电子密码锁的电路设计16

电子密码锁的设计与实现一、实验目的１．进一步掌握键盘扫描和LED显示的程序设计.２．了解按键消抖的方法。

３．综合运用微机原理的软硬件知识。

二、实验内容与要求１．基本要求（1)具有密码输入功能,密码最多为６位;(2)设置退格键，以便删除输入错误的密码；（3）在输入的密码时数码管上只显示8,并根据输入位数依次横移；（4）设置确认键，当确认键按下后，判断输入密码是否正确；（5）当输入密码正确时,点亮发光二极管;当输入密码不正确时，发光二极管不亮并且蜂鸣器报警，重新输入，当三次密码输入不正确时，系统应锁定键盘10s。

2．提高要求将用户分为管理者和使用者,管理者拥有超级密码,可以修改其他人的密码。

使用者不能修改密码。

三、实验报告要求１．设计目的和内容２．总体设计３．硬件设计：原理图(接线图）及简要说明４．软件设计框图及程序清单５．设计结果和体会(包括遇到的问题及解决的方法)四、总体设计电子密码锁的原理是：从键盘输入一组密码,CPU把该密码和设置密码比较,对则将锁打开（不同锁的控制方式不一样,比如加电控制电磁铁抽回，从而打开),错则要求重新输入，并记录错误次数，如果三次错误,则被强制锁定并报警,除非超级密码或者其他的手段打开,比如延时一段时间。

初步设计思路如下:1．输入密码用矩形键盘，包括数字键和功能键，功能键包括退格键和确认键.2．LED数码管显示输入密码，但是只是输出显示符号8 .采用动态扫描输出。

3．用发光二极管模拟锁的情况，锁关时发光二极管灭,打开时发光二极管亮。

4．输入密码错误时报警，3次输入错误时键盘锁定10s，键盘无法接收数据。

软件的设计主要包括矩形键盘键值的读取、LED动态扫描输出程序、密码判断程序和报警程序.五、硬件设计根据设计思路，硬件电路可通过实验平台上的一些功能模块电路组成,由于实验平台上的各个功能模块已经设计好，用户在使用时只要设计模块间电路的连接,因此，硬件电路的设计及实现相对简单.完整系统的硬件连接如图1所示.硬件电路由LED数码管显示模块、按键模块、发光二极管电路和蜂鸣器模块组成。

单片机电子密码锁设计一、设计背景随着科技的不断发展，传统的机械锁已经不能满足人们对于安全性和便捷性的需求。

电子密码锁具有保密性好、操作方便等优点，逐渐取代了传统机械锁。

单片机作为一种集成度高、功能强大的微控制器，为电子密码锁的设计提供了良好的硬件基础。

二、系统总体设计本电子密码锁系统主要由单片机控制模块、键盘输入模块、显示模块、存储模块和开锁控制模块等部分组成。

单片机控制模块是整个系统的核心，负责处理输入信息、控制各个模块的工作以及进行密码的验证和存储。

键盘输入模块用于用户输入密码，通常采用 4×4 矩阵键盘，可实现数字 0 9 以及确认、取消等功能按键的输入。

显示模块用于显示系统的相关信息，如输入的密码、提示信息等。

常见的显示方式有液晶显示屏（LCD）和数码管显示。

存储模块用于存储设置的密码，以便系统在断电后仍能保存密码信息。

EEPROM 存储器具有掉电不丢失数据的特点，适合用于密码存储。

开锁控制模块在密码验证通过后，控制电磁锁或电机等执行机构完成开锁动作。

三、硬件设计1、单片机选型选择一款合适的单片机是系统设计的关键。

常用的单片机有 51 系列、STM32 系列等。

51 系列单片机价格低廉、开发简单，适合本设计的需求。

2、键盘接口电路采用行列式扫描的方式实现 4×4 矩阵键盘的接口电路。

通过单片机的 I/O 口依次扫描行线和列线，判断按键的按下状态。

3、显示电路如果选择液晶显示屏（LCD），则需要通过单片机的并行接口或串行接口与 LCD 控制器进行通信，实现字符和图形的显示。

数码管显示则相对简单，通过单片机控制数码管的段选和位选信号即可。

4、存储电路EEPROM 存储器通过 I2C 总线与单片机连接，单片机通过发送特定的指令和数据来实现对 EEPROM 的读写操作。

5、开锁控制电路使用继电器或三极管驱动电磁锁或电机，单片机输出高电平或低电平来控制开锁电路的通断。

四、软件设计1、主程序流程系统上电后，首先进行初始化操作，包括单片机内部资源的初始化、显示模块的初始化、存储模块的初始化等。

千里之行，始于足下。

电子密码锁的电路设计电子密码锁是一种基于数字密码输入的锁，它利用电子电路技术实现了对锁的控制和解锁功能。

下面将介绍如何设计一个简单的电子密码锁电路。

整个电子密码锁电路设计主要包括以下几个部分：1. 数码键盘模块：用于输入密码的模块，一般采用矩阵键盘或单片机带有键盘的模块。

2. 输入密码存储模块：用于存储用户设置的密码，可以采用EEPROM、FLASH等非易失性存储器。

3. 控制逻辑模块：用于控制电子锁的解锁和上锁功能，可以采用CMOS逻辑门电路实现。

4. 驱动模块：用于驱动电子锁的解锁和上锁功能，可以采用继电器、场效应管等。

5. 电源供电模块：为整个电路提供稳定的电源，可以采用适配器、电池等。

下面将详细介绍每个模块的设计原理和具体实现方法：1. 数码键盘模块：常见的数码键盘有4x4或4x3结构，可以使用针对数码键盘的扫描编码技术，通过扫描按键状态来确定按键的值。

2. 输入密码存储模块：采用非易失性存储器，如EEPROM、FLASH等，可以在电源关闭后依然保存数据，这样可以避免用户密码丢失的情况。

第1页/共2页锲而不舍，金石可镂。

3. 控制逻辑模块：控制逻辑模块根据输入密码和已存储的密码进行比较，如果匹配则解锁，这里可以使用CMOS逻辑门电路实现比较功能，比如采用与门和非门组合。

4. 驱动模块：驱动模块用于控制电子锁的解锁和上锁功能，可以采用继电器、场效应管等。

当密码匹配正确时，驱动模块接通电子锁电路，实现解锁功能。

5. 电源供电模块：为整个电路提供稳定的电源，可以采用适配器、电池等，要保证电源电压稳定，并且能够支持电子锁的工作电压。

总结：电子密码锁电路的设计主要包括数码键盘模块、输入密码存储模块、控制逻辑模块、驱动模块和电源供电模块。

需要注意的是，电子密码锁电路的安全性非常重要，密码存储模块需要保护好，以防止密码泄露。

此外，为了增加密码的复杂度，可以加入密码长度和重试次数的限制等措施。

1、总体方案设计设计本课题时构思了两种方案：一种是用以A T89C2051为核心的单片机控制方案；另一种是用CMOS数字集成电路控制方案。

考虑到单片机方案原理复杂，而且调试较为繁琐，所以本文采用后一种方案。

1：采用数字电路控制。

其原理方框图如图数字电路控制方案采用数字密码锁电路的好处就是设计简单。

用以CMOS构成的数字逻辑电路作为密码锁的核心控制，共设了8个用户输入键；如果用户输入密码的时间超过5秒（一般情况下，用户不会超过5秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警20秒。

通过比较以上两种方案，单片机方案有较大的活动空间，但是成本昂贵；采用数字密码锁电路只要设计合理，仍然能够满足保密性要求。

所以我们采用后一种方案。

2.1设计说明要求用电子器件设计制作密码锁的控制电路，使之在输入正确的代码时输出信号，以启动执行机构动作，并用红，绿LED灯指示开锁、关锁状态。

设计完成的要求：（1）密码锁控制器中存储一个八位代码（二进制），当开锁按钮开关（共设置了11位，其中只有8位有效密码键，其余三位为干扰位和密码更改位）的输入代码等于存储代码时启动开锁控制电路，并且绿灯亮，红灯灭表示开锁状态。

（2）从第一个按钮触动后的5秒内若未能将锁打开，则电路自动复位并有扬声器发出报警信号，报警信号持续时间20秒，同时绿灯灭，红灯亮表示关锁状态。

（3）本设计完成了发挥部分的要求即密码修改电路，通过按钮开关（space 键）控制，用户可以自行修改八位密码，修改后的密码将进入电路锁存。

2.2设计思路根据题目要求，我们设计了这款实用稳定的数字电子密码锁，由密码按钮键、预置密码锁存器、密码比较识别电路、5s计时电路和20s计时电路等组成。

整机采用CMOS数字集成电路，电路新颖，线路简单，保密性强，性能可靠，误码报警等特点。

2.3总体方框图3、设计原理分析电路组成：键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输入锁定电路3.1 密码输入和修改电路：电路总共设计了11个用户输入键，其中有8位是有效的密码按键，其余的分别是M键（仿真电路中采用此按键表示开始输入密码，但是实际电路中可以用灵敏度较高的端口来代替，当人走近门时，触摸了敏感端，由于人自身带电，端口变成高电平，黄色指示灯亮表示电子锁处于待命状态，当然这在仿真电路中通过按键也可以实现），L键（输入密码结束，按下确认键即L键），space键（这个按键装在电路内部，是密码修改键，修改前后分别按space 按键表示修改密码和密码修改结束）3.2报警电路：报警电路实现的功能是：当输入密码的时间超过5s（一般情况下用户输入不会超过）或者密码输入错误，电路报警20s，防止他人恶意开锁。

课程设计：电子密码锁(附原理图及PCB)电子密码锁摘要：本设计是通过判断输入密码正确与否从而控制相应电路工作，完成开锁、报警、锁定键盘等任务的电子密码锁。

它具有预设密码功能，超时报警功能，键盘锁定功能，错误提示功能等。

预设密码和输入密码是用两个八位的锁存器实现，密码判断是由数值比较器电路组成，超时报警功能是用NE555所构成的单稳态触发器实现，超时次数及密码错误次数由计数电路记录，而键盘锁定功能则是通过电路的逻辑关系巧妙控制锁存器的输出使能端实现的。

关键词：电子锁，密码锁，键盘锁定，报警电路Abstract：This design is to control the corresponding circuit by judging the password correctly or not work, do lock, alarm, lock the keyboard and other electronic combination lock. It has default password function, timeout alarm function, and key lock function, error function, etc. Default password and enter the password is to use two of the eight latch, password is consist of numeric comparator circuit, timeout alarm function is formed by using NE555 monostable trigger, timeout number and password error number recorded by counting circuit, and key lock function is through the logical relationship of the circuit can control the output of the latch makes the server-side implementation.Keywords：Electronic lock ,Combination lock,Keyboard lock, warning circuit.目录1 前言 (1)1.1 设计背景 (1)1.2 设计概述 (1)2 总体方案设计 (3)2.1 程序框图 (3)2.2 电路分析 (4)3 单元模块设计 (5)3.1 密码锁存电路 (5)3.2 密码判断电路 (7)3.3 计数器电路 (8)3.4 计时器电路 (9)3.5电路参数的计算及元器件的选择 (13)3.6 各单元模块的联接 (13)4 系统调试 (14)4.1 仿真电路总图 (14)4.2系统仿真参数设置 (14)4.3 功能调试 (17)4.4 调试结果分析 (23)5 系统功能、指标参数 (25)5.1 系统实现的功能 (25)5.2 系统指标参数测试 (25)6 结论 (26)7 设计总结 (27)7.1 设计的收获体会 (27)7.2 对设计的进一步完善提出意见或建议 (27)8 致谢 (28)9 参考文献 (29)附录1：电子密码锁的仿真总图 (31)附录2：电子密码锁的PCB图 (33)1 前言1.1 设计背景随着人们生活水平的提高，对家庭防盗技术的要求也是越来越高，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的欢迎。

指导教师签字：年月日目录摘要 (2)Abstract (2)第一章、绪论 (3)1.1 课题研究的相关背景 (3)1.2 课题研究的基本理论依据 (3)1.3 设计课题的任务 (3)1.4 课题研究的目的、意义 (4)第二章设计方案简述 (5)2.1 方案的论证 (5)2.2 方案的原理 (5)2.3 方案的总体框图 (5)第三章详细的设计方案 (6)3.1 密码的设定和密码的输入部分 (6)3.2 执行电路 (7)3.3 NE555秒脉冲电路 (7)3.4 报警电路 (8)3.5 倒计时电路 (8)3.6 稳压电源电路 (9)第四章设计结果及分析 (10)4.1 电路的调试 (10)4.2 功能的扩展 (10)第五章设计的总结 (12)参考文献 (13)摘要随着人门生活水平的提高，如何提高实现家庭的防盗这一问题业变得尤其突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬开的事件屡见不鲜，使我们的财产以及人身安全有了很大的隐患，这致使我们寻求更好的安全措施。

电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的喜爱。

设计本课题时构思的方案是采用74LS86四两输入的异或门和74LS04非门构成的数字逻辑电路控制方案。

初始密码（可以修改）设定后，当输入密码正确时按下开锁按钮，绿灯亮表示开门；当输入密码错误按下开锁按钮时，红灯亮表示报警状态，同时555电路产生脉冲进入10秒的倒计时并发出报警声。

关键词：电子密码锁；74LS86四两输入异或门；74LS04非门；555电路AbstractWith the people's living standards increase, how to improve the implementation of family protection against the problem has become particularly outstanding, and the traditional machinery lock because of its construction of simple and forcing open the event of the case, our property and security of person was a great potential, this to us for the safety measures. the lock because of its confidentiality high, with agility, safety, was the favorite.This subject in the design concept plan was adopted 74ls86 4 liang of the input power, or the door and 74ls04 the door of a digital logic to control circuit.Initial passwords （ can modify ） then, when the right to enter the password when the open lock button, the green light before the door when their ； enter the password mistake in the open lock button when the lights indicate the state, the circuit produce pulses 555 to 10 seconds count down and alarm.Keywords：electronic combination locks；74ls86 ；74ls04 ；555 chip第一章、绪论1.1 课题研究的相关背景在现代城市中，随着人们生活水平的提高，如何提高实现家庭的防盗这一问题业变得尤其突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬开的事件屡见不鲜，使我们的财产以及人身安全有了很大的隐患，这致使我们寻求更好的安全措施。

电子密码锁设计1.1 设计要求利用单片机作为控制核心，完成一个电子密码锁可以修改密码设计具体要求如下：1、密码的设定，此密码是固定在程序存储器ROM中，假设预设的密码为“12345共6位密码；2、密码的输入：采用两个按键来完成密码的输入，其中一个按键为功能键，另一个按键为数字键。

输入确认功能键之后，才能完成密码的输入过程。

进入密码的判断比较处理状态并给出相应的处理过程；3、密码输入正确按确认键，绿灯亮，输入密码错误、红灯亮蜂鸣器响。

1.2 设计内容：1、设计合理、正确的方案；2、系统硬件设计及焊接制作；3、系统软件设计及调试；4、系统联调。

1.3 主要设计条件：1、MCS-51单片机实验操作台1台；2、PC机及单片机调试软件；3、单片机应用系统板1套；4、系统设计所需的元器件。

2 方案论证与对比2.1 方案一采用数字电路控制，其原理方框图如1-1所示。

键盘输入开锁电路密码校验电路执行电路限时报警消除报警信号正确开锁市电供电电路电子切换开关充电电路蓄电池断电检测220V 6V 电源Vcc图1-1 数字电路控制图采用数字密码锁电路的好处就是设计简单。

用74LS112双JK 触发器构成的数字逻辑电路做为密码锁的核心控制，共设了9用户输入键，其中只有5个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键，如果按下干扰按键，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，。

电路有两大部分组成：密码锁电路和备用电源，其中备用电源是防止停电造成的密码锁电路失效，是用户免遭麻烦。

密码锁电路包含：键盘输入，密码检测，开锁电路，执行电路，报警电路。

2.2.1单片机系统：此次课程设计采用一种是用以STC98C52为核心的单片机控制方案。

利用单片机灵活编程设计和丰富的I/O 端口，及其控制的准确性，进行电子密码锁的设计。

此次课题用8255课编程芯片的PC 口与键盘相连，做输入口，PA,PB 口与数码管相连，做显示。

2.2.2矩阵键盘接口电路：此次课程设计采用4*4矩阵键盘，与PC 相连，采用扫描法。

人生最大的幸福，是发现自己爱的人正好也爱着自己。

基于单片机的电子密码锁设计摘要在日常的生活和工作中住宅和部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决若使用传统的机械式钥匙开锁人们常需携带多把钥匙使用极不方便且钥匙丢失后安全性即大打折扣在安全技术防范领域具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替了传统的机械式密码锁电子密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点本文从经济实用的角度出发采用美国Atmel公司的单片机AT89S51作为主控芯片和数据存储器单元结合外围的矩阵键盘输入、LCD液晶显示、报警、开锁等用C语言编写的主控芯片控制程序和EEPROM AT24C02读写程序相结合并用Keil软件进行编译设计了一款可以多次更改密码具有报警功能的电子密码控制系统这种密码锁的电路设计具有防试探按键输入、智能控制上锁、开锁、报警、修改密码等多种功能密码长度可变、保密性强、灵活性高、使用日益广泛关键词密码锁单片机报警 LCD显示Design of Electric Password Lock Based on MCUABSTRACTIn the daily life and the workthe way to the house's and department's safe guardunit's document filethe financial reporting as well as some individual material preservation almost need many locks. If we use tradition mechanical key to openthe people often must carry many keysbut it is not extremely convenient. If the key lostthe security will decline greatly. In the safety work guard domainthe lock with security warning function electronic combination have replaced the traditional mechanical combination lock graduallythe electronic combination lock have the highly securitythe lowly costthe lowly power wastageeasy to operate and so on merits.This article is based on the economical and practical point of viewuses the United States Atmel Corporation AT89S51 microcontroller as a master chip and the data memory unitit combines with the external matrix keyboard inputLCD digital displayalarmunlock and so on circuitsdominates by the C programming language chip EEPROM of the control procedures and carries on the translation with Keil softwarethe password can be changed many timesthe electronic the password control also has the alarming function.This password lock circuit design has anti-test button inputintelligent control lockunlockalarm and change the password multiple functions. Password length can be changed great security and high flexible than othersit is widely used.Key Words： Password lock； MCU； Alarm； LCD Display目录摘要第一章绪论1.1电子密码锁简介 (1)1.2电子密码锁的发展趋势 (1)1.3本设计所要实现的目标 (2)1.4设计方案简介 (2)第二章主要元器件介绍2.1主控芯片AT89S51 (3)2.1存储芯片AT24C02 (6)2.3 LCD1602显示器 (7)2.4 晶体振荡器 (8)第三章硬件系统构成3.1设计原理.............................................................................. (10)3.2电路总体构成 (10)3.3电源输入电路 (11)3.4键盘输入电路 (12)3.5密码存储电路 (12)3.6复位电路.............................................................................. (13)3.7晶振电路.............................................................................. (14)3.8显示电路.............................................................................. (14)3.9报警电路.............................................................................. (15)3.10开锁电路 ............................................................................. .15第四章软件系统设计4.1主程序流程图 (17)4.2按键软件设计 (18)4.3密码设置软件设计 (19)4.4开锁软件设计 (20)第五章调试和实现5.1硬件调试 ............................................................................. . (21)5.2软件调试 ............................................................................. . (21)5.3 Pruteus仿真 (22)结论和展望致谢参考文献附录第一章绪论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使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大大超过了机械锁其特点如下：1) 保密性好编码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因人员的更替而使锁的密级下降3) 误码输入保护当输入密码多次错误时报警系统自动启动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 电子密码锁的发展趋势日常生活和工作中住宅和部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决目前门锁主要用弹子锁其钥匙容易丢失；保险箱主要用机械密码锁其结构较为复杂制造精度要求高成本高且易出现故障人们常需携带多把钥匙使用极不方便且钥匙丢失后安全性即大打折扣针对这些锁具给人们带来的不便若使用机械式钥匙开锁为满足人们对锁的使用要求增加其安全性用密码代替钥匙的密码锁应运而生由于电子器件所限以前开发的电子密码锁其种类不多保密性差最基本的就是只依靠最简单的模拟电子开关来实现的制作简单但很不安全在后为多是基于EDA来实现的其电路结构复杂电子元件繁多也有使用早先的20引角的2051系列单片机来实现的但密码简单易破解随着电子元件的进一步发展电子密码锁也出现了很多的种类功能日益强大使用更加方便安全保密性更强由以前的单密码输入发展到现在的密码加感应元件实现了真真的电子加密用户只有密码或电子钥匙中的一样是打不开锁的随着电子元件的发展及人们对保密性需求的提高出现了越来越多的电子密码锁出于安全、方便等方面的需要许多电子密码锁已相继问世但这类产品的特点是针对特定有效卡、指纹或声音有效且不能实现远程控制只能适用于保密要求高且供个人使用的箱、柜、房间等由于数字、字符、图形图像、人体生物特征和时间等要素均可成为钥匙的电子信息组合使用这些信息能够使电子防盗锁获得高度的保密性如防范森严的金库需要使用复合信息密码的电子防盗锁组合使用信息也能够使电子防盗锁获得无穷扩展的可能使产品多样化对用户而言是"千挑百选、自得其所"可以看出组合使用电子信息是电子密码锁以后发展的趋势1.3 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有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就的密码在输入新密码的时候要二次确认以防止误操作1.4 设计方案简介采用以单片机为核心的控制方案由于单片机种类繁多各种型号都有其一定的使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取单片机时从下面几个方面考虑：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的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AT89S51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端口及其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AT24C02芯片用于密码的存储外接LCD1602显示器用于显示作用当用户需要开锁时先按键盘开锁键之后按键盘的数字键0－9输入密码密码输完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重新输入密码当三次密码错误则发出报警；当用户需要修改密码时先按下键盘设置键后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无误后按确认键使新密码将得到存储密码修改成功第二章主要元器件2.1主控芯片AT89S51单片机AT89S51功能介绍AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压高性能CMOS8位微处理器俗称单片机该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造和工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案AT89S51芯片引脚图如图2-1所示主要特性：·和MCS-51 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：0Hz-24Hz·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·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路管脚说明：下面按其引脚功能分为四部分叙述这40条引脚的功能1、主电源引脚VSS和VSSAT89S51芯片引脚图VSS--（40脚）接+5V电压；VSS--（20脚）接地2、外接晶体引脚XTAL1和XTAL2XTAL1（19脚）接外部晶体的一个引脚在单片机内部它是一个反相放大器的输入端这个放大器构成了片内振荡器当采用外部振荡器时对HMOS单片机此引脚应接地；对SHMOS单片机此引脚作为驱动端XTAL2（18脚）接外晶体的另一端在单片机内部接至上述振荡器的反相放大器的输出端采用外部振荡器时对HMOS单片机该引脚接外部振荡器的信号即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对XHMOS此引脚应悬浮3、控制或和其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP①RST/VPD（9脚）当振荡器运行时在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位推荐在此引脚和VSS引脚之间连接一个约8.2k的下拉电阻和VSS引脚之间连接一个约10μF的电容以保证可靠地复位VSS掉电期间此引脚可接上备用电源以保证内部RAM的数据不丢失当VSS主电源下掉到低于规定的电平而VPD在其规定的电压范围（5±0.5V）内VPD就向内部RAM提供备用电源②ALE/PROG（30脚）：当访问外部存贮器时ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节即使不访问外部存储器ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号此频率为振荡器频率的1/6因此它可用作对外输出的时钟或用于定时目的然而要注意的是每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个LS型的TTL输入电路对于EPROM单片机（如8751）在EPROM编程期间此引脚用于输入编程脉冲（PROG）③PSEN（29脚）：此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号在从外部程序存储器取指令（或常数）期间每个机器周期两次PSEN有效但在此期间每当访问外部数据存储器时这两次有效的PSEN信号将不出现PSEN同样可以驱动（吸收或输出）8个LS型的TTL输入④EA/VPP（引脚）：当EA端保持高电平时访问内部程序存储器但在PS（程序计数器）值超过0FFFH（对851/8751/80S51）或1FFFH（对8052）时将自动转向执行外部程序存储器内的程序当EA保持低电平时则只访问外部程序存储器不管是否有内部程序存储器对于常用的8031来说无内部程序存储器所以EA脚须常接地这样才能只选择外部程序存储器对于EPROM型的单片机（如8751）在EPROM编程期间此引脚也用于施加21V的编程电源（VPP）4．控制或和其它电源复用引脚 RST/VpdALE/PROGPSEN 和EA/VppRST/Vpd 当振荡器运行时在此引脚上出现两个机器同期的高电平（由低到高跳变）将使单片机复位在 VSS掉电期间此引脚可接上备用电源由 Vpd向内部 RAM提供备用电源以保持内部RAM中的数据ALE/PROG 正常操作时为ALE功能（允许地址钱存）提供把地址的低字节锁存到外部锁存器ALE引脚以不变的频率（振荡周期的1/6）周期性地发出正脉冲信号因此它可用作对外输出的时钟或用于定时目的但要注意每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE脉冲ALE端可以驱动（吸收或输出电流）八个 LSTTL电路对于 EPROM型单片机在 EPROM编程期间此引脚接收编程脉冲（PROG功能）PSEN 外部程序存储器读选通信号输出端在从外部程序存储器取指令（或数据）期间；PSEN 在每个机器周期内两次有效 PSEN 同样可以驱动八个LSTTL输入EA／Vpp EA为内部程序存储器和外部程序存储器选择端当EA为高电平时访问内部程序存储器（PS值小于4K）当EA为低电平时则访问外部程序存储器对于EPROM型单片机在EPROM编程期间此引脚上加21VEPROM编程电源（Vpp）5、输入/输出（I/O）引脚P0、P1、P2、P3（共32根）①P0口（39脚至32脚）：是双向8位三态I/O口在外接存储器时和地址总线的低8位及数据总线复用能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载②P1口（1脚至8脚）：是准双向8位I/O口由于这种接口输出没有高阻状态输入也不能锁存故不是真正的双向I/O口P1口能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载对8052、8032P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发即T2外部控制端对EPROM编程和程序验证时它接收低8位地址③P2口（21脚至28脚）：是准双向8位I/O口在访问外部存储器时它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址在对EPROM编程和程序验证期间它接收高8位地址P2可以驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载④P3口（10脚至17脚）：是准双向8位I/O口在MSS-51中这8个引脚还用于专门功能是复用双功能口P3能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载作为第一功能使用时就作为普通I/O口用功能和操作方法和P1口相同作为第二功能使用时各引脚的定义如表所示值得强调的是P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能表2-1 P3口管脚备选功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）2.2 存储芯片AT24C02如图2-2为AT24C02的芯片引脚图图2-2 AT24C02的芯片引脚图特点：低压和标准电压运行模式- 2.7 (VCC = 2.7V to 5.5V)- 1.8 (VCC = 1.8V to 5.5V)内建128x8存储序列2线制串行接口双向数据传送协议100kHz(1.8V2.5V2.7V) 和400kHz(5V)兼容写同步时钟(最大10ms)高可靠性极限：1M写时钟周期数据保存:100年不断推进的芯片等级扩大了设备的可用温度范围AT24C02提供电可擦除的串行1024位存储或可编程只读存储器(EEPROM)128字(8位/字) 芯片在低压的工业和商业使用中进行了最优化设备操作：CLOCK 和DATA变化：SDA管脚通常外部要拉高SDA管脚上的数据只能在SCL低期间改变数据在SCL高期间改变定义为一个开始或停止信号开始状态：在任何操作之前必须有一个开始信号----在SCL为高时SDA上产生一个下降沿停止状态： SCL为高时SDA产生一个上升沿是停止信号停止信号后将停止所有通信在一个读的序列之后停止信号将让EEPROM进入备用电源模式2.3 LCD16022显示器液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到显示的主要是数字、专用符号和图形1602型LCD显示模块具有体积小功耗低显示内容丰富等特点1602型LCD可以显示2行16个字符有8位数据总线D0-D7和RSR/WEN三个控制端口工作电压为5V并且具有字符对比度调节和背光功能接口信号说明：1602型LCD的接口信号说明如表2-2所示表2-2 LCD1602接口信号说明符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D015BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极1602型LCD主要技术参数：显示容量:16×2个字符芯片工作电压:4.5-5.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm1602型LCD基本操作程序如下表所示：表2-3 LCD1602基本操作程序读状态输入RS=LR/W=HE=H输出D0-D7=状态字写指令输入RS=LR/W=LD0-D7=指令码E=高脉冲输出无读数据输入RS=HR/W=HE=H输出D0-D7=数据写数据输入RS=HR/W=LD0-D7=数据E=高脉冲输出无2.4晶体振荡器晶体振荡器简称晶振其作用在于产生原始的时钟频率这个频率经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率以声卡为例要实现对模拟信号44.1kHz或48kHz的采样频率发生器就必须提供一个44.1kHz或48kHz的时钟频率如果需要对这两种音频同时支持的话声卡就需要有两颗晶振但是现在的娱乐级声卡为了降低成本通常都采用SCR将输出的采样频率固定在48kHz但是SRC会对音质带来损害而且现在的娱乐级声卡都没有很好地解决这个问题现在使用最广泛的是石英晶体振荡器石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器石英晶体振荡器也称石英晶体谐振器它用来稳定频率和选择频率是一种可以取代LC谐振回路的晶体谐振元件石英晶体振荡器广泛地使用在电视机、影碟机、录像机、无线通讯设备、电子钟表、单片机、数字仪器仪表等电子设备中为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号在单片机中为其提供时钟频率石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片它可以是正方形、矩形或圆形等）在它的两个对应面上涂敷银层作为电极在每个电极上各焊一根引线接到管脚上再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器简称为石英晶体或晶体、晶振其产品一般用金属外壳封装也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的只要在晶体振子板极上施加交变电压就会使晶片产生机械变形振动此现象即所谓逆压电效应当外加电压频率等于晶体谐振器的固有频率时就会发生压电谐振从而导致机械变形的振幅突然增大第三章硬件系统设计3.1 设计原理本设计主要由单片机、矩阵键盘、液晶显示器和密码存储等部分组成其中矩阵键盘用于输入数字密码和进行各种功能的实现由用户通过连接单片机的矩阵键盘输入密码后经过单片机对用户输入的密码和自己保存的密码进行对比从而判断密码是否正确然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者报警电路控制开锁还是报警实际使用时只要将单片机的负载由继电器换成电子密码锁的电磁铁吸合线圈即可当然也可以用继电器的常开触点去控制电磁铁吸合线圈本系统共有两部分构成即硬件部分和软件部分其中硬件部分由电源输入部分、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、开锁部分组成软件部分对应的由主程序、初始化程序、LCD显示程序、键盘扫描程序、启动程序、关闭程序、建功能程序、密码设置程序、EEPROM读写程序和延时程序等组成图3-1 电子密码锁原理框图3.2 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在外围电路其外围电路包括电源输入部分、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、开锁部分组成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字符型液晶显示LCD1602密码存储部分选用AT24C02芯片来完成其原理图如图3-2所示：图3-2 电路总体结构图3.3 电源输入电路密码锁主要控制部分电源需要用5V直流电源供电其电路如图3-3所示而5V电源输入时往往伴有杂波所以加一个2.2uF的电容滤波这样输出的电压一般能满足要求图3-3 电源输入电路原理图3.4 键盘输入电路由于本设计所用到的按键数量较多而不适合用独立按键式键盘采用的是矩阵式按键键盘它由行线和列线组成也称行列式键盘按键位于行列的交叉点上密码锁的密码由键盘输入完成和独立式按键键盘相比要节省很多I/O口本设计中使用的这个4*4键盘不但能完成密码的输入还能作特别功能键使用比如清空显示功能等键盘的每个按键功能在程序设计中设置其大体功能（看键盘按键上的标记）及和单片机引脚接法如图3-4所示：图3-4 键盘输入原理图3.5 密码存储电路AT24C02是ATMEL公司的2KB字节的电可擦除存储芯片采用两线串行的总线和单片机通讯电压最低可以到2.5V额定电流为1mA静态电流10Ua(5.5V)芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上而且采用8脚的DIP封装使用方便其电路如图3-5所示图中1、2、3脚是三条地址线用于确定芯片的硬件地址在AT89S51上它们都能接地第5脚和第8脚分别为正、负电源AT24C02中带有片内地址寄存器每写入或读出一个数据字节后该地址寄存器自动加1以实现对下一个储存单元的读写所有字节均以单一操作方式读取3.6 复位电路单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态并从这个状态开始工作例如复位后PC＝0000H使单片机从第-个单元取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（即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也为高电平根据实际情况选择如图2-8所示的复位电路该电路在最简单的复位电路下增加了手动复位按键在接通电源瞬间电容C1上的电压很小复位下拉电阻上的电压接近电源电压即RST为高电平在电容充电的过程中RST端电压逐渐下降当RST端的电压小于某一数值后CPU脱离复位状态由于电容C1足够大可以保证RST高电平有效时间大于24个振荡周期CPU能够可靠复位增加手动复位按键是为了避免死机时无法可靠复位当复位按键按下后电容C1通过R5放电当电容C1放电结束后RST端的电位由R11和R15分压比决定由于R11<<R15 因此RST为高电平CPU处于复位状态松手后电容C1充电RST端电位下降CPU脱离复位状态R11的作用在于限制按键按下瞬间电容C1的放电电流避免产生火花以保护按键触电图3-6 复位电路原理图3.7 晶振电路AT89C51引脚XTAL1和XTAL2和晶体振荡器及电容C2、C1按图3-7所示方式连接晶振、电容C2／C3及片内和非门（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和晶振频率及电容C1、C2的容量有关但主要由晶振频率决定范围在0～33MHz之间电容C2、C3取值范围在5～30pF之间根据实际情况本设计中采用12MHZ做系统的外部晶振电容取值为20pF图3-7 晶振电路原理图3.8 显示电路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LCD1602取代普通的数码管来完成只有按下键盘上的开启按键后显示器才处于开启状态同理只有按下关闭按键后显示器才处于关闭状态否则显示器将一直处于初始状态当需要对密码锁进行开锁时按下键盘上的开锁按键后利用键盘上的数字键0－9输入密码每按下一个数字键后在显示器上显示一个*输入多少位就显示多少个*当密码输入完成时按下确认键如果输入的密码正确的话LCD子显示"RIGHT"单片机其中P2.0引角会输出低电平使三极管T2导通电磁铁吸合电子密码锁被打开。

物理与电子信息学院数字电路课程设计报告书姓名：班级：学号时间：论文题目电子密码锁的设计课程论文要求设计一个电子密码锁，要求如下：1、有10个数字号码0,1,2，········9，设定密码号为3,5,6,7，按从高位到低位顺序开锁。

2、只有输入正确的密码时，锁才能打开，且经历一段时间后电路自动返回原始状态，以指示灯的状态来表示锁的关闭和打开。

3、当按下任意一个非密码号时，锁不打开，指示灯不亮。

设计过程(包括：设计方案、电路分析、仿真结果、软硬件结合测试步骤和结果、设计收获和体会)设计方案与论证：电子锁的种类比较多，电路的结构形式也有多种，有触摸开关编码，也有光电编码，既可以用分立元件（晶体管、晶闸管）组成，也可以用集成电路组成，甚至可以用带有处理系统的微处理器（单片机）做。

方案一〈采用数字电路〉1、原理方框图图（1-1）其原理框图如上图所示，整个电子密码锁由三部分组成：编码电路、主体编码驱动锁数码开关指示灯数码开关寄存器电路、复位电路。

其中十个按键开关与电源组成编码电路，并提前设置好密码。

主体电路由四个D 触发器组成的移位寄存器和四个密码按键相连，以驱动继电器开锁和指示灯亮。

复位电路有两部分，一部分是由剩下的非密码按键进行复位功能，另一部分是由高电平信号经过门电路进行复位。

方案二〈采用单片机〉2、原理方框图图（1-2）使用单片机的原理框图如上所示，依据其画出其单片机的程序流程图并借此进行程序的设计分析：分配好所需的存储单元和其他相关内容，然后再进行整体的程序设计。

在程序仿真没有问题后，对单片机烧录程序后，然后进行电路的硬件电路设计。

设计论证初始化设置密码按键指令输入译码驱动锁指示灯锁存控制寄存器本设计所构想的两个方案中，方案二采用了单片机的硬件和软件相结合的方法，利用了汇编语言的强大功能，通过编写一个合适的正确的汇编程序，依靠所接的按键开关输入相应的指令就可以进行一系列的程序操作，从而实现所需要的功能。