单片机设计电子密码锁课程设计报告.doc

电子设计与实践--课程设计周口师范学院 1基于单片机控制的电子密码锁摘要：本系统由单片机系统、矩阵键盘、LED 显示和报警系统组成系统能完成开锁、超时报警、超次锁定、管理员解密、修改用户密码基本的密码锁的功能除上述基本的密码锁功能外，还具有调电存储、声光提示等功能，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：AT89S51，AT24C02, 电子密码锁，矩阵键盘一、电路的功能单元设计1．开锁机构通过单片机送给开锁执行机构，电路驱动电磁锁吸合，从而达到开锁的目的其原理如图3－1 所示单片机微控制器开锁驱动电路电磁锁密码正确？Y返回N图 3－1 密码锁开锁机构示意图当用户输入的密码正确而且是在规定的时间（普通用户要求在 12s 内输入正确的密码，管理员要求在 5s 输入正确的密码）输入的话，单片机便输出开门信号，送到开锁驱动电路，然后驱动电磁锁，达到开门的目的其实际电路如图 2－2 所示电路驱动和开锁两级组成由 D5、R1、T10 组成驱动电路，其中 T10 可以选择普通的小功率三极管如 9014、9018 都可以满足要求。

D5 作为开锁的提示；由 D6、C24 、T11 组成其中D6、C24 是为了消除电磁锁可能产生的反向高电压以及可能产生的电磁干扰T11 可选用中功率的三极管如 8050，电磁锁的选用要视情况而定，但是吸合力要足够且由一定的余量在本次设计中，基于节省材料的原则，暂时用发光二极管代替电磁锁，发光管亮，表示开锁；灭，表示没有开锁T10T11D5GNDR13.3K 电 磁 锁C24VCC串串串串串串串串D6 电子设计与实践--课程设计周口师范学院 2图 3－2 密码锁开锁机构电路图2．按键电路设计由于设计要求使用矩阵键盘，所以本设计就采用行列式键盘，同时也能减少键盘与单片机接口时所占用的 I/O 线的数目，在按键比较多的时候，通常采用这样方法其原理如图 3－3 所示89s51D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D105.1K X 45.1K X 4VCC图 3－3 行列式键盘原理电路图每一条水平（行线）与垂直线（列线）的交叉处不相通，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 条行线和 M 条列线，即可组成具有 N×M 个按键的键盘。

在这种行列式矩阵键盘非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，下一步就要识别哪一个按键按下对键的识别通常有两种方法：一种是常用的逐行扫描查询法；另一种是速度较快的线反转法首先辨别键盘中有无键按下，有单片机 I/O 口向键盘送全扫描字，然后读入行线状态来判断方法是：向行线输出全扫描字 00H，把全部列线置为低电平，然后将列线的电平状态读入累加器A 中如果有按键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为 1判断键盘中哪一个键被按下使通过将列线逐列置低电平后，检查行输入状态来实现的方法是：依次给列线送低电平，然后查所有行线状态，如果全为 1，则所按下的键不在此列；如果不全为1，则所按下的键必在此列，而且是在与零电平行线相交的交点上的那个键按键的操作面板如图图 2－3 所示共计数字键 10 个，功能键 6 个键盘上还有 3 个指示灯和一个蜂鸣器CLR0 1 EN69F448F337F226F1L1L2L3图 3－4 按键操作面板示意图 电子设计与实践--课程设计周口师范学院 310 个数字键用来输入密码，另外 6 个功能键分别是：CLR、EN、F1、F2、F3、F4 。

其中 CLR键的功能是当输入密码错误的时候，清除前面已经输入的数据，重新输入EN 键的功能是确认输入的密码F1 是管理模式切换键，当用户不小心三次输入密码都没有正确，键盘被锁定，这个时候就可以启动管理模式，使用管理员的密码来开门F2 是用来进入修改密码的状态F3 用来关闭显示器，一来可以节省电量，另外也可以防止不法分子偷窥密码F4 用来作电铃上面的 3 个指示灯 L1、L2、L3 是用来指示操作的状态：L1 锁定及输入指示状态灯，正常的情况下显示红色，当键盘动作的时候，L1 灯开始闪动，当键盘处于锁定状态时，指示灯也显示红色L2 开门指示灯，当用户在规定的时间内正确的输入了密码，此灯转变为绿色，表示开门，否则不显示L3 是管理员状态指示灯，当按下 F1 后，指示灯自动点亮面板上还有一个蜂鸣器，其中一个功能是用来指示操作的按键是否在成功的按下；另外一个功能是当用户输入密码错误的次数超过了 3 次，鸣笛以示报警3．显示电路设计本系统设计的显示电路是为了给使用者以提示而设置的考虑到为了节约单片机的口资源，本系统的显示采用串行显示的方式，只使用单片机的两个串行口，就可以完成单片机的显示功能，显示电路的电路原理图如图 2－5 所示。

电路设定：当程序检测在 5 分钟内没有按键操作的时候，就关闭显示这个功能使用程序来实现的，一旦没有按键动作就启动一个定时器，检测在 5 分钟内没有按键动作的时候，启动一个程序，关闭显示，这样可以达到节省电能的目的从单片机串口输出的信号先送到左边的移位寄存器（74HC164）,由于移位脉冲的作用，使数据向右移，达到显示的目的移位寄存器 74HC164 还兼作数码管的驱动，插头 1（header1）接电源，插头 2（header2 ）接数据和脉冲输出端电路中的三个整流管 D1~D3 的作用是降低数码管的工作电压，增加其使用寿命A1 B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8 MR9IC1A1 B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8 MR9IC2A1 B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8 MR9IC3A1 B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8 MR9IC4A1 B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8 MR9IC5A1 B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8 MR9IC612HEADER212HEADER1vcca bfcgdeDPY1234567a bc de f g8dpdp9 LED0a bfcgdeDPY1234567a bc de f g8dpdp9 LED1 a bfcgdeDPY1234567a bc de f g8dpdp9 LED2 a bfcgdeDPY1234567a bc de f g8dpdp9 LED3 a bfcgdeDPY1234567a bc de f g8dpdp9 LED4 a bfcgdeDPY1234567a bc de f g8dpdp9 LED5Cd1d2d3图 3－5 显示器原理图显示器主显示几个字符，给用户提供指示见图 3－6 所示。

图 3－6 a 关闭状态O F F -- -- 28 8 8 -- -- 1 电子设计与实践--课程设计周口师范学院 4图 3－6 b 开锁状态 图 3－6 c 密码输入及修改状态图 3－6 d 密码输入错误后的提示图 3－6 e 密码在规定的时间内输入错误次数超过 3 次后的锁定状态4．AT24C02 掉电存储单元的设计掉电存储单元的作用是在电源断开的时候，存储当前设定的单价信息AT24C02 是 ATMEL公司的 2KB 字节的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到2.5V，额定电流为 1mA，静态电流 10Ua(5.5V)，芯片内的资料可以在断电的情况下保存 40 年以上，而且采用 8 脚的 DIP 封装，使用方便其电路如图 3－7 所示NC1NC2NC3GND4 SDA 5SCL 6WP 7VCC 8U4AT2 4C02AGNDVCC串串 串串串串R85.1kR105.1k串 P2.5串 P2.6图 3－7 掉电存储电路原理图图中 R8、R10 是上拉电阻，其作用是减少 AT24C02 的静态功耗，由于 AT24C02 的数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传送数据，所以只用两根线 SCL（移位脉冲）和 SDA（数据/地址）与单片机传送数据。

每当设定一次单价，系统就自动调用存储程序，将单价信息保存在芯片内；当系统重新上电的时候，自动调用读存储器程序，将存储器内的单价等信息，读到缓存单元中，供主程序使用5．密码锁的电源电路设计为了防止停电情况的发生，本电路后备了 UPS 电源，它包括市电供电电路，停电检测电路，电子开关切换电路，蓄电池充电电路和蓄电池组成电源电路图如图 3－8 所示 -- -- -- -- --E R R O R S-- L O C K -- 电子设计与实践--课程设计周口师范学院 512JP112JP2D1D2D3D4 D5R11KC13300C20.1 C333001 2 37805图 3－8 市电供电电路220V 市电通过变压器降压成 12V 的交流电,再经过整流桥整流 ,7805 稳压到 5V 送往电子切换电路，由于本电路功耗较少，所以选用 10W 的小型变压器由 R8，R9 ，R6，R7 及 IC14 构成电压比较器，正常情况下，V+V- IC14 输出高电平，由 T3，T4 构成的达林顿管使继电器 J 开启，将其常开触电将蓄电池和电路相连，实现市电和蓄电池供电的切换，保证电子密码锁的正常工作（视电池容量而定持续时间） 。

其电路图如下图 3－9 所示：R850KR940K R730KR620KT39018R105.1KT4901412 3IC14741¼ÌµçÆ÷Ðîµç³Ø¹©µç5V Ö±Á÷µçÔ´ A1Ðîµç³Ø A2 5V Ö±Á÷µçÔ´ A1Ðîµç³ØA2VCC³£±Õ³£¿ª图 3－9 停电检测及电子开关切换电路T1，T2 构成的蓄电池自动充电电路，它在电池充满后自动停止充电，其中 D1 亮为正在充电，D2 为工作指示由 R4，R5， T1 构成电压检测电路，蓄电池电压低，则 T1，T2 导通，实现对其充电；充满后，T1，T2 截止，停止充电，同时 D1 熄灭，电路中 C4 的作用是滤除干扰信号其电路图如图 3－10 所示：R5470R23KR13KT19014D2D1C40.1U3CG21R43K6V Ðîµç³ØµçÔ´ A26V ³äµçµçÔ´Ðîµç³Ø图 3－10 蓄电池自动充电电路6．设计总框图89S51单片机矩阵键盘控制输入错误锁定键盘延时报警控制电路电源电路及 UPS 电路 电子设计与实践--课程设计周口师范学院 6图 3－11 总体设计框图7．设计总体电路图P0.7 32P0.633P0.5 34P0.4 35P0.336P0.2 37P0.1 38P0.039VCC 40P2.0 21P2.122P2.2 23P2.3 24P2.425P2.5 26P2.6 27P2.728ALE/PROG 30PSEN 29EA/VPP31P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.5/MOSI6P1.6/MISO7 P1.7/SCK8REST9 P3.0/RXD10P3.1/TXD11 P3.2/INT012P3.3/INT113 P3.4/T014P3.5/T115 P3.6/WR16P3.7/RD17 XTAL218XTAL119 GND20U1 AT89S51C122uFR11KCR。