根据AT24C02的简单电子密码锁使用说明.docx

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湖南理工学院
单片微机原理课程设计说明书
设计题目:
基于AT24C02
的简易电子密码锁
院
部:
机械学院
专
业:
机械电子工程
组长姓名:
学
号:
组员姓名:
学号:
学
号:
学
号:
起迄日期:
2016年
6月19日2016
年
6月30
日
指导教师:
教研室主任:
_
目录
1引言.............................................
4

电子密码锁简介................................
4

电子密码锁的发展趋势..........................
4

本设计所要实现的目标..........................
5
2
设计方案的选择..................................
5

方案一:采用数字电路控制方案
..................
5

方案二:采用无线遥控方式控制方案..............
5

方案三:采用以单片机为核心的控制方案
..........5
3
主要元器件介绍..................................
6

主控芯片AT89S51................................
6

性能简介..............................
6

引角功能说明..........................
7

存储芯片AT24C02...............................
9

LCD1602
显示器................................
10
接口信号说明.................................
10
主要技术参数................................
11
基本操作程序................................
11

晶体振荡器
....................................
12
4
系统硬件构成
....................................
12

设计原理......................................
12

电路总体构成..................................
13

键盘输入部分..................................
13

密码存储部分...................................
14
_

复位部位......................................
15

晶振部分.......................................
15

显示部分......................................
15

报警部分.......................................
17
错误!未定义书签。

***部分.......................................
18
错误!未定义书签。
5
系统软件设计.....................................
19错误!未定义书签。
6
总结.............................................
22
错误!未定义书签。
参考文献............................................
23
错误!未定义书签。
附录一..............................................
23
错误!未定义书签。
附录二.............................................
33
错误!未定义书签。
引言
电子密码锁简介
_
电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作,从而控制机械开关的闭
合,完成***、闭锁任务的电子产品。它的种类很多,有简易的电路产品,也有基于芯片
的性价比较高的产品。现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心,通过编程来实现的。
其性能和安全性已大大超过了机械锁。其特点如下:
保密性好,编码量多,远远大于弹子锁。随机***成功率几乎为零。
密码可变,用户可以随时更改密码,防止密码被盗,同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降。
误码输入保护,当输入密码多次错误时,报警系统自动启动。
无活动零件,不会磨损,寿命长。
使用灵活性好,不像机械锁必须佩带钥匙才能***。
电子密码锁操作简单易行,一学即会。
电子密码锁的发展趋势
在日常生活和工作中,住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些
个人资料的保存多以加锁的办法来解决。目前门锁主要用弹子锁,其钥匙容易丢失;保险
箱主要用机械密码锁,其结构较为复杂,制造精度要求高,成本高,且易出现故障,人们
常需携带多把钥匙,使用极不方便,且钥匙丢失后安全性即大打折扣。针对这些锁具给人
们带来的不便若使用机械式钥匙***,为满足人们对锁的使用要求,增加其安全性,用密
码代替钥匙的密码锁应运而生。它的出现为人们的生活带来了很大的方便,有很广阔的市
场前景。由于电子器件所限,以前开发的电子密码锁,其种类不多,保密性差,最基本的
就是只依靠最简单的模拟电子开关来实现的, 制作简单但很不安全,在后为多是基于 EDA
来实现的,其电路结构复杂,电子元件繁多,也有使用早先的 20引角的2051系列单片
机来实现的,但密码简单,易破解。随着电子元件的进一步发展,电子密码锁也出现了很
多的种类,功能日益强大,使用更加方便,安全保密性更强,由以前的单密码输入发展到
现在的,密码加感应元件,实现了真真的电子加密,用户只有密码或电子钥匙中的一样,
_
是打不***的,随着电子元件的发展及人们对保密性需求的提高出现了越来越多的电子密
码锁。
出于安全、方便等方面的需要许多电子密码锁已相继问世。但这类产品的特点是针对特定
有效卡、指纹或声音有效,且不能实现远程控制,只能适用于保密要求高且供个人使用的
箱、柜、房间等。由于数字、字符、图形图像、人体生物特征和时间等要素均可成为钥匙
的电子信息,组合使用这些信息能够使电子防盗锁获得高度的保密性, 如防范森严的金库,
需要使用复合信息密码的电子防盗锁,这样对盗贼而言是“道高一尺、魔高一丈”。组合
使用信息也能够使电子防盗锁获得无穷扩展的可能,使产品多样化,对用户而言是“千挑
百选、自得其所”。可以看出组合使用电子信息是电子密码锁以后发展的趋势。
本设计所要实现的目标
该密码锁初次使用时的原始密码为123456,用户输入正确的密码信息则能够发出***信号。
功能要求:
1、能够修改密码。只有输入原设定的正确密码后才能修改密码。
2、三次输入***密码错误,则启动报警。
3、显示按键信息,而且要有按键音。
4、系统设0~9十个数字键,一个密码修改键,一个确认键。按下密码修改键,先输
入原密码,解密正确后键入新密码,按确认键生效。解密错误启动报警, 5秒钟后
报警自动解除。
技术要求:
1、系统停电后,密码信息不会丢失,上电后仍能正常执行***操作。
2、系统安全可靠,不会出现死机现象。
3、密级<10

6。
设计方案的选择
方案一:采用数字电路控制方案
用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路作为密码锁的核心控制, 共设了9
个用户输入键,其中只有 4个是有效的密码按键,其它的都是干扰按键,若按下干扰
键,键盘输入电路自动清零,原先输入的密码无效,需要重新输入;如果用户输入密
码的时间超过10秒(一般情况下,用户不会超过 10秒,若用户觉得不便,还可以修
改)电路将报警 20秒,若电路连续报警三次,电路将锁定键盘 2分钟,防止他人的
_
非法操作。采用数字电路设计的方案好处就是设计简单但控制的准确性和灵活性差。
故不采用。
方案二:采用无线遥控方式控制方案
采用无线电磁波发射模式,此方案的优点在于遥控距离更远, 也无需要对准电子锁
的位置,但是缺点就是由于本设计是要求设计成为一个一键式发射解锁方式,这样就容易造成无意识的解锁,比如说孩子,或者是自己在无意识的情况下进行了解锁,不
利于电子锁的安全防盗。
方案三:采用以单片机为核心的控制方案
由于单片机种类繁多,各种型号都有其一定的应用环境,因此在选用时要多加比较,合理选择,以期获得最佳的性价比。一般来说在选取单片机时从下面几个方面考虑:
性能、存储器、运行速度、I/O口、定时/计数器、串行接口、模拟电路功能、工作电压、功耗、封装形式、抗干扰性、保密性,除了以上的一些的还有一些最基本的比如:中断源的数量和优先级、工作温度范围、有没有低电压检测功能、单片机内有无时钟振荡器、有无上电复位功能等。在开发过程中单片机还受到:开发工具、编程器、开发成本、开发人员的适应性、技术支持和服务等等因素。基于以上因素本设计选用单
片机AT89S51作为本设计的核心元件,利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口,及其控制的准确性,实现基本的密码锁功能。在单片机的外围电路外接输入键盘用于
密码的输入和一些功能的控制,外接 AT24C02芯片用于密码的存储,外接 LCD1602
显示器用于显示作用。当用户需要***时,先按键盘***键之后按键盘的数字键0-9输入密码。密码输完后按下确认键,如果密码输入正确则***,不正确显示密码错误
重新输入密码,当三次密码错误则发出报警;当用户需要修改密码时,先按下键盘设置键后输入原来的密码,只有当输入的原密码正确后才能设置新密码。新密码输入无误后按确认键使新密码将得到存储,密码修改成功。
可以看出方案三控制灵活准确性好且保密性强还具有扩展功能,根据现实生活的需要此次设计采用此方案。
主要元器件介绍
主控芯片AT89S51
AT89S51是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元,功能
强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S51 性能简介
AT89S51具有如下特点:40个引脚,4kBytesFlash片内程序存储器,128bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先
_
级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。
此外,AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求。
图

3-1AT89S51PDIP

封装引脚图
其主要功能特性:
兼容MCS-51

指令系统

4k

可反复擦写

(>1000

次)ISPFlash
ROM
32个双向I/O口
2个16位可编程定时/计数器
全双工UART串行中断口线

时钟频率
128x8bit

工作电压
0-33MHz
内部RAM
2个外部中断源

低功耗空闲和省电模式
中断唤醒省电模式

3级加密位
_
看门狗(WDT)电路

软件设置空闲和省电功能
灵活的
可以看出

ISP字节和分页编程
AT89S51提供以下标准功能:

双数据寄存器指针
4K字节Flash闪速存储器,128

字节内
部RAM,32

个

I/O

口线,看门狗(

WDT),两个数据指针,两个

16位定时器

/计数
器,一个

5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟。同时 ,
AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式何在RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一个硬件复位。
AT89S51 引角功能说明
Vcc:电源电压
GND:地
P0口:P0口是一组8位漏极开路型双向 I/O口,也即地址/数据总线复用口,作为输
出口用时,每位能驱动 8个TTL逻辑门电路,对端口写“1”可作为高阻抗输入端口。
在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低

8位)和数据总
线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。在

Flash

编程时,P0

口接收指令字节,而在
程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。
P1口:P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外
部信号校验期间,P1接收低8位地址。表3-1为P1口第二功能。
表3-1P1口第二功能
端口引脚
第二功能

MOSI(用于ISP编程)

MISO(用于ISP编程)

SCK(用于ISP编程)
P2口:P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作
输入口,作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输
出一个电流I。在访问8位地址的外部数据存储器(如执行:
******@Ri指令)时,
P2
口线上的内(也即特殊功能寄存器,在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时,
P2
也接收高位地址和其它控制信号。
P3
口:P3口是一组带有内部上拉电阻的
8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动(吸
收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对
P3口写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉
高并可作为输入端口。作输入端口时,被外部拉低的
P3口将用上拉电阻输出电流I。
P3口除了作为一般的 I/O口线外,更重要的用途是它的第二功能, P3口的第二功能
_
如下表3-2。
表3-2 P3口的第二功能
端口功能
第二功能
端口引脚
第二功能
RXD()
串行输入口
T0
定时/计数器0
外部
()
输入
TXD()
串行输出口
T1
定时/计数器1
外部
()
输入
INT0()
外中断0
WR
外部数据存储器写
()
选通
INT1()
外中断1
RD
外部数据存储器读
()
选通
RST:复位输入。当振荡工作时, RST引脚出现两个机器周期上高电平将使单片机复
位。WDT益出将使该引脚输出高电平,设置SFRAUXR的DISRTO位(地址8EH)可打开或关闭该功能。DISRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态。
ALE/PROG:当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出的正脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目地,要注意的是:第当访问
外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH单元的D0位置位,可禁止ALE操作。该位禁位后,只有一条MOVX和
MOVC指令ALE才会被激活。此外,该引脚伎被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE无效。
PSEN:程序储存允许(

PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号,当

AT89S51
由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次

PSEN

有效,即输出两个
脉冲。当访问外部数据存储器,高有两次有效的

PSEN

信号。
EA/VPP:外部访问允许。欲使

CPU

公访问外部程序存储器(地址

0000H

-FFFFH),
EA

端必须保持低电平(接地)。需注意的是:如果加密位

LB1

被编程,复位时内部
会锁存EA端状态。如EA端为高电平(接Vcc端),CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时,该引脚加上+12V的编程电压Vpp。
XTAL1:振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。
存储芯片AT24C02
AT24C02是美国Atmel公司的低功耗CMOS型E2PROM,内含256×8位存储空间,具有工作电压宽(~)、擦写次数多(大于10000次)、写入速度快(小于
10ms)、抗干扰能力强、数据不易丢失、体积小等特点。而且他是采用了 I2C总线式
进行数据读写的串行器件,占用很少的资源和 I/O线,并且支持在线编程,进行数据
_
实时的存取十分方便。AT24C02中带有的片内地址寄存器。每写入或读出一个数据字
节后,该地址寄存器自动加 1,以实现对下一个存储单元的读写。所有字节均以单一
操作方式读取。为降低总的写入时间,一次操作可写入多达 8个字节的数据。

I2C

总
线是一种用于

IC

器件之间连接的二线制总线。他通过

SDA(串行数据线

)及

SCL(串行
时钟线)两根线在连到总线上的器件之间传送信息,并根据地址识别每个器件。
AT24C02正是运用了I2C规程,使用主/从机双向通信,主机 (通常为单片机)和从机
(AT24C02)均可工作于接收器和发送器状态。主机产生串行时钟信号(通过SCL引脚)并发出控制字,控制总线的传送方向,并产生开始和停止的条件。无论是主机还是从
机,接收到一个字节后必须发出一个确认信号ACK。AT24C02的控制字由8位二进制数构成,在开始信号发出以后,主机便会发出控制字,以选择从机并控制总线传送的方向。
SOIC PDIP
图3-2AT24C02的两种引脚图
图3-3AT24C02的电路接线图
图中AT24C02的1、2、3脚是三条地址线,用于确定芯片的硬件地址。在AT89C51试验开发板上它们都接地,第8脚和第4脚分别为正、负电源。第5脚SDA为串行数据输入/输出,数据通过这条双向I2C总线串行传送,。第6脚SCL为串行时钟输入线,在AT89C51试验开发板上和单
。SDA和SCL都需要和正电源间各接一个 。第 7
脚需要接地。
24C02中带有片内地址寄存器。每写入或读出一个数据字节后,该地址寄存器自动加