基于80C51单片机的电子密码锁的设计
基于80C51单片机的电子密码锁的设计[20200128192948]
摘 要
本文设计的电子密码锁采用80C51单片机与EEPROM 24C01C作为主控芯片与数据存储器单元，外围包括键盘输入，12864显示个人信息，报警，开锁等电路，具有多次修改密码，输入错误提示并喇叭和显示灯报警功能。单片机接收从键盘输入的代码，并与存贮在EEPROM中的密码进行比较，假如密码正确则开锁；假如不正确，则可以重新输入密码，最多输进三次；假如三次都不正确，则单片机通过通讯线路向智能监控器报警。
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关键字:】单片机；存储器单元；密码锁；报警；开锁
引言 1
一、系统总体设计思路 2
(一)系统设计要求 2
(二)系统设计方案 2
(三)系统可行性分析 2
二、系统主要元器件介绍 3
(一)单片机80C51简介 3
(二)存储芯片24C01C 4
(三)12864液晶显示 5
三、系统的硬件构成 7
(一)振荡电路 7
(二)密码初始化电路 7
(三)电源电路 8
(四)键盘电路 8
(五)显示电路 9
(六) 蜂鸣器及LED闪烁报警电路 9
四、系统软件构成 10
(一)主程序流程图 10
(二)键盘扫描流程图 10
(三)修改密码流程图 11
五、仿真设计 12
(一)Proteus软件的概述 12
(二)Proteus与Keil的联调 13
(三)仿真的结果 14
(四)遇到的问题及解决 16
六、PCB的制作 17
(一)Protel99SE软件的介绍 17
(二)原理图的绘制及PCB图 17
(三)遇到的问题及解决 19
总结 19
附件1:系统完整原理图 20
附件2:PCB布局图 21
附件3:PCB顶层布线图 22
附件4:PCB底层布线图 23
附件5:程序清单 24
参考文献 50
致谢 51
引言
听老一辈的人说古代的人们睡觉时都可以不关门的，但是随着社会的发展和人类物质文明的进步，人们的财产问题变得越来越重要，这时候安全防盗就成为人们关心的重要话题之一，而锁就成为了人们的把守将军了。由于许多机械锁的互开率实在太高了，安全问题得不到保障,这样电子密码锁应运而生。它是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而来控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。电子密码锁是现在生活中的常用工具的一种，尤其是带有多种功能的密码锁（如报警）已经是一种很普遍的存在，它被广泛应用于车库、保险柜、宾馆等地方。电子密码锁克服了机械锁安全性能差的缺点，特别是现在的密码锁，不但功能全，而且更有安全性和可靠性。它的出现为人们对安全的需求带来了很大的方便，很有广阔的市场前景。
从目前的市场和水平来看，应用的最为广泛的还是键盘式的电子密码锁。我们的手机就有这样的功能。键盘式密码锁在键盘上输入（有的也可以是虚拟键盘），与你拨打相应人的电话号码差不多，拨错了你就打不通；而密码锁是你按对了就打开了。这种方式容易被人掌握，其优点是密码只在设置密码的人的脑子里，既准确又安全，不容易丢失（除非忘记），只要自己不泄露密码并且设置的密码安全级别够高，一般的是不容易被人家盗窃的，不然会被别人试探出来。有时候你感觉到有不少人知道你的某些密码，那么你可以通过任意设定密码的功能来修改密码。定期的修改密码是一种好习惯，常用常新。在输入密码的过程中，有些不知道密码的人喜欢尝试的输入密码，如果运气好就能打开，但是为了提高密码锁的安全性能，通常是输入错误的密码若干次或者在一定时间内你打不开，那么自动进入“封锁”状态，不能再次的输入密码。尽管各种各样的电子密码锁更新的很快，但是市场上的键盘式密码锁还是占有较高的地位，而且我们还经常的在身边或者在电影里看见它作为其他类型电子防盗锁的辅助输入手段。
本文从经济实用的角度出发，设计了一种多功能电子密码锁，可以防止别人的试探，做到报警的功能。该密码锁将用户输入的密码保存于外接的24C01C EEPROM中，这样简化了系统结构，降低了成本，提高了系统的保密性和可靠性，具有一定的推广价值。
一、系统总体设计思路
(一)系统设计要求
电子密码锁主要设计内容：有初始密码并可恢复初始密码，用户自己设置密码，可修改密码，有掉电存储密码功能，蜂鸣器报警，12864液晶显示。
(二)系统设计方案
本设计采用以单片机为核心元件的方案，它主要是由矩阵键盘输入、液晶显示器、单片机和密码存储、复位电路等部分组成。其中的矩阵键盘用于输入数字密码。由用户通过连接了单片机的矩阵键盘输入密码，然后来通过单片机对用户输入密码与自己先前保存的密码进行对比，来判断密码的正确性，然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者报警电路来控制开锁还是报警鸣笛。在选单片机时要考虑到许多的因数，最主要的我感觉是性能、运行速度、功耗等方面的问题。当然还有一些其它的因素，比如工作温度，有无内部震荡电路等，在这里我选择了80C51单片机来作为本设计的核心部分，用它丰富的I/O端口及其控制的准确性来实现密码锁的功能。并且在外围电路接入了24C01C芯片来用于密码的存储，外接12864液晶显示器用来显示。如下图1所示。
图1 单片机设计方案
(三)系统可行性分析
本原理图工作原理分析：使用80C51单片机，4X3矩阵键盘，12864液晶显示，报警鸣笛器、LED等。矩阵键盘有1、2、3、4、5、6、7、8、9、0、CLR、ENTER。刚开始接通电源时。通过１２８６４液晶显示开始的“工职院!、设计者：张冬、电子密码锁”。然后进入输入界面，显示“请输入密码：”如果输入错误则显示“密码错误 重新输入密码”，连续输入3次都错误，那么系统发出鸣笛警报并且LED灯开始闪烁，如果输入正确则显示“请选择： 、1 开锁 、2修改密码”，按1则显示“锁开”，按2显示“请输入密码”，确认后显示“请再次输入密码”，最后显示“修改 密码成功”。在修改密码的过程中，如果一开始输入的旧密码错误显示电路会显示提示，同时系统返回到开始。
为了防止他人对密码的试探，本系统在输入密码3次连续错误时LED闪烁报警，且重新返回，这样可以提高密码锁输入的安全性，同时不会被他人试探成功。
二、系统主要元器件介绍
(一)单片机80C51简介
80C51单片机 属于MCS-51系列单片机，由Intel公司开发，其结构是8048的延伸，改进了8048的缺点，增加了如乘（MUL）、除（DIV）、减（SUBB）、比较（CMP）、16位数据指针、布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和5个中断源 。采用40引脚 双列直插式DIP（Dual In Line Package），内有128个RAM单元及4K的ROM。80C51有两个16位定时计数器，两个外中断，两个定时计数中断，及一个串行中断，并有4个8位并行输入口。80C51内部有时钟电路 ，但需要石英晶体和微调电容外接，本系统中采用12MHz的晶振频率。由于80C51的系统性能满足系统数据采集 及时间精度的要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟，故采用来作为控制核心。
摘 要
本文设计的电子密码锁采用80C51单片机与EEPROM 24C01C作为主控芯片与数据存储器单元，外围包括键盘输入，12864显示个人信息，报警，开锁等电路，具有多次修改密码，输入错误提示并喇叭和显示灯报警功能。单片机接收从键盘输入的代码，并与存贮在EEPROM中的密码进行比较，假如密码正确则开锁；假如不正确，则可以重新输入密码，最多输进三次；假如三次都不正确，则单片机通过通讯线路向智能监控器报警。
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关键字:】单片机；存储器单元；密码锁；报警；开锁
引言 1
一、系统总体设计思路 2
(一)系统设计要求 2
(二)系统设计方案 2
(三)系统可行性分析 2
二、系统主要元器件介绍 3
(一)单片机80C51简介 3
(二)存储芯片24C01C 4
(三)12864液晶显示 5
三、系统的硬件构成 7
(一)振荡电路 7
(二)密码初始化电路 7
(三)电源电路 8
(四)键盘电路 8
(五)显示电路 9
(六) 蜂鸣器及LED闪烁报警电路 9
四、系统软件构成 10
(一)主程序流程图 10
(二)键盘扫描流程图 10
(三)修改密码流程图 11
五、仿真设计 12
(一)Proteus软件的概述 12
(二)Proteus与Keil的联调 13
(三)仿真的结果 14
(四)遇到的问题及解决 16
六、PCB的制作 17
(一)Protel99SE软件的介绍 17
(二)原理图的绘制及PCB图 17
(三)遇到的问题及解决 19
总结 19
附件1:系统完整原理图 20
附件2:PCB布局图 21
附件3:PCB顶层布线图 22
附件4:PCB底层布线图 23
附件5:程序清单 24
参考文献 50
致谢 51
引言
听老一辈的人说古代的人们睡觉时都可以不关门的，但是随着社会的发展和人类物质文明的进步，人们的财产问题变得越来越重要，这时候安全防盗就成为人们关心的重要话题之一，而锁就成为了人们的把守将军了。由于许多机械锁的互开率实在太高了，安全问题得不到保障,这样电子密码锁应运而生。它是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而来控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。电子密码锁是现在生活中的常用工具的一种，尤其是带有多种功能的密码锁（如报警）已经是一种很普遍的存在，它被广泛应用于车库、保险柜、宾馆等地方。电子密码锁克服了机械锁安全性能差的缺点，特别是现在的密码锁，不但功能全，而且更有安全性和可靠性。它的出现为人们对安全的需求带来了很大的方便，很有广阔的市场前景。
从目前的市场和水平来看，应用的最为广泛的还是键盘式的电子密码锁。我们的手机就有这样的功能。键盘式密码锁在键盘上输入（有的也可以是虚拟键盘），与你拨打相应人的电话号码差不多，拨错了你就打不通；而密码锁是你按对了就打开了。这种方式容易被人掌握，其优点是密码只在设置密码的人的脑子里，既准确又安全，不容易丢失（除非忘记），只要自己不泄露密码并且设置的密码安全级别够高，一般的是不容易被人家盗窃的，不然会被别人试探出来。有时候你感觉到有不少人知道你的某些密码，那么你可以通过任意设定密码的功能来修改密码。定期的修改密码是一种好习惯，常用常新。在输入密码的过程中，有些不知道密码的人喜欢尝试的输入密码，如果运气好就能打开，但是为了提高密码锁的安全性能，通常是输入错误的密码若干次或者在一定时间内你打不开，那么自动进入“封锁”状态，不能再次的输入密码。尽管各种各样的电子密码锁更新的很快，但是市场上的键盘式密码锁还是占有较高的地位，而且我们还经常的在身边或者在电影里看见它作为其他类型电子防盗锁的辅助输入手段。
本文从经济实用的角度出发，设计了一种多功能电子密码锁，可以防止别人的试探，做到报警的功能。该密码锁将用户输入的密码保存于外接的24C01C EEPROM中，这样简化了系统结构，降低了成本，提高了系统的保密性和可靠性，具有一定的推广价值。
一、系统总体设计思路
(一)系统设计要求
电子密码锁主要设计内容：有初始密码并可恢复初始密码，用户自己设置密码，可修改密码，有掉电存储密码功能，蜂鸣器报警，12864液晶显示。
(二)系统设计方案
本设计采用以单片机为核心元件的方案，它主要是由矩阵键盘输入、液晶显示器、单片机和密码存储、复位电路等部分组成。其中的矩阵键盘用于输入数字密码。由用户通过连接了单片机的矩阵键盘输入密码，然后来通过单片机对用户输入密码与自己先前保存的密码进行对比，来判断密码的正确性，然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者报警电路来控制开锁还是报警鸣笛。在选单片机时要考虑到许多的因数，最主要的我感觉是性能、运行速度、功耗等方面的问题。当然还有一些其它的因素，比如工作温度，有无内部震荡电路等，在这里我选择了80C51单片机来作为本设计的核心部分，用它丰富的I/O端口及其控制的准确性来实现密码锁的功能。并且在外围电路接入了24C01C芯片来用于密码的存储，外接12864液晶显示器用来显示。如下图1所示。
图1 单片机设计方案
(三)系统可行性分析
本原理图工作原理分析：使用80C51单片机，4X3矩阵键盘，12864液晶显示，报警鸣笛器、LED等。矩阵键盘有1、2、3、4、5、6、7、8、9、0、CLR、ENTER。刚开始接通电源时。通过１２８６４液晶显示开始的“工职院!、设计者：张冬、电子密码锁”。然后进入输入界面，显示“请输入密码：”如果输入错误则显示“密码错误 重新输入密码”，连续输入3次都错误，那么系统发出鸣笛警报并且LED灯开始闪烁，如果输入正确则显示“请选择： 、1 开锁 、2修改密码”，按1则显示“锁开”，按2显示“请输入密码”，确认后显示“请再次输入密码”，最后显示“修改 密码成功”。在修改密码的过程中，如果一开始输入的旧密码错误显示电路会显示提示，同时系统返回到开始。
为了防止他人对密码的试探，本系统在输入密码3次连续错误时LED闪烁报警，且重新返回，这样可以提高密码锁输入的安全性，同时不会被他人试探成功。
二、系统主要元器件介绍
(一)单片机80C51简介
80C51
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