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。
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。
2.2 系统结构
本设计系统主要由单片机芯片、矩阵键盘、LCD显示模块、掉电存储模块、
报警机构和开锁机构组成。如图2-1所示。
LCD显示 时钟电路 单片机 掉电存储 复位电路 开锁机构 矩阵键盘 报警机构
图2-1 系统总体设计结构图
时钟电路给单片机提供晶振频率，复位电路不但使单片机上电复位，还能在
使用过程中通过需要通过按键再次手动复位，矩阵键盘提供按键的输入，LCD模块显示信息，掉电存储负责密码的存储，开锁机构和报警机构分别负责开锁和报警功能。
设计中，单片机选用AT89C51，LCD显示模块选用LCD1602液晶显示器，串行存储器选用电可擦除存储器AT24C02，开锁机构用发光二极管代替，报警机构选用蜂鸣器。
第3章 硬件电路设计
3.1 单片机接口分配
AT89C51单片机在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和
多种I/O功能部件，具有一台微型计算机的基本结构，按功能可以将其分成八个组成部分：微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、特殊功能寄存器（SFR）、I/O口、串行口、定时器/计数器及中断系统。
在本设计中，单片机的各个接口我是这样分配的：P0口接一个上拉电阻后与
LCD1602的8位双向数据端D0～D7相接，P1口用作矩阵键盘接口，P2口的P2.0～P2.2和LCD1602的4～6引脚相接，P2.5和P2.6接串行存储器AT24C02，P3口用作开锁电路和报警电路的接口。
3.2 单片机最小系统设计
单片机最小系统就是指能使单片机工作的最少的器件构成的系统。因为
单片机已经包含了数据存储器和程序存储器，所以只要在其外部加上时钟电路和复位电路就可以构成单片机最小系统。
3.2.1 时钟电路
单片机工作需要晶振给CPU提供频率，时钟电路就是给单片机提供晶振频率的电路。图3-1是时钟电路的PROTEUS仿真图。
图3-1 时钟电路
单片机允许的振荡晶体可在1.2～24MHz之间选择，一般为11.0592MHz，
电容C2，C3的取值对振荡频率输出的稳定性、大小及振荡电路起振速度有一定的影响，可在20～100pF之间选择，典型值位30pF。
3.2.2 复位电路
计算机每次开始工作，CPU和系统中的其他部件都必须要有一个确定的
初值，即复位状态。图3-2是单片机复位电路仿真图。
图3-2 复位电路
单片机RST引脚是高电平有效。单片机在上电瞬间C1充电，RST引脚端出
现正脉冲，只要RST断保持两个机械周期（大约10ms）以上的高电平，单片机就能复位。在单片机工作后，如果还想再次复位，只需按下开关，单片机就能重新变成复位状态。
当晶体振荡频率为12MHz时，RC的典型值为C=10μF，R=8.2KΩ。 3.2.3 最小系统
单片机加上时钟电路和复位电路就构成了能使其正常工作的最小系统。 单片机最小系统是单片机正常工作的基础，任何一个单片机系统设计都是基于单片机最小系统的基础上来完成的，而在单片机系统实物设计中，最应该首先解决的也应该是单片机最小系统问题，只有保证了单片机最小系统的正确性，才能保证接下来的其他模块的正确设计。
图3-3是单片机最小系统的完整仿真图。