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文檔簡介
千里之行,始于足下。第2頁/共2頁精品文檔推薦基于51單片機的電子密碼鎖設計基于51單片機的電子密碼鎖設計
摘要:本文設計了一種基于單片機的電子密碼鎖,由單片機系統(tǒng)、矩陣鍵盤、LED顯示和報警系統(tǒng)組成。系統(tǒng)能完成開鎖、超次鎖定、報警、修改用戶密碼基本的密碼鎖的功能。除上述基本的密碼鎖功能外,還具有掉電存儲、聲光提示等功能。本密碼鎖具有安全性高、成本低、功耗低、易操作、記住密碼即可開鎖等優(yōu)點。
關鍵詞:STC89C52;電子密碼鎖;矩陣鍵盤
1緒論
1.1課題背景
隨著人們日子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。鎖自古以來算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。隨著電子技術的進展,各類電子產品應運而生,電子密碼鎖算是其中之一。據有關資料介紹,電子密碼鎖的研究從20世紀30年代就開始了,在一些特別場所早就有所應用。這種鎖是經過鍵盤輸入一組密碼完成開鎖過程。研究這種鎖的初衷,算是為提高鎖的安全性。由于電子鎖的密鑰量(密碼量)極大,能夠與機械鎖配合使用,同時能夠幸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麻煩,而被越來越多的人所觀賞。電子鎖的種類繁多,例如數碼鎖,指紋鎖,磁卡鎖,IC卡鎖,生物鎖等。但較有用的依然按鍵式電子密碼鎖。
1.2課題設計目標
本設計采納STC89C52單片機為主控芯片,經過軟件程序組成電子密碼鎖系統(tǒng),可以實現:
(1)密碼輸入錯誤,蜂鳴器報警。
(2)密碼為6位,能夠隨意更改,
(3)采納矩陣按鍵輸入。
(4)經過LCD1602液晶顯示。
(5)有開鎖指示燈。
(6)查閱有關文獻與資料,深入學習單片機硬件原理圖及軟件編程相關知識。
2系統(tǒng)方案論證
系統(tǒng)將從主控部分和密碼輸入方式兩方面舉行論證。
2.1主控部分的挑選
方案一:采納數字電路操縱
用以74LS112雙JK觸發(fā)器構成的數字邏輯電路作為密碼鎖的核心操縱,共設了9個用戶輸入鍵,其中惟獨4個是有效的密碼按鍵,其它的基本上干擾按鍵,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;假如用戶輸入密碼的時刻超過10秒(普通事情下,用戶不可能超過10秒,若用戶覺得別便,還能夠修改)電路將報警20秒,若電路延續(xù)報警三次,電路將鎖定鍵盤2分鐘,防止他人的非法操作。采納數字電路設計的方案好處算是設計簡單但操縱的準確性和靈便性差。故別采納。
方案二:采納以單片機為核心的操縱方案
選用單片機作為系統(tǒng)的核心部件,實現操縱與處理的功能。單片機具有資源豐富、速度快、編程容易等優(yōu)點。利用單片機內部的隨機存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)及其引足資源,外接液晶顯示(LCD),鍵盤輸入等實現數據的處理傳輸和顯示功能,都是能實現設計指標,能夠看出方案二操縱靈便準確性好且保密性強還具有擴展功能,依照現實日子的需要綜合思考,此次設計采納此方案。
2.2密碼輸入方式的挑選
方案一:指紋輸入識不
指紋識不技術要緊涉及四個功能:讀取指紋圖像、提取特征、保存數據和比對。經過指紋讀取設備讀取到人體指紋的圖像,然后要對原始圖像舉行初步的處理,使之更清楚,再經過指紋辨識軟件建立指紋的特征數據。軟件從指紋上找到被稱為"節(jié)點"(minutiae)的數據點,即指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標位置,這些點并且具有七種以上的唯一性特征。通常手指上平均具有70個節(jié)點,因此這種辦法會產生大約490個數據。這些數據,通常稱為模板。經過計算機含糊比較的辦法,把兩個指紋的模板舉行比較,計算出它們的相似程度,最后得到兩個指紋的匹配結果,從而推斷輸入結果的正確與否。思考到本方案軟硬件太過復雜,而且成本也高,故別采納。
方案二:矩陣鍵盤輸入識不
由各按鍵組成的矩陣鍵盤每條行線和列線都對應一條I/O口線,鍵位設在行線和列線的交叉點,當一具鍵按下就會有某一條行線與某一條列線接觸,只要確定接觸的是哪兩條線,即哪兩個I/O口線,就能夠確定哪一具鍵被觸動。行線設計成上拉口線,初始時被置高電位,列線懸空,初始置低。經過別斷讀行線口線,或者中斷方式觸發(fā)鍵位掃描。當發(fā)覺有鍵按下,將列線逐一置低,其他列線置高,讀行線口線。當某條列線置低時,某條行線也被拉低,則確定這兩條線的交點處的按鈕被按下。每個按鍵都可經過程序給予功能,從而完成密碼識不。本方案簡單易行,故采納。
3硬件電路設計
3.1硬件系統(tǒng)總體電路設計
本設計要緊由單片機、矩陣鍵盤、液晶顯示器和密碼存儲等部分組成。其中矩陣鍵盤用于輸入數字密碼和舉行各種功能的實現。由用戶經過連接單片機的矩陣鍵盤輸入密碼,后通過單片機對用戶輸入的密碼與自個兒保存的密碼舉行對照,從而推斷密碼是否正確,然后操縱引足的高低電平傳到開鎖電路或者報警電路操縱開鎖依然報警,實際使用時只要將單片機的負載由繼電器換成電子密碼鎖的電磁鐵吸合線圈即可。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。
圖1系統(tǒng)結構框圖
各模塊功能如下:
矩陣鍵盤輸入模塊:分為密碼輸入按鍵與功能按鍵,用于完成密碼鎖輸入功能。
顯示模塊:用于完成對系統(tǒng)狀態(tài)顯示及操作提示功能。
報警電路:用于完成輸錯密碼時候的警報功能。
密碼存儲模塊:用于完成掉電存儲功能,使修改的密碼斷電后仍能保存。
電源模塊:用于對系統(tǒng)電路提供+5V的直流電壓。
3.2單片機最小系統(tǒng)模塊電路設計
由STC89C52,復位電路,時鐘產生電路組成。STC89C52是美國Atmel公司生產的低電壓,高性能CMOS8位單片機,片內含8kbytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和256bytes的隨機存取數據存儲器(RAM),STC89C52有40個引足,32個外部雙向輸入/輸出(I/O)端口,并且內含2個外中斷口,3個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口,2個讀寫口線。
要緊功能特性:
·8k可反復擦寫(>1000次)FlashROM,32個雙向I/O口,256x8bit內部RAM,時鐘頻率0-24MHz,可編程UART串行通道。
·3個16位可編程定時/計數器中斷,2個串行中斷,2個外部中斷源,共6個中斷源,2個讀寫中斷口線。
引足功能如下:
·P0口:P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口,也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時,每位能汲取電流的方式驅動8個TTL邏輯門電路,對端口P0寫“1”時,可作為高阻抗輸入端用。在拜訪外部數據存儲器或程序存儲器時,這組口線分時轉換地址(低8位)和數據總線復用,在拜訪期間激活內部上拉電阻。
·P1口:P1是一具帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口,P1的輸出緩沖級可驅動(汲取或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”,經過內部的上拉電阻把端口拉到高電平,此刻可作輸入口。作輸入口使用時,因為內部存在上拉電阻,某個引足被外部信號拉低時會輸出一具電流(IIL)。
·P2口:P2是一具帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2的輸出緩沖級可驅動(汲取或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1”,經過內部的上拉電阻把端口拉到高電平,此刻可作輸入口,作輸入口使用時,因為內部存在上拉電阻,某個引足被外部信號拉低時會輸出一具電流(IIL)。在拜訪8位地址的外部數據存儲器(如執(zhí)行MOVX@RI指令)時,P2口輸出P2鎖存器的內容。
Flash編程或校驗時,P2亦接收高位地址和一些操縱信號。
·P3口:P3口是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅動(汲取或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時,它們被內部上位電阻拉高并可作為輸入端口。此刻,被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流(IIL)。P3口除了作為普通的I/O口線外,更重要的用途是它的第二功能。
·RST:復位輸入。當振蕩器工作時,RST引足浮現兩個機器周期以上高電平將使單片復位。
·ALE/PROG:當拜訪外部程序存儲器或數據存儲器時,ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。普通事情下,ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號,所以它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是:每當拜訪外部數據存儲器時將躍過一具ALE脈沖。
·EA/VPP:外部拜訪允許。欲使CPU僅拜訪外部程序存儲器(地址為0000H-FFFFH),EA端必須保持低電平(接地)。需注意的是:假如加密位LB1被編程,復位時內部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平(接Vcc端),CPU則執(zhí)行內部程序存儲
器中的指令。Flash存儲器編程時,該引足加上+12V的編程允許電源VPP,固然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。
·XTAL1:振蕩器反相放大器的及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。
·XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。
引足XTAL1和XTAL2分不是該放大器的輸入端和輸出端。那個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器。當單片機的復位引足RST(全稱RESET)浮現2個機器周期以上的高電平常,單片機就執(zhí)行復位操作。假如RST持續(xù)為高電平,單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。依照應用的要求,復位操作通常有兩種基本形式:上電復位和開關復位。其原理圖如圖2所示。
圖2最小系統(tǒng)電路原理圖
3.3電源輸入模塊電路設計
密碼鎖主操縱部分電源需要用5V直流電源供電,把頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉換為幅值穩(wěn)定的5V直流電壓。其要緊原理是把單相電通過電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉換成穩(wěn)定的直流電壓。由于輸入電壓為電網電壓,普通事情下所需直流電壓的數值和電網電壓的有效值相差較大,因而電源變壓器的作用顯現出來起到落壓作用。落壓后依然交流電壓,因此需要整流電路把交流電壓轉換成直流電壓。由于經整流電路整流后的電壓含有較大的交流重量,會妨礙到負載電路的正常工作。需經過低通濾波電路濾波,使輸出電壓平滑。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本別受電網電壓波動和負載電阻變化的妨礙,從而獲得穩(wěn)定性腳夠高的直流壓。本電路使用充電器解決電源穩(wěn)壓咨詢題。
3.4鍵盤輸入模塊電路設計
本設計就采納行列式鍵盤,并且也能減少鍵盤與單片機接口時所占用的I/O線的數目,在按鍵比較多的時候,通常采納如此辦法。每一條水平(行線)與垂直線(列線)的交叉處別相通,而是經過一具按鍵來連通,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。
4×4矩陣鍵盤的工作原理:
在鍵盤中按鍵數量較多時,為了減少I/O口的占用,通常將按鍵羅列成矩陣形式,如圖3所示。在矩陣式鍵盤中,每條水平線和垂直線在交叉處別直截了當連通,而是經過一具按鍵加以連接。如此,一具端口(如P1口)就能夠構成4*4=16個按鍵,比之直截了當將端口線用于鍵盤多出了一倍,而且線數越多,區(qū)不越明顯,比如再多加一條線就能夠構成20鍵的鍵盤,而直截了當用端口線則只能多出一鍵(9鍵)。由此可見,在需要的鍵數比較多時,采納矩陣法來做鍵盤是合理的。
掃描原理:
把每個鍵都分成水平和垂直的兩端接入,比如講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具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,通過比對之后就可懂是哪個鍵被按下。
比如講掃描碼送入,前面的0111是代表此刻掃描第一行P1.0列,而后面的1111是讓讀取的4行接足先設為VDD,若此刻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,這是因為那個按鍵被按下之后,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。
由於這種按鍵是機械式的開關,當按鍵被按下時,鍵會震動一小段時刻才穩(wěn)定,為了幸免讓8051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一小段時刻,使鍵盤以達穩(wěn)定狀態(tài),再去判讀所按下的鍵,就能夠讓鍵盤的輸入穩(wěn)定。鍵盤整體電路圖如圖3所示。
圖3鍵盤整體??驁D
3.5密碼存儲模塊電路設計?用EPROM芯片AT24C02存儲密碼。AT24C02是美國Atmel公司的低功耗CMOS型EPROM,內含256×8位存儲空間,具有工作電壓寬(2.5~5.5V)、擦寫次數多(大于10000次)、寫入速度快(小于10ms)、抗干擾能力強、數據別易丟失、體積小等特點。而且他是采納了I2C總線式舉行數據讀寫的串行器件,占用非常少的資源和I/O線,同時支持在線編程,舉行數據實時的存取十分方便。AT24C02中帶有的片內地址寄存器。每寫入或讀出一具數據字節(jié)后,該地址寄存器自動加1,以實現對下一具存儲單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為落低總的寫入時刻,一次操作可寫入多達8個字節(jié)的
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