【正文】 密碼鎖設(shè)計(jì)方案第1章 緒論 課題背景密碼鎖是鎖的一種，開(kāi)啟時(shí)用的是一系列的數(shù)字或符號(hào)。密碼鎖的密碼通常都只是排列而非真正的組合。部分密碼鎖只使用一個(gè)轉(zhuǎn)盤，把鎖內(nèi)的數(shù)個(gè)碟片或凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)；亦有些密碼鎖是轉(zhuǎn)動(dòng)一組數(shù)個(gè)刻有數(shù)字的撥輪圈，直接帶動(dòng)鎖內(nèi)部的機(jī)械。此單片機(jī)設(shè)計(jì)（密碼鎖）是一種能防止多次探密碼的基于單片機(jī)的密碼鎖設(shè)計(jì)方案，給出了該單片機(jī)密碼鎖的硬件電路和軟件程序，同時(shí)給出了單片機(jī)型號(hào)的選擇，硬件設(shè)計(jì)，軟件流程圖，匯編語(yǔ)言源程序等內(nèi)容。密碼鎖應(yīng)用非常廣泛，如生活中的密碼箱等；到取款機(jī)取款時(shí)插入卡后要輸入個(gè)人設(shè)定的密碼；銀行里的密碼柜，再比如核武器在發(fā)射時(shí)也有密碼的等等。很多行業(yè)的許多地方都需要密碼鎖，但普通密碼鎖的密碼容易被多次試探而破譯。我們的設(shè)計(jì)給出了一種能防止多次試探密碼的密碼鎖設(shè)計(jì)方法，利用單片機(jī)控制。因?yàn)閱纹瑱C(jī)不但具有體積小，成本低，控制靈活，便于產(chǎn)品化等特點(diǎn)，而且單片機(jī)具有新的發(fā)展，具體主要體現(xiàn)在單片機(jī)片內(nèi)資源越豐富，用它構(gòu)成的單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件開(kāi)銷就會(huì)越少，產(chǎn)品的體積和可靠性就會(huì)越高，所以，使用單片機(jī)系統(tǒng)控制密碼鎖，體積小，成本低，控制靈活，便于產(chǎn)品化，可以防止多次試探，從而有效地克服了上述缺點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)課題的研究現(xiàn)狀隨著電子技術(shù)的發(fā)展單片機(jī)功能的增強(qiáng)，出現(xiàn)了帶微處理器的智能密碼鎖，它除了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。目前發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)大規(guī)模地應(yīng)用智能門禁系統(tǒng)，可以通過(guò)多種更加安全，更加可靠的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)大門的管理。但電子密碼鎖在我國(guó)的應(yīng)用還不廣泛，主要出現(xiàn)在保險(xiǎn)柜、密碼箱、高級(jí)賓館等場(chǎng)所，家居用的較少，究其原因，我認(rèn)為有以下幾點(diǎn)：（1）價(jià)格原因（2）廠商的推廣力度不夠。采用單片機(jī)制作的電子密碼鎖，就克服了以上的兩大缺陷。其主要特點(diǎn)為:（1）保密性好。由于采用6位密碼，隨機(jī)破碼率很低，并且在密碼可能泄露的情況下及時(shí)更改密碼，避免因人員的更替等特殊情況而使鎖的安全性下降。（2）破解保護(hù)。連續(xù)三次輸入錯(cuò)誤密碼將鎖定鍵盤一段時(shí)間。（3）界面簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)單人性化，故障率低，密碼輸入操作簡(jiǎn)便。第2章 方案選擇 方案確定密碼鎖有以下幾種類型（1）多撥式最簡(jiǎn)單的密碼鎖，常見(jiàn)于低安全設(shè)定的單車鎖，使用多個(gè)撥圈。每個(gè)圈的中間有凹位。鎖的中心的一條軸，上有數(shù)個(gè)凸出的齒，用來(lái)卡住撥圈。當(dāng)撥圈轉(zhuǎn)到正確的密碼組合，鎖便可以打開(kāi)。這種鎖是最容易打開(kāi)的。很多這類鎖根本無(wú)需知道密碼都能開(kāi)啟。除非它的內(nèi)部組件造得完美無(wú)瑕，否則只要把軸向外拉，其中一個(gè)齒便會(huì)比其他更為拉緊撥圈。這時(shí)輪動(dòng)被拉緊的撥圈，直至聽(tīng)到小小的「卡」聲，表示這個(gè)齒已進(jìn)入了正確的凹位。重覆這步驟，很快便可以把鎖打開(kāi)。（2）單一轉(zhuǎn)盤式用在掛鎖或匣萬(wàn)上的密碼鎖可以是只有一個(gè)轉(zhuǎn)盤。轉(zhuǎn)盤推動(dòng)背后數(shù)個(gè)平衡碟片或凸輪。習(xí)慣上，開(kāi)啟這種鎖時(shí)先把轉(zhuǎn)盤順時(shí)針轉(zhuǎn)到第一個(gè)數(shù)字，然後反時(shí)針轉(zhuǎn)到第二個(gè)數(shù)字，如此直至最后一個(gè)數(shù)字。凸輪上通常有凹位，當(dāng)轉(zhuǎn)入正確的密碼后，各位成一直線，鎖便可以打開(kāi)。這種密碼鎖較安全，但亦非全無(wú)缺點(diǎn)。例如，部分密碼掛鎖可以拉緊鎖頭，然后轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤直至不能再動(dòng)，這樣便能把密碼找出。亦有些轉(zhuǎn)盤密碼鎖的數(shù)字之間有特定關(guān)系，使到密碼的組合可能性大為降低。廉價(jià)的密碼掛鎖可以用特別的襯片打開(kāi)，而無(wú)需使用密碼。（3）其他設(shè)計(jì)有些門鎖上有一個(gè)數(shù)字鍵盤，開(kāi)啟時(shí)按序鍵入一個(gè)數(shù)字系列。這種鎖是使用電子控制，常見(jiàn)于辦工室內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)是只要告訴員工密碼便可，無(wú)須復(fù)制鑰匙。它由單片機(jī)系統(tǒng)、矩陣鍵盤、LED 顯示器等組成的電子密 碼鎖。具有開(kāi)鎖、超次鎖定、解密、修改、保存密碼、用戶密碼基本的密碼鎖 的功能，還具有調(diào)電存儲(chǔ)、聲光提示等功能?？朔似胀ㄦi需要隨身攜帶鑰匙且易丟失、 保密性差的缺點(diǎn)，在賓館、辦公大樓、倉(cāng)庫(kù)、保險(xiǎn)柜和家庭普遍適用。 本設(shè)計(jì)中采用的是電子密碼鎖，基本功能如下：① 電源開(kāi)始后，顯示器顯示000000；② 按，清除顯示器為000000；③ 更改密碼時(shí)，先鍵入新號(hào)碼再按*，即可建立新號(hào)碼；④ 鍵入號(hào)碼，再按D開(kāi)門鍵，若號(hào)碼與密碼相符，則門會(huì)打開(kāi)，否則顯示器會(huì)清 除為000000；⑤ 鍵盤設(shè)計(jì)要求如圖21 123A456B789C*0D 圖21 鍵盤分布圖 設(shè)計(jì)框圖基于單片機(jī)的電子密碼鎖主要由單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)電路、鍵盤接口電路、數(shù)碼顯示電路、密碼存儲(chǔ)電路、開(kāi)鎖控制電路組成。各電路有其特有功能，以下將分別論述，系統(tǒng)功能框圖如下圖22單片機(jī)鍵盤輸入復(fù)位晶振電源輸入是否有按鍵按下開(kāi)鎖密碼存儲(chǔ)報(bào)警開(kāi)鎖顯示圖22 系統(tǒng)功能圖本章小結(jié)本章主要闡述密碼鎖的種類和設(shè)計(jì)思路。對(duì)于密碼鎖主要講述了3種密碼鎖的種類以及差別，并對(duì)確定的方案加以陳述，通過(guò)本章論述，使整個(gè)設(shè)計(jì)思路變的清晰，有章可循第3章 硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)簡(jiǎn)介一、單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)目前世界單片機(jī)的生產(chǎn)廠商很多，如Intel，Motorola，Philips，NEC，ADM，Zilog等公司，其主流產(chǎn)品有十幾個(gè)系列，幾百個(gè)品種。盡管其個(gè)具特色，其稱各異，但作為集CPU，RAM，ROM（或EPROM），I/O接口，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)為一體的單片機(jī)，其原理大同小異?，F(xiàn)以Intel公司的系列產(chǎn)品為列，說(shuō)明個(gè)系列之間的區(qū)別。Intel公司從其生產(chǎn)單片機(jī)開(kāi)始，發(fā)展到現(xiàn)在，大體上可以分為3大系列：Mcs48系列，Mcs51系列，Mcs96系列。二、單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與發(fā)展單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長(zhǎng)，它的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體相同。因此，單片機(jī)的發(fā)展階段可以分為4個(gè)階段。第1階段，（19741976）：?jiǎn)纹瑱C(jī)初級(jí)階段。此階段的單片機(jī)采用雙片的形式而且功能比較簡(jiǎn)單。此時(shí)推出的8位單片機(jī)F8，只包含了8位CPU,64B RAM，一個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器和兩個(gè)并行口的3851芯片才能組成一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)。第2階段（19761978）：低性能單片機(jī)階段。此階段的單片機(jī)已經(jīng)成為一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)，但內(nèi)部不夠豐富。以Intel公司生產(chǎn)的MCS48為代表，片內(nèi)集成了8位CPU，8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，RAM和ROM等，但無(wú)串行口，中斷系統(tǒng)也比較簡(jiǎn)單，促進(jìn)單片機(jī)的變革。第3階段（19781982）：高性能單片機(jī)階段。此階段的單片機(jī)品種多，內(nèi)部資源豐富，功能強(qiáng)。以Intel公司生產(chǎn)的MCS51系列為代表，片內(nèi)集成了8位CPU,16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行I/O口，多級(jí)中斷系統(tǒng)，RAM和ROM等，片內(nèi)RAM和ROM容量加大，尋址范圍可達(dá)64KB。第4階段（1982年現(xiàn)在）：8位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及16位，32位單片機(jī)推出階段。其最大特點(diǎn)是增加了內(nèi)部資料，實(shí)時(shí)處理能力更強(qiáng)。三、單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)（1）單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是：向高性能化，大容量，微型化，外圍電路內(nèi)裝化等方面發(fā)展。① 采用雙CPU結(jié)構(gòu)，以提高處理速度和處理能力。② 增加數(shù)據(jù)總線寬度，以提高數(shù)據(jù)處理速度和處理能力。③ 采用流水結(jié)構(gòu)。指令以隊(duì)列形式出現(xiàn)在CPU中，從而具有很快的運(yùn)算速度。④ 串行總線結(jié)構(gòu)。（2）存儲(chǔ)器的發(fā)展① 增加存儲(chǔ)容量。片內(nèi)RAM可達(dá)256B。片內(nèi)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)容量的增大有利于外圍擴(kuò)展電路的簡(jiǎn)化，從而提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，降低產(chǎn)品的成本。② 片內(nèi)EPROM開(kāi)始到EPROM平方化。③ 程序保密化。（3）片內(nèi)I/O口改進(jìn)一般單片機(jī)都有較多的并行口，以滿足外圍設(shè)備，芯片擴(kuò)展的需要，并配有串行口，,以滿足多機(jī)通信功能的需要① 提高并行口的驅(qū)動(dòng)能力.② 增加I/O口的邏輯控制功能③ 特殊的串行接口功能,為單片機(jī)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供更便于利用的條件四、單片機(jī)的特點(diǎn)（1）小巧靈活,成本低,研發(fā)周期短,易于產(chǎn)品,能利用它方便的組裝成各種智能式測(cè)控設(shè)備及各種智能儀表,很容易滿足儀器設(shè)備即智能化又微型化的需求（2）可靠性高,使用的溫度范圍寬（3）易擴(kuò)展控制能力強(qiáng)（4）指令系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單,較易掌握且指令中有較豐富的邏輯控制功能指令,能較方便地直接操作外部I/O設(shè)備五、單片機(jī)的應(yīng)用目前單片機(jī)的應(yīng)用已深入到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域,對(duì)各個(gè)行業(yè)的技術(shù),改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代起到了重要的推動(dòng)作用,由于單片機(jī)的特點(diǎn)決定了單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域,:智能器儀表,機(jī)電一體化,實(shí)時(shí)控制,民用電子品等方面（1）單片機(jī)在智能儀器儀表的應(yīng)用。單片機(jī)廣泛地應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室,交通運(yùn)輸工具,計(jì)量等各種儀器儀表中,使儀器儀表智能化,提高它們的測(cè)量速度和測(cè)量精度,加強(qiáng)控制功能,簡(jiǎn)化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu),便于使用,不使傳統(tǒng)的儀器儀表發(fā)生根本性的變革,也給傳統(tǒng)的儀器儀表行業(yè)的改造帶來(lái)了曙光和美好的前景.（2）機(jī)電一體化是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的重要方面。機(jī)電一體化產(chǎn)品是集機(jī)械技術(shù),微電子技術(shù),自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體,可靠性高,控制能力強(qiáng),現(xiàn)場(chǎng)安裝靈活方便特點(diǎn),大大提升了機(jī)器的功能,提高了機(jī)器的精度,自動(dòng)化和智能化水平.（3）單片機(jī)在實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域的應(yīng)用單片機(jī)也可廣泛地應(yīng)用于各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中,測(cè)量和控制工業(yè)上過(guò)程控制中的各種物理參數(shù),如轉(zhuǎn)速,位移,壓力,流量,等,將測(cè)量技術(shù),自動(dòng)控制技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合,能充分發(fā)揮數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)控制功能,使系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài),提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量（4）在軍工領(lǐng)域的應(yīng)用利用可靠性高,適用的溫度范圍廣,能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境的特點(diǎn),單片機(jī)可廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈控制,航天飛機(jī)巡航系統(tǒng)等領(lǐng)域（5）單片機(jī)在分布式多機(jī)統(tǒng)中應(yīng)用分布式多機(jī)系統(tǒng)具有功能強(qiáng),可靠性高的特點(diǎn)（6）在民用電子產(chǎn)品中的應(yīng)用單片機(jī)在民用電子產(chǎn)品中的作用,能明顯提高產(chǎn)品的性能價(jià)格比,提高產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。單片機(jī)的應(yīng)用意義遠(yuǎn)不限于它的應(yīng)用范疇或由此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是它已從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設(shè)計(jì)思想。是控制技術(shù)的一次革命，是一座重要的里程碑，本次設(shè)計(jì)采用的是8051單片機(jī)。六、單片機(jī)芯片的特性及說(shuō)明（1）主要特性：它與MCS51 兼容，有4KB字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器，壽命：1000寫/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時(shí)間為10年。全靜態(tài)工作時(shí)在0Hz24Hz之間，內(nèi)部RAM是128b*8位，有32可編程的I/O線，兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源（2）管腳說(shuō)明：51單片機(jī)引腳如圖31圖31 單片機(jī)引腳圖VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0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。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。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口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫1時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。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（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷0） /INT1（外部中斷1） T0（記時(shí)器0外部輸入） T1（記時(shí)器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。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：當(dāng)訪問(wèn)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。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/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(wèn)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)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 內(nèi)部時(shí)鐘電路內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如下圖32所示。利用MCS51內(nèi)部的高增益反相放大器，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩。定時(shí)元