电子密码锁 代码 报警 LED 矩阵键盘

课程：电子综合设计实验

项目：电子密码锁

学期：2011-2012第二学期

学院：电子信息与自动化学院

专业：电子信息及自动化

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

电工电子技术实验中心

摘要 (2)

1 项目任务及设计要求 (3)

2 系统概述

2.1 系统方框图 (4)

2.2 方案设计

2.2.1 显示模块 (4)

2.2.2 输入模块 (5)

2.2.3 单片机 (5)

2.2.4 继电器 (5)

3 单元电路设计及分析

3.1 输入模块 (6)

3.2 显示模块 (6)

3.3 报警提示电路 (8)

3.4 继电器 (9)

4 程序设计及分析

4.1 主程序流程图 (10)

4.2 键盘扫描流程 (11)

4.3 数码管显示流程 (12)

4.4 修改密码流程 (13)

4.5 判定密码流程 (13)

4 电路测试记录及结果分析

4.1 电路测试 (14)

4.2 测试结果分析 (15)

5 实验心得体会 (16)

附录 (17)

参考文献 (17)

源程序 (18)

随着人们生活水平的提高和安全意识的加强，对安全的要求也就越来越高。锁自古以来就是把守护门的铁将军，人们对它要求甚高，既要安全可靠的防盗，又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。随着电子技术的发展，各类电子产品应运而生，电子密码锁就是其中之一。据有关资料介绍，电子密码锁的研究从20世纪30年代就开始了，在一些特殊场所早就有所应用。这种锁是通过键盘输入一组密码完成开锁过程。研究这种锁的初衷，就是为提高锁的安全性。由于电子锁的密钥量（密码量）极大，可以与机械锁配合使用，并且可以避免因钥匙被仿制而留下安全隐患。电子锁只需记住一组密码，无需携带金属钥匙，免除了人们携带金属钥匙的烦恼，而被越来越多的人所欣赏。本论文详细描述了一种电子密码锁的构成及工作原理。

关键字：AT89C51、4*4矩阵键盘、7段八位数码管、继电器

1项目任务及设计要求（1）总共可设置4位密码；（2）用户自行设定和修改密码；（3）若密码不正确，报警5秒；（4）连续错3次，报警一分钟；（5）锁由继电器模拟。

2 系统概述

2.1 系统方框图

图2.1 系统方框图

通过输入模块矩阵键盘，输入指令信息以及密码，在显示模块显示输入的信息，单片机对信息进行核对处理，控制报警模块报警或者继电器打开门。

2.2 方案设计

2.2.1 显示模块

显示模块我考虑了三个方案。

方案一：采用点阵显示器，这种显示器可以在界面上显示信息，提示用户可以选择的操作，比较直观，但是在程序上实现比较复杂。

方案二：采用7段四位数码管，这与实验要求的四位密码相符，程序实现也比较简单。

方案三：采用7段八位数码管，这种数码管可以实现本实验要求的显示4位密码，虽然多了4位，但是与实验室使用的数码管相符，程序上实现与四位数码管相似。

相比较以上方案，密码锁操作步骤简单，可以不需要提示，因此不选用点阵显示器，而为了和实验室使用的数码管相符，我选择使用7段八位数码管作为显

单片机

显示模块

输入模块

报警模块

继电器（锁）

示模块。

2.2.2 输入模块

对于输入模块的选择，我考虑了两个方案。

方案一：采用两键输入模块，及用两个按键来分别控制整个密码锁的输入与功能选项。这个方案节约成本，只需要两个按键，但是相对来说程序上实现比较比复杂，在操作上输入比较繁琐，需要多次按键，容易出错。

方案二：采用4*4矩阵键盘作为输入，数字显示比较明了，操作简单，节约输入时间，程序上也比较容易实现。

相比较两个方案，密码锁需要着重在于操作简单、迅速，因此我选择了4*4矩阵键盘作为输入模块。

2.2.3 单片机

市场有很多单片机可以实现这个密码锁的功能，但是这里我采用平时经常使用，也是最熟悉的AT89C51单片机。

2.2.4 继电器

根据实验要求，采用继电器来模拟开锁过程。

3 单元电路设计及分析

3.1 输入模块

输入模块4*4矩阵键盘扫描电路如图3.1所示：

图3.1 4×4矩阵键盘电路图

用P3端口扫描矩阵键盘的输入。

P3^0到P3^3端口分别扫描矩阵键盘的一至四行，P3^4到P3^7端口分别扫描矩阵键盘的一至四列。当有按键按下时，对应的端口由高电平变为低电平，单片机收到信息，根据电平信息识别按键坐标，对应程序代码记录输入信息。3.2 显示模块

7段八位数码管结构如图3.2所示：

图3.2 段八位数码管结构

从图上可以看出控制7段八位数码管显示的是位选信号和段选信号。

显示模块电路图3.3：

图3.3 显示模块电路图

根据上图可以看出，P2端口控制位选信号，P0端口控制段选信号。对于段选信号，通过前面已经了解到，因为只显示8，且本实验用的是共阴极数码管，所以当段选信号通过P0端口输出时P0^0至P^7端口输出电平11111110。

段选信号,当输入第一个数字时从左往右第八位显示，因为为共阴极数码管，所以段选信号低电平有效，P2^0到P2^3端口控制高四位，P2^4到P2^7端口控制低四位，端口输出电平11111110，转换为十六进制代码为0xfe，当输入第二个数字时，第七位与第八位显示，输出电平11111100,十六进制代码为0xfc，同理输入第三第四位数时输出电平为11111000、11110000，十六进制代码为0xf8、0xf0。本实验只需要显示四位密码，因此只显示第四位即可，不再考虑高八位。

3.3报警提示电路

报警提示电路模块如图3.4所示：

图3.4 报警提示电路

图中两个LED灯，D2为P1^5控制的开门指示灯，D3为P1^4控制的修改密码提示灯。当输入密码正确时，P1^5输出低电平D2亮灯，1秒后熄灭。当在初始状态或正确输入密码后按下“#”键时，P1^4输出低电平D3亮，表示此时可以输入密码，密码设置成功后，D3自动熄灭。

BUZ1为蜂鸣器，通过PNP三极管对输出信号进行放大来促使发声。当输入密码正确时，发出“嘀”声，当密码输入错误时发出三秒“嘀、嘀”声，当连续三次密码错误时，发出持续一分钟“嘀、嘀”声，期间如果有按键按下，则从新计时警报。

3.4 继电器

继电器电路如图3.5所示：

P1^6

图3.5 继电器（模拟锁）

继电器控制电压通过运放放大到12V用以驱动继电器工作。当电流通过线圈时，产生磁场吸引开关RL1偏置，导通L1，使L1发光。

4程序设计及分析

4.1主程序流程图

图 4.1 主程序流程图

系统初始状态时按下“*”键LED黄灯亮，表示可以设置密码，期间可按下“#”键清除并重新输入，输入第四位后自动保存并熄灭数码管和LDE灯。如果没有按下“*”键及输入密码，系统自动锁定，无法设置密码，需要复位系统重新设置。

设置密码成功后，输入正确密码，开门指示灯亮，锁打开，蜂鸣器发出“嘀”声。输入密码错误，蜂鸣器发出“嘀、嘀”三秒报错声，连续三次输入密码错误，蜂鸣器发出一分钟“嘀、嘀、嘀”警报声，期间如果有按键输入则重新计时。输入密码期间可按“#”清除，重新输入。

修改密码方法：在正确输入密码后，按下“*”键开始修改密码，按下任意数字键视为放弃修改机会，系统密码不改变。

4.2键盘扫描流程

图4.2 键盘扫描流程图

本系统,行对应单片机管脚P3^0-P3^3,列对应P3^4-P3^7。

表4.1 行列对应扫描表

P3^0 P3^1 P3^2 P3^3

P3^4 1 2 3

P3^5 4 5 6

P3^6 7 8 9

P3^7 * 0 #

表4.1 行列对应扫描表

例如：按下1时，端口P3^0与P3^4变为低电平，P3端口低四位P3^3，

P3^2,P3^1,P3^0对应电平1110，高四位P3^7，P3^6,P3^5,P3^4对应电平1110,对应十六进制坐标代码0xee。根据程序定义，记录为1。

扫描代码对应坐标表：

表4.2扫描代码对应坐标表

e d b 7

e 1 2 3

d 4 5 6

b 7 8 9

7 * 0 #

4.3 数码管显示流程

图 4.3 数码管显示流程图

数码管显示对应表4.3：

表4.3数码管显示对应表

数字

1 2 3 4 对应管脚电平 11111110

10110000

11101101

11111001

10110011

数字

5

6 7 8 9 对应管脚电平 11011011

11011111

11110000

11111111

11111011

本实验为电子密码锁，要求保密性，因此所有输入信息均显示为8，这里也就只讨论输入为8的段选信号以及位选信号。

段选：当输入为8时，需要点亮的段为，DP 、a 、b 、c 、d 、e 、f 对应的二进制为11111110，高四位对应管脚P0^4-P0^7,低四位对应管脚P0^0-P0^3，程序中用的是十六进制，因此转换为十六进制代码为0x7f 。

位选：当输入数时，系统变量i 开始计数，按键一次计数一次i=1，数码管第一位亮，第二次i=2，数码管前两位亮，一次类推。当i=4时或者检测到“#”号键按下时，i 清零且数码管熄灭。

4.4 修改密码流程

图4.4 修改密码流程图

输入

段选

输出

位选

输入

i 计数加1

i<4

i=4

保存密码，修改成功

清除 i 清零

初始i=0，当键盘有输入时，i 开始计数加1，判断i 小于4，则继续输入，期间有“#”键按下则i 清零，重新输入。当i 判断等于4时，自动保存密码且i 清零。

4.5 判定密码

图 4.5 判定密码流程图

输入阶段与修改密码相同。当输入完毕后，开始比对密码，若密码正确则开门，密码错误则i 清零，重新输入密码。

输入

i 计数加1

i<4

i=4

清除

i 清零

判定密码

正确

错误

开门

5电路测试记录及结果分析

5.1 电路测试

打开proteus软件，调入程序电路图。

打开电源，系统进入初始模式。

系统测试表：

表5.1 系统测试流程表

输入修改密

码灯

清除

（Y/N）

报警三秒

（Y/N）

报警一分

钟（Y/N）

开门

（Y/N）

开锁指

示灯

数码管清

零（Y/N）

当前

密码

* 亮

123 亮

# 亮Y Y

1234 灭Y 1234 456 1234 # Y Y 1234 4567 Y Y 1234 1111 Y Y 1234 1374 Y Y 1234 1234 Y Y Y 1234 非*键1234 * 灭1234 1234 Y Y Y 1234 * 亮1234 1111 灭Y 1111 1234 Y Y 1111 1111 Y Y Y 1111 按下“*”号键，修改密码指示灯亮，进入修改密码模式，输入密码123，

按下“#”号键，7位八段数码管清零，再次输入密码1234，输入完毕后，系统

自动保存，7段八位数码管清零，指示灯熄灭。

输入错误密码456，按下“#”号键，数码管清零。输入错误密码4567，数码管清零，报警3秒，期间随意按下按键，3秒重新计时。输入错误密码1111，数码管清零，报警3秒。再次输入错误密码1374，数码管清零，报警一分钟，期间按下任意按键，一分钟重新计时。

输入正确密码1234，开锁指示灯亮，继电器灯亮（锁模拟灯），提示开锁声。一秒后指示灯熄灭，继电器关闭。按下任意键一次，再按“*”号键，修改密码指示灯不亮。重复输入正确密码1234，再“*”号键，修改密码指示灯亮，进入修改密码模式，输入新密码1111。

再次输入密码1234，提示密码错误。输入1111，提示密码正确。

至此所有功能测试完毕。

5.2 测试结果分析

上述测试结果显示，系统实现所有本实验要求的功能。

本系统对于修改密码，只使用了一次输入即可确认的方法。对于四位密码，且有LED显示的情况下，用户可以通过对应输入与LED显示，很准确的记住输入的密码不会造成误操作。

6实验心得体会

本次实验让我巩固了之前学习的C语言以及各种软件的使用方法。在程序编辑与调试的过程中，逐个解决实验要求的内容，让我体会到了成功的快乐，从而提高了对实验的兴趣，和完成实验的信心。整个过程中，虽然有很多地方不懂，但是在解决这些问题的过程中让我学到了更多的知识，了解到更多关于本专业技术的应用。

附录

参考文献

【1】．万文略. 单片机原理及应用.重庆大学出版社.2010

【2】．纪纲.C程序设计应用教程.中国铁道出版社.2010

【3】．胡辉.单片机原理与应用.北京中国水利水电出版社.2007 【4】．王东锋.董冠强.单片机C语言应用100例.电子工业出版社.2009

源程序

#include

/*设置初始密码*/

int a4;

int a3;

int a2;

int a1;

//int set[]={0,0,0,0};

/*定义数组用来接收输入的数用于与初始密码比较*/

int num[]={0,0,0,0};

unsigned int count,i,flag,certain,count2,flag2,s,k,xg,xg1; sbit beep=P1^7;/*蜂鸣器*/

sbit deng=P1^6;/*灯泡*/

sbit openled=P1^5;/*指示灯*/

sbit xgdeng=P1^4;

/*0-9*/

code unsigned char tab[]=

{0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0 x07,0x7f,0x6f,0x00};

/*数码管位选*/

code unsigned char tab2[]=

{0xfe,0xfc,0xf8,0xf0};

void delay(unsigned int n)

{

unsigned int i,j;

for(i=0;i

// {

// for(j=0;j<121;j++)

{;}

// } }

void delay1(unsigned int x)

{

while(x--);

}

void main()

{

unsigned char a,b,c;/*a,b,c,用于检查产生行列值*/

TMOD |= 0x11; /*定时器/计数器工作方式控制寄存器*/

TH0=0xff; /*计时器高8位*/

TL0=0x06; /*计时器低8位*/

TH1=0xd8; /**/

TL1=0xf0; /**/

EA=1; /*总中断允许位高电平1有效*/

ET0=1; /*内部定时器/计数器中断允许位*/

TR0=1; /*定时器/计数器启动位*/

ET1=1; /**/

TR1=1; /**/

deng=0;

k=0;

xg=1;

flag=0;

flag2=0;

xgdeng=1;

a1: while(1)

{

while(certain==0)

{

P3=0X0f;

a=P3; //行

delay(1);

P3=0Xf0;

b=P3; //列

delay(1);

c=a+b;//读取到的键盘值//**********************************

if(c==0xe7)

{

if(xg==1)

{

xg1=1;

xgdeng=0;

}

if(xg==0)

{

goto a1;

}

}

/************************************ ******/

//修改密码确认

//************************************ ******

if(xg==1&&xg1==1)

{

//0xbb是确定

if(c==0xb7)

{

P0=0x00;

i=0;

goto a1;

}

if(c==0xd7)

{

num[i]=0;

i++;

P2=tab2[i-1];

P0=0x7f;

delay1(60000);

}

if(c==0xee)

{

num[i]=1;

i++;

P2=tab2[i-1];

P0=0x7f;

delay1(60000); }

if(c==0xde) {

num[i]=2;

i++;

P2=tab2[i-1];

P0=0x7f;

delay1(60000); }

if(c==0xbe) {

num[i]=3;

i++;

P2=tab2[i-1];

P0=0x7f;

delay1(60000); }

if(c==0xed) {

num[i]=4;

i++;

P2=tab2[i-1];

P0=0x7f;

delay1(60000); }

if(c==0xdd) {

num[i]=5;

i++;

P2=tab2[i-1];

P0=0x7f;

delay1(60000); }

if(c==0xbd) {

num[i]=6;

i++;

P2=tab2[i-1];

P0=0x7f;