：基于单片机的电子密码锁设计
第1章：绪论
1.1 研究电子密码锁背景及意义
随着社会物质财富的日益增长和人们生活水平的提高，安全成为现代居民最关心的问题之一。而锁自古以来就是把守门的铁将军，人们对它要求甚高，即要求可靠地防盗，又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。传统的门锁既要备有大量的钥匙，又要担心钥匙丢失后的麻烦。另外，如：宾馆、办公大楼、仓库、保险柜等，由于装修施工等人住时也要把原有的锁胆更换，况且钥匙随身携带也诸多便。随着单片机的问世，出现了带微处理器的密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化、科技化等功能。从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性。目前西方发达国家已经大量应用智能门禁系统，可以通过多种的更加安全更加方便可靠的方法来实现大门的管理。但电子密码锁在我国的应用还不广泛，成本还很高，希望通过不断地努力使电子密码锁能够在我国及居民日常生活中得到广泛应用，这也是一个国家生活水平的体现。
很多行业的许多地方都要用到密码锁，随着人们生活水平的提高，如何实现家庭或公司的防盗这一问题也变的尤其突出，传统的机械锁由于其构造简单，被撬的事件屡见不鲜，再者，普通密码锁的密码容易被多次试探而破译，所以，考虑到单片机的优越性，一种基于单片机的电子密码锁应运而生。采用单片机作为密码锁的控制电路，可以使密码锁具备很强的“智能”，实现如按键有效指示、输入错误指示、解码有效指示、控制开锁电平、定时中断、控制报警、密码修改等功能，可在意外泄露密码情况下及时修改密码。密码可以取8位十进制密码，共一亿组不重复，保密性强。使人们的生活有了更多的保障。因此，研究电子密码锁及扩大其生产和应用，有着非常重要的意义。 1.2 电子密码锁的现状与发展
目前，市场上出售的锁的种类各式各样，其中大部分是基于单片机技术设计的电子锁系统。它们一般由单片机、晶振电路、复位电路、报警电路及开锁电路组成。当今，电子密码锁应用场合不是很多，很多地方用的还是传统的机械锁。随着单片机技术以及数字集成电路技术的发展，使得现今的电子密码锁体积小，耗电省，维护方便，安全性高等优点。而且，现在技术日益提高，集成芯片也大量出现，所以价格便宜，有很大的市场前景。
本文讨论的基于单片机的电子密码锁系统。该设计应用的是目前极为广泛的51系列单片机，配套了外围设备，构成了一个可编程的修改密码、维护方便、性能稳定、功能强等优点。此套系统不仅能满足所需要而且还有很多功能可供开发，有着广泛的应用领域。
从上个世纪70年代以来，随着单片机和超大规模集成电路的发展，为电子密码锁的迅速发展奠定了物质基础。未来电子密码锁的发展方向必将是朝着安全性高、耗电量小、体积小、功能多、价格低等方向发展。 1.3 论文的主要工作及章节安排
论文主要围绕对电子密码锁系统的设计为主线展开，主要包括晶振复位电路设计、键盘电路设计、开锁电路设计以及报警电路设计等硬件电路的设计以及为实现其各项功能而编写的软件程序设计等。论文具体章节的安排如下：
第一章：阐述本课题的背景与意义，并对电子密码锁系统的现状与发展展开了叙述，以及按章节具体介绍了论文所需要完成的工作。
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毕业设计（论文）
第二章：介绍了本套系统的组成，并讨论了本套电子密码锁系统的两种方案设计以及主要电路的方案设计与比较，从而从理论上得出了本套系统最合理的方案设计。
第三章：介绍了本套系统的各硬件模块设计，提出了几种基本硬件电路的设计。 第四章：介绍了电子密码锁系统各个软件模块的设计。 1.4 本章小结
本章首先讲述了本文的选题来源及研究意义，然后介绍了电子密码锁系统的发展过
程及当前现状，其中叙述了电子密码锁的优点，最后根据论文需要研究的主要内容，对课题的来源与所要完成的工作做了进一步的交代。
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第2章：电子密码锁系统方案的论证
在本次设计中，硬件电路是该套系统的重要组成部分，不仅芯片选择要慎重考虑，在其它很小的地方都要注意。本设计控制系统硬件电路的设计主要分为以下几个部分：AT89C2051单片机系统模块、按键电路模块、修改密码模块以及报警电路模块等。 2.1 系统的组成
根据系统的设计要求，需要利用单片机实现电子密码锁的功能。本设计由键盘电路、报警电路、开锁电路等构成系统，来实现电子密码的功能。其系统框图如图2-1所示：
晶振、复位电路 报警电路 单 开锁电路 片 驱动 键盘电路 机
图2-1 电子密码锁的系统框图
本设计是利用键盘模块进行输入控制，将控制指令传送到单片机，通过单片机的数据处理，配合晶振、复位电路以及晶振电路来驱动密码锁开锁和报警电路报警，从而实现该电子密码锁的各项功能。 2.2 方案的设计与论证
首先需要充分分析在这个电子密码锁的设计中要完成的各项功能以及对相应的硬件进行选型。在这里，主要将是对所做的电子密码锁系统设计部分做详细的方案论证，以对整个电子密码锁系统有一个总体的认识。
题目要求设计一个基于单片机的电子密码锁系统，能够实现密码修改，密码比较以及智能报警等功能。设计本课题时构思了两种思想：一种是AT89C2051为核心的单片机控制方案；另一种是以745LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路控制方案。考虑到数字电路方案过于简单，而且不能满足现在的安全需求。所以本设计采用前一种方案。该方案主要由单片机系统、键盘、报警系统组成。系统能完成开锁、超时报警、超次锁定、管理员解密、修改用户密码基本的密码锁的功能。除上述基本的密码锁功能外，还具有调电存储、声光提示等功能，依据实际的情况还可以添加遥控功能。本系统成本低廉，功能实用。
2.3主要电路的方案设计与比较
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毕业设计（论文）
根据系统的结构框图，设计时对其主要电路做了如下比较： （1）报警电路
方案1：采用闪光报警
闪光报警过于简单，而且必须眼睛看到了才知道发生了意外情况。所以市场上的闪光报警装置已经越来越少了。
方案2：鸣音报警
小装置电器中，为了安全起见，鸣音报警电路应用是非常普遍的。它电路简单，并且是生音报警。只要再一定的范围内，不需要看见，就可以知道它是否报警了。
方案3：语音报警
语音报警是最好的一种，不仅能起到报警作用，还能直接给出警报种类的信息。语音报警虽然警报信息较直接，但硬件成本高，结构较复杂，软件量也增加。
相比这三种方案，最实用的是语音报警电路。 （2）键盘电路
方案1：独立式键盘
独立式按键指直接用I/O口线构成单个按键电路。每个独立式按键单独占用一位I/O口线。电路配置灵活，软件结构简单。但在按键数量较多时，I/O口线浪费较大。如果应用系统中的键较少时，就可以采用简单的键盘接口电路了。
方案2：矩阵式键盘
在按键比较多的时候，采用矩阵式键盘比独立式键盘要节省很多I/O口线。一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍。
为了节约口线，该系统选择矩阵式键盘。
至此，通过本章方案的选择，将所设计的电子密码锁的单片机控制系统的组成和整体方案及主要电路的方案确定下来，下面的章节将对本设计进行进一步的说明，并将之分为硬件部分和软件部分来详细说明。 2.4 本章小结
本章主要围绕电子密码锁这一整套系统为主线展开，首先讲述了电子密码锁系统的组成，然后讲述了整体方案的设计与论证，比较了两种整体方案的不同以及优缺点，以及介绍并比较了其中几种主要电路的方案设计。
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第3章 电子密码锁系统硬件设计
在本次设计中，硬件电路是该套系统的重要组成部分，不仅芯片选择要慎重考虑，在其他很细小的地方都要注意。单片机控制系统硬件电路的设计主要分以下几个部分：AT89C2051单片机系统模块、晶振复位电路模块、蜂鸣器报警电路模块以及键盘电路模块等。
3.1 单片机的选择
根据系统的要求分析，该密码锁电路的I/O口线少于15个，所以可以选择质优价廉的AT89C2051，而且不需要外接程序存储器和数据存储器及其他扩展部件。
AT89C2051单片机是51系列单片机的一个成员，是8051单片机的简化版与INTEL MCS-51系列单片机的指令和输出管脚相兼容。由于将多功能八位CPU和闪速存储器结合在单个芯片中，因此，AT89C2051构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比。内部自带2K字节可编程FLASH存储器的低电压、高性能COMS八位微处理器，它的主要性能有：
.和MCS-51产品兼容；
.2KB可重编程FLASH存储器（1000次）； .2.7-6V电压范围；
.全静态工作：0HZ-24KHZ .2级程序存储器保密锁定 .128*8位内部RAM .15条可编程I/O线
.两个16位定时器/计数器 .6个中断源
.可编程串行通道
AT89C2051是一个有20个引脚的芯片，引脚配置如图3-1所示。与8051相比，AT89C2051减少了两个对外端口（即P0、P2口），使它最大可能地减少了对外引脚，因而芯片尺寸有所减小。 12345678910RSTP3.0/RXDP3.1/TXDXTAL2XTAL1P3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1GNDVCCP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1/AIN1P1.0/AIN0P3.720191817161514131211 图3-1 AT89C2051引脚配置 - 6 -