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。其性能和安全性已经大大超过了机械锁。其特点如下 （1）保密性好，编程量多，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
人员的更替而使锁的密级下降。
（3）误码输入保护，当当输入密码多次错误时，报警系统自启动。 （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设计目的与任务：
学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《单片机技术》中所学的理论知识和实验技能，掌握单片机应用系统的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。
1.3设计内容与要求
设计一个具有特定功能的密码锁。该密码锁上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”， 进入准备工作状态。该密码锁具有系统原始密码88888888，用户可以设定并存储用户密码，密码输入时应处于保密显示状态，密码输入正确时应显示密码输入正确提示信息，否则，显示密码输入错误提示信息。
1.4本设计所要实现的目标
本设计采用单片机为主控芯片，结合外围电路，组成电子密码锁，该电子密码锁有个管理员密码和三个用户密码，用户想要打开锁，必先通过提供的键盘输入正确的密码才能将锁打开，密码输入错误有提示，为了提高安全性，当密码输入错误三次将报警。密码可以由用户自己修改设定，锁打开后才能修改密码。修改密码之前必须再次输入密码，在输入新密码时候需要二次确认，以防止误操作。当用户不记得密码时可通过专业认证服务用管理员密码使密码锁恢复出厂设置。
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1.5设计总体方案及工作原理说明
采用以单片机为核心的控制方案，总体框图见图1.
由于单片机总类繁多，各种型号都用一定的应用环境，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。一般来说在选择单片机时下面几个方面考虑：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AT89S52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，以及控制的准确性，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24C02B芯片用于密码的存储，外接LCD12864显示器用于显示作用。当用户修要开锁时，先按键盘用户键之后按键盘的数字键0-9输入密码。密码输入完成后按下确认键，如果密码输入正确则开锁，不正确显示密码错误从新输入密码，当三次输入密码错误时则发出报警；当用户需要修改密码时，先按下用户键后再按设置键，接着输入原来的密码，只有当输入的原密码正确后才能设置新密码。新密码输入后按下确认键后系统要求再次输入新密码接着按下确认键当两次密码输入相同时新密码将得到存储，密码修改成功。
报警电路电源电路开锁电路显示电路密码存储电路AT89S52下载电路复位电路键盘输入 图1 设计总体框图
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晶振电路
2 硬件系统的设计
2.1设计原理
本设计主要有单片机、行列式键盘、液晶显示器和密码的存储四部分构成。行列式键盘用来输入数字0到9的密码和其他功能的实现。用户由行列式键盘输入密码，然后通过单片机接受到的用户密码与之前保存的用户密码相比较，如果密码一致，则开锁，不一致，则报警。用户只有三次的输入机会。
本系统共由硬件和软件两部分组成。其中软件部分由主程序，初始化程序，LCD12864显示程序，键盘扫描程序，启动程序，关闭程序，键功能程序，密码 设置程序，读写程序，延时程序等组成。硬件部分是由电源模块，键盘输入模块，密码存储模块，复位模块，晶振模块，显示模块，报警模块，开锁模块组成。其原理框图如图1所示。
2.2电路总体构成
在确定了选用什么型号的单片机后，就要确定外围电路。其外围电路包括电源输入口、键盘输入部分、密码存储部分、复位部分、晶振部分、显示部分、报警部分、开锁部分。根据实际情况键盘输入部分选择4×4矩阵键盘，显示部分选择液晶字符型显示器LCD12864，密码的存储模块选用AT24C02芯片完成。原理图见附录A。 2.2.1键盘输入部分
按键采用4×4行列式键盘，它将IO口分为行线与列线，按键跨接在行线与列线上，行线电平=0,列线电平=1。当按键按下时，行线和列线发生短接，读端口得到的结果和写端口结果不相同，即闭合键所在行线的读入电平会变成高电平。密码锁的密码由按键输入完成，本设计中用到的16个按键，包括有0--9数字的输入，复位键，返回键，确定键，清空键。其大体功能（看按键上的标志）及与单片机引脚接法见附录A原理图。 2.2.2密码存储部分
密码存储采用AT24C02芯片设计的掉电电路。掉电存储单元的作用是在电源断开的时候，存储当前设定的单价信息。其中AT24C02的数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传送数据，所以只用两根线SCL和SDA与单片机传送数据。每设定一次单价，系统就能够自动的调用存储程序，将单价的信息自动保存在芯片的内部，当之后系统重新被上电，能够自动的调用读存储程序，将其中的单价信息读到缓存单元中，由主程序去使用。其接线见附录A原理图。
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2.2.3复位部分
单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作，例如复位后PC=0000H，使单片机从第一个单元去指令。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。在复位期间（RST为高电平期间），P0口为高组态，P1-P3口输出高电平：外部程序存储器读选通信号PSEN无效。地址锁存信号ALE也为高电平。复位电路有上电复位和手动按钮复位，电源被接通的瞬间，电容上的电压很小，下拉电阻的电压与电源的电压非常接近，即RST变成高电平，同时在电容的充电过程期间，RST的电压逐渐的下降，当电压小于某一个数值，CPU就脱离当时的复位状态。由于电容比较大，RST的高电平能够维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，保证CPU可以响
应并将系统复位。增加的手动按键复位是为了消除死机而不能够复位。复位按键在
按下后，电容通过电阻放电，当电容放电结束后，RST的复位由两电阻分压比决定。由于两电阻的电阻值差距大，因此RST为高电平，CPU处于复位状态。其接线见附录A原理图。 2.2.4晶振部分
单片机AT89S52的引脚XTAL1和XTAL2与晶体振荡器及其两电容的接线见附录1原理图。晶振、电容及片内与非门（作为反馈、放大元件）构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及电容的容量有关，但主要有晶振频率决定，范围在0 ~33MHz之间，电容取值范围在5 ~30pF之间。根据实际情况，本设计采用12MHz作为系统的外部晶振。电容取值为20pF。 2.2.5显示部分
为了提高密码锁的密码显示效果能力。本设计的显示部分由液晶显示器LCD12864取代普通的数码管来完成。当按下电源开关后，液晶显示器开启。如果没有按下电源开关，显示器则一直为初始的状态。当需要开启密码锁时，首先按下开锁键，然后通过键盘的0-9数字键输入正确的密码，每按下一个键，在显示器12864上就会显示出一个*，输入了多少位同时显示出多少个*，当密码全部输入时，按下设置的确认键。输入密码正确，则显示正确的提示信息，单片机其中P1.2脚会输出高电平，使密码锁打开，如果密码不正确，就会显示错误的信息，盘P1.2脚输出的是低电平，密码锁就不能够打开，通过LCD显示屏，可以清楚的判断出锁所处的状态。其显示部分引脚接口见附录A原理图。 2.2.6报警部分
报警电路由三极管，蜂鸣器及其外围的电路模块组成，通电后不会发声，只有当有键被按下时候，才会发出“嗡”的声音。当密码输入正确时，不发出声音，
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而是直接把锁打开，同时如果密码三次输入错误，这时单片机引脚P1.3为高电平，蜂鸣器被导通并发出“嗡”的报警声。其图见附录A原理图。 2.2.7开锁部分
开锁模块电路的功能是输入密码正确则将锁打开。系统使用单片机其中一引脚线发出信号，驱动外围电路将锁打开。用户通过数字按键设置任意密码，并做为锁码指令存储在E2PROM中。开锁的步骤为：首先通过按下用户按键，打开界面，然后再利用数字键0-9十个按键输入用户密码，最后按下确认键。在用户成功输入一密码后，单片机会自动去识别，一旦识别不符和，则发出报警声。只有当识别正确，单片机则控制开锁电路将锁打开。完成本次开锁后，单片机自动清除掉由用户输入的这个密码。电路图见附录A原理图。
2.3图纸及元器件清单
设计电路原理图、PCB图、元器件布局图分别见附录A、附录C、附录E。 设计课题元器件清单见附录F。
2.4主要元器件介绍
2.4.1主控芯片AT89S52
AT89S52时一种低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8K字节 ISP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ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S52 性能简介：
AT89S52具有如下特点：40个引脚，8K字节Flash片内程序存储器，256字节的随机存储数据存储器（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，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz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要。
2.4.2存储芯片AT24C02
AT24C02是一个2K位串行CMOS E2PROM， 内部含有256个8位字节，CATALYST
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