基于AT24C02单片机的密码锁的设计
基于AT24C02单片机的密码锁的设计[20200128193559]
【摘要】
该电子密码锁是一种实用型的机、电一体化设计，采用单片机密码识别及信号输出控制，提高了整体电路的稳定性和可靠性，并且简化了硬件电路的设计。由EPROM（AT24C02）构成的密码存储器可防止主机在断电的时候将用户的设置密码丢失，更增加了其安全系数。该设计是基于AT89C2051的单片机的电子密码锁设计，主要是通过芯片的程序内容来控制电路的工作方式，其中包括AT89C2051芯片，AT24C02闪存芯片，键盘输入模块，电子锁模块等模块，当AT89C2051检测到有密码输入时就将其和闪存中的密码相比较，如果相同则传送开锁信号到电子锁模块电路，实现开锁功能，而当检测到三次输入密码都不正确时则输出报警信号，同是禁止密码输入功能，即实现了防多次试探的可能性，其安全性能有了明显的提高。
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关键字:】AT89C2051、AT24C02、4×3矩阵键盘、密码锁
引言 1
一、 电路功能及设计思想 1
（一）电路设计的功能要求： 1
（二）基本设计思路 2
二、 电子密码锁简介 2
(一)电子密码锁 2
（二）电子密码锁的电路特点 3
三、设计方案论证 4
(一）基于AT89C2051单片机的电子密码锁设计 4
（二）采用 CMOS实现的数字电子密码锁设计 4
四、基于AT89C2051单片机的电子密码锁的总体电路设计 5
（一）基于AT89C2051芯片的电子密码锁设计 5
（二）其中各模块的工作原理： 6
（三）部分功能分析 9
五 软硬件模块 10
（一）4*3键盘处理模块 10
(二)音频放大模块 12
(三)掉电存储模块 14
（四）软件程序模块 15
六 总结 18
致谢 19
参考文献 20
附录 21
引言
目前，最常用的锁是20世纪50年代意大利人设计的机械锁，它的机构比较简单容易、使用呢也非常的方便、价格也是很便宜。但它在实际生活中显露出了很多不足：一是机械锁是靠金属制成的钥匙上的不同齿形与锁芯的配合来工作的。据不完全统计，每2000把锁中就有1把锁的钥匙齿牙相同或类似，所以它的安全性性能相对低。据国外资料显示，在装电子防盗设备的居民区盗窃犯罪率平均下降30%左右。二是钥匙一旦被人偷走，小偷都可以将锁打开。三是机械锁钥匙复制起来比较容易，如果在宾馆等公共场所遗失的话会很不方便。四是机械锁的材料大多为软铁，长久使用，容易损坏。
由于安全、方便等方面的需要，许多智能锁已相继问世，但这类产品的特点只能适用于保密要求高且仅供个人使用的箱、柜、房间等（如IC卡识别）。另外，因为IC卡是卡片类型的，易丢失，另外其成本一般较高，在推广程度上限制了这类产品的普及。
人们的生活水平越来越高，电子密码防盗锁的作用变得越来越明显。电子密码防盗锁用密码成功的代替了钥匙，解决了普通门锁钥匙易丢失不安全的缺点。如果采用8位密码，则密码组合可达到10的8次方，每增加1位，密码组合就增加10 倍；同时它可设多组密码，管理员密码也在其中一组，用户密码可以增加也可以清除。该设计的电子密码防盗锁利用具有掉电保护功能，将设置的密码存入具有掉电保护的用户RAM中，从而克服了旧式电子密码锁电路断电后所设置密码丢失的缺点。另外，该锁还具有报警、管制等辅助功能，是典型的机电一体化产品。
一、 电路功能及设计思想
（一）电路设计的功能要求：
1.系统设有八位（0000000）原始密码，在日常使用期间，用户还具有随时自行更改密码的功能。
2.当键盘有输入密码时，电路则将输入密码通过电路信号结合汇编程序将此密码和设定的密码（含当时的初始密码）进行比较，如果相同（语言程序判断为真）则实现开锁，错误（语言程序判断为假）则自动刷新（电路中的Reset模块），实现允许重新输入功能，同时将输入错误的标志记录在寄存器。
3.利用E2PROM功能特性保存密码，从而实现断电后不丢失密码
4.通过判断标志用计数器记录次数，如出现连续三次输入密码错误将通过程序控制线路立刻发出报警模块发出报警信号（可以防止枚举破译功能），程序中判断直到输入正确密码解除报警。
5.系统将采用LM7805直流电稳压电路（5V）电源供电，5V的电源可以使用此设计的各模块供电。对输入端的电压要求范围较宽，允许6到12V的电压输入，LM7805均可稳定输出5V，不小于1500mA的电流的电源，功率可以达到7.5W，足以保证本设计的系统稳定工作。
（二）基本设计思路
该设计主要使用AT89C2051芯片和AT24C02芯片，AT89C2051用来控制整个系统的工作电路，编辑好的程序用程序通烧录器写入AT89C2051，从而来实现控制硬件电路的工作时序，中断，断开及闭合。接收到键盘输入密码后，AT89C2051从而接收到输入键的行列矩阵信号，芯片中的程序将输入的密码和E2PROM中存储的密码进行比较并得到真假，当相同时即输出开锁信号，即真信号来来控制电路实现开锁，而当不相等时则计数错误次数，且显示重新输入状态，三次输入错误则发出报警，其整个系统的架构工作原理方案如下图1所示：
图1 设计总体方案图
二、 电子密码锁简介
(一)电子密码锁
本系统采用单片机作控制器,系统工作时,用户通过按键输入8位密码,按下“确认”键后, AT89C2051单片机将输入密码与设定密码进行比较,即通过电路信号结合汇编程序将此密码和设定的密码（含当时的初始密码）进行比较，如果相同（语言程序判断为真）则实现开锁，错误（语言程序判断为假）则自动刷新（电路中的Reset模块），实现允许重新输入功能，同时将输入错误的标志记录在寄存器。若3次输入的密码都不正确,程序则控制报警电路部分发出报警信号。在输入正确的密码，锁打开后此时间可通过按下“修改/重置”功能键,重新设置新密码。
同时，保密性好，密码可变，误码输入保护，电子密码锁操作简单易行，抗干扰码功能，可在输入正确密码前可输入任意码，安保功能连续输错3次密码将会自动报警。紧急开启功能: 室内一键开锁，只需按一键，即可开启门锁，所以出门可方便操作，同时遇到火灾等应急状况下也可以迅速、安全的开启门锁。
（二）电子密码锁的电路特点
该技术采用单片机密码识别及信号输出控制相关的开关电路，用低电压控制较高的电压机电一体化的机械部分析，从而提高了整体电路系统的稳定性和可靠性，并且简化了硬件电路的设计。由E2PROM（AT24C02）构成的密码存储器可防止主机在断电的时候将用户的设置密码丢失，加上原有的10的8次方的密码个数，更增加了其安全系数。该电子锁独特的技术完善了目前市场上普遍采用的电子锁不防撬、容易被破坏的缺陷，将整体的安全系数明显提高。
三、设计方案论证
(一）基于AT89C2051单片机的电子密码锁设计
选择AT89C2051 作为整个系统的主控制器。其特点如下: 2kB闪存、128BRAM、15根I/O口线、2个16位定时/计数器、5个向量二级中断结构、1个全双工的串行口,具有4. 25～5. 50V的电压工作范围和12MHz/24MHz工作频率,
同时还具有加密阵列的二级程序存储器加锁、掉电和时钟电路等,可掉电保存RAM的内容,故系统掉电时无需增加掉电保护电路。因此,系统硬件设计相对简单。
（二）采用 CMOS实现的数字电子密码锁设计
数字密码锁具有操作简便、保密性的特点, 而采用集成电路组成数字CMOS锁控制装置, 更兼有电源范围宽、功耗低、工作可靠的优点,可广泛用于家庭及保险等场合, 是目前比较理想的保安锁具。
数字密码锁的实际控制对象是电磁锁的电磁线圈, 可规定线圈断电为落锁或加锁, 线圈通电为开锁。电磁线圈一般为交流线圈( 特殊情况下也可采用直流线圈 ), 可用数字密码电路驱动中间继电器来控制其电流通断。其原理方框图2如下所示：
图2 利用CMOS设计的电子密码锁原理方案图
四、基于AT89C2051单片机的电子密码锁的总体电路设计
【摘要】
该电子密码锁是一种实用型的机、电一体化设计，采用单片机密码识别及信号输出控制，提高了整体电路的稳定性和可靠性，并且简化了硬件电路的设计。由EPROM（AT24C02）构成的密码存储器可防止主机在断电的时候将用户的设置密码丢失，更增加了其安全系数。该设计是基于AT89C2051的单片机的电子密码锁设计，主要是通过芯片的程序内容来控制电路的工作方式，其中包括AT89C2051芯片，AT24C02闪存芯片，键盘输入模块，电子锁模块等模块，当AT89C2051检测到有密码输入时就将其和闪存中的密码相比较，如果相同则传送开锁信号到电子锁模块电路，实现开锁功能，而当检测到三次输入密码都不正确时则输出报警信号，同是禁止密码输入功能，即实现了防多次试探的可能性，其安全性能有了明显的提高。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】AT89C2051、AT24C02、4×3矩阵键盘、密码锁
引言 1
一、 电路功能及设计思想 1
（一）电路设计的功能要求： 1
（二）基本设计思路 2
二、 电子密码锁简介 2
(一)电子密码锁 2
（二）电子密码锁的电路特点 3
三、设计方案论证 4
(一）基于AT89C2051单片机的电子密码锁设计 4
（二）采用 CMOS实现的数字电子密码锁设计 4
四、基于AT89C2051单片机的电子密码锁的总体电路设计 5
（一）基于AT89C2051芯片的电子密码锁设计 5
（二）其中各模块的工作原理： 6
（三）部分功能分析 9
五 软硬件模块 10
（一）4*3键盘处理模块 10
(二)音频放大模块 12
(三)掉电存储模块 14
（四）软件程序模块 15
六 总结 18
致谢 19
参考文献 20
附录 21
引言
目前，最常用的锁是20世纪50年代意大利人设计的机械锁，它的机构比较简单容易、使用呢也非常的方便、价格也是很便宜。但它在实际生活中显露出了很多不足：一是机械锁是靠金属制成的钥匙上的不同齿形与锁芯的配合来工作的。据不完全统计，每2000把锁中就有1把锁的钥匙齿牙相同或类似，所以它的安全性性能相对低。据国外资料显示，在装电子防盗设备的居民区盗窃犯罪率平均下降30%左右。二是钥匙一旦被人偷走，小偷都可以将锁打开。三是机械锁钥匙复制起来比较容易，如果在宾馆等公共场所遗失的话会很不方便。四是机械锁的材料大多为软铁，长久使用，容易损坏。
由于安全、方便等方面的需要，许多智能锁已相继问世，但这类产品的特点只能适用于保密要求高且仅供个人使用的箱、柜、房间等（如IC卡识别）。另外，因为IC卡是卡片类型的，易丢失，另外其成本一般较高，在推广程度上限制了这类产品的普及。
人们的生活水平越来越高，电子密码防盗锁的作用变得越来越明显。电子密码防盗锁用密码成功的代替了钥匙，解决了普通门锁钥匙易丢失不安全的缺点。如果采用8位密码，则密码组合可达到10的8次方，每增加1位，密码组合就增加10 倍；同时它可设多组密码，管理员密码也在其中一组，用户密码可以增加也可以清除。该设计的电子密码防盗锁利用具有掉电保护功能，将设置的密码存入具有掉电保护的用户RAM中，从而克服了旧式电子密码锁电路断电后所设置密码丢失的缺点。另外，该锁还具有报警、管制等辅助功能，是典型的机电一体化产品。
一、 电路功能及设计思想
（一）电路设计的功能要求：
1.系统设有八位（0000000）原始密码，在日常使用期间，用户还具有随时自行更改密码的功能。
2.当键盘有输入密码时，电路则将输入密码通过电路信号结合汇编程序将此密码和设定的密码（含当时的初始密码）进行比较，如果相同（语言程序判断为真）则实现开锁，错误（语言程序判断为假）则自动刷新（电路中的Reset模块），实现允许重新输入功能，同时将输入错误的标志记录在寄存器。
3.利用E2PROM功能特性保存密码，从而实现断电后不丢失密码
4.通过判断标志用计数器记录次数，如出现连续三次输入密码错误将通过程序控制线路立刻发出报警模块发出报警信号（可以防止枚举破译功能），程序中判断直到输入正确密码解除报警。
5.系统将采用LM7805直流电稳压电路（5V）电源供电，5V的电源可以使用此设计的各模块供电。对输入端的电压要求范围较宽，允许6到12V的电压输入，LM7805均可稳定输出5V，不小于1500mA的电流的电源，功率可以达到7.5W，足以保证本设计的系统稳定工作。
（二）基本设计思路
该设计主要使用AT89C2051芯片和AT24C02芯片，AT89C2051用来控制整个系统的工作电路，编辑好的程序用程序通烧录器写入AT89C2051，从而来实现控制硬件电路的工作时序，中断，断开及闭合。接收到键盘输入密码后，AT89C2051从而接收到输入键的行列矩阵信号，芯片中的程序将输入的密码和E2PROM中存储的密码进行比较并得到真假，当相同时即输出开锁信号，即真信号来来控制电路实现开锁，而当不相等时则计数错误次数，且显示重新输入状态，三次输入错误则发出报警，其整个系统的架构工作原理方案如下图1所示：
图1 设计总体方案图
二、 电子密码锁简介
(一)电子密码锁
本系统采用单片机作控制器,系统工作时,用户通过按键输入8位密码,按下“确认”键后, AT89C2051单片机将输入密码与设定密码进行比较,即通过电路信号结合汇编程序将此密码和设定的密码（含当时的初始密码）进行比较，如果相同（语言程序判断为真）则实现开锁，错误（语言程序判断为假）则自动刷新（电路中的Reset模块），实现允许重新输入功能，同时将输入错误的标志记录在寄存器。若3次输入的密码都不正确,程序则控制报警电路部分发出报警信号。在输入正确的密码，锁打开后此时间可通过按下“修改/重置”功能键,重新设置新密码。
同时，保密性好，密码可变，误码输入保护，电子密码锁操作简单易行，抗干扰码功能，可在输入正确密码前可输入任意码，安保功能连续输错3次密码将会自动报警。紧急开启功能: 室内一键开锁，只需按一键，即可开启门锁，所以出门可方便操作，同时遇到火灾等应急状况下也可以迅速、安全的开启门锁。
（二）电子密码锁的电路特点
该技术采用单片机密码识别及信号输出控制相关的开关电路，用低电压控制较高的电压机电一体化的机械部分析，从而提高了整体电路系统的稳定性和可靠性，并且简化了硬件电路的设计。由E2PROM（AT24C02）构成的密码存储器可防止主机在断电的时候将用户的设置密码丢失，加上原有的10的8次方的密码个数，更增加了其安全系数。该电子锁独特的技术完善了目前市场上普遍采用的电子锁不防撬、容易被破坏的缺陷，将整体的安全系数明显提高。
三、设计方案论证
(一）基于AT89C2051单片机的电子密码锁设计
选择AT89C2051 作为整个系统的主控制器。其特点如下: 2kB闪存、128BRAM、15根I/O口线、2个16位定时/计数器、5个向量二级中断结构、1个全双工的串行口,具有4. 25～5. 50V的电压工作范围和12MHz/24MHz工作频率,
同时还具有加密阵列的二级程序存储器加锁、掉电和时钟电路等,可掉电保存RAM的内容,故系统掉电时无需增加掉电保护电路。因此,系统硬件设计相对简单。
（二）采用 CMOS实现的数字电子密码锁设计
数字密码锁具有操作简便、保密性的特点, 而采用集成电路组成数字CMOS锁控制装置, 更兼有电源范围宽、功耗低、工作可靠的优点,可广泛用于家庭及保险等场合, 是目前比较理想的保安锁具。
数字密码锁的实际控制对象是电磁锁的电磁线圈, 可规定线圈断电为落锁或加锁, 线圈通电为开锁。电磁线圈一般为交流线圈( 特殊情况下也可采用直流线圈 ), 可用数字密码电路驱动中间继电器来控制其电流通断。其原理方框图2如下所示：
图2 利用CMOS设计的电子密码锁原理方案图
四、基于AT89C2051单片机的电子密码锁的总体电路设计
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