1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上 目 錄 1 背景與意義.12 功能設計.23 總體方案設計.34 電路原理圖設計.5 4.1 鍵盤電路設計.5 4.2 數(shù)碼管顯示電路設計. 6 4.3 開鎖電路設計.75 程序設計.9 5.1 基本設計思路.9 5.2 各子程序設計.96 軟件仿真結果.157 硬件制作與調試.178 結論.19參考文獻.19 電子密碼鎖的設計與實現(xiàn)1 背景與意義隨著電子技術和計算機技術的飛速發(fā)展，單片機性能不斷完善，性能價格比顯著提高，技術日趨完善。由于單片機具有體積小、重量輕、價格便宜、功耗低、控制功能強及運算速度快等特點，因而在國民經(jīng)濟建設、軍事及家用電器等各個領域均得到了廣

2、泛的應用。本設計利用單片機及附加電子元器件實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制算法，來完成某一實際功能，檢驗并提高學生對整體電路設計和把握能力，了解單片機系統(tǒng)設計流程，以及電路板的實際制作和調試能力。隨著人們生活水平的提高和安全意識的加強，對安全的要求也就越來越高。鎖自古以來就是把守護門的鐵將軍，人們對它要求甚高，既要安全可靠的防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長期以來研制的主題。隨著電子技術的發(fā)展，各類電子產(chǎn)品應運而生，電子密碼鎖就是其中之一。據(jù)有關資料介紹，電子密碼鎖的研究從20世紀30年代就開始了，在一些特殊場所早就有所應用。這種鎖是通過鍵盤輸入一組密碼完成開鎖過程。研究這種鎖的初衷，就是為提高鎖的安全性。

3、由于電子鎖的密鑰量（密碼量）極大，可以與機械鎖配合使用，并且可以避免因鑰匙被仿制而留下安全隱患。電子鎖只需記住一組密碼，無需攜帶金屬鑰匙，免除了人們攜帶金屬鑰匙的煩惱，而被越來越多的人所欣賞。電子鎖的種類繁多，例如數(shù)碼鎖，指紋鎖，磁卡鎖，IC卡鎖，生物鎖等。但較實用的還是按鍵式電子密碼鎖。20世紀80年代后，隨著電子鎖專用集成電路的出現(xiàn)，電子鎖的體積縮小，可靠性提高，成本較高，是適合使用在安全性要求較高的場合，且需要有電源提供能量，使用還局限在一定范圍，難以普及，所以對它的研究一直沒有明顯進展。目前，在西方發(fā)達國家，電子密碼鎖技術相對先進，種類齊全，電子密碼鎖已被廣泛應用于智能門禁系統(tǒng)中，通過

4、多種更加安全，更加可靠的技術實現(xiàn)大門的管理。在我國電子鎖整體水平尚處于國際上七八十年代左右，電子密碼鎖的成本還很高，市場上仍以按鍵電子鎖為主，按鍵式和卡片鑰匙式電子鎖已引進國際先進水平，現(xiàn)國內有幾個廠生產(chǎn)供應市場。但國內自行研制開發(fā)的電子鎖，其市場結構尚未形成，應用還不廣泛。國內的不少企業(yè)也引進了世界上先進的技術，發(fā)展前景非常可觀。希望通過不斷的努力，使電子密碼鎖在我國也能得到廣泛應用。2 功能設計 1 完成相應C語言程序的編寫。定義相關函數(shù)，具體包括延時函數(shù)、中斷函數(shù)、掃描函數(shù)、數(shù)碼管顯示函數(shù)和主函數(shù)等。 2 在Keil環(huán)境下編譯程序，生成.hex文件，要求程序編譯正確，原理清楚。 3 設計

5、電子密碼鎖原理圖，盡量有一定復雜度和難度，要求設計簡潔、易懂。 4 在Protues環(huán)境下完成電路原理圖的繪制與仿真。要求正確繪制電路圖，完成其參數(shù)的定義與元器件的連接，注意為單片機加載.hex文件，其他包括鍵盤掃描電路，數(shù)碼管顯示電路和開鎖電路的設計等等。系統(tǒng)上電后，要求正確仿真，即輸入所需求的四位密碼，系統(tǒng)正確運行，模擬開鎖。分析仿真結果，并為硬件的制作打下基礎。 5 硬件制作與調試。要求自己選用相關元件，選用電路板等實現(xiàn)硬件的制作。完成后，自己調試運行，要求接入12V直流電源，輸入四位密碼，完成開鎖的模擬實現(xiàn)過程。找出相關問題，并進行改進。 6 結果分析。總體完成后，對整個系統(tǒng)進行總結，

6、分析優(yōu)點與缺點，撰寫、完善實驗報告，得出實驗結論。 3 總體方案設計 開始設計的時候，考慮到兩個設計方案，分別如下：方案一：采用數(shù)字電路控制。其原理方框圖如圖1所示。圖1 數(shù)字密碼鎖電路方案采用數(shù)字密碼鎖電路的好處就是設計簡單。用以74LS112雙JK觸發(fā)器構成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設了9個用戶輸入鍵，其中只有4個是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，若按下干擾鍵，鍵盤輸入電路自動清零，原先輸入的密碼無效，需要重新輸入；如果用戶輸入密碼的時間超過40秒（一般情況下，用戶不會超過40秒，若用戶覺得不便，還可以修改）電路將報警80秒，若電路連續(xù)報警三次，電路將鎖定鍵盤5分鐘，防止他

7、人的非法操作。電路由兩大部分組成：密碼鎖電路和備用電源(UPS)，其中設置UPS電源是為了防止因為停電造成的密碼鎖電路失效，使用戶免遭麻煩。密碼鎖電路包含：鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測、開鎖電路、執(zhí)行電路、報警電路、鍵盤輸入次數(shù)鎖定電路。方案二：采用一種是用以AT89C52為核心的單片機控制方案。利用單片機靈活的編程設計和豐富的I/O端口，及其控制的準確性，不但能實現(xiàn)基本的密碼鎖功能，還能添加調電存儲、聲光提示甚至添加遙控控制功能。其原理如圖2所示。AT89C52單片機矩陣鍵盤控制 開鎖控制電路數(shù)碼管顯示電路 指示電路 電源接入圖2 單片機控制方案通過比較以上兩種方案，單片機方案有較大的活動空

8、間，不但能實現(xiàn)所要求的功能而且能在很大的程度上擴展功能，而且還可以方便的對系統(tǒng)進行升級，所以我們采用后一種方案。本方案采用一種是用以AT89C52為核心的單片機控制方案。利用單片機靈活的編程設計和豐富的I/O端口，及其控制的準確性，實現(xiàn)基本的密碼鎖功能。初步設計思路如下：輸入密碼用矩形鍵盤，包括數(shù)字鍵和功能鍵。數(shù)碼管顯示輸入的四位密碼密碼，用四位共陽極數(shù)碼管發(fā)光顯示數(shù)碼，從而控制各位顯示器進行顯示。用發(fā)光二極管代替開鎖的電路，發(fā)光表示開鎖。打開電源后，顯示器顯示“0000”，設原始密碼為“6666”，只要輸入此密碼便可開門。按“0”鍵，清除顯示器為“0000”。軟件的設計主要包括鍵盤鍵值的讀取

9、、數(shù)碼管顯示程序、密碼比較程序、中斷程序和延時程序等。4 電路原理圖設計 4.1 鍵盤電路設計使用矩陣鍵盤，所以本設計就采用行列式鍵盤，同時也能減少鍵盤與單片機接口時所占用的I/O線的數(shù)目，在按鍵比較多的時候，通常采用這樣方法。其原理如圖3。 圖3 矩陣鍵盤每一條水平（行線）與垂直線（列線）的交叉處不相通，而是通過一個按鍵來連通，利用這種行列式矩陣結構只需要N條行線和M條列線，即可組成具有N×M個按鍵的鍵盤。在這種行列式矩陣鍵盤非鍵盤編碼的單片機系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認有無按鍵按下的程序段。當確認有按鍵按下后，下一步就要識別哪一個按鍵按下。對鍵的識別通常有兩種方法：

10、一種是常用的逐行掃描查詢法；另一種是速度較快的線反轉法。對照圖3所示的4×4鍵盤，說明逐行掃描法和線反轉法工作原理。1 掃描原理：即把每個鍵都分成水平和垂直的兩端接入，比如說掃描碼是從垂直的入，那就代表那一行所接收到的掃描碼是同一個bit，而讀入掃描碼的則是水平，掃描的動作是先輸入掃描碼，再去讀取輸入的值，經(jīng)過比對之后就可知道是哪個鍵被按下。 比如說掃描碼送入，前面的0111是代表此時掃描第一行P1.0列，而后面的1111是讓讀取的4行接腳先設為VDD，若此時第一行的第三列按鍵被按下，那讀取的結果就會變成（注意1111變成1101），其中LSB的第三個bit會由1變成0，這是因為這個

11、按鍵被按下之后，會被垂直的掃描碼電位short，而把讀取的LSB的bit電位拉到0，此即為掃描原理。 由于這種按鍵是機械式的開關，當按鍵被按下時，鍵會震動一小段時間才穩(wěn)定，為了避免讓系統(tǒng)誤判為多次輸入同一按鍵， 我們必須在偵測到有按鍵被按下，就Delay一小段時間，使鍵盤以達穩(wěn)定狀態(tài)，再去判讀所按下的鍵，就可以讓鍵盤的輸入穩(wěn)定。2 線反轉法原理：先辨別鍵盤中有無鍵按下，有單片機I/O口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來判斷。方法是：向行線輸出全掃描字00H，把全部列線置為低電平，然后將列線的電平狀態(tài)讀入累加器A中。如果有按鍵按下，總會有一根行線電平被拉至低電平從而使行線不全為1。判斷鍵盤中哪

12、一個鍵被按下使通過將列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來實現(xiàn)的。方法是：依次給列線送低電平，然后查所有行線狀態(tài)，如果全為1，則所按下的鍵不在此列；如果不全為1，則所按下的鍵必在此列，而且是在與零電平行線相交的交點上的那個鍵。本設計中采用鍵盤逐行掃描法。4.2 數(shù)碼管顯示電路設計本系統(tǒng)設計的顯示電路是為了給使用者以提示而設置的。本系統(tǒng)的顯示采用串行顯示的方式，使用單片機的串行口，就可以完成單片機的顯示功能。并使用四位共陽極數(shù)碼管作為輸入密碼的顯示，很直觀、清晰。顯示電路的電路原理圖如圖4所示。 圖4 數(shù)碼管顯示電路4.3 開鎖電路設計在本次設計中，基于節(jié)省材料的原則，暫時用LED發(fā)光管代替電磁鎖

13、（在實際設計中，則用一個繼電器代替電子鎖模擬開鎖過程），發(fā)光管亮，表示開鎖；滅，表示沒有開鎖。電路圖如5所示。發(fā)光管發(fā)光，即表示密碼輸入正確，表示開鎖；密碼輸入錯誤，則LED發(fā)光管不亮。 圖5 開鎖電路5 程序設計 5.1 基本設計思路電子密碼鎖工作的主要過程是由數(shù)碼管開始輸入密碼，通過鍵盤輸入密碼，同時數(shù)碼管顯示密碼輸入情況，按下確認鍵后判斷密碼的正確性，作出開鎖或其他處理。 密碼的設定是一個很重要的部分，在此程序中密碼是固定的“6666”，采用四位密碼。用C語言編寫程序代碼，具體設計包括頭文件及其相關定義、鍵盤掃描子程序、 數(shù)碼管顯示子程序、中斷程序、延時程序以及主程序設計等。編寫完畢后，

14、用Keil軟件進行編譯，生成.hex文件。相關的一些關鍵子程序設計如下。 5.2 各子程序設計 1 頭文件即相關定義 #include<reg51.h> #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit P17=P17; sbit P16=P16; sbit P15=P15; sbit P14=P14; sbit dian=P30; uint count=0,num=0,k,keyword=6666;Uchartable =0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0

15、x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71； 2 鍵盤掃描子程序 uint keyscan() uchar temp, keynum; P1=0xff; P17=0;/*掃描第一行* temp=P1; temp&=0x0f; if(temp!=0x0f) delay(10); temp=P1; temp&=0x0f; if(temp!=0x0f) temp=P1; temp&=0x0f; switch(temp) case 0x0e:keynum=0;break; case 0x0d:keynum=1;break; case 0x0b:keynu

16、m=2;break; case 0x07:keynum=3;break; while(temp!=0x0f) temp=P1; temp&=0x0f; P1=0xff; P16=0;/*掃描第二行* temp=P1; temp&=0x0f; if(temp!=0x0f) delay(10); temp=P1; temp&=0x0f; if(temp!=0x0f) temp=P1; temp&=0x0f; switch(temp) case 0x0e:keynum=4;break; case 0x0d:keynum=5;break; case 0x0b:keynu

17、m=6;break; case 0x07:keynum=7;break; while(temp!=0x0f) temp=P1; temp&=0x0f; P1=0xff; P15=0;/*掃描第三行* temp=P1; temp&=0x0f; if(temp!=0x0f) delay(10); temp=P1; temp&=0x0f; if(temp!=0x0f) temp=P1; temp&=0x0f; switch(temp) case 0x0e:keynum=8;break; case 0x0d:keynum=9;break; case 0x0b:keynu

18、m=10;break; case 0x07:keynum=11;break; while(temp!=0x0f) temp=P1; temp&=0x0f; return keynum;3 數(shù)碼管顯示子程序void Display(uint num) uint ge,shi,bai,qian; qian=num/1000; P0=tableqian; P2=0xfe; delay(10); P2=0xff; bai=num%1000/100; P0=tablebai; P2=0xfd; delay(10); P2=0xff; shi=num%100/10; P0=tableshi; P2

19、=0xfb; delay(10); P2=0xff; ge=num%10; P0=tablege; P2=0xf7; delay(10); P2=0xff;void Init(void) EA=1;/開總中斷 EX1=1;/開外部中斷0 IT1=0;/設置為電平觸發(fā)方式4 中斷程序void Init1() interrupt 2 count=keyscan(); num=num*10+count; if(num>9999) num=0; if(num= keyword) dian=1; delay(5000); dian=0; 5 延時程序void delay(uint i) uint

20、j; for(;i>0;i-) for(j=0;j<125;j+);6 主程序 void main(void) uint i,count1; Init(); dian=0; while(1) count=keyscan(); /調用鍵盤掃描子程序 Display(num); 6 軟件仿真結果本次調試采用Protues軟件仿真。首先設計電子密碼鎖的源程序，源程序經(jīng)過編譯后，生成的目標文件經(jīng)過仿真調試。完成后可以進行相關調試與仿真。1 系統(tǒng)上電后，初始狀態(tài)如圖所示，顯示四位“0”。 圖6 初始狀態(tài)2 使用按鍵，輸入密碼“6666”后，數(shù)碼管顯示如圖所示。 圖 7 數(shù)碼管顯示所輸入的密碼 輸入四位密碼“6666”后，因為密碼正確輸入，所以用來代替電磁鎖的LED發(fā)光管D1會發(fā)光并持續(xù)一段時間，表明密碼輸入正確，正確開鎖。如圖8所示： 圖 8 密碼正確開鎖7 硬件制作與調試 Ptotues仿真正確后，可以選購材料進行硬件的制作。可以選用萬用電路板為載體，選用相關電阻、電容、與門電路、芯片等進行制作，注意精確完成單片機程序的燒錄。焊接過程一定要細心、耐心。電子密碼鎖在實物硬件制作中，就可以拋去先前仿真中使用的作為開鎖仿真的發(fā)光LED燈，選用一個內部具有微電繼電器的鎖芯結構來代替，生動真實的模擬開鎖的過程。本次電路焊接較為復雜，鑒于經(jīng)驗缺乏，焊接出來的電路較為