大学本科生毕业论文
第1章 绪论
1.1 电子密码锁简介
什么是电子密码锁？“一种通过密码输入来控制电路或者是芯片工作，从而
控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。”——百度百科上是这样解释的。简单来说，电子密码锁就是能够实现密码等信息的设置、存贮、识别和显示，以及报警信号的接收和发送等功能的电子器件。
电子密码锁相对传统机械锁有以下几个优势：
(1)密码可更改。用户可以随时更改密码，以确保密码锁的安全性和可靠性。
可以更改密码这一功能同时也避免了人员的更替而使锁的安全性降低，这是传统钥匙锁所不具备的功能。
(2)操作简单。无论是开锁还是更改密码，只要识字的人都能够直接使用，
使用方法简单而不繁琐。
(3)能够报警。报警功能无疑更增加了锁的安全性。
(4)无法“技术”破解。不知道密码就无法打开锁，即使是惯偷也只能望“锁”
兴叹。
1.2 电子密码锁设计的背景及意义
在现代文明社会，虽然人们的道德素质越来越高，“梁上君子”、“三只手”等人群相对旧社会大大减少，但是像“某某小区遭入室行窃，居民损失XXXX”之类的新闻我们还是经常能够在报纸上看到的。随着人们生活水平和自身防范意识的提高，个人财产安全和人身安全的问题也越来越受到人们的重视，拥有一把能够有效保证居民财产安全和人身安全的锁具也越发的重要起来。
锁具的起源可以追朔到人类社会财产私有化的出现，锁具从其出现到发展至今天的高科技化、信息化，已经有若干年的历史了。经过若干年的使用和研究，人们对锁具的结构、机理也了解得相当透彻了，因此，不使用钥匙就能将锁打开的方法也层出不穷。特别是传统的机械锁，由于其构造简单，在惯偷面前，甚至能够只用一根铁丝就直接将其打开，使其失去了保障用户个人财产安全的意义。
那么，如何才能提高锁具保障用户财产安全的有效性呢？在信息现代化的
1
西南科技大学本科生毕业论文
今天，锁具也应该向高精度、高安全性的智能化、信息化发展。自20世纪70年代第一块单片机芯片TMS-1000于美国德克萨斯仪器公司面世以来，基于其体积小、价格低廉、个性突出等特点，越来越多的电子产品开始采用单片机芯片作为核心控制部件。在这样的大环境下，基于单片机的电子密码锁也应运而生。这种电子密码锁是以单片机为核心，配以相应的硬件电路和软件程序，实现密码的设置、存贮、识别和显示，以及报警信号的接收和发送等功能，具有操作快、修改密码简单、安全性高、功耗低等优点。基于单片机的电子密码锁的面世使人们的自身财产安全有了更多的保障，同时也促进了安全信息系统的发展，是安全信息系统的一大进步。
基于单片机的电子密码锁的出现，在一定程度上解决了用户私人财产安全的问题。但是，时代在发展，社会在进步，任何事物只有不断地进步才能适应时代发展的需求。电子密码锁虽然有安全性高、操作简单等优点，但是却不如机械锁价格低廉，因此，在市场上的主流产品还是机械锁。电子密码锁要想取代机械锁成为市场上的主流，就必须不断改进，在具有更多功能的同时向更智能化和更低成本化发展。这就需要我们不断研究电子密码锁的设计方法和实现原理。因此，研究基于单片机的电子密码锁的设计是很有必要且具有现实意义的。
1.3 电子密码锁的现状及发展趋势
目前，和西方发达国家相比，我国的电子密码锁技术还相对落后。在西方发达国家，电子密码锁的种类已经很齐全，技术也比较先进，且在各个领域得到了广泛应用。在我国，电子密码锁技术却才相当于国际上七十年代的水平，相对来说还很落后。20世纪80年代以来，随着各种电子集成电路的出现，特别是单片机的面世，电子密码锁得到了很大的发展。相对于笨重而构造简单的传统机械锁来说，电子密码锁具有体积小，可靠性高的优势。但是就目前而言，电子密码锁的价格相对较高且需要有电源提供能量，使得其使用还局限在一定范围，特别是在国内，各种条件的制约使得电子密码锁暂时难以普及。
尽管电子密码锁还存在着一些缺陷，但是其安全性高、方便易用、能够智
能报警的优势却是传统钥匙锁取代不了的，而且随着电子信息技术的发展和各种电子器件的价格的不断降低，电子密码锁也将往低成本、多功能的方向发展。
2
西南科技大学本科生毕业论文
第2章 总体设计
2.1 设计分析
一个电子密码锁，应该能实现以下功能：
(1)能够从键盘中输入密码，并相应地在显示器上显示?*?； (2)能够判断密码是否正确，正确则开锁，错误则输出相应信息； (3)能够实现密码的修改；
(4)断电或者单片机复位后能够保存之前的操作，比如密码的修改； (5)在操作错误达到一定次数后能够报警；
(6)在一定时间内没有任何按键操作则关闭显示器，并锁定键盘，禁止键盘输入（单片机复位后锁定取消）；
(7)设置一个备用密码。为了防止用户忘记密码而开不了锁，应该在经常使用的密码外再设置一个备用密码以防万一。此备用密码应该只有少数人知道，比如小区管理员。
根据以上分析，本次电子密码锁设计的主要重点是以下几个部分：4x4矩阵
键盘设计、LCD信息显示、密码的掉电存储和密码的比较和处理。当然，除了这几个部分外还有定时器/计数器计时中断和报警等功能模块。
本设计应该按以下步骤去实现： 第一步：选择材料和器件。
第二步：根据单片机原理和模拟电子技术基础等理论知识在PROTEUS 中画出仿真图。
第三步：检查仿真图，确保其能够实现所有功能。 第四步：根据需要实现的功能逻辑画出程序流程图。
第五步：根据程序流程图和PROTEUS仿真图，使用 KEIL软件进行程序的编写和调试。
第六步：将KEIL和PROTEUS联合仿真、调试，查看是否实现所有功能。 第七步：根据PROTEUS仿真图焊接器件。 第八步：实物调试。
基于实际情况，在设计中，用发光二极管代替电磁锁，二极管亮则代表锁开，二极管不亮则代表锁关。
3