课题基于单片机的电子密码锁
课题基于单片机的电子密码锁[20191215152358]
摘 要
目前，全世界使用的电子密码锁大部分是基于以单片机为主要硬件技术，编码器与解码器的生成为软件的方式来实现的。可见，将单片机技术融入到传统锁中已是一种势不可挡的趋势。
本文介绍了一种由STC89C52单片机系统、4×4矩阵键盘、LCD1602液晶显示和语音提示及等组成，具有设置、修改六位用户密码、语音内容修改、超次通报、超次键盘锁定、错误密码输入警报等功能的电子密码锁，该设计具有软硬件设计简单,易于开发,成本较低,安全可靠,操作方便等特点,越来越受到广大群众的青睐，可作为大众产品进行开发使用,主要应用于私人住宅、办公保险箱等需要防盗的场所,具有比较强的实用性和比较高的安全性。该电子密码锁的上锁、开锁、密码修改都在单片机内进行,不涉及外围芯片,所以减小了PCB的面积，降低了成本和盗窃发生的几率,也提高了可靠性与保密性,从而使广大群众的财产得到了有效的保护，值得推广。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:STC89C52；电子密码锁；矩阵键盘
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
目录 III
第一章 绪 论 1
1.1历史背景 1
1.2本文研究的目的和意义 2
1.3电子密码锁的现状及发展 2
1.4 本文的主要工作和结构 3
第二章 总体方案的设计 4
2.1功能设计要求 4
2.2 总体设计方案的选定 4
2.3 系统总体设计及其结构图 6
第三章 电子密码锁的软硬件设计 7
3.1 单片机STC89C52简介 7
3.1.1 STC89C52单片机的主要特性 7
3.1.2 STC89C52的主要引脚功能说明 7
3.2 硬件部分的功能设计 9
3.2.1 键盘的功能设计 9
3.2.2 晶振电路的设计 11
3.2.3 复位电路的设计 12
3.2.4 电源串口的设计 13
3.2.5 液晶显示的设计 13
3.2.6 录音电路的设计 17
3.3 实现软件设计的整体思路 22
3.4 软件设计的具体实现 23
3.4.1 程序设计流程 23
3.4.2 仿真原理图分析 24
3.4.3 功能设计程序 25
第四章 功能 调试 28
4.1 硬件调试 28
4.2 软件调试 28
4.3 系统总调 29
第五章 总结与展望 30
5.1 总 结 30
5.2 展 望 31
5.2.1系统可拓展功能 31
5.2.2 拓展可用芯片 31
参考文献 33
致 谢 34
附录A 设计总图 35
附录B 设计程序 36
附录C 外文文献 45
附录D 外文翻译 53
第一章 绪 论
1.1历史背景
在公元前3000年前的中国仰韶文化中就有了锁的身影。其实最早的锁，是主人为防止他人开启而设的具有简单性能的机关，最初是运用在门上。我国在很早的时候就出现了石锁，但是并没有与之对应的钥匙，它是用绳索或铁链来束缚着的。在经过商周时，机械锁技术有了长足的发展，在锁芯内加入了大小各异的弹丸子，需要用外形相对应的齿形钥匙来开启。于是在之后的发展中就出现了用钥匙才能开启的铜铁锁等以不同钥匙来开启与之匹配的不同锁具。现如今，锁具技术发展到了机械密码锁、磁性锁、IC卡锁等各种功能的锁具。自19世纪后半期开始，锁具得到了空前运用，特别是在欧洲。此前，由于锁具的价格过于昂贵且在当时是贵族身份地位与权利的象征，故此一直得不到推广。但在如今，锁具已经普及到了全社会的各个角落，普通家庭也得到了普及。
随着电子科技技术的发展，人们对传统机械锁的结构及原理的研究程度也逐渐加深，不用钥匙照样也能打开锁。虽说锁具技术得到了长足的发展，但是窃贼却在同时越来越猖獗，现如今人们越来越关注防盗这一严重问题。之所以要防盗，是因为在现当代人类文明社会里，随着社会中各种对立的矛盾变得更加的剧烈，人们的思想道德观念，价值观念，文化素养等出现了良莠不齐的现象。有道德有素养的人能够更好自觉地规范自已的行为，然而那些毫无道德价值观念的盗贼却会想方设法用尽各种手段撬门开锁，使得广大用户的财产受到了威胁。
对于出现上述的问题，从本质根源上来讲，是因为传统机械锁本身都存在着致命的缺陷：
第一、容易破坏。由于其锁芯一般都是采用常见的铜、铝、锌等常见材料，故而难以抵抗外界的强力破坏；
第二、技术落后。由于其制作工艺技术比起现在来说十分落后，所以它已很难逃脱被现代科技手段所开启的“命运”。
目前，在市场上很多的锁具，虽然也具有防盗的作用，但在有经验的盗贼面前，几根细钢丝或者简单的几件工具就可能把这些防盗锁具打开（这就是社会上会有专门开锁的“职业”存在的原因），从而可能造成人们面临着各种财产的损失。面对这一严峻的现状，为了适应新时代的发展，新时代提出了锁具必须进行技术革新的新要求。
1.2本文研究的目的和意义
传统机械锁由于其原理简单、结构单一，破解起来很容易，故此其发生被盗的概率很高。在人们对科技水平认识不断的提升以及安全意识不断的加强之际，人们对于防盗安全问题的关注程度也跟着一起提高。电子密码技术就是其中最重要的要求之一，这种锁具有安全可靠性高，保密性强，灵活性高，适用的范围广等优点。据相关资料介绍，在上世纪30年代的时候，人们就对电子密码锁技术进行了研究，它最初是在一些特殊的场所中才会有所应用。这种锁的开锁过程是通过键盘输入一组预设的密码就可以将锁开启的一个过程，其机构和原理都比较简单。现如今的电子密码锁技术早就与传统的机械密码锁技术相结合在一起混合使用了，这就使其防盗功能得到了极大提升。故而，电子密码锁越来越被人们所喜欢，也因此，为了满足人们不同领域的安全防护要求，电子密码锁也随之出现了诸如：指纹锁，无源电子锁，磁卡锁，抽斗锁等新型的锁具。本文研究的目的是：与传统机械锁相比较， 论述电子密码锁的优点，为人们的财产安全提供一个安全可靠的选择，更好地保证人们的各种财产安全。
基于单片机的电子密码锁，具有低功耗，占用体积小，低成本价格，操作简便，可靠性高等诸多优点，具有极好的应用前景。本文研究的意义便在于：基于单片机的电子密码锁由于具有诸多的优点，所以它是值得推广到各个社会群体在各种财产安全方面的。而不同的社会群体对电子密码锁的要求也有所不同，从而就推进了电子密码锁在各个群体各个领域的发展。这对于电子密码锁的发展而言是具有重要意义的。
1.3电子密码锁的现状及发展
在经过20世纪80年代后，随着电子密码锁专用IC集成电路的出现，电子密码锁的体积就变得越来越小，可靠性也随之越来越高，而成本却变得越来越高，所以最后对于它的研究一直难以取得有里程碑的突破。但是由于基于单片机的电子密码锁一直都具有高性能、低功耗、低成本、易于操作等特点，且开发前景及市场前景都比较大，所以西方许多发达国家的电子技术开发商自上世纪以来还是坚持在这方面的研究。经过研究人员一直不懈的努力后，目前西方发达国家的电子密码锁技术相对比较先进，种类也较为齐全，已被广泛应用于各种智能门禁系统中，通过多种更加安全，更加可靠的电子技术来实现门禁系统管理。而我国的电子科技技术整体水平尚未达到国际先进水平，仅仅处于西方国家的80年代左右的水平。在我国市场上，电子密码锁的产品也还大多处在以按键电子锁为主的状态，现如今为了促进国内电子行业的技术发展，许多的商人已从国外引进技术上更为先进的按键式和卡片钥匙式电子锁的产品技术，这种产品技术能够使国内电子锁具有极为可观的发展前景。
目前有一比较热门的电子技术是基于现场可编译逻辑门阵列FPGA器件的新型电子技术，它是用FPGA器件去构造的新型防盗系统，而且所有的算法均由硬件器件来实现，这样就会使其系统的可靠性得到极大的提高。故此，基于FPGA的电子密码锁技术是目前电子密码锁正在快速发展且是值得研究的一个新方向。在国际上，除了FPGA电子锁技术外，还有一些也比较有前景的电子锁技术，比如：基于RFID，ZIGBEE，PLD，EDA，CPLD，单片机等都是比较受欢迎的电子锁技术研究方向。
1.4 本文的主要工作和结构
本论文主要是论述单片机在电子密码锁技术方面的研究。从整体设计方案的选定到硬件电路的设计与实现，又到系统软件的测试，再到功能拓展设想，最后到论文的总结，都经过了精心的琢磨和研究。在论文的总体结构上也是经过多次的修改才最终完善的。第一章的绪论主要讲述了本设计的发展背景意义及其发展的现状和趋势；第二章主要是论述了本设计的整体方案的选择；第三章主要是讲解本设计的软硬件部分是如何设计以及实现的；第四章主要是解说本设计整体系统的总功能测试；第五章则是在整体结构上对整个论文进行概括总结。这种层层递进，各层次间又相辅相成的逻辑机构使得本论文的结构有了一个清晰、有序的逻辑思路，很容易就会让读者明白本论文所要论述的内容。
第二章 总体方案的设计
2.1功能设计要求
㈠ 本设计在设计之初时是把输入的数字密码在液晶显示屏上以明文的方式显示出来；
㈡ 开锁密码设置位数是六位数的有效数字密码；
㈢ 能够在液晶上在输入密码时显示SECRET : ，密码错误时显示THE CODE IS WRONG ! ，密码正确时显示Welcome ! ；
㈣ 实现在输入密码错误次数超过三次时，将自动锁定键盘一段时间；
㈤ 4×4的矩阵键盘中包含有数字键0 ~ 9,字母键A ~ D以及字符键#、*；
㈥ 本产品具有一定的报警功能，当输入密码错误时语音会提示并且两个LED灯（红色和绿色）会变化。
㈦ 在输入正确密码进入系统后，按D键即可进入修改密码状态，本设计可以进行六位数的有效密码修改设定，修改密码成功之前需要进行二次输入密码确认，如此可以防止因误操作而带来不必要的麻烦。
2.2 总体设计方案的选定
方案一 ：采用数字电路控制系统。
该方案采用数字电路来控制锁。采用数字密码锁电路有一好处，那就是设计起来十分简单。该方案作为控制密码锁的核心部件是由以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路组成的，其用户输入键一共有十二个，即有效的数字密码按键十个，确定键一个及消除键一个；倘若用户输入密码错误的次数超过限定次数时该电路将在一段时间延迟（一般在20~50 ms）后自动将电路的键盘锁定一段时间，这样可以防止他人继续非法的操作。其原理图如图2.2.1所示。
该逻辑电路是由两块含有IC1~IC4的74LS112 组成的密码检测电路，如图2.2.1所示。由于IC1处于计数的状态中，当用户按下第一个正确的密码后，CLK引脚就会出现一个负下降沿，此时IC1就开始计数，而Q引脚也在此时输出高电平，用户依次按下有效的密码，IC2及IC3引脚端也一样依次输出高电平，送到与门IC5中，将其输出的高电平开锁信号送到555定时器的引脚2端，执行电路所对应的动作，从而就实现了开锁的功能。总的来说，数字密码锁原理简单，但功能实现起来比较麻烦，而且可靠性与稳定性并不能得到很好的保证，所以本设计不采用该方案。
摘 要
目前，全世界使用的电子密码锁大部分是基于以单片机为主要硬件技术，编码器与解码器的生成为软件的方式来实现的。可见，将单片机技术融入到传统锁中已是一种势不可挡的趋势。
本文介绍了一种由STC89C52单片机系统、4×4矩阵键盘、LCD1602液晶显示和语音提示及等组成，具有设置、修改六位用户密码、语音内容修改、超次通报、超次键盘锁定、错误密码输入警报等功能的电子密码锁，该设计具有软硬件设计简单,易于开发,成本较低,安全可靠,操作方便等特点,越来越受到广大群众的青睐，可作为大众产品进行开发使用,主要应用于私人住宅、办公保险箱等需要防盗的场所,具有比较强的实用性和比较高的安全性。该电子密码锁的上锁、开锁、密码修改都在单片机内进行,不涉及外围芯片,所以减小了PCB的面积，降低了成本和盗窃发生的几率,也提高了可靠性与保密性,从而使广大群众的财产得到了有效的保护，值得推广。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:STC89C52；电子密码锁；矩阵键盘
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
目录 III
第一章 绪 论 1
1.1历史背景 1
1.2本文研究的目的和意义 2
1.3电子密码锁的现状及发展 2
1.4 本文的主要工作和结构 3
第二章 总体方案的设计 4
2.1功能设计要求 4
2.2 总体设计方案的选定 4
2.3 系统总体设计及其结构图 6
第三章 电子密码锁的软硬件设计 7
3.1 单片机STC89C52简介 7
3.1.1 STC89C52单片机的主要特性 7
3.1.2 STC89C52的主要引脚功能说明 7
3.2 硬件部分的功能设计 9
3.2.1 键盘的功能设计 9
3.2.2 晶振电路的设计 11
3.2.3 复位电路的设计 12
3.2.4 电源串口的设计 13
3.2.5 液晶显示的设计 13
3.2.6 录音电路的设计 17
3.3 实现软件设计的整体思路 22
3.4 软件设计的具体实现 23
3.4.1 程序设计流程 23
3.4.2 仿真原理图分析 24
3.4.3 功能设计程序 25
第四章 功能 调试 28
4.1 硬件调试 28
4.2 软件调试 28
4.3 系统总调 29
第五章 总结与展望 30
5.1 总 结 30
5.2 展 望 31
5.2.1系统可拓展功能 31
5.2.2 拓展可用芯片 31
参考文献 33
致 谢 34
附录A 设计总图 35
附录B 设计程序 36
附录C 外文文献 45
附录D 外文翻译 53
第一章 绪 论
1.1历史背景
在公元前3000年前的中国仰韶文化中就有了锁的身影。其实最早的锁，是主人为防止他人开启而设的具有简单性能的机关，最初是运用在门上。我国在很早的时候就出现了石锁，但是并没有与之对应的钥匙，它是用绳索或铁链来束缚着的。在经过商周时，机械锁技术有了长足的发展，在锁芯内加入了大小各异的弹丸子，需要用外形相对应的齿形钥匙来开启。于是在之后的发展中就出现了用钥匙才能开启的铜铁锁等以不同钥匙来开启与之匹配的不同锁具。现如今，锁具技术发展到了机械密码锁、磁性锁、IC卡锁等各种功能的锁具。自19世纪后半期开始，锁具得到了空前运用，特别是在欧洲。此前，由于锁具的价格过于昂贵且在当时是贵族身份地位与权利的象征，故此一直得不到推广。但在如今，锁具已经普及到了全社会的各个角落，普通家庭也得到了普及。
随着电子科技技术的发展，人们对传统机械锁的结构及原理的研究程度也逐渐加深，不用钥匙照样也能打开锁。虽说锁具技术得到了长足的发展，但是窃贼却在同时越来越猖獗，现如今人们越来越关注防盗这一严重问题。之所以要防盗，是因为在现当代人类文明社会里，随着社会中各种对立的矛盾变得更加的剧烈，人们的思想道德观念，价值观念，文化素养等出现了良莠不齐的现象。有道德有素养的人能够更好自觉地规范自已的行为，然而那些毫无道德价值观念的盗贼却会想方设法用尽各种手段撬门开锁，使得广大用户的财产受到了威胁。
对于出现上述的问题，从本质根源上来讲，是因为传统机械锁本身都存在着致命的缺陷：
第一、容易破坏。由于其锁芯一般都是采用常见的铜、铝、锌等常见材料，故而难以抵抗外界的强力破坏；
第二、技术落后。由于其制作工艺技术比起现在来说十分落后，所以它已很难逃脱被现代科技手段所开启的“命运”。
目前，在市场上很多的锁具，虽然也具有防盗的作用，但在有经验的盗贼面前，几根细钢丝或者简单的几件工具就可能把这些防盗锁具打开（这就是社会上会有专门开锁的“职业”存在的原因），从而可能造成人们面临着各种财产的损失。面对这一严峻的现状，为了适应新时代的发展，新时代提出了锁具必须进行技术革新的新要求。
1.2本文研究的目的和意义
传统机械锁由于其原理简单、结构单一，破解起来很容易，故此其发生被盗的概率很高。在人们对科技水平认识不断的提升以及安全意识不断的加强之际，人们对于防盗安全问题的关注程度也跟着一起提高。电子密码技术就是其中最重要的要求之一，这种锁具有安全可靠性高，保密性强，灵活性高，适用的范围广等优点。据相关资料介绍，在上世纪30年代的时候，人们就对电子密码锁技术进行了研究，它最初是在一些特殊的场所中才会有所应用。这种锁的开锁过程是通过键盘输入一组预设的密码就可以将锁开启的一个过程，其机构和原理都比较简单。现如今的电子密码锁技术早就与传统的机械密码锁技术相结合在一起混合使用了，这就使其防盗功能得到了极大提升。故而，电子密码锁越来越被人们所喜欢，也因此，为了满足人们不同领域的安全防护要求，电子密码锁也随之出现了诸如：指纹锁，无源电子锁，磁卡锁，抽斗锁等新型的锁具。本文研究的目的是：与传统机械锁相比较， 论述电子密码锁的优点，为人们的财产安全提供一个安全可靠的选择，更好地保证人们的各种财产安全。
基于单片机的电子密码锁，具有低功耗，占用体积小，低成本价格，操作简便，可靠性高等诸多优点，具有极好的应用前景。本文研究的意义便在于：基于单片机的电子密码锁由于具有诸多的优点，所以它是值得推广到各个社会群体在各种财产安全方面的。而不同的社会群体对电子密码锁的要求也有所不同，从而就推进了电子密码锁在各个群体各个领域的发展。这对于电子密码锁的发展而言是具有重要意义的。
1.3电子密码锁的现状及发展
在经过20世纪80年代后，随着电子密码锁专用IC集成电路的出现，电子密码锁的体积就变得越来越小，可靠性也随之越来越高，而成本却变得越来越高，所以最后对于它的研究一直难以取得有里程碑的突破。但是由于基于单片机的电子密码锁一直都具有高性能、低功耗、低成本、易于操作等特点，且开发前景及市场前景都比较大，所以西方许多发达国家的电子技术开发商自上世纪以来还是坚持在这方面的研究。经过研究人员一直不懈的努力后，目前西方发达国家的电子密码锁技术相对比较先进，种类也较为齐全，已被广泛应用于各种智能门禁系统中，通过多种更加安全，更加可靠的电子技术来实现门禁系统管理。而我国的电子科技技术整体水平尚未达到国际先进水平，仅仅处于西方国家的80年代左右的水平。在我国市场上，电子密码锁的产品也还大多处在以按键电子锁为主的状态，现如今为了促进国内电子行业的技术发展，许多的商人已从国外引进技术上更为先进的按键式和卡片钥匙式电子锁的产品技术，这种产品技术能够使国内电子锁具有极为可观的发展前景。
目前有一比较热门的电子技术是基于现场可编译逻辑门阵列FPGA器件的新型电子技术，它是用FPGA器件去构造的新型防盗系统，而且所有的算法均由硬件器件来实现，这样就会使其系统的可靠性得到极大的提高。故此，基于FPGA的电子密码锁技术是目前电子密码锁正在快速发展且是值得研究的一个新方向。在国际上，除了FPGA电子锁技术外，还有一些也比较有前景的电子锁技术，比如：基于RFID，ZIGBEE，PLD，EDA，CPLD，单片机等都是比较受欢迎的电子锁技术研究方向。
1.4 本文的主要工作和结构
本论文主要是论述单片机在电子密码锁技术方面的研究。从整体设计方案的选定到硬件电路的设计与实现，又到系统软件的测试，再到功能拓展设想，最后到论文的总结，都经过了精心的琢磨和研究。在论文的总体结构上也是经过多次的修改才最终完善的。第一章的绪论主要讲述了本设计的发展背景意义及其发展的现状和趋势；第二章主要是论述了本设计的整体方案的选择；第三章主要是讲解本设计的软硬件部分是如何设计以及实现的；第四章主要是解说本设计整体系统的总功能测试；第五章则是在整体结构上对整个论文进行概括总结。这种层层递进，各层次间又相辅相成的逻辑机构使得本论文的结构有了一个清晰、有序的逻辑思路，很容易就会让读者明白本论文所要论述的内容。
第二章 总体方案的设计
2.1功能设计要求
㈠ 本设计在设计之初时是把输入的数字密码在液晶显示屏上以明文的方式显示出来；
㈡ 开锁密码设置位数是六位数的有效数字密码；
㈢ 能够在液晶上在输入密码时显示SECRET : ，密码错误时显示THE CODE IS WRONG ! ，密码正确时显示Welcome ! ；
㈣ 实现在输入密码错误次数超过三次时，将自动锁定键盘一段时间；
㈤ 4×4的矩阵键盘中包含有数字键0 ~ 9,字母键A ~ D以及字符键#、*；
㈥ 本产品具有一定的报警功能，当输入密码错误时语音会提示并且两个LED灯（红色和绿色）会变化。
㈦ 在输入正确密码进入系统后，按D键即可进入修改密码状态，本设计可以进行六位数的有效密码修改设定，修改密码成功之前需要进行二次输入密码确认，如此可以防止因误操作而带来不必要的麻烦。
2.2 总体设计方案的选定
方案一 ：采用数字电路控制系统。
该方案采用数字电路来控制锁。采用数字密码锁电路有一好处，那就是设计起来十分简单。该方案作为控制密码锁的核心部件是由以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路组成的，其用户输入键一共有十二个，即有效的数字密码按键十个，确定键一个及消除键一个；倘若用户输入密码错误的次数超过限定次数时该电路将在一段时间延迟（一般在20~50 ms）后自动将电路的键盘锁定一段时间，这样可以防止他人继续非法的操作。其原理图如图2.2.1所示。
该逻辑电路是由两块含有IC1~IC4的74LS112 组成的密码检测电路，如图2.2.1所示。由于IC1处于计数的状态中，当用户按下第一个正确的密码后，CLK引脚就会出现一个负下降沿，此时IC1就开始计数，而Q引脚也在此时输出高电平，用户依次按下有效的密码，IC2及IC3引脚端也一样依次输出高电平，送到与门IC5中，将其输出的高电平开锁信号送到555定时器的引脚2端，执行电路所对应的动作，从而就实现了开锁的功能。总的来说，数字密码锁原理简单，但功能实现起来比较麻烦，而且可靠性与稳定性并不能得到很好的保证，所以本设计不采用该方案。
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