基于51單片機(jī)電子密碼鎖設(shè)計論文

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1緒論

1.1引言

隨著人們?nèi)兆铀降奶岣?，怎么?shí)現(xiàn)家庭防盜這一咨詢題也變的尤其的突出，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由于其構(gòu)造的簡單，被撬的事件屢見別鮮，電子鎖由于其保密性高，使用靈便性好，安全系數(shù)高，受到了廣闊用戶的喜歡。鎖是置于可啟閉的器物上,用以關(guān)住某個確定的空間范圍或某種器具的,必須以鑰匙或暗碼打開的扣件。鎖具進(jìn)展到如今已有若干年的歷史了，人們對它的結(jié)構(gòu)、機(jī)理也研究得非常透徹，所以，別用鑰匙就能打開的辦法和工具也層出別窮?，F(xiàn)代人類文明社會里，由于社會中各種矛盾沖突十分劇烈，人們的思想道德觀念，價值觀念，文化修養(yǎng)水平等差異，群眾中良莠別齊，善良的人們可以自覺規(guī)范自已的行為，“非禮別為”，雖無鑰匙亦不可能亂闖。但是，那些毫無道德觀念的盜賊卻想方設(shè)法利用高科技手段撬門開鎖，使廣闊居民防別勝防。

為啥會浮現(xiàn)這種事情呢？因為傳統(tǒng)鎖具都存在致命的弱點(diǎn)：

第一、鎖芯采納常見的銅、鋁、鋅等材料，反抗別了強(qiáng)力破壞；

第二、鎖具制作工藝，技術(shù)降后，無法阻撓技術(shù)手段的開啟。

目前，市場上非常多國內(nèi)外的鎖具，實(shí)際上都別具備真正的防盜功能。在慣偷面前，兩根鋼絲或幾件簡單的工具就能夠把這些鎖打開，有的慣偷甚至公開揚(yáng)言：“沒有我打別開的鎖?！笔聦?shí)上，別是他們多高超，而是普通鎖具技術(shù)原理太過簡單。面對這一殘酷的現(xiàn)狀，新時代提出了鎖具必須XXX的迫切的要求。

1.2電子密碼鎖的背景

隨著社會科技的進(jìn)步，鎖已進(jìn)展到了密碼鎖、磁性鎖、電子鎖、激光鎖、聲控鎖等等。在傳統(tǒng)鑰匙的基礎(chǔ)上，加了一組或多組密碼，別同聲音，別同磁場，別同聲波，別同光束光波，別同圖像。（如指紋、眼底視網(wǎng)膜等）來操縱鎖的開啟。從而大大提高了鎖的安全性，使別法之徒無從下手，人們也就能對自身財產(chǎn)安全有了更多的保障。當(dāng)今安全信息系

統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛，特殊在愛護(hù)機(jī)密、維護(hù)隱私和財產(chǎn)愛護(hù)方面起到重大作用，而基于電子密碼鎖的安全系統(tǒng)是其中的組成部分，所以研究它具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1.3電子鎖設(shè)計的意義的本設(shè)計特點(diǎn)

單片機(jī)，亦稱單片微電腦或單片微型計算機(jī)。它是把中央處理器（CPU）、隨機(jī)存取存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、輸入/輸出端口（I/0）等要緊計算機(jī)功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機(jī)。計算機(jī)的產(chǎn)生加快了人類改造世界的步伐，然而它怎么說體積大。微計算機(jī)（單片機(jī)）在這種事情下誕生了，它為我們改變了啥？縱觀我們?nèi)缃袢兆拥母鱾€領(lǐng)域，從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，到飛機(jī)上各種儀表的操縱，從計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動化過程的實(shí)時操縱和數(shù)據(jù)處理，以及我們?nèi)兆又袕V泛使用的各種智能IC卡、電子寵物等，這些都離別開單片機(jī)。往常沒有單片機(jī)時，這些東西也能做，然而只能使用復(fù)雜的模擬電路，但是如此做出來的產(chǎn)品別僅體積大，而且成本高，同時由于長期使用，元器件別斷老化，操縱的精度自然也會達(dá)別到標(biāo)準(zhǔn)。在單片機(jī)產(chǎn)生后，我們就將操縱這些東西變?yōu)橹悄芑耍覀冎恍枰趩纹瑱C(jī)外圍接一點(diǎn)簡單的接口電路，核心部分不過由人為的寫入程序來完成。如此產(chǎn)品的體積變小了，成本也落低了，長期使用也不可能擔(dān)心精度達(dá)別到了，且容易升級改善。

電子鎖能夠在日常日子和現(xiàn)代辦公中，住所與辦公室的安全防范、單位的文件檔案、財務(wù)報表以及一些個人資料的保存等多種場合使用。大大提高了主人貨物的安全性，安全能夠代替老式機(jī)械鎖。目前使用的密碼鎖種類繁多，各具特群。本文從經(jīng)濟(jì)有用的角度動身，采納AT89C2051單機(jī)，研制了一款具有防盜自動報警功能的電子密碼鎖。該密碼鎖設(shè)計辦法合理，簡單易行，成本低，符合住所、辦公室用鎖要求，具有一定的推廣價值。（1）系統(tǒng)設(shè)置4位密碼，密碼經(jīng)過鍵盤輸入，若密碼正確，則將鎖打開。

（2）密碼由用戶自個兒設(shè)定，在開鎖狀態(tài)下，用戶可自行修改密碼。

（3）具有自動報警功能。自動報警分現(xiàn)場報警和遠(yuǎn)程報警兩種?，F(xiàn)場報警由揚(yáng)聲器發(fā)出報警聲。

（4）兩種事情下可報警：一是密碼輸入錯誤3次，則報警；二是非正常開門，如破門而入的事情，可經(jīng)過系統(tǒng)的紅外監(jiān)視裝置監(jiān)測，并且報警，保證了系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)工作時，用戶經(jīng)過按鍵輸入4位密碼，單片機(jī)將輸入密碼與設(shè)定密碼舉行比較，若密碼正確，

則發(fā)出開鎖信號，將門打開，系統(tǒng)別報警；若密碼別正確，則有相應(yīng)的指示燈閃動，并要求重新輸入密碼，重新輸入密碼的次數(shù)別能超過3次，若3次輸入的密碼都別正確，則發(fā)出報警信號。

2.系統(tǒng)設(shè)計

2.1系統(tǒng)總設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

圖2-1系統(tǒng)總設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

本設(shè)計由主控芯片51單片機(jī)，單片機(jī)時鐘電路，鍵盤，和開鎖電路組成。單片負(fù)責(zé)操縱整個系統(tǒng)的執(zhí)行過程。

2.2．開鎖機(jī)構(gòu)設(shè)計

經(jīng)過單片機(jī)送給開鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電路驅(qū)動電磁鎖吸合，從而達(dá)到開鎖的目的。本設(shè)計經(jīng)過P3.0接一具3極管驅(qū)動繼電器打開電磁閥線圈實(shí)現(xiàn)開關(guān)門。

圖2－2密碼鎖開鎖機(jī)構(gòu)示意圖

當(dāng)用戶輸入的密碼正確而且是在規(guī)定的時刻及次數(shù)輸入之內(nèi)，單片機(jī)便輸出開門信號，送到開鎖驅(qū)動電路，然后驅(qū)動電磁鎖，達(dá)到開門的目的。

2.2.1主控芯片AT89C51單片機(jī)的簡介

AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃耀可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器能夠反復(fù)擦除100次。該器件采納ATMEL高密度非易失存儲器創(chuàng)造技術(shù)創(chuàng)造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管足相兼容。由于將多功能8位CPU和閃耀存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微操縱器。要緊特性：

·與MCS-51兼容

·4K字節(jié)可編程閃耀存儲器

·壽命：1000寫/擦循環(huán)

·數(shù)據(jù)保留時刻：10年

·全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz

·三級程序存儲器鎖定

·128×8位內(nèi)部RAM

·32可編程I/O線

·兩個16位定時器/計數(shù)器

·5個中斷源

·可編程串行通道

·低功耗的閑置和掉電模式

·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路

管足講明：

VCC：供電電壓。

GND：接地。

P0口：P0口為一具8位漏級開路雙向I/O口，每足可汲取8TTL門電流。當(dāng)P1口的管足第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0可以用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它能夠被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。

P1口：P1口是一具內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管足寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平常，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的原因。

P2口：P2口為一具內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管足被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并所以作為輸入時，P2口的管足被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的原因。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器舉行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器舉行讀寫時，P2口輸出其特別功能寄存器的內(nèi)容。

P3口：P3口管足是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的原因。

P3口也可作為AT89C51的一些特別功能口，如下表所示：

P3.0RXD（串行輸入口）

P3.1TXD（串行輸出口）

P3.2/INT0（外部中斷0）

P3.3/INT1（外部中斷1）

P3.4T0（記時器0外部輸入）

P3.5T1（記時器1外部輸入）

P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）

P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）

P3口并且為閃耀編程和編程校驗接收一些操縱信號。

RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST足兩個機(jī)器周期的高電平常間。ALE/PROG：當(dāng)拜訪外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引足用于輸入編程脈沖。在平常，ALE端以別變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。所以它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。

但是要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將躍過一具ALE脈沖。另外，該引足被稍微拉高。假如微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。

/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在拜訪外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將別浮現(xiàn)。

/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平常，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），別管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平常，此間內(nèi)部程序存儲器。

XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。

XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。

圖2-3AT89C51芯片圖

3系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1鍵盤設(shè)計

為了使本電路更加簡潔，本電子鎖的密碼鎖采納簡單易學(xué)但別為多數(shù)人懂的摩期碼作為電路的密碼輸入。鍵盤硬件設(shè)備只需要一具按即可實(shí)現(xiàn)密碼的輸入與更改。

對于摩斯碼的介紹如下：

摩斯密碼是20世紀(jì)使用較為廣泛的電報傳輸使用的一種編碼。電報最早是由美國的摩爾斯在1844年發(fā)明的，故也被叫做摩爾斯電碼。它由一具輸入按鍵在輸入時按住的間隔時刻長短組成來決定你的輸入：短促的點(diǎn)信號"．"，讀"嘀"（Di）；保持一定時刻的長信號"—"，讀"嗒"（Da）。間隔時刻："嘀"1t；"嗒"3t；"滴嗒"間1t；字母間3t；字間5t。

表3－1字符—摩斯碼對比表

注：摩斯碼用在數(shù)字電路中“－”表示1，“.”表示0，如0翻譯成二進(jìn)制數(shù)為11111H，十六進(jìn)制數(shù)為1FH。

本電路設(shè)計只取0～9數(shù)字作密碼有效數(shù)字，假如輸入其它字符則無效。

表3－2本設(shè)計用到的數(shù)字的摩斯碼和二進(jìn)制對比

數(shù)字0123456789

摩斯

11111011110011100011000010000010000110001110011110碼

111110111100111000110000100000100001100011100111102進(jìn)

制

3.2系統(tǒng)電路設(shè)計：

本系統(tǒng)電路主芯片AT89C51，晶振和兩個電容組成的時鐘脈沖，一具電阻和一具電解電容和一具按鍵組成的復(fù)位電路，一具8段數(shù)碼管構(gòu)成的密碼顯示器，一具蜂鳴器，5個LED，一具NPN三極管加上一具繼電器組成的驅(qū)動電路構(gòu)成了系統(tǒng)電路。

3.2.1晶振時鐘電路

單片機(jī)XIAL1和XIAL2分不接30PF的電容，中間再并個12MHZ的晶振，形成單片機(jī)的晶振電路。

圖3－1晶振電路

3.2.2復(fù)位電路設(shè)計

圖3－2復(fù)位電路

3.2.3串口引足功能介紹

單片的P1口外接1位8段數(shù)碼管，作為密碼輸入顯示器；INT0外接蜂鳴器，當(dāng)INT0被置0時，蜂鳴器發(fā)出聲音；P0口外接發(fā)光二極管用作系統(tǒng)工作狀態(tài)提示。

3.2.4其它引足

ALE引足懸空，復(fù)位引足接到復(fù)位電路、VCC接電源、VSS接地、EA接電源

3.3電路圖的繪制

用PROTEL99SE繪制的完整電路圖如下：

圖3－3系統(tǒng)電路圖

八段數(shù)碼管顯示你的摩斯按鍵是否正確對應(yīng)你要輸入的數(shù)字密碼。由于采取上電設(shè)