单片机的密码锁课程设计说明书

1 引言

随着科技的发展，单片机已不是一个陌生的名词，它的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑，因为单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。单片机单芯片的微小体积和低的成本，可广泛地嵌入到如玩具、家用电器、机器人、仪器仪表、汽车电子系统、工业控制单元、办公自动化设备、金融电子系统、舰船、个人信息终端及通讯产品中，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。

本文所涉及的是市场占有率最高的是MCS—51系列，因为世界上很多知名的IC生产厂家都生产51兼容的芯片。到目前为止，MCS—51单片机已有数百个品种，还在不断推出功能更强的新产品。

随着科技的发展以及人们生活水平的大幅度提高,特别是近几年国内经济的发展以及科学技术的不断发展，防盗的要求也是与日俱增,同时对使用的便捷性也提出了更高的要求,传统的锁防盗效果已经满足不了现代社会的防盗需求,还存在着需要随身带着钥匙,如果钥匙不慎丢失被他人利用,就有可能使不良之人乘虚而入等诸多弊端.因此近几年一种新型的电子密码锁应运而生.电子密码锁运用电子电路控制机械部分,使两者紧密结合，从而避免了因为机械部分被破坏而导致开锁功能失常.大大增加了密码锁得防盗功能。同时因为电子密码锁不需要携带钥匙,弥补了钥匙极易丢失和仿造的缺陷,方便了锁具的使用，通过单片机的硬件和软件的设计可以不急可以达到开锁方便，而且还可以在别人随意开锁时发出警报。电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的亲呢。电子密码锁的密码保密性高，不易被破解以及它不用用户携带钥匙等等特点，使得它日益被广泛的人群所接受，也逐渐成为人们生活的一种时尚、潮流，它正慢慢的在许多领域无形之中抢占先机替代机械锁。

本设计就是基于单片机的电子密码锁设计方案，根据要求，给出了该单片机密码锁的硬件电路和软件程序，同时给出了单片机型号的选择、硬件设计、软件流程图、单片机存储单元的分配、汇编语言源程序及详细注释等内容。

2 系统总体方案设计

2.1 设计的要求

1、设计密码锁的密码为六位数，可以修改；

2、用4×4组成0~9数字键及确认键、取消键、修改密码键、退出修改键。

3、当密码锁通电以后，通过LCD显示与用户沟通，组成显示电路提示信息，输入键盘按下时，LED指示灯亮，按键松开了指示灯就灭；

4 、当密码位数输入完毕按下确认键时，对输入的密码与设定的密码进行比较，若密码正确，则门开；当输入的密码错误时，显示输入错误，并且用蜂鸣器报错；

5、所修改的密码只能是六位数，要是在改密码以后要恢复最初密码，只需将密码锁断电即可。

2.2设计思路

通过单片机AT89C51的输出口线，连接一个行列式键盘，以实现人机交换，使用户可以输入密码或修改密码，再同1602LCD显示器与用户进行沟通，提示用户下一步的操作，让用户更容易掌握所设计的密码锁的功能，在对单片机编程时，将键盘扫描程序和液晶显示程序嵌套在主程序中，既有利益于阅读，在对程序设计时的排除错误也容易，通过翻转法键盘扫描程序实现键盘的扫描，以确认用户输入的数据，再在1602LCD显示出输入数据的个数，使用户在按“确认”之前就对输入的数据用一定得判断，再通过程序判断密码是否正确，再通过判断键以实现修改密码的功能，总之，这次设计就是利用单片机的相关外围电路设计和程序的编写来实现电子密码锁的设计。

2.3 总体设计方框图

以80C51单片机为核心的控制电路，采用模块化的设计方案。通过单片机的P2端口的开关来控制案件的输入的内容，根据另一单片机端口P1口LCD数码显示管所显示的的情况来确定程序的运行和理论的结果是否一致。

具体设计方案如下：

1.正确连接好硬件电路线路；

2.加载程序.HEX文件，运行程序；

3.按下键盘开关，结果键值显示在LCD数码管显示器上；

4.对比LCD数码管显示情况与理论值是否相符。如相符合，即方案可行。

系统整体框图如图2.3所示。

图2.1系统整体框图

2.4 主要元器件介绍

2.4.1 主控芯片

AT89C51

芯片

89C51介绍

图2.2 A T89C51引脚图

本次设计需要注意的几个端口：

P0口（39—32）：是一组8位漏极开路行双向I/O口，也既地址/数据总线复用口。可作为输出口使用时，每位可吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入输入端用。在访问外部数据存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，PO口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求接上拉电阻。

P3口（10—17）：是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，，P1的输入缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输出端口。作输出端口时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。P3口除可作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表1-1所示：

表1-1 端口引脚P3

EA/Vpp(31):内部和外部程序存储器选择线。EA=0时访问外部ROM 0000H—FFFFH；EA=1时，地址0000H—0FFFH空间访问内部ROM，地址1000H—FFFFH空间访问外部ROM。本次设计EA接高电平。

XTAL1（19）和XTAL2（18）：使用内部振荡电路时，用来接石英晶体和电容；使用外部时钟时，用来输入时钟脉冲。

RST/VPD（9）：复位信号输入端。AT89S51接能电源后，在时钟电路作用下，该脚上出现两个机器周期以上的高电平，使内部复位。第二功能是VPD，即备用电源输入端。当主电源Vcc发生故障，降低到低电平规定值时，VPD将为RAM提供备用电源，发保证存储在RAM中的信号不丢失。

2.4.2 LCD1602显示器

现在的字符型液晶模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。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RS，R/W，EN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。

1602型LCD的接口信号说明如表1-2所示：

表1-2 1602型LCD的接口信号说明

1602型LCD的主要技术参数如下表所示：

表1-3 1602型LCD的主要技术参数

基本操作程序

读状态：输入：RS=L，RW=L， E=H 输出：D0~D7=状态字

读数据：输入：RS=H，RW=H， E=H 输出：无

写指令：输入：RS=L，RW=L， D0~D7=指令码，E=高脉冲输出：D0~D7=数据

写数据：输入：RS=H，RW=L， D0~D7=数据， E=高脉冲输出：无

2.4.4 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。现在应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应用在电视机、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。

3 密码锁的硬件设计

3.1 行列式键盘

图3.1 行列键盘图

图4.1所示键盘根据具体的功能省去4×4键盘中的两个按键，再通过翻转法扫描键盘的到键值，再根据键值进行相应的操作。

每一行与每一列的交叉处不相同，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根行线与M根列线，即可组成具有N × M 个按键的矩阵键盘。

在这种行列式矩阵键盘编码的单片机系统中，键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。

当确认有按键按下后，下一步就是要识别哪一个按键被按下。对键的识别方法通常有两种：一种是通用的组行扫描查询法；另一种是速度较快的线反转法。

此系统中，我们采用线反转法。首先辨别键盘中有无按键被按下，在单片机I/O口向键盘送全扫描字，然后读入行线状态来判断。具体方法是：向行线输出全扫描字00H，把全部列线置成低电平，然后将列线的电平状态读入累加器A中。如果有按键被按下，总会有一根行线电瓶被拉至低电平从而使行线不全为1。

判断键盘中哪一个按键被按下通常是通过将列线逐列至低电平后，检查行输入状态来实现的。方法是：依次给列线送低电平，然后检查所有行线状态，如果全为1，则所按下的按键不在此列；如果不全为1，则所按下的按键必在此列，而且是在与零电平行线相交的交点上的那个按键。

3.2 1602LCD显示器

图3.2 LCD显示器图

该图器件是1062液晶显示屏，D0到D7口连接在单片机的I/O口上（如该设计就连接在P1口），E,RW,RS引脚也与单片机相连（如本设计连在P3.5,P3.6,P3.7口）,VEE和VSS接电源，VDD接地，再通过软件设计实现各个字符串的显示。

本系统设计的显示电路是为了给使用者以提示而设置的为了达到界面友好的目的，显示部分由液晶显示器LCD1602取代普通的数码管完成。开锁时，LCD 会显示”INPUT”来提示输入密码，利用键盘上的数字键0－9输入密码。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显示“SUCCESS”,”WELCOME TO USE”，单片机其中P3.0引脚会输出低电平，使三极管T2导通，电磁铁吸合，继电器开关跳转，电子密码锁被打开，如果密码不正确，LCD显示屏会显示“ ERROR”，P3.0输出的是高电平，电子密码锁不能打开。通过LCD显示屏，可以清楚地判断出密码锁所处的状态。电路图如图3.7

所示。

3.3 按键提示和报错

图3.3 提示报错电路图

该图利用一个发光二极管提示用户按键是否按下，用蜂鸣器提示密码错误，发出错误警报，将a,b两端接在单片机上（本设计连在P0.6,P0.7口）

3.4 总电路设计图

图3.4 硬件设计图

图4.4是将行列式键盘，LCD显示器，提示和警报和AT89C51单片机连接起来，在给单片机加上晶振电路和复位电路就构成了一个完整的电子密码锁的硬件设计图。

4 密码锁的软件设计

4.1 主程序的设计

1、主程序流程图

图4.1 主程序流程图

2、主程序的功能说明

在主程序中可以实现密码的储存，键值的判断，同过不同的键值觉得程序的下一步走向，在没按键式或是在没按下特殊功能键时，程序在不停顶循环，直到符合用户的要求和意愿

4.2 主要功能程序的设计

1、键盘扫描程序设计的流程图

图4.2 键盘扫描程序设计的流程图

图4.3 LCD显示程序设计的流程图

图5.4 修改密码子程序设计的流程图

5 仿真图及其分析

图5.1为电子密码锁两秒的欢迎界面。

图5.1 仿真之欢迎界面

之后显示器会出现与用户沟通的用户输入显示如图5.2所示：

图5.2 仿真之输入密码界面

此为用户输入密码时的沟通界面，可以通过星号判断输入数据的个数，当用户按下其他功能键时，显示器会有相应的动作，当按下“确认”时，若密码正确则显示“SUCCESS”提示用户输入的密码是正确的，如密码错误则显示“ERROR”。如图5.3所示：

图5.3 仿真之密码错误界面

图5.4是用户修改密码时的用户沟通界面，当按下“确认”是若输入的新密

码格式不对则显示“SAVE FAILURE”,若输入的新密码的格式正确则显示“SAVE SUCCESS”，当按下“取消”时，显示将提示用户重新输入新密码，当按下“退出修改”时，显示器将提示用户没有储存新密码，并且显示欢迎界面。

图5.7 仿真之修改密码界面

6 总结

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。

本次设计的电子密码锁是以手动键盘输入密码的，通过这两个星期对电子密码锁的研究学习，发觉这种密码输入方式可以进行改革。在越来越高科技化的今天，遥控控制显的愈发重要，今后的电子密码锁应该具有以红外技术或无线电技术为辅助的密码按键输入远程交互技术，这样就能远程输入密码完成操作。也可以放弃传统的按键输入密码模式，借助传感器技术运用声控来实现密码输入，又或者人脸识别技术，还有一种就是用户指纹输入方式，这些都可以使开锁的时间更短更方便。电子密码锁产业将向静态功耗更低,外围电路更简化，可提供的功能或控制口更多，更人性化高科技化的方向发展。

回顾起此次单片机课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，对单片机汇编语言掌握得不好，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，在同学的帮助下，终于游逆而解。非常感谢！

参考文献

[1] 孙涵芳，徐爱卿。MCS-51/96系列单片机原理及应用[M]。北京：北京航空航天大学出版社，1996

[2] 李广弟，朱月秀，冷祖祁。单片机基础[M]。北京：北京航空航天大学出版社，2007

[3] 董继成。一种新型安全的单片机密码锁[J]。电子技术，2004,(03)

[4] 石文轩，宋薇。基于单片机MSC-51的智能密码锁设计[S]。武汉工程职业技术学院学报，2004,(01)

[5] 吴春国，李文石。单片机控制电子锁技术剖析[S]。东北林业大学学报，2002,(05)

[6] 李景宏，马学文。电子技术实验教程[M]。沈阳：东北大学出版社，2004

[7] 贾正松。单片机系统复位电路设计[J]。科技资讯，2007,(36)

[8] 袁新燕。浅谈单片机应用系统的调试[J]。自动化与仪器仪表，2000,(03)

[9] 王晖，薛永存。基于MCS-51单片机的复位电路抗干扰分析与设计[J]。现代电子技术，2006,(08)

[10]杨永辉．《现代电子技术》[J] ．3-6．

[11]潘新民．王燕芳．微型计算机控制技术实用教程[M]．北京：电子工业出版社,2007：75-76,118-119．

[12]刘湘涛．江世明．单片机原理与应用[M]．北京：电子工业出版社,2006：1-4．

[13]何立民．单片机初级教程[M]．北京:北京航空航天大学出版社，1999：25-32．

[14] 周航慈．单片机程序设计基础[M]．北京:北京航空航天大学出版社，2004：260．

附录：源程序指令代码

ORG 0000H

LJMP START

ORG 000BH

LJMP INT

RS BIT P3.7

RW BIT P3.6

E BIT P3.5

ORG 0040H

START:MOV 70H,#1;将正确的密码存放

MOV 71H,#2

MOV 72H,#3

MOV 73H,#4

MOV 74H,#5

MOV 75H,#6

START1:ACALL WELCOME

ACALL DELAY1

ACALL DELAY1

ACALL DELAY1

KAISHI:MOV R2,#00H

MOV R0,#50H

ACALL INPUT

JIXU:ACALL SAOMIAO

CJNE A,#10,PD2

ACALL PD1

AJMP PD4

PD2:CJNE A,#11,PD3

AJMP PD4

PD3:ACALL INPUT

LJMP JIXU

PD4:LJMP KAISHI;这一部分为主程序，电子密码锁的各种功能函数都嵌套在主程序中

SAOMIAO:NOP ;键盘扫描子程序

MAIN:MOV P2,#0F0H

MOV A,P2

CJNE A,#0F0H,M

SJMP MAIN

M:ACALL DELAY

CJNE A,#0F0H,MM

SJMP MAIN

MM:MOV 20H,A

MOV P2,#0FH

MOV 31H,P2

CLR P0.6

MMM:MOV P2,#0F0H

MOV A,P2

CJNE A,#0F0H,MMM

SETB P0.6

JNB 20H.4,AP1

JNB 20H.5,AP2

JNB 20H.6,AP3

JNB 20H.7,AP4

LJMP MAIN

AP1:MOV 30H,#0

AJMP WP

AP2:MOV 30H,#4

AJMP WP

AP3:MOV 30H,#8

AJMP WP

AP4:MOV 30H,#12

AJMP WP