单片机密码锁设计

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，国内自行研制开发的电子锁，应用还不广泛。国内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。

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 字节内部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，片内振荡器及时钟电路。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 中的内容，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。

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。

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。

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。

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。

LCD1602具有16个引脚。在LCD1602的有关设计中，主要是通过编写程序控制LCD1602的4、5、6引脚来实现数据或者指令的写入和执行，再通过数据或者指令

的写入和执行来进一步实现LCD1602的显示功能。查资料了解在仿真库中用