电子密码锁_浩_学号201002070000

课 程 设 计 说 明 书 课程名称： 单片机原理及应用 题目： 电子密码锁 院 系：电子信息与电气工程学院 学生姓名： 吴 浩 学 号 201002090000 专业班级： 11自动化（专升本） 指导教师： 段 徳 功 2009年 05 月 19 日 课 程 设 计 任 务 书 设计题目 电子密码锁 学生姓名 吴冬冬 所在院系 电子信息与电气工程学院 专业、年级、班 10自动化（专升本） 设计要求： 1. 具有电源开关及指示灯，有复位按键; 2. 输入一位密码，为0-3之间的数字，密码输入正确显示字符“P”约3秒钟，并通过P3.0端口将锁打开；否则显示"E"约3秒，锁继续保持锁定状态，等待再次数输入密码。 3. 数码管静态显示。4个数字键通过P0口德低4位P0.0-P0.3连接，P0.0表示0数字键,P0.1表示1数字键，P0.2表示2数字键，P0.3表示3数字键，锁的开.关电路用P3.0控制一个发光二极管，发光二极管亮表示锁打开，灭表示锁定。 1. 查找资料 2. 系统分析 6. 书写实验书 [4] 李光飞.单片机课程设计实例知道，北京：北京航空航天大学出版社，2004。 周四﹑五：写课程设计 任务下达日期： 2011年 05月 08 日 任务完成日期： 2011年 05月 19日 指导教师（签名）： 学生（签名）： 电子密码锁 摘 要： 在日常的生活和工作中, 住宅与部门的、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。随着科学技术的不断发 展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。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。密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、 易操作等优点。 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传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性 能上都大大提高一步。随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世，出现了带 微处理器的智能密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化管理、专家分析 系统等功能，从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性，应用日益广泛。 本系统由单片机系统、数字键盘、LED数码显示和开锁指示等功能。除上述基本的密码锁功能外，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。 关键词：电子密码锁，AT89S52，Protues仿真，LED数码管。 目 录 1.设计背景…………………………………………………… 1 1.1密码锁北京状况分析………………………………… 1 1.2电子密码锁设计分析………………………………… 1 2.设计…………………………………………………… 2 2.1系统设计方案分析…………………………………… 2 2.2系统设计方案选择…………………………………… 2 2.3设计方案的确立……………………………………… 4 3. 方案实施………………………………………………… 6 3.1 硬件系统……………………………………………… 6 3.2 软件设计……………………………………………… 8 4. 结果与结论……………………………………………… 11 5. 收获与致谢 ………………………………………………12 6. 参考文献………………………………………………… 13 7. 附件……………………………………………………… 14 7.1 应用软件……………………………………………… 14 7.2 元器件库……………………………………………… 14 7.3 设计原理图…………………………………………… 15 7.4 设计实物图…………………………………………… 16 7.5 仿真图………………………………………………… 17 1. 设计背景 1.1密码锁的背景状况分析 随着电子工业的发展，数字电子技术已经深入到了人们生活的各个层面，在国内外各 种各样的电子产品也正在日新月异地向着高精尖技术发展。在安全技术防范领域，具有防 盗报警功能的电子密码锁代替传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全 性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。 从目前的技术水平和市场认可程度看，国内外使用最为广泛的是键盘式电子密码锁， 该产品主要应用于保险箱、保险柜和金库，还有一部分应用于保管箱和运钞车。键盘式电子密码在键盘上输入，与打电话差不多，因而易于掌握，其突出优点是“密码”是记在被 授权人脑子里的数字和字符，既准确又可靠，不会丢失（除了忘记），难以被窃（除非自 己泄露）。但是密码不能太简单，太简单了就容易被他人在键盘上试探出来，或者可能被 旁观者窥测出来，造成保密性不足。当然，密码又不能太复杂，太复杂了可能自己都糊涂了，或者输入密码操作成功率低，造成使用不便。因此，为了发扬优点、克服弱点，键盘式电子密码也在不断发展中，如“任意设定密码”技术使得被授权人可以根据自己的需要或喜好设定密码，常用常新；而“更改密码”技术使得本次输入的密码将自动更改成下次 应输入的密码，更改的规律不为他人所知，因而不怕旁观者窥测，显示的窄小角度只能由操作者正面看得到，因而即使旁观者看见操作动作也难以窥测出密码。总之，尽管新式电子防盗锁层出不穷，但键盘式电子密码防盗锁仍然“老树发新芽”，不仅在市场上居于主流地位，而且，还经常作为其他类型电子防盗锁的辅助输入手段。 1.2 电子密码锁的设计分析 （在日常的生活和工作中, 住宅与部门的安全防范、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。随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。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。密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。 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传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性 能上都大大提高一步。随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世，出现了带 微处理器的智能密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化管理、专家分析 系统等功能，从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性，应用日益广泛。 在国内外电子防盗锁应用于金融业，其根本的作用是“授权”，即被“授权”的人才 可以存取钱、物。广义上讲，金融业的“授权”主要包括以下三种层次的内容：1、授予 保管权，如使用保管箱、保险箱和保险柜；2、授予出入权，如出入金库、运钞车和保管 室；3、授予流通权，如自动存取款。目前，金融行业电子防盗锁的应用主要集中在前两 个层面上。下面将介绍几种在金融行业中使用较多的电子防盗锁以及它们的技术发展方向。 当然，以上所说的授权技术再高超，都必须由精良的“锁具”担当承载结构部件，实 现开启、闭锁的功能，而且承担实体防护作用，抵抗住或尽量延迟破坏行为，让电子防盗 锁“软、硬不吃”。一般情况下，锁具防盗的关键是锁身外壳、闭锁的部件（如伸缩的锁 舌或锁栓、锁扣盒锁扣板以及依靠电磁力直接闭锁的电磁部件等）的强度（应有足够的机 械强度和刚度，能够承受一定数值、一定方向的静压力和冲击力以及力矩）、锁止型式（能 承受某些方式和工具的作用）、配合间隙（防止采用机械的、电子的方法探入锁具内部而 被开启）和布局（将薄弱的、与锁的开启直接相关的零部件和电路置于壳体保护之下，并 且不易被识别出来）。 提高电子防盗锁之防护能力的必然途径是报警，在许多场所有人值守、有电视监控， 具有报警功能，可以综合物理防范和人力防范两种作用。报警的前提是具备探测功能，根 据电子防盗锁的使用场所和防护要求，可选择多种多样的探测手段。在中国的城市金融业 中，实现联网报警已经成为对各金融网点的基本要求。 根据国内外的实践，安全防范风险等级很 有必要，即依据使用的防盗报警器材的 性能、安装布局和人员值守状况等，可以评估被防护物或区域的防护能力，得出风险等级，其中，电子防盗锁的性能至关重要。 2.设计方案 2.1系统方案分析 通过对以往只是的复习既巩固，在此提出三种方案，一种是中规模集成电路控制的方案，另一种是单片机控制的方案，还有一种是基于8086的技术的微型计算机控制方案。 2.2选择设计方案 方案一：采用集成电路控制。编码电子锁电路分为编码电路、控制电路、复位电路、解码电路、防盗报警电路、门铃电路。电子锁主要由输入元件、电路(包括电源)以及锁体三部分组成，后者包括电磁线圈、锁拴、弹簧和锁柜等。当电磁线圈中有一定的电流通过时，磁力吸动锁栓，锁便打开。用发光二极管代表电磁线圈，当发光二极管为亮状态时，代表电子锁被打开。每来1个输入时钟，编码电路的相应状态就向前前进一步。在这个操作过程中，如果按照规定的代码顺序按动编码按键，编码电路的输出就跟随这个代码的信息。正确输入编码按键的数字，控制电路通过整形供给编码电路时钟。一直按规定的编码顺序操作完，则解码电路驱动开锁电路把锁打开。在操作过程中，如果没有按照规定代码顺序按下数字键或按动了其他键，控制电路将驱动防盗报警电路产生报警信号。 方案二：采用一种是用以AT89S52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I/O端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加调电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能。 电子密码的硬件以单片机AT89S52为核心。AT89S52 是一种带4k 字节闪烁可编程、可擦除只读，存储器FPEROM（Falsh Programmable and ErasableRead Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8 位微处理器。其外接4 个按钮组成的键盘，通过驱动电路与单片机相连，以实现密码等的显示功能。 电子密码锁由键盘输入的识别、1位LED的显示、密码的比较、修改、存储，实现开锁功能。根据原理图，结合硬件结构，可以将键盘输入的识别用来作为系统的监控程序（主程序），用显示程序来延时，不断查询键盘。如果有键按下，就得到相应的键值。结合当前系统所处的状态，调用不同的操作模块，实现相应的功能。而执行模块主要有数字输入模块、确定键模块、修改键模块及显示模块。 方案三：运用8086微型芯片实现电子密码锁功能。 2.3设计方案的确立 设计本课题时构思了两种方案：方案一是用锁存器74LS74、74LS00、74LS20和555基集成块构成的数字逻辑电路控制；方案二是用以AT89s52为核心的单片机控制。结合自身条件，考虑到单片机电子锁制作成本低，设计要求少，易实现控制要求，而逻辑电路控制方案原理的复杂，调试较为繁琐，本人对单片机电路基础较熟悉，有利于研究该课题。而方案三因为对课程不甚熟悉，所以选择放弃。 通过深思熟虑及各方面的思考，最终决定采用了方案二——基于AT89S52技术的电子密码锁。 3. 方案实施 3.1 硬件系统 1、供电系统 2、AT89C52简介及功能引脚 AT89S52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。它是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89S52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 　AT89S52有40个引脚，32个外部双向输入/输出端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写端口，AT89S52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。AT89S52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。AT89S52为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xs52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1和XTAL2为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/VPP为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC和VSS为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS和SCLS端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。其引脚图见下图。 AT89S52管脚图 3、 晶振电路 AT89S52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，输入端为引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2。 这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个自激振荡器，如图2。电路中C1和C2典型值通常选为30uF左右，对外接电容没有严格要求，但电容的大小会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。振荡器的频率范围在1.2MHz-12MHz之间。 4、共阳极数码管 共阳极数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳极数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。其原理图如图： 共阳极数码管 5、复位电路 电阻给电容充电，电容的电压缓慢上升直到VCC，没到VCC时芯片复位脚近似为低电平，于是芯片复位，接近ＶＣＣ时芯片复位脚近似为高电平，于是芯片停止复位，复位完成。 先看看单片机数据手册，得知复位时间最少是多少个周期，再计算当前时钟频率一个周期是多少时间，再乘以复位所需周期数就知道当前时钟频率所需复位时间，用RC充电公式计算所需电阻电容值即可。注意单片机数据手册复位脚的高低电平电压值，RC充电时间要计算复位脚的高低电平区间电压， 复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。下图所示的RC复位电路可实现上述基本功能。 复位电路 6、发光二极管 发光二极管简称为LED。由镓与砷、磷的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。 　　 它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。常见二极管基本电路如图 发光二极管原理图 发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。限流电阻R可用下式计算： 公式 　　R＝（E－UF）／IF 式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流 3.2软件设计 汇编程序如下 org 0000H ajmp main main: mov p2,#0ffh ; setb p3.0 mov p0,#0ffh ;mov 20h,#11111101b mov a,p0 CJNE a,#11111111B,qudou ljmp retend qudou:mov 30h,a lcall delay10ms mov a,p0 cjne a,30h,retend key0:mov c,p0.0 jc key1 ljmp nokey key1:mov c,p0.1 jc key2 ljmp key key2:mov c,p0.2 jc key3 ljmp nokey key3:mov c,p0.3 jc retend ljmp nokey key:mov p2,#10001100b clr p1.0 clr p3.0 lcall delay3s setb p1.0 setb p3.0 ljmp main nokey: mov p2,#10000110b clr p1.0 setb p3.0 lcall delay3s setb p1.0 ljmp main delay3s: mov r3,#25 tt: mov r5,#200 tt1:mov r4,#250 tt2: djnz r4,tt2 djnz r5,tt1 djnz r3,tt ret delay10ms:mov r1,#40 tt3:mov r2,#125 tt4:djnz r2,tt4 djnz r1,tt3 ret retend: ajmp main end 4. 结果与结论 4.1实践结果 通过两周的摸索与时间，最终我们通过互联网及同学的帮助，实现了设计所要求实现的功能，设计取得初步成效。 4.2设计结论 在整个电路的设计过程中，我们尽自己的最大努力做好电路设计。对于该电路我们尽量让自己达到设计的所有要求。但在制作过程中我们遇到了一些问题，比如各个电子元件的工作电压VCC我们就没有考虑他们是否相同，地线是否选取最优放位等.但在实际电路中他们需要相同，以减少电路的复杂度。制作生产所需要的成本，对整个电路元件的选择和实际中有所差别。这些问题我们觉得都是值得进一步改进和值得探索的。同时制作中遇到了一些问题，虽然尽最大的能力解决了一些，但还是存在一些缺陷，希望老师指正。 5. 收获与致谢 通过这次单片机课程设计，我收获了许多： 第一，在课程设计的两个星期内，在实践的基础上，使我对理论的掌握更熟练了，对理论的理解更深了； 第二，我知道了理论联系实践的重要性，理论始终要与实践紧密的结合起来； 第三，我懂得了实践是检验真理的唯一标准的真正含义，任何理论在没有经过实践这块试金石检验之前都是软弱无力的； 第四，对科学要有一种严谨的作风，不能马虎； 第五，通过实践，使我对单片机，，数码管的功能与原理理解的更深了,并通过编辑程序使我对计算机汇编语言有了进一步的掌握。了自己的不足。并在电脑上用PROTUES演示原理图，进一步学习与运用了其画图软件，收获颇多，为以后学习数字电子等科目打下了坚实的基础。还常寻求老师的帮助，他们使我获得了不少的知识。在这里，首先我要感谢学校能给我们这次理论联系实践的机会以及给予我们物质上的大力支持；其次，我要郑重的感谢指导老师——段德功老师。她孜孜不倦兢兢业业的工作精神值得赞美的。 6. 参考文献 [1]张毅刚.单片机原理及应用.北京：高等教育出版社，2009.2 [2]睢丙东. 单片机应用技术及实例.北京：电子工业出版社，2005.1 [3]陈正义.单片机控制实习.北京.人民邮电出版：2006.7 [4] 杜尚丰. CAN总线测控技术及其应用.北京：电子工业出版社，2007.1 [5] 杜树春.单片机C语言和汇编语言混合编程实例详解.北京：北京航空航天大学出版社，2006.6 [6] 王松武.电子创新设计与实践，北京：国防工业出版社，2005 [7] 李建忠.单片机原理及应用. 西安：西安电子科技大学出版社, 2004. [8] 陈明荧.8051单片机设计实训教材，北京：清华大学出版社，2004.9 [9] 李光飞.单片机课程设计实例知道，北京：北京航空航天大学出版社，2004。 7. 附件 7.1应用软件 DXP2004,PROTUES软件和KEIL软件 7.2元器件清单 AT89S52 1个 晶振 1个 发光二极管 2个 数码管 1个 7805 1个 2w10桥堆 1个 按钮 5个 电阻680欧姆4个 电阻330欧姆 1个 电阻1k欧姆11个 电解电容10uF 1个 瓷片电容104 2个 瓷片电容 33uF 2个 电解电容 1000uF 2个 9015PNP 1个 40脚IC插座 1个 万能版 1 块 另： 导线若干 焊丝若干 松香若干 7.3．设计原理图 7.4.设计实物图 密码错误效果 密码正确效果 7.5仿真图 密码错误效果 密码正确指示 指导教师评语： 课程设计报告成绩： ，占总成绩比例： 30% 课程设计其它环节成绩： 环节名称： 考勤 ，成绩： ，占总成绩比例： 20% 环节名称： 综合 ，成绩： ，占总成绩比例： 50% 总 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 本次课程设计负责人意见： 负责人签字： 年 月 日 _1234567890.bin