电子密码锁设计及系统调试.docx

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1、电子密码锁设计及系统调试摘要本文基于51单片机的电子密码锁设计。详细描述了电子密码锁的软件和硬件组件。该系统采用51单片机作为主控芯片。密码输入的数量通过矩阵键盘输入。输入密码后，输入的密码将与存储器中的密码匹配。如果匹配成功，则实现解锁功能。通过对系统软件的仿真和调试，证明该系统具有良好的稳定性，操作简单，安全性强，还可以实现远程监控和管理。总体应用效果良好，值得广泛推荐。关键词：电子密码锁；设计；调试目录1弓I言12系统设计22122.1.1主控芯片选型22.L2存储模块选型22.1.3显示模块选型22.L4数据传输模块选型222彳牛i-32.2.1单片机概述32.1.2单片机内部结构及功

2、能部件42.L3单片机引脚介绍42.2.2矩阵键盘42.2.3*Li42.2.4LCD显示器52.2.5报警电路52.2.6电源电路62.2.7复位电路62.2.8日日ILL1卜72.2.9信号处理模块的设计73vl-73.1单片机程序的编制方法介绍73.2软件系统总体设计83.3tevl-84系统调试及分析105电子密码锁的硬件和软件调试125.1硬件调试过程中遇到的问题125.2软件调试过程中遇到的问题12“口*12参考文献14微型计算机包括单片机和嵌入式系统两种方式，近些年来，微型计算机发展迅速，且已经逐步淘汰了传统的计算机，并在诸多智能仪器中广泛应用，如在智能流量计,、电子密码锁、智能

3、电表等均有所应用。微型计算机发展速度已经超过了诸多传统的计算机，并在工业、服务业均有所应用。微型计算机的诞生，并且不断的完善，现如今微型计算机开始逐步向智能化方向迈进。相对于传统的计算机来说，MeU本身具有体积小、功耗低等优势，同时生产的成本较低，应用较为广泛，尤其是在计算机和仪表一体化设计中有着更大的优越性和潜力。本次电子密码锁设计，通过MCU强大的信息处理能力，进而不断的将传统密码锁向智能化方向发展，为用户提供了较多方便的同时，也推动了相关行业的发展。因此，本文提出就基于51单片机单片机开发的电子密码锁设计，发挥MCU强大的信息处理能力，以此实现密码锁智能化、信息化、网络化发展。门禁系统是

4、解决安全问题方案重要部分，通过门禁系统可以有效提高居家的安全性，降低财产损失，由此可知，门禁系统已经成为人们日常生活中不可或缺的重要部分。当下我国的电子信息技术发展较快，这也助推了门禁系统未来的发展。通过电子信息技术，可大大提高门禁系统的安全性，各种智能密码锁应用而生，列如键盘式电子密码锁、指纹特征识别系统、IC卡门禁系统等密码锁，其中IC卡门禁密码锁应用较为广泛，在很多的公共场所，列如图书馆、火车站等均有所应用。指纹特征识别系统主要是针对一些保密要求比较高,通过比较私人的场合,具有较高的安全性。当前，国内应用最多的电子密码锁采用的是单片机核心处理方式，无论是在系统编码和解码上均采用的是软件方

5、式进行处理。相对于传统的机械锁具，电子密码锁比较容易操作,且使用较为方便。本设计是以51单片机为主控CPU芯片，利用矩阵键盘实现密码输入，通过将输入密码和原密码进行匹配，如匹配成功则执行开锁功能，如密码输入不正确，则LED灯闪烁，并且蜂鸣器发出警报，开锁不成功。如果连续3次或者输入密码时间过长，系统会启动自动锁定程序，用户无法再次键盘输入密码无效，只有应用管理员密码才能有效解锁，而且管理员可对该系统随时修改密码。2系统设计2.1 硬件模块选型2.1.1 主控芯片选型采用STC89C52单片机。STC89C52是STC公司推出的以MCS-51为内核的8位单片机，具有8K的FIaSh,内置4kee

6、pR0M,512字节的RAM,三个16位定时器，具有看门狗定时器，一个六向量2级中断结构，最高运行频率35MHz。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程FlaSh,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。可直接串口下载，烧写调试也十分的方便。2.1.2 存储模块选型本次密码存储部分采用的是24C02芯片，通过IIC总线接口来操作的，是一个具备写保护功能、支持在线的编程、可以方便读写数据的串行器件。它的内部含有256个8位的字节，特点是工作电压可以在2.5V到5.5V之间，写入的速度快，可以多次擦写，有很强的抗干扰能力，而且体积小。芯片通过片内地址寄存器

7、运用指定唯一的方法对字节进行读取，来完成对下一个存储单元的读写。每读写一个字节，寄存器自动加一。一次读写操作最多可写入8个字节的数据，大幅度地减少了写入所需的时间，方便又快捷。HC总线属于二线制，用来连接IC器件，通过串行数据线和串行时钟线为总线。2.1.3 显示模块选型本次密码锁设计的显示模块采用的是LCD12864显示屏，其分辨率为128X64,该分辨率足可以满足密码锁设计的要求。同时，该显示屏支持英汉显示，并且还支持并行串行显示，价格也比较便宜，性价比较高。因此，本次电子密码锁设计选用的是LCD12864作为系统的显示模块。2.1.4 数据传输模块选型本次电子密码锁设计的数据传输模块采用

8、的是FC总线，FC总线由两根信号线组成，且这两根线分别为数据线和时钟线。所有接到I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCLo同时I2C总线还可以允许连接多个微处理器以及各种外围设备，如可以连接存储器、LCD、A/D或者D/A转换器等等。以此能够大大提高数据运行的效率。2.2 主要硬件设计电子密码锁系统主要由51单片机控制器、4X4矩阵键盘、存储器、LCD显示器和报警电路等模块组成（见图1）。图1电子密码锁系统组成（1）把供电电源部分的电路设计和各路电源进行隔离处理。（2） 4X4矩阵键盘电路的设计以及液晶显示设计。（3）报警电路设计，利用指示灯和

9、蜂鸣器设计本次的报警电路。（4）数据传输采用的是I2C总线设计,利用I2C总线进行密码锁数据传输。（5）电子密码锁存储器采用的是24C02存储器，通过24C02存储器用来存储电子密码锁设置的密码。2.2.1 单片机概述本次测量电路选用的是STC89C52单片机为处理核心。其中STC89C52包含8K字节的可编程Flash、32个可编程的I/O口线、三个16位的定时/计数器。STC89C52具有低功耗、成本低、具有较高的兼容性等优势，能够满足本次设计要求。如图2所示。图2STC89C52单片机2.2.2 单片机内部结构及功能部件STC89C52单片机是在一块芯片中集成了CPU,RAM,ROM、定

10、时器/计数器和多种功能的I/O线等一台计算机所需要的基本功能部件。STC89C52单片机内包含下列几个部件：一个8位CPU；一个片内振荡器及时钟电路；8K字节ROM程序存储器；512字节RAM数据存储器；三个16位定时器/计数器；可寻址64K外部数据存储器和64K外部程序存储器空间的控制电路;32条可编程的I/O线（四个8位并行I/O端口）；ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxDP3.0,TxDP3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片；具有EEPROM功能；共内3个16位定时器/计数器，即定时器TO、TlT2；外部中断4路，下降沿

11、中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒；通用异步串行口（UART）,还可用定时器软件实容现多个IJART。2.2.3 单片机引脚介绍STC89c52有40个引脚，32个为输入输出端口，同时内含有2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口。2.2.4 矩阵键盘电子密码锁系统输入模块采用4X4矩阵键盘。4X4矩阵键盘的行线为输出模式,列线为输入模式，且8个引脚均接在51单片机的IO口上，假设4排列线（输入）为DCBA,4排列线全部被设置成输入为。的模式,即DCBA=Oo00；4排行线（输出）为4位（dcba）,将其设置为dcb

12、a=1111。矩阵键盘的程序设计采用的是C语言的SWITCH语句对键盘标号。通过位移循环的方式实现该功能。2.2.5 存储器电路在矩阵键盘电路的原理图中，可以看到VCC接高电平;VSS接公共地端（低电平）。其中VCC的电压为3.3V；VSS接公共地端。且WP为保护端，为了有效防止数据丢失，为此使得A0/A1/A2接低电平，并将AOH或AlH写入存储器，从而实现24C02的读写工作。图3为24C02存储器的引脚24C02存储器的模块电路。VCC 3 V图3 24C02存储器的模块电路图1.CD显示器1.CD12864液晶显示可支持英汉显示，并且操作较为简单、显示内容也较多，具有良好的兼容性。电子

13、密码锁的显示模块采用的是串行输入模式，在该模式为高电平时，SCLK串行时钟在该模式下为高电平，则输入3个字节为指令，并显示ASCII符合周期。这3个字节输入后，显示屏会执行相应的功能和显示相应的字符。因此，为了实现51单片机电子密码锁在无操作时具有关闭背光电源的功能，需要将背光电源输出端接到三极管集电极上，并把发射集接地，51单片机的输入和输出口接基极，从而实现IO口控制LCD背光的目的，详细电路图如图4所示。9，OZr 9QCOZF98。CJF 980图4通过IO口控制LCD背光电源的电路图2.2.6 报警电路本次设计的报警电路，采用的是声光报警，声光报警是声音和光线同时报警，具有一定的同步

14、性，报警电路的控制，是通过单片机的IO口进行控制，IO口输出高低电平从而达到控制的目的。在电子密码锁设计中，蜂鸣器的选择为声频为IOoOHZ和小功率三级管NPN3904,详细的电路图如5所示。图5声光报警模块电路图2.2.7 电源电路电子密码锁使用5V的直流电来供应核心控制需要，并且要将频率50Hz、有效值220V的单相交流电通过电源变压器来调节改变电压达到降低电压的目的；用整流电路将交流电转变为直流电，消除交流分量，减少对负载电路的影响；再通过滤波电路滤波来抑制防干扰，过滤掉电压中的纹波，使输出的电压更加平滑；最后通过稳压电路转换成稳定的5V直流电压。电源模块是相对重要的，是密码锁能够正常运作起来的动力源泉，电源模块原理图如图6所示。图6电源电路原理图2.2.8 复位电路本次设计复位电路有两部分组成,一是在复位引脚上接上一个IoUF的电容到VCC,引脚再接个IoK的电阻到地端，实现上电复位；另一个则是将开关与电容并联再接到VCC,通过电容的充放电，保持有一定时间的高电平，实现按键复位。如图7为复位电路原理图。VCC图7复位电路原理图2.2.9 振电路设计MCS-51单片机采用的是内部工作和外部工作方式两种。本研究根据实际的需要和简便，因此外接电容CI和C2,通过外接电容进而构成并联谐振