长沙航空职业技术学院 声像 0901 唐斌 王林达 许涛涛电子密码锁项目资料班级： 声像 0901 指导老师： 蒋雄 组长： 唐斌 组员： 唐斌 王林达 许涛涛 长沙航空职业技术学院 声像 0901 唐斌 王林达 许涛涛基于单片机设计的电子密码锁摘要：本设计主要是基于 AT89S52 芯片为核心的电子密码锁，并有 AT24C02、4x4 矩阵键盘、79LS164、数码管等器件组成，包括单片机系统、开锁电路、报警电路、LCD 显示电路。主要实现掉电存储、成功开锁显示、任意设定 6-16 位长度的密码、声光指示等功能。依据实际的情况还可以添加红外遥控，备用电源功能。本系统成本低廉，功能实用。关键词：AT89S52 AT24C02 4x4 矩阵键盘 掉电存储 LCD 显示电路1 引言随着人们生活水平的提高以及社会的发展，如何实现日常生活的安全这一问题也变的尤为重要，传统的机械锁由于其构造的简单，保密性并不高。现在，随着电子工业的发展，单片机技术已经深入到了人们生活的各个层面及领域，各种各样的电子产品也正在日新月异地向着高、精、尖技术发展。在安全技术防范领域，出于安全方面的需要性，许多电子密码锁已相继问世。由于其保密性高，使用灵活好，安全系数高，受到了广大用户的信赖。本文主要使用以AT89S52 为核心的单片机设计编程，来实现控制开锁、掉电存储、超时报警、声光指示、液晶显示等功能。1.1 使用说明书1密码设置初始密码通过密码修改程序用单片机写入 E2PROM 存储器，初始密码为 201012142密码修改当需要修改密码时，先输入原始密码，单击确定按钮确认后，系统先进行密码校验，如果正确则显示“New Password ”，然后输入新的 6-16 位数密码，再单击确定按钮，然后系统会提示再次输入新密码，再单击确定按钮，如果两次新密码一致则提示密码修改成功3密码存储由键盘输入的密码存储在 E2PROM 则存储着系统设置的密码，掉电后密码依然还在，这就是采用E2PROM 的优点。4本机键开锁输入正确的密码后，单击 OK 按钮，系统显示“Welcome！”的欢迎信息，同时输出指示灯 LED点亮，驱动电控锁机构完成开锁动作。5密码错误报警当输入的密码不正确时，系统显示“Wrong password”，然后输入次数加 1，返回等待继续输入密码，当输入错误的密码达 3 次后，系统显示“Lock” ，系统同时发出报警，驱动蜂鸣器发出报警声。当系统锁定时所有按键无效，只有等待一定时间后，系统才会恢复正常状态6密码显示正常情况下，系统显示“Input Password ” ，在每输入一位密码系统先显示数字后显示一个 “*”，掩盖掉当前输入的密码，所以可以防止密码信息泄露而比较安全。 长沙航空职业技术学院 声像 0901 唐斌 王林达 许涛涛2 总体设计方案2.1 设计思路 本设计主要是以 AT89S52 为核心编程来实现对整个电路各个部分的控制。 其中使用 AT24C02 来实现模拟 I2C 的功能，当设定密码时，将其传入 AT24C02 中，这样在失电时仍然能记忆其中的值，从而实现掉电存储，这样在再次上电输入密码时，将其和 AT24C02 中存储的密码进行比较，若密码一致便实现开锁， 由于电路所使用的按键比较多，因此利用 AT89S52 的 8 个口来设计 4x4 矩阵键盘，其中 0-9 键分配为数字键，10-15 键分配为功能键，依次为复位、退出、密码修改、删除、确定键。 当输入密码正确时，使单片机给开锁驱动电路提供驱动信号，从而实现成功开锁。 当输入密码连续三次输入错误时，利用单片机发出的信号驱动报警电路来实现报警并且锁定键盘，此时只有等待一定时间才实现键盘的解锁。2.2 电路原理方框图开锁驱动电路AT89S51单片机AT24C02 存储LCD 显示电路矩阵键盘电路指示电路错误锁定键延时报警电路图 1 电路方框图 长沙航空职业技术学院 声像 0901 唐斌 王林达 许涛涛2.3 设计流程图开始N密码错误显示初始化有键按下？调用显示3 次？NN键值识别数字键？锁定YNNYY驱动开锁程序记录错误次数报警YY密码正确？是否确定键？存储键值Y开锁Y延时解锁延时复位 长沙航空职业技术学院 声像 0901 唐斌 王林达 许涛涛改密键按下提示输入旧密码旧密码验证按键扫描OK 键按下密码错误记录错误次数大于等于3 次？锁定YN报警延时解锁密码正确提示输入新密码OK 键按下提示再次输入新密码OK 键按下两次新密码是否一致？是 否密码修改成功改密键再次按下退出改密模式密码修改流程图3 设计原理分析 长沙航空职业技术学院 声像 0901 唐斌 王林达 许涛涛3.1 单片机最小系统其作用主要是为了保证单片机系统能正常工作。如图 2 所示，单片机最小系统主要由AT89S52 单片机、外部振荡电路、复位电路和+5V 电源组成。在外部振荡电路中，单片机的XTAL1 和 XTAL2 管脚分别接至由 12MHZ 晶振和两个 30PF 电容构成的振荡电路两侧，为电路提供正常的时钟脉冲。在复位电路中，单片机 RESET 管脚一方面经 22 F 的电容接至电源正极，实现上电自动复位，另一方面经一个按键和两个大小分别为 200 和 1K 的电阻分别接至电源正极和电源地，实现手动复位。其主要功能是把 PC 初始化为 0000H，是单片机从 0000H 单元开始执行程序，除了进入系统的初始化之外，当由于程序出错或者操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱困境，也需要按复位键重新启动，因此，复位电路是单片机系统中不可缺少的一部分。C322uFR5200R61KS17VCCC230PFC130PF J112MHZEA/VP31X119 X218RESET9RD17 WR16INT012 INT113T014 T115P101 P112P123 P134P145 P156P167 P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P 30TXD 11RXD 10U1图 2 单片机最小系统3.2 矩阵键盘电路 长沙航空职业技术学院 声像 0901 唐斌 王林达 许涛涛键盘可以分为独立连接式和行列式（矩阵式）两类。根据设计要求，本电路设计采用 44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。矩阵式键盘又叫行列式键盘。用 I/O 口线组成行列结构，按键设置在行列的交叉点上。本电路采用 4 条行线和 4 条列线，即可组成具有 44 个按键的键盘。其电路图如下图 3 所示。对键的识别通常用逐行扫描查询法。首先判别键盘中有无按键按下，由单片机 I/O 口向键盘送（输出）全扫描字，然后读入（输入）列线状态来判断。方法是：向行线输出全扫描字00H，把全部行线置为低电平，然后将列线的电平状态读入累加器 A 中。如果有键按下，总会有一根列线电平拉至低电平，从而使列输入不全为 1。键盘中哪一个键按下，是由行线逐行置低电平后，检查列输入状态实现的，其方法是：依次给行线送低电平，然后查所有列线状态，如果全为 1，则所按下的键不在此行，如果不全为 1，则所按下的键必在此行，而且是在与零电平列线相交的交点上的那个键。图 3 矩阵电路其工作原理为：将 P3.0 口置低电平，即第 4 行变为低电平，其余置高电平时输出编码为1110，然后读取列方法同上。判别第 4 行是否有键按下，在第 4 行上若有一按键按下，则相应的列被拉到低电平，则表示第 4 行和此列相交的位置上有按键按下，若没有任一列线为低电平，则说明第 4 行上无键按下，其余按键方法同上。3.3 报警电路 长沙航空职业技术学院 声像 0901 唐斌 王林达 许涛涛图 4 报警电路报警电路由一个蜂鸣器、一个 8550 三极管和一个 5.1K 的电阻构成，接在单片机的 P2.6 管脚，如图 4 所示，当密码的输入时间超过 12 秒或者连续 3 次输入失败，需要由报警来提示。本设计的报警电路由蜂鸣器及其驱动电路组成。其电路图如图 4 所示。P2.6 口接晶体管基极输入端。当密码锁电路需要发出报警信号时，P2.6 口输出低电平 0，使晶体管导通，从而驱动蜂鸣器鸣叫；当密码锁没有报警信号时，P2.6 口输出高电平 1 时，三极管截止，蜂鸣器停止发声。3.4 AT24C02 掉电存储单元掉电存储单元的作用是在电源断开的时候，存储当前设定的密码值。AT24C02 是 ATMEL公司生产的 2KB 电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通信，电压最低可以到2.5V，额定电流为 1mA,静态电流 10 A(5.5V),芯片内的资料可以在断电的情况下保存 40 年以上，采用 8 脚的 DIP 封装，使用方便。其电路如图 5 所示:图中上拉电阻的作用是减少 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。每当成功修改一次密码，系统就自动调用存储程序，将新密码保存在芯片内；当系统需要进行密码识别时，通过程序读取存储器中的密码值存入缓冲区，与所输入密码进行比较，完成密码锁的开锁控制。R85.1KR75.1KVCCNCNCNCGNDVCCWPSCLSDAAT24C02U2P0.0P0.1图 5 掉电存储电路 简介 IIC 总线 长沙航空职业技术学院 声像 0901 唐斌 王林达 许涛涛（1）IIC 总线特点I2C 总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此 IIC 总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达 25英尺，并且能够 10Kbps 的最大传输速率支持 40 个组件。IIC 总线的另一个优点是，它支持多主控(multimastering)， 其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。（2）IIC 总线工作原理IIC 总线是由数据线 SDA 和时钟 SCL 构成的串行总线，可发送和接收数据。在 CPU 与被控 IC 之间、IC 与 IC 之间进行双向传送，最高传送速率 100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，IIC 总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器） ，又是发送器（或接收器） ，这取决于它所要完成的功能。CPU 发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互