基于單片機的電子密碼鎖的設(shè)計 畢業(yè)論文.doc

摘要密碼鎖在安全技術(shù)防范領(lǐng)域，具有防盜報警功能的電子密碼鎖逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式密碼鎖，克服了機械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點，使密碼鎖無論在技術(shù)上還是在性能上都大大提高一步。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，特別是單片機的問世，出現(xiàn)了帶微處理器的智能密碼鎖，它除具有電子密碼鎖的功能外，還引入了智能化管理、專家分析系統(tǒng)等功能，從而使密碼鎖具有很高的安全性、可靠性，應用日益廣泛。隨著人們對安全的重視和科技的發(fā)展，許多電子智能鎖（指紋識別、IC卡辨認）已在國內(nèi)外相繼面世。但是這些產(chǎn)品的特點是針對特定的指紋和有效卡，只能適用于保密要求的箱、柜、門等。而且指紋識識別器若在公共場所使用存在容易機械損壞，IC卡還存在容易丟失、損壞等特點。加上其成本較高，一定程度上限制了這類產(chǎn)品的普及和推廣。鑒于目前的技術(shù)水平與市場的接收程度，電子密碼鎖是這類電子防盜產(chǎn)品的主流?；谝陨纤悸?，本次設(shè)計使用ATMEL公司的AT89C51實現(xiàn)一基于單片機的電子密碼鎖的設(shè)計，其主要具有如下功能：(1)設(shè)置6位密碼，密碼通過鍵盤輸入，若密碼正確，則將鎖打開。(2)報警、鎖定鍵盤功能。密碼輸入錯誤數(shù)碼顯示器會出現(xiàn)錯誤提示。電子密碼鎖的設(shè)計主要組成：34矩陣鍵盤接口電路、密碼鎖的控制電路。另外系統(tǒng)還有LED提示燈，報警蜂鳴器等。密碼鎖設(shè)計的關(guān)鍵問題是實現(xiàn)密碼的輸入、開鎖等功能：(1)密碼輸入功能：按下一個數(shù)字鍵，一個“”就顯示在最右邊的數(shù)碼管上，同時將先前輸入的所有“”消失。(2)開鎖功能：當按下開鎖鍵，系統(tǒng)將輸入與密碼進行檢查核對，如果正確鎖打開，否則不打開。主要的設(shè)計實施過程：首先，選用ATMEL公司的單片機AT89C51，以及選購其他電子元器件。第二步，使用PROTEL99設(shè)計硬件電路原理圖，并設(shè)計PCB圖完成人工布線（后因PCB板損壞決定采用萬能板焊接的方法）。第三步，使用KeiluVision3軟件編寫單片機的C語言程序、仿真、軟件調(diào)試。第四部，再使用PROTEL99軟件進行模擬軟、硬件調(diào)試。最后，聯(lián)合軟、硬件調(diào)試電路板，完成本次畢業(yè)設(shè)計。關(guān)鍵詞：34矩陣鍵盤；AT89C51；密碼四川托普信息技術(shù)職業(yè)學院1目錄第一章緒論.31.1電子鎖.31.2電子密碼鎖的特點.31.3電子密碼鎖的發(fā)展趨勢.3第二章系統(tǒng)總體設(shè)計.42.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu).42.2系統(tǒng)組成.42.3電路中原件介紹.42.3.1AT89c51.52.3.2共陽數(shù)碼管.52.3.3蜂鳴器.52.3.4三極管（PNP）.52.3.5微動開關(guān).62.3.6LED.62.3.7電容，電阻.62.3.8電源、插孔.62.3.9晶振.7第三章硬件電路設(shè)計.83.1總體電路圖.83.2單片機AT89C51簡介.83.2.1主要特性.83.2.2管腳說明.93.2.3震蕩特性.103.2.4芯片擦除.103.334矩陣鍵盤.113.4復位電路.113.5振蕩電路.123.6數(shù)碼管.123.7發(fā)光二極管LED.133.8蜂鳴器.13第4章PROTEL99SE運用.144.1建立一個數(shù)據(jù)庫文件.14四川托普信息技術(shù)職業(yè)學院24.2使用protel99se原理圖繪制.144.3如果新建PCB文件以及載入封裝圖.144.4將SCH轉(zhuǎn)為PCB文件.144.5protel99se的自動布線.154.6創(chuàng)建原理圖元件庫.164.7創(chuàng)建PCB元件封裝.174.8protel99se的PCB設(shè)計中的技巧.18第5章軟件程序設(shè)計.195.1軟件設(shè)計流程圖.195.2具體功能軟件實施.195.2.1密碼檢查功能.195.2.2顯示功能.195.2.3鍵盤掃描.205.2.4修改密碼.21第六章結(jié)束語.22致謝.23參考文獻.24附錄25附錄1：元件清單.25附錄2：完整電路圖.25附錄3：完整PCB圖.26附錄4：程序.27四川托普信息技術(shù)職業(yè)學院3第一章緒論1.1電子鎖電子鎖是采取電子電路控制，以電磁鐵或者衛(wèi)星電機和鎖體作為執(zhí)行裝置的機電一體化鎖具，相比傳統(tǒng)的機械鎖具，電子鎖不使用金屬鑰匙，保密性、精度都有很大提高。電子鎖的發(fā)明思路，源自古代發(fā)明的自動機械，例如古希臘數(shù)學家赫倫的液壓自動門，中國古代諸葛亮的木牛流馬，它們以重力或蒸汽壓力驅(qū)動，最廣泛的用途乃是用在古代墓道的地下機關(guān)。電子工業(yè)的誕生，使得以微小電量驅(qū)動機械成為可能，于是有了電子鎖一日千里的躍進。1.2電子密碼鎖的特點電子密碼鎖是一種通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作，從而控制機械開關(guān)的閉合，完成開鎖、閉鎖任務的電子產(chǎn)品。它的種類很多，有簡易的電路產(chǎn)品，也有基于芯片的性價比較高的產(chǎn)品?，F(xiàn)在應用較廣的電子密碼鎖是以芯片為核心，通過編程來實現(xiàn)的。其性能和安全性已大大超過了機械鎖，主要特點如下：保密性好，編碼量多，遠遠大于彈子鎖。隨機開鎖成功率幾乎為零。密碼可變。用戶可以程序更改密碼，防止密碼被盜，同時也可以避免因人員的更替而使鎖的密級下降。1.3電子密碼鎖的發(fā)展趨勢從目前的技術(shù)水平和市場認可程度看，使用最為廣泛的是鍵盤式電子密碼鎖，該產(chǎn)品主要應用于保險箱、保險柜和金庫，還有一部分應用于保管箱和運鈔車。鍵盤式電子密碼在鍵盤上輸入，與打電話差不多，因而易于掌握，其突出優(yōu)點是“密碼”是記在被授權(quán)人腦子里的數(shù)字和字符，既準確又可靠，不會丟失（除了忘記），難以被竊（除非自己泄露）。但是密碼不能太簡單，太簡單了就容易被他人在鍵盤上試探出來，或者可能被旁觀者窺測出來，造成保密性不足。當然，密碼又不能太復雜，太復雜了可能自己都糊涂了，或者輸入密碼操作成功率低，造成使用不便。因此，為了發(fā)揚優(yōu)點、克服弱點，鍵盤式電子密碼也在不斷發(fā)展中，如“任意設(shè)定密碼”技術(shù)使得被授權(quán)人可以根據(jù)自己的需要或喜好設(shè)定密碼，常用常新；而“自動更改密碼”技術(shù)使得本次輸入的密碼將自動更改成下次應輸入的密碼，更改的規(guī)律不為他人所知，因而不怕旁觀者窺測；獨出心裁的“鍵盤亂序顯示”技術(shù)使得鍵盤上的固定鍵位每次顯示出的字符不固定，并且顯示的窄小角度只能由操作者正面看得到，因而即使旁觀者看見操作動作也難以窺測出密碼；“多重密碼設(shè)定”技術(shù)使得單組密碼不一定有效，適合多人分權(quán)使用，需要輸入兩組以上的密碼才被認可，大大提高了保密性，如果限定輸入這些密碼的先后順序或時間區(qū)段，則保密性還可提高。在輸入密碼的過程中，為了限制試探密碼的企圖，通常輸入錯誤碼若干次或若干時間內(nèi)輸入不正確，即“封鎖”鍵盤，不再接受輸入操作?？傊?，盡管新式電子防盜鎖層出不窮，但鍵盤式電子密碼防盜鎖不僅在市場上居于主流地位，而且，還經(jīng)常作為其他類型電子防盜鎖的輔助輸入手段。四川托普信息技術(shù)職業(yè)學院4第二章系統(tǒng)總體設(shè)計2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖21系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.2系統(tǒng)組成如圖21所示系統(tǒng)主要由AT89C51(51系列)、數(shù)碼管、電源、蜂鳴器、LED、34矩陣鍵盤、復位電路等組成。2.3電路中原件介紹AT89C51數(shù)碼管蜂鳴器LED34鍵盤復位電路電源四川托普信息技術(shù)職業(yè)學院52.3.1AT89c51AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROMFlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機圖22AT89c512.3.2共陽數(shù)碼管共陽數(shù)碼管是將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮圖23共陽數(shù)碼管2.3.3蜂鳴器蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器性圖24蜂鳴器2.3.4三極管（PNP）由2塊P型半導體中間夾著1塊N型半導體所組成的三極管,稱為PNP型三極管.也可以描述成,電流從發(fā)射極E流入的三極管.圖25PNP型三極管四川托普信息技術(shù)職業(yè)學院62.3.5微動開關(guān)微動開關(guān)是一種施壓促動的快速轉(zhuǎn)換開關(guān)，因為其開關(guān)的觸點間距比較小，故名微動開關(guān)，又叫靈敏開關(guān)。圖26微動開關(guān)2.3.6LED注入一定的電流后，電子與空穴不斷流過PN結(jié)或與之類似的結(jié)構(gòu)面，并進行自發(fā)復合產(chǎn)生輻射光的二極管半導體器件圖27LED2.3.7電容，電阻電容在給定電位差下的電荷儲藏量；記為C，國際單位是法拉（F）電阻是物質(zhì)對電流產(chǎn)生的阻礙作用，電阻將會導致電子流通量的通量越大圖27電容圖27電阻2.3.8電源、插孔電源是可以將其它形式的能轉(zhuǎn)換成電能插孔是接受電源提供的電能，并提供給電路，使電路能正常工作圖28插孔圖27電源四川托普信息技術(shù)職業(yè)學院72.3.9晶振晶振作用在于產(chǎn)生原始的時鐘頻率，這個頻率經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率圖29晶振四川托普信息技術(shù)職業(yè)學院8第三章硬件電路設(shè)計3.1總體電路圖EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U180C52S1SW-PBS2SW-PBS3SW-PBS4SW-PBS5SW-PBS6SW-PBS7SW-PBS8SW-PBS9SW-PBS10SW-PBS11SW-PBS12SW-PBVCCY111.0592C133pC233pC310uR1210kVCC12J1CON2VCCR1220R2220R3220R4220R5220R6220R7220R9220D1LEDVCCLS1SPEAKERQ1PNPQ2PNPVCCR10330VCCR11330P2.6P2.7P2.7P2.6a1b2c3d4e5f6g7dp8i9j10W1COMPONENT_1R8220R14220R15220R16220R17220R18220R19220R20220VCCP0.4P0.4P0.5P0.5P0.6P0.6P2.6圖31電路圖系統(tǒng)工作原理分析：使用AT59C51單片機、34矩陣鍵盤、LED、蜂鳴器等。矩陣鍵盤分別為0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、OK、Enter。系統(tǒng)開始輸入密碼；輸入密碼時，數(shù)碼管顯示電路顯示為“對應的數(shù)字”，當密碼輸入完畢按下OK鍵時，對輸入密碼與設(shè)定的密碼進行比較，輸入密碼時蜂鳴器發(fā)出提示音，正確則LED點亮；若密碼不正確，LED不被點亮。3.2單片機AT89C51簡介AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4Kbytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（EPROM）和128