单片机的二级密码识别系统
本设计研究基于单片机的二级密码识别系统，主要由单片机最小系统、密码模式切换与输入模块、声光报警指示模块、语音信号转换模块、LCD显示模块组成。具有多重密码识别和语音识别等功能。设计中使用了一个独立按键和一个4*4矩阵键盘及声音采集传感器作为多重密码模式的输入装置，系统性能灵活与安全，优化了传统密码防盗系统的不足。电路设计结构简单，操作方便，适合在各大小区内推广应用，具有较大的市场价值。
目 录
一、引言 1
（一）设计目的 2
（二）设计任务 2
三、硬件设计 3
（一）系统框架设计 3
（二）主要元器件简介 4
1．STC89C52单片机 4
2．LCD1602液晶屏 5
3．ADC0832模数转换器 6
（三）模块电路设计 6
1. 晶振电路 6
2．复位电路 7
3．电源电路 8
4．LCD显示电路 8
5．密码模式切换与输入电路 9
6．声光报警指示电路 10
四、软件设计 12
（一）主函数设计 12
（二）子函数设计 13
五、仿真调试 17
六、总结与展望 22
致 谢 23
参考文献 24
附录 25
一、引言
改革开放前期，由于当时社会经济的落后，人们生活水平低下，人们并没有防盗的意识。等到改革开放以后，社会快速的发展，人们生活水平飞速提高，这个时候人们开始对家庭财产安全有了意识，开始使用一些简单的防盗措施，由于当时科技并不是很发达，早期的防盗措施也仅仅局限于机械锁之类的防盗工具，它可以起到保护家庭财产安全的作用，但是只是一个简易的保护，因为机械锁是很容易被打开的，而且使用不是很方便，如果人们在使用的过程中丢失了开锁的钥匙，那么自己也将无法打开，只能把它撬开。长时间的使用，由于环境湿度的影响，机械锁很容易生锈，生锈到达一定程度也无法开锁，所示早期的防盗工具灵活度很小，潜在的成本比较高。新型的防盗密码系统因此而诞生。基于单片机的二级密码识别系统，它是由
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传统的密码防盗系统改良而来，不仅可以进行个人密码输入，还可以多人密码输入和语音识别功能，大大升级了密码防盗系统的安全系数。系统由多重密码输入、语音密码识别、LCD显示装置及开锁装置组成。密码输入采用的是4*4矩阵键盘，语音识别是通过AD转换器将采集到的用户语音模拟信号转换为数字信号，由单片机处理。系统不仅可以用于单一的住宅区，也可以用于比较大规模住宅区的密码防盗系统，由于使用了多重密码保护，使其密码不易被破解，电路集成度高，所以工作性能更加稳定可靠。由于电路中大多数是集成芯片，所以电路体积非常小，功耗自然也就低，所以本系统非常适合应用在小区或者家庭等场合，因此它所带来的市场利益将是巨大的。
二、二级密码识别系统的设计方案
（一）设计目的
本设是基于单片机的二级密码识别系统，目的是为了通过革新传统的密码防盗系统来保证人们的财产安全。利用STC89C52微处理器及声音传感器的智能特性来实现多重密码识别及语音识别功能。利用单片机的外部中断功能实现密码模式的切换，通过矩阵键盘实现个人及多人密码输入，语音模式是通过声音传感器将用户的语音信号转换电信号，再通过AD转换器将其转换为数字量供单片机处理。如果选定一种密码模式后，只有当密码输入正确才能开门，否则声光报警提示。整个系统就实现了复杂度高、难破解的多重密码模式的识别系统。由于电路中大多数是集成芯片，所以电路体积非常小，功耗自然也就低，所以本系统非常适合应用在小区或者家庭等场合。
（二）设计任务
基于单片机的二级密码识别系统，主要由5个模块构成，它们可以实现以下功能：
（1）最小系统模块：以STC89C52单片机为核心，通过晶振电路、复位电路、电源电路构成一个最小系统，满足系统正常工作所需的前提条件。
密码模式切换与输入模块：使用一个独立按键用于切换密码模式，当按下一次切换密码模式功能，使用一个4*4矩阵键盘作为个人及多人密码输入装置，当键盘按下密码键，键值发送到单片机内进行处理保存。
声光报警指示模块：使用一个PNP三极管来驱动无源蜂鸣器，通过单片机IO口直接控制小灯状态，根据密码输入正确与否情况来控制声光报警指示模块，此模块为密码正确与否终端处理模块。
声音信号转换模块：使用一个声音采集传感器采集声音信号，通过外部AD转换电路将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，数字信号发送到单片机内进行处理比较,然后控制声光报警指示模块工作的状态，声光报警作为密码正确与否标志。声音信号转换模块作为语音密码识别方式。
LCD显示模块：使用一个LCD1602液晶对密码模式和工作状态状态及密码输入的显示。
三、硬件设计
（一）系统框架设计
在系统硬件电路中，主要由单片机的最小系统、密码模式切换与输入电路、LCD显示电路、声光报警指示电路、声音采集转换电路组成, 单片机最小系统又是由STC51单片机和晶振电路及复位电路、电源电路构成，缺一不可，如图1所示。首先通过密码模式切换按键选择对应的模式，选定好模式后即进入密码输入状态，当密码模式切换至声音识别模式时，语音采集传感器将语音模拟信号通过AD数模转换器转换为数字量信号，然后将数字信号传送给单片机进行处理，单片机会将转换后的数字信号或者密码输入的数据处理比较后控制声光报警指示电路，同时在LCD液晶上显示对应的密码及状态。如果密码或者声音信号电压值与系统预定义值一致视为正确，开门指示灯变亮。否则蜂鸣器将发出报警提示音，并且报错指示灯变亮。假如输入密码错误超过3次，蜂鸣器发出30秒长时间报警，并且对应的错误指示灯常亮。在密码输入模式中还可以通过模式切换至多人密码输入模式，通过3人的密码输入正确才能开门，否则报警提示。若要使系统正常运行，必须确保单片机的最小系统稳定工作。晶振电路提供时钟给单片机工作，犹如人的心脏。复位电路提供系统复位操作，当系统出现运行不正常或者死机等情况时，可以通过复位按键重新启动系统。电源电路也是非常关键的一个部分，因为单片机对供电电压是有要求的，如果电压过大将烧坏芯片，如果电压过小系统将运行不了。所以如果一个合适稳定的电源电路是非常关键的。从系统框图中还可以看到，STC89C52单片机处于中间位置，起核心控制作用。
图1 系统总框图
（二）主要元器件简介
1．STC89C52单片机
单片机也被称为微控制器，英文简称为MCU。它是由单板机演化而来，早期的单板机体积很大，内部含有基本的运算控制单元、存储器、输入输出接口等模块。随着集成芯片的飞速发展，这些模块通通都集成在一块单晶芯片内，所以体积非常小。若是在此芯片外再增加一些外围输入输出接口，那么就相当于现在的一台电脑了。由此可见单片机的功能是非常强大的。单片机按其位数可分为8位机、16位机和32位机，而51单片机是最基础的8位机。在51单片机内按照不同生产厂商及FLASH容量又分多种系列，比如ATMEL公司生产的AT89C51、AT89C52等，又如我们国产的宏晶公司生产的STC89C51、STC89C52等。在本设计中我们选择的是STC89C52芯片，此芯片除了具备所有51单片机功能之外，还支持串口下载功能，所以可不需要外部烧写器即可通过串口下载程序，而且STC89C52芯片内部的FLASH存储容量更加大，可以存储8KB容量，SRAM为1024B，这已经足够一般项目使用。STC89C52芯片的DIP封装具有40个引脚，拥有4组8位的IO口，分别是P0、P1、P2和P3，其中P0口内部不含上拉电阻，因此需要外接上拉电阻才能控制IO口输出高电平，其他的IO口都可以自己输出高低电平，而且这4组IO都是准双向IO口，既可以输入也可以输出。在芯片的内部集成了多种功能电路，比如定时器计数器、外部中断、串口等。这些功能均分布在P3口的地二功能上，只需要软件配置即可使用。此芯片要想工作，除了需要给它提供合适的工作电压外，还需要提供稳定的机器周期，即芯片工作频率。51单片机通常的工作频率是在040MHZ，为了更好的计算时钟周期，通常选择12MH的外部晶振提供。STC89C52单片机引脚图如图2所示。
目 录
一、引言 1
（一）设计目的 2
（二）设计任务 2
三、硬件设计 3
（一）系统框架设计 3
（二）主要元器件简介 4
1．STC89C52单片机 4
2．LCD1602液晶屏 5
3．ADC0832模数转换器 6
（三）模块电路设计 6
1. 晶振电路 6
2．复位电路 7
3．电源电路 8
4．LCD显示电路 8
5．密码模式切换与输入电路 9
6．声光报警指示电路 10
四、软件设计 12
（一）主函数设计 12
（二）子函数设计 13
五、仿真调试 17
六、总结与展望 22
致 谢 23
参考文献 24
附录 25
一、引言
改革开放前期，由于当时社会经济的落后，人们生活水平低下，人们并没有防盗的意识。等到改革开放以后，社会快速的发展，人们生活水平飞速提高，这个时候人们开始对家庭财产安全有了意识，开始使用一些简单的防盗措施，由于当时科技并不是很发达，早期的防盗措施也仅仅局限于机械锁之类的防盗工具，它可以起到保护家庭财产安全的作用，但是只是一个简易的保护，因为机械锁是很容易被打开的，而且使用不是很方便，如果人们在使用的过程中丢失了开锁的钥匙，那么自己也将无法打开，只能把它撬开。长时间的使用，由于环境湿度的影响，机械锁很容易生锈，生锈到达一定程度也无法开锁，所示早期的防盗工具灵活度很小，潜在的成本比较高。新型的防盗密码系统因此而诞生。基于单片机的二级密码识别系统，它是由
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传统的密码防盗系统改良而来，不仅可以进行个人密码输入，还可以多人密码输入和语音识别功能，大大升级了密码防盗系统的安全系数。系统由多重密码输入、语音密码识别、LCD显示装置及开锁装置组成。密码输入采用的是4*4矩阵键盘，语音识别是通过AD转换器将采集到的用户语音模拟信号转换为数字信号，由单片机处理。系统不仅可以用于单一的住宅区，也可以用于比较大规模住宅区的密码防盗系统，由于使用了多重密码保护，使其密码不易被破解，电路集成度高，所以工作性能更加稳定可靠。由于电路中大多数是集成芯片，所以电路体积非常小，功耗自然也就低，所以本系统非常适合应用在小区或者家庭等场合，因此它所带来的市场利益将是巨大的。
二、二级密码识别系统的设计方案
（一）设计目的
本设是基于单片机的二级密码识别系统，目的是为了通过革新传统的密码防盗系统来保证人们的财产安全。利用STC89C52微处理器及声音传感器的智能特性来实现多重密码识别及语音识别功能。利用单片机的外部中断功能实现密码模式的切换，通过矩阵键盘实现个人及多人密码输入，语音模式是通过声音传感器将用户的语音信号转换电信号，再通过AD转换器将其转换为数字量供单片机处理。如果选定一种密码模式后，只有当密码输入正确才能开门，否则声光报警提示。整个系统就实现了复杂度高、难破解的多重密码模式的识别系统。由于电路中大多数是集成芯片，所以电路体积非常小，功耗自然也就低，所以本系统非常适合应用在小区或者家庭等场合。
（二）设计任务
基于单片机的二级密码识别系统，主要由5个模块构成，它们可以实现以下功能：
（1）最小系统模块：以STC89C52单片机为核心，通过晶振电路、复位电路、电源电路构成一个最小系统，满足系统正常工作所需的前提条件。
密码模式切换与输入模块：使用一个独立按键用于切换密码模式，当按下一次切换密码模式功能，使用一个4*4矩阵键盘作为个人及多人密码输入装置，当键盘按下密码键，键值发送到单片机内进行处理保存。
声光报警指示模块：使用一个PNP三极管来驱动无源蜂鸣器，通过单片机IO口直接控制小灯状态，根据密码输入正确与否情况来控制声光报警指示模块，此模块为密码正确与否终端处理模块。
声音信号转换模块：使用一个声音采集传感器采集声音信号，通过外部AD转换电路将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，数字信号发送到单片机内进行处理比较,然后控制声光报警指示模块工作的状态，声光报警作为密码正确与否标志。声音信号转换模块作为语音密码识别方式。
LCD显示模块：使用一个LCD1602液晶对密码模式和工作状态状态及密码输入的显示。
三、硬件设计
（一）系统框架设计
在系统硬件电路中，主要由单片机的最小系统、密码模式切换与输入电路、LCD显示电路、声光报警指示电路、声音采集转换电路组成, 单片机最小系统又是由STC51单片机和晶振电路及复位电路、电源电路构成，缺一不可，如图1所示。首先通过密码模式切换按键选择对应的模式，选定好模式后即进入密码输入状态，当密码模式切换至声音识别模式时，语音采集传感器将语音模拟信号通过AD数模转换器转换为数字量信号，然后将数字信号传送给单片机进行处理，单片机会将转换后的数字信号或者密码输入的数据处理比较后控制声光报警指示电路，同时在LCD液晶上显示对应的密码及状态。如果密码或者声音信号电压值与系统预定义值一致视为正确，开门指示灯变亮。否则蜂鸣器将发出报警提示音，并且报错指示灯变亮。假如输入密码错误超过3次，蜂鸣器发出30秒长时间报警，并且对应的错误指示灯常亮。在密码输入模式中还可以通过模式切换至多人密码输入模式，通过3人的密码输入正确才能开门，否则报警提示。若要使系统正常运行，必须确保单片机的最小系统稳定工作。晶振电路提供时钟给单片机工作，犹如人的心脏。复位电路提供系统复位操作，当系统出现运行不正常或者死机等情况时，可以通过复位按键重新启动系统。电源电路也是非常关键的一个部分，因为单片机对供电电压是有要求的，如果电压过大将烧坏芯片，如果电压过小系统将运行不了。所以如果一个合适稳定的电源电路是非常关键的。从系统框图中还可以看到，STC89C52单片机处于中间位置，起核心控制作用。
图1 系统总框图
（二）主要元器件简介
1．STC89C52单片机
单片机也被称为微控制器，英文简称为MCU。它是由单板机演化而来，早期的单板机体积很大，内部含有基本的运算控制单元、存储器、输入输出接口等模块。随着集成芯片的飞速发展，这些模块通通都集成在一块单晶芯片内，所以体积非常小。若是在此芯片外再增加一些外围输入输出接口，那么就相当于现在的一台电脑了。由此可见单片机的功能是非常强大的。单片机按其位数可分为8位机、16位机和32位机，而51单片机是最基础的8位机。在51单片机内按照不同生产厂商及FLASH容量又分多种系列，比如ATMEL公司生产的AT89C51、AT89C52等，又如我们国产的宏晶公司生产的STC89C51、STC89C52等。在本设计中我们选择的是STC89C52芯片，此芯片除了具备所有51单片机功能之外，还支持串口下载功能，所以可不需要外部烧写器即可通过串口下载程序，而且STC89C52芯片内部的FLASH存储容量更加大，可以存储8KB容量，SRAM为1024B，这已经足够一般项目使用。STC89C52芯片的DIP封装具有40个引脚，拥有4组8位的IO口，分别是P0、P1、P2和P3，其中P0口内部不含上拉电阻，因此需要外接上拉电阻才能控制IO口输出高电平，其他的IO口都可以自己输出高低电平，而且这4组IO都是准双向IO口，既可以输入也可以输出。在芯片的内部集成了多种功能电路，比如定时器计数器、外部中断、串口等。这些功能均分布在P3口的地二功能上，只需要软件配置即可使用。此芯片要想工作，除了需要给它提供合适的工作电压外，还需要提供稳定的机器周期，即芯片工作频率。51单片机通常的工作频率是在040MHZ，为了更好的计算时钟周期，通常选择12MH的外部晶振提供。STC89C52单片机引脚图如图2所示。
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