基于51单片机控制的电子密码锁设计

基于51单片机控制的电子密码锁设计内容摘要：

下一个数字键，一个 “一 ”就显示在最右边的数码管上，同时将先前输入的所有 “一 ”向左移动一位。 密码清除功能：当按下清除键时，清楚前面输入的所有值，并清除所有显示。 开锁功能：当按下开锁键，系统将输入与密码进行检查核对，如果正确锁打开，否则不打开 主要的 设计实施过程：首先，选用 ATMEL公司的单片机 AT89C51，以及选购其他电子元件。 第二步，使用 DXP2020 设计硬件单路原理图，并设计 PCB图完成人工布线（后因 PBC 板损坏决定采用万能板焊接的方法）第三步，使用 Keil 3 uVision3 软件编写的 C 语言程序、仿真、软件调试。 第四步使用 PROTEUS 软件进行模拟软、硬件调试。 最后联合软、硬件调试电路板。 4 第二 章 设计方案的选择 论证与比较 设计本课题时构思了两种方案：一种是 用以 AT89C51 为核心的单片机控制方案；另一种是用以 74LS112 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原理过于简单，而且不能满足现在的安全需要，所以本文采用前一种方案。 我们的密码锁控制器就是以单片机为核心设计的，本设计采用的是 ATMEL公司的 AT89C51 芯片，此芯片根据了充分的静止 CMOS 控制器与三级节目记忆锁，共有 32 条 I/O 线， 2 个 定时计数器， 6 个中断来源， 4K 闪存， 128 个字节在芯片 RAM。 方案一：采用数字电路控制。 其原理方框图如图 所示 图 数字密码锁电路方案 采用数字密码锁电路的好处就是设计简单。 用以 74LS112 双 JK 触发器构成的数字逻辑电路作为密码锁的核心控制，共设了 9 个用户输入键，其中只有 4个是有效的密码按键，其他的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无效，需要重新输入；如果用户输入的密码的时间超过40 秒（一般情况下，用户不会超过 40 秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警 80 秒，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘 5 分钟，防止他人非法操作。 电路由两大部分组成；密码锁电路和备用电源（ UPS）其中 设置 UPS 电源是为了防止因为停电造成的密码锁电路失效，使用户免遭麻烦。 5 密码锁电路包含：键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输入次数锁定电路。 方案二：采用一种是用以 AT89S51 为核心的单片机控制方案。 利用单片机灵活的编程设计和丰富的 IO 端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加调电储存、声光提示甚至添加遥控控制功能。 其原理如图 所示。 图 单片机控制方案 通过比较以上两种方案，单片机方案有较大的活动空间，不但能实现所 要求的功能而且能很大程度上扩展功能，而且还可以很方便的对系统进行升级，所以我们采用后一种方案。 6 第三章单片机的组成 AT89C51 单片机包含中央处理器、程序存储器（ ROM）、定时 \计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三打总线，单片机的内部结构如图所示： 中央处理器（ CPU）是整个单片机的核心部件是 8 位数据宽度的处理器能处理 8位 2 进制数据或代码， CPU 负责控制智慧和 调度整个单眼系统的协调工作完成运算和控制输入输出功能等操作。 2. 数据储存器 (RAM) AT89C51 内部有 128 个 8 位用户数据储存单元和 128 个专用寄存单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以用户能使用的 RAM 只有 128 个，可存放度写的数据，运算的中间结果或用户自定义的字型表。 程序储存器 (ROM) 共有 4KB掩膜 ROM，最大可扩展 64K 字节，用于存放用户程序，原始数据或表格。 /计数器： 89C51 有两个 16 为的可编程定时 /计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。 (I/O)口 89C51 共有 4 组 8 位 I/O 口（ P0、 P P2 或 P3），用于对外部数据的传输。 7 89C51 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时 /计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有 2 级的优先级别选择。 单片机的引脚 AT89C51 单片机内部总线是单总线结构，即数据总线和地址总线是公用的。 有 40 条引脚，与其他 51 系列单片机引脚是兼容的。 这 40 条引脚可分为 I/O 接口线、电源线、控制线、外接晶体线 4 部分。 AT89C51 单片机为双列直插式封装结构，如下图所示。 主要特征： 与 MCS51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命： 1000 写 /擦循环 数据保留时间： 10 年 全静态工作： 0Hz24Hz 三级程序存储器锁定 128*8 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个 16 位定时器 /计数器 5 个中断源 1 可编程串行通道 1 低功耗的闲置和时钟电路 1 片内振荡器和时钟电路 8 AT89C51 引脚分配图 AT89C51 单机的电源线有以下两种： （ 1） VCC:+5V 电源线。 电源线 （ 2） GND:接地线 AT89C51 单片机德外接晶体引脚有以下两种 （ 1） XTAL1:片内振荡器反相放大器的输入和内部时钟工作的输入端。 采用内部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。 （ 2） XTAL2:片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。 采用外部振荡器时，该引脚悬空。 外界晶体引脚。 控制线 AT89C51 单片机的控制线有以下几种 ： （ 1） RST。 复位输 入端，高电平有效。 （ 2） ALE/PROG:地址锁存允许 /编程线 （ 3） PSEN: 外部程序存储器的读选通线。 （ 4） EA/Vpp：片外 ROM 允许访问端 /编程电源端 电路的功能单元设计 9 第 四 章 单片机硬件资源 通过单片机送给开锁执行机构，电路驱动电磁锁 吸合，从而达到开锁的目的。 其原理如 图 所示。 密码锁开锁机构示意图 当用户输入的密码正确而且是在规定的时间（普通用户要求在 12s 内输入正确的密码，管理员要求在 5s 输入正确的密码）输入的话，单片机便输出开门信号。 送到开锁驱动电路，然后驱动电磁锁，达到开门的目的。 其实际电路如 图 所示。 电路驱动和开锁两级组成。 由 D R T10 组成驱动电路，其中 T10 可以选择普通的小功率三极管如 901 9018 都可以满足要求。 D5 作为开锁的提示：由 D C2 T11 组成。 其中 D C24 是为了消除电磁锁可能产生的反向高压电以及可能产生的电磁干扰。 T11 可选用中功率的三极管如 8050，电磁锁的选用要视情况而定，但是吸合力要足够且由一定的余量。 在本次设计中，基于节省材料的原则，暂时用发光二极管代替电磁锁，发光管亮，表示开锁；灭，表示没有开锁。 密码锁开锁机构电路图 10 由于设计要求使用矩阵键盘，所以设计就采用行列式键盘，同时也能减少键盘与单片机接口时所占的 I/O 线的数目，在按键比较多的时候，通常采用这样方法。 其原 理如 图 所示。 键盘原理图 每一条水平（行线）与垂直线（列线）的交叉处不相通，而是通过一个按键来连通，利用这种行列式矩阵结构只需要 N 条行线和 M 条列线，即可组成具有NM 个按键的键盘。 在这种行列式矩阵键盘非键盘编码的单片机系统中，键。