基于51单片机密码锁设计论文

基于单片机的密码锁设计

1 引言

1.1设计目的

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。电子密码锁就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。

目前，国自行研制开发的电子锁，应用还不广泛。国的不少企业也引进了世界上先进的技术，发展前景非常可观。希望通过不断的努力，使电子密码锁在我国也能得到广泛应用。

1.2设计要求

本次课程设计要求使我们能够掌握并且实际运用课本知识。通过利用所学的电子技术知识正确分析并设计电路,将适当电路运用到实际电路中,将课本知识转化为实际能力。

1.3设计方法

(1)系能够从键盘中输入密码，并相应地在显示器上显示…*‟；能够判断密码是否正确，正确则开锁，错误则输出相应信息。

(2)密码由程序直接设定，不可用户自己设定。

(3)具有自动报警功能。密码不正确，相应红灯亮，蜂鸣器发出报警声来提示。

(4)具有手动复位功能。

2设计方案及原理

2.1系统总体设计

根据以上分析，本次电子密码锁设计的主要重点是以下几个部分：4x3矩阵键盘设计、LCD信息显示和密码的比较和处理。当然，除了这几个部分外还有报警等功能模块。其中矩阵键盘用于输入数字密码和进行各种功能的实现。由用户通过连接单片机的矩阵键盘输入密码，后经过单片机对用户输入的密码与自己保存的密码进行对比，从而判断密码是否正确，然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者报警电路是报警。系统整体框图如图1所示。

图1 系统整体框图

2.2本设计硬件资源分配

P3.0～P3.7用于LCD液晶显示作用。

P1.6、P1.7用于蜂鸣器和报警灯的控制。

P1.4用于开锁电路的控制。

P2.0～P2.7用于键盘电路的控制。

P1.0～P1.2用于LCD显示模块的控制端口的控制。

3硬件设计

3.1.1芯片选择

本次设计采用AT89C51贴片芯片，AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，通过用Keil软件编写程序，然后装到单片机里面去，然后让它对整个系统进行信息的处理，如可以让它处理矩阵键盘传过来的信息，并根据编好的程序来确定哪个按键按下，并处理相应按键对应的功能，然后把相应的信息反应到单片机的各个引脚，来实现按键实现的现象，如：显示是否开启锁，报警等。AT89C51 提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器128字节部RAM，32 个I/O 口线两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

AT89C51的引脚图如图2所示。

图2 AT89C51

3.1.2 单片机最小系统设计

单片机最小系统就是指能使单片机工作的最少的器件构成的系统。因

为单片机已经包含了数据存储器和程序存储器，所以只要在其外部加上时钟电路和复位电路就可以构成单片机最小系统。

(1)单片机工作需要晶振给CPU提供频率，时钟电路就是给单片机提供晶振频率的电路。图3是时钟电路的PROTEUS仿真图。

图3 时钟电路

单片机允许的振荡晶体可在1.2～24MHz之间选择，一般为11.0592MHz，电容C2，C3的取值对振荡频率输出的稳定性、大小及振荡电路起振速度有一定的影响，

可在20～100pF之间选择，典型值位30pF

（2）计算机每次开始工作，CPU和系统中的其他部件都必须要有一个确定

的初值，即复位状态。图4是单片机复位电路仿真图。

图4 复位电路

单片机RST引脚是高电平有效。单片机在上电瞬间C1充电，RST引脚端出现正脉冲，只要RST断保持两个机械周期（大约10ms）以上的高电平，单片机就能复位。在单片机工作后，如果还想再次复位，只需按下开关，单片机就能重新变成复位状态。当晶体振荡频率为12MHz时，RC的典型值为C=10μF，R=8.2KΩ。

3.1.3 矩阵键盘设计

一组键或者一个键盘，需要通过接口电路和CPU相连接，CPU可以采用查

询接口或者中断的方式了解有没有键被按下，并检查是哪个键被按下。无论是查询方式还是中断方式都要用到单片机的I/O口。由于单片机I/O口较少的原因，当系统中需要用到较多按键时，为了能够更合理更有效地利用单片机的I/O口，一般采用矩阵键盘的方式来实现多按键的功能。

图5是4x3矩阵键盘在PROTEUS中的电路原理仿真图。

图5 4x3矩阵键盘

矩阵键盘又叫做行列式键盘。行列式键盘的硬件结构比较简单，由行输出口和列输出口构成行列式键盘，按键设置在行、列交点上。只有当键被按下时相应的行和列才能相连。如此，只要检测行和列是否相连就可以知道是否有键按下。

由于按键设置在行、列线交点上，行、列分别连接到按键开关的两端，平时无键按下时，行线处于高电平，假设列线为低电平，当有键按下时，按下的键就会将相应的行和列连通，使得对应的行线被列线拉低，也变为低电平。这就是识别矩阵键盘是否有键被按下的关键。

当确定有键被按下时，通过逐行扫描，读出I/O口的值可以知道哪一行的值被改变了，被改变了的行即是被按下的按键所在行。同时，由于每个键都有它的行值和列值，行值和列值得组合就是这个按键的编码，当算法一定时，每个按键的编码是固定的，且各个按键的编码互不相同，所有通过读I/O的值还能具体知道是哪一个键被按下，这样就实现了键盘的识别。

3.1.4 LCD显示模块设计

LCD1602是一种字符型液晶显示器，是一种专门用于显示字母、数字、符号等的点阵式液晶显示器。LCD1602的显示容量为16x2个字符（可以显示2行，每行显示16个字符），芯片工作电压为4.5～5.5V，工作电流为2.0mA（5.0V），模块最佳工作电压是5.0V。