【正文】 電子密碼鎖系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)詳細(xì)文檔題目：電子密碼鎖的設(shè)計(jì)組號(hào)：第八組小組成員：王新恒（S120131106）牛慶渝（S120102007）于秀玲（S120101212）黃志輝（S120131021）2012年11月15日63 / 66目 錄第一篇 緒 論 1一、引言 1編寫目的 1背景介紹 1二、 功能需求設(shè)計(jì) 2任務(wù)和目標(biāo) 2功能需求簡述 2第二篇 設(shè)計(jì)概述 4一、詳細(xì)設(shè)計(jì)方案的選擇及設(shè)計(jì)思路概述 4設(shè)計(jì)方案的選擇 4初步設(shè)計(jì)思路概述 5二、設(shè)計(jì)方法和技術(shù)條件 6設(shè)計(jì)原則 6應(yīng)用的技術(shù)分析 6設(shè)計(jì)者當(dāng)前已具備的技術(shù)條件 6設(shè)計(jì)重點(diǎn)難點(diǎn) 7第三篇 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案確認(rèn) 8一、單片機(jī)模塊 8主要特性 8主要接口說明 8二、鍵盤矩陣模塊 10三、顯示模塊 11四、報(bào)警模塊 11五、電子時(shí)鐘模塊 12概述 12引腳介紹 13六、通信傳輸模塊 13通信傳輸原理概述 13電平轉(zhuǎn)換電路 14第四篇 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 16一、總體程序設(shè)計(jì)流程 16程序功能 16系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)總流程 16二、各個(gè)模塊系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)流程 17顯示初始化模塊程序設(shè)計(jì) 18密碼比較功能模塊程序設(shè)計(jì) 19鍵盤輸入模塊程序設(shè)計(jì) 21電子時(shí)鐘顯示模塊程序設(shè)計(jì) 24密碼修改模塊程序 26報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì) 32通信（虛擬）模塊程序設(shè)計(jì) 33附 錄 36一、 電路原理圖 36二、 Proteus仿真圖 37三、 PCB板圖 38四、 源程序 38第一篇 緒 論一、引言編寫目的編寫總體設(shè)計(jì)說明書的目的是為了說明對(duì)密碼鎖系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的考慮，包括程序的基本流程、輸入/輸出設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)、運(yùn)行設(shè)計(jì)、硬件的總體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)出錯(cuò)處理設(shè)計(jì)等，以便為密碼鎖的具體設(shè)計(jì)制作和仿真提供理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)方向，主要就是為編寫程序提供依據(jù)。各個(gè)模塊的程序編寫嚴(yán)格按照該總體設(shè)計(jì)的初定方案進(jìn)行。本總體設(shè)計(jì)說明書詳細(xì)分析系統(tǒng)的各種需求，綜合小組中各個(gè)成員的意見，為以后的設(shè)計(jì)規(guī)劃出一個(gè)藍(lán)圖，使以后的工作做到有步驟、有計(jì)劃，并且對(duì)今后出現(xiàn)的各種可能情況作出預(yù)測(cè)和進(jìn)行初步和適當(dāng)?shù)奶幚?，使系統(tǒng)工作進(jìn)程得以穩(wěn)步和高效地進(jìn)行。 背景介紹在日常的生活和工作中, 住宅與部門的安全防范、單位的文件檔案、財(cái)務(wù)報(bào)表以及一些個(gè)人資料的保存多以加鎖的辦法來解決。若使用傳統(tǒng)的機(jī)械式鑰匙開鎖，人們常需攜帶多把鑰匙, 使用極不方便, 且鑰匙丟失后安全性大打折扣。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)日常生活中的安全保險(xiǎn)器件的要求越來越高。為滿足人們對(duì)鎖的使用要求，增加其安全性，用密碼代替鑰匙的密碼鎖應(yīng)運(yùn)而生。密碼鎖具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等優(yōu)點(diǎn)。在安全技術(shù)防范領(lǐng)域，具有防盜報(bào)警功能的電子密碼鎖逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式密碼鎖，克服了機(jī)械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點(diǎn)，使密碼鎖無論在技術(shù)上還是在性能上都大大提高一步。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，特別是單片機(jī)的問世，出現(xiàn)了帶微處理器的智能密碼鎖，它除具有電子密碼鎖的功能外，還引入了智能化管理、專家分析系統(tǒng)等功能，從而使密碼鎖具有很高的安全性、可靠性，應(yīng)用日益廣泛。此外，電子密碼鎖還具有以下獨(dú)特的特點(diǎn)：（1）保密性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于機(jī)械鎖，隨機(jī)開鎖成功率幾乎為零；（2）密碼可變。 用戶可以經(jīng)常更改密碼，防止密碼被盜，同時(shí)也可以避免因人員的更替而使鎖的密級(jí)下降；（3）誤碼輸入保護(hù)。當(dāng)輸入密碼多次錯(cuò)誤時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)；二、功能需求設(shè)計(jì)任務(wù)和目標(biāo)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)一種基于AT89C51單片機(jī)控制的電子密碼鎖，要求達(dá)到以下任務(wù)目標(biāo)：（1）可通過鍵盤輸入密碼控制開關(guān)的開鎖和閉鎖；（2）可通過擴(kuò)展的LCD顯示器顯示輸入的密碼；（3）密碼可以多次改寫和重置；（4）連續(xù)三次輸入密碼錯(cuò)誤，報(bào)警裝置開始工作，密碼鎖進(jìn)入鎖機(jī)狀態(tài)。功能需求簡述功能具體闡述密碼輸入及核對(duì)功能l 系統(tǒng)啟動(dòng)后，通過鍵盤輸入初始密碼“111111”，按下密碼輸入鍵進(jìn)行確認(rèn)，密碼鎖開鎖，之后通過點(diǎn)擊輸入新密碼鍵，輸入6位新密碼，點(diǎn)擊新密碼保存鍵，新密碼保存；l 電子密碼鎖具有多組密碼和管理員超級(jí)密碼功能；l 如果密碼正確，可進(jìn)行開鎖動(dòng)作。若密碼不正確，系統(tǒng)將給出提示告知用戶已經(jīng)輸入的次數(shù)，若三次錯(cuò)誤輸入后，系統(tǒng)自動(dòng)鎖定鍵盤，屏蔽所有操作，并顯示“waiting....”；l 系統(tǒng)自動(dòng)鎖定時(shí)間為五分鐘，鎖定時(shí)間過后，系統(tǒng)提示“in put again”，此時(shí)可重新輸入密碼，進(jìn)行開鎖操作；l 保密功能：每次輸入的密碼數(shù)字，顯示的均是“*”符號(hào)；l 當(dāng)按下開鎖鍵，系統(tǒng)將輸入與密碼進(jìn)行檢查核對(duì)，如果正確鎖打開，否則不打開，并發(fā)出報(bào)警提示。多組密碼設(shè)置功能l 在用戶設(shè)置了一組常用密碼基礎(chǔ)之上，可以另外在設(shè)置2組備用密碼，以增加多用戶使用功能，滿足用戶的基本需求；l 在用戶丟失或遺忘一組密碼后，可以通過另外的幾組備用密碼進(jìn)行開鎖并并對(duì)密碼進(jìn)行再次修改和設(shè)定，增加了密碼鎖使用的靈活性；l 可以設(shè)置一組超級(jí)密碼“999999”，在任何情況下，憑借超級(jí)密碼都可以開鎖和修改密碼。報(bào)警功能l 設(shè)置密碼鎖開鎖次數(shù)為3次，當(dāng)輸入超過三次還未開鎖成功時(shí)，蜂鳴器報(bào)警30秒，并且鎖定鍵盤。十分鐘內(nèi)不能進(jìn)行任何操作，等待鎖定時(shí)間過后，解除警報(bào)，密碼鎖恢復(fù)輸入功能，提示“in put again”；l 在每一次輸入密碼后，系統(tǒng)都會(huì)以英文字符的形式給出輸入密碼正確與否，若是錯(cuò)誤系統(tǒng)會(huì)給予警告。個(gè)人密碼更改功能l 密碼可以由用戶自己修改設(shè)定，鎖打開后才能修改密碼，修改密碼之前必須再次輸入密碼；l 先用初始密碼開鎖，在開鎖成功后點(diǎn)擊“輸入新密碼”使系統(tǒng)進(jìn)入修改個(gè)人密碼狀態(tài)；l 個(gè)人可以隨設(shè)置新的密碼，設(shè)置完成后點(diǎn)擊“保存新密碼”按鍵，新密碼設(shè)置成功；此該新密碼和以前的密碼都可以進(jìn)行開鎖操作；l 此時(shí)可輸入6位新的個(gè)人密碼，點(diǎn)擊新密碼保存，密碼更改成功。時(shí)間顯示和計(jì)時(shí)功能l 系統(tǒng)啟動(dòng)后會(huì)自動(dòng)顯示當(dāng)?shù)氐募磿r(shí)時(shí)間，顯示方式為：時(shí)分秒l 在輸入密碼時(shí)軟前后相鄰的兩個(gè)密碼符輸入時(shí)間間隔超過10分鐘，則系統(tǒng)自動(dòng)放棄本次操作，返回到重新輸入密碼階段通信和數(shù)據(jù)傳輸功能l 先用密碼開鎖，成功后進(jìn)入系統(tǒng)l 顯示記錄：記錄開門時(shí)間、密碼類別。l 系統(tǒng)最多可以保存最近的40 條記錄，當(dāng)記錄超過40條時(shí)，每增加一條新記錄，最早的一條舊記錄將被覆蓋掉。l 每條記錄包含如下信息：時(shí)、分、秒以及密碼類別。第二篇 設(shè)計(jì)概述一、詳細(xì)設(shè)計(jì)方案的選擇及設(shè)計(jì)思路概述設(shè)計(jì)方案的選擇本次設(shè)計(jì)的密碼鎖在理論上可以利用多種設(shè)計(jì)方法及原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，依據(jù)設(shè)計(jì)的簡單、高效、易于實(shí)現(xiàn)等原則，主要有兩種設(shè)計(jì)方案可供選擇，即：數(shù)字電路控制和以AT89C51為核心的單片機(jī)控制兩種方案?，F(xiàn)在對(duì)其兩種方案進(jìn)行可行性對(duì)比分析。方案一：采用數(shù)字電路控制。其原理圖下圖1所示。圖1 數(shù)字密碼鎖電路方案電路由兩大部分組成：密碼鎖電路和備用電源(UPS)，其中設(shè)置UPS電源是為了防止因?yàn)橥ｋ娫斐傻拿艽a鎖電路失效，使用戶免遭麻煩。采用數(shù)字密碼鎖電路的好處就是設(shè)計(jì)簡單。用以74LS112雙JK觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設(shè)了9個(gè)用戶輸入鍵，其中只有4個(gè)是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，若按下干擾鍵，鍵盤輸入電路自動(dòng)清零，原先輸入的密碼無效，需要重新輸入。密碼鎖電路包含：鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測(cè)、開鎖電路、執(zhí)行電路、報(bào)警電路、鍵盤輸入次數(shù)鎖定電路。方案二：采用一種是用以AT89C51為核心的單片機(jī)控制方案。利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的I/O端口，及其控制的準(zhǔn)確性，不但能實(shí)現(xiàn)基本的密碼鎖功能，還能添加多組密碼設(shè)置、報(bào)警提示等控制功能。其原理如下圖2所示。圖2 單片機(jī)控制方案 密碼鎖電路包含：鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測(cè)、開鎖電路、執(zhí)行電路、報(bào)警電路。通過比較以上兩種方案，單片機(jī)方案有較大的活動(dòng)空間，不但能實(shí)現(xiàn)所要求的功能而且能在很大的程度上擴(kuò)展功能，而且還可以方便的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，所以我們采用一種以89C51為核心的單片機(jī)控制方案。利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的I/O端口，及其控制的準(zhǔn)確性，進(jìn)行密碼鎖的設(shè)計(jì)工作以實(shí)現(xiàn)基本的密碼鎖功能。初步設(shè)計(jì)思路概述對(duì)于本次密碼鎖的初步設(shè)計(jì)，首先是要有一定的大概思路。如下圖3所示，本次設(shè)計(jì)選用單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)，以AT89C51單片機(jī)為核心，輔以擴(kuò)展的鍵盤以及LCD顯示模塊組成完整的系統(tǒng)。通過鍵盤采集輸入的信息，與單片機(jī)內(nèi)的儲(chǔ)存值比較，如果密碼正確，則開鎖電路打開；如果密碼錯(cuò)誤，給出錯(cuò)誤提示。若連續(xù)三次輸入密碼錯(cuò)誤，蜂鳴器產(chǎn)生蜂鳴音，并且系統(tǒng)自動(dòng)鎖定鍵盤；在以上工作的同時(shí)顯示電路工作，同步顯示符號(hào)“*”代替輸入的數(shù)值。圖3 最初設(shè)計(jì)思路框圖二、設(shè)計(jì)方法和技術(shù)條件設(shè)計(jì)原則系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原則如下分析，應(yīng)該盡可能的滿足密碼鎖的功能要求，包括程序啟動(dòng)功能、鎖的基本功能、個(gè)人密碼更改功能、多組密碼設(shè)置、報(bào)警功能。首先，通過鍵盤采集輸入的信息，與單片機(jī)內(nèi)的儲(chǔ)存值比較，如果密碼正確，則開鎖電路運(yùn)行，鎖被成功打開；如果三次密碼錯(cuò)誤，則報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行提示，蜂鳴器產(chǎn)生蜂鳴音；在以上工作的同時(shí)顯示電路工作，同步顯示輸入數(shù)值。在輸入正確密碼后，密碼鎖開鎖，按輸入新密碼鍵，輸入新密碼，按下新密碼保存鍵，則修改密碼成功。要再次開鎖則需要輸入正確的密碼。應(yīng)用的技術(shù)分析本次密碼鎖功能的實(shí)現(xiàn)，需要使用到以下關(guān)鍵技術(shù)：（1）基于AT89C51單片機(jī)簡單設(shè)計(jì)及外圍擴(kuò)展電路；（2）鍵盤輸入及單片機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸；（3）LCD顯示技術(shù)、動(dòng)態(tài)輸出及單片機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸。（4）通信傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)者當(dāng)前已具備的技術(shù)條件在設(shè)計(jì)密碼鎖之前，本組四位成員基本上已經(jīng)掌握了以下技術(shù)：(1)課題組成員都參閱過相關(guān)的51單片機(jī)開發(fā)方面的書籍，熟悉Altim Designer電路設(shè)計(jì)，有一定的電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；(2)課題組成員王新恒對(duì)C語言函數(shù)庫的調(diào)用有一定的了解，具備C語言程序設(shè)計(jì)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)；(3)課題組成員牛慶渝、黃志輝熟悉PCB板的制作過程及protuse繪圖，課題組成員于秀玲有一定的文學(xué)功底，有一定的能力撰寫課題報(bào)告；(4)各個(gè)成員都可以熟練的運(yùn)用仿真軟件proteus以及編譯軟件keil進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)和調(diào)試。(5)對(duì)通信協(xié)議和傳輸有一定的了解設(shè)計(jì)重點(diǎn)難點(diǎn)完成本方案設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：(1) C語言程序設(shè)計(jì)和控制函數(shù)的調(diào)用；(2) 鍵盤模塊和動(dòng)態(tài)顯示工作方式的LCD顯示模塊的控制；(3) 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)；(4) 用Altim Designer軟件進(jìn)行電路圖設(shè)計(jì)；(5) 單片機(jī)于PC機(jī)的通信傳輸功能的實(shí)現(xiàn)。第三篇 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案確認(rèn)此次設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的電子密碼鎖，根據(jù)任務(wù)和相關(guān)要求，結(jié)合主要設(shè)計(jì)條件，我們的總體方案設(shè)計(jì)如下： 本系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)、矩陣鍵盤、電子時(shí)鐘、LCD顯示和報(bào)警系統(tǒng)等多個(gè)模塊組成。一、 單片機(jī)模塊該密碼鎖設(shè)計(jì)采用以AT89C51為核心的單片機(jī)控制方案。利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的I/O端口，及其控制的準(zhǔn)確性，進(jìn)行電子密碼鎖的設(shè)計(jì)。不但能實(shí)現(xiàn)基本的密碼鎖功能，還能添加警報(bào)提示。 1 主要特性AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。它與MCS51 兼容，壽命：1000寫/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時(shí)間為10年。全靜態(tài)工作：0Hz24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定，128*8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線，兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式，片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。下圖4所示為AT89C51單片機(jī)圖例：圖4 AT89C51單片機(jī)2 主要接口說明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流。此外，P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，例如串行輸入\輸出口、外部中斷0\記時(shí)器0外部輸入、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀\寫選通。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此