本系統由STC89C52單片機、4*4矩陣鍵盤，蜂鳴器，復位電路和晶振電路、繼電器等組成，4*4鍵盤主要用于密碼的輸入和修改，蜂鳴器報警，復位電路和晶振電路與STC89C52單片機組成單片機最小系統。它具有設置、修改6位用戶密碼、輸錯報警、密碼錯誤報警等功能。本系統成本低廉，功能實用。

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、財務報表以及一些個人資料的保存多以加鎖的辦法來解決。若使用傳統的機械式鑰匙開鎖，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即大打折扣。隨著科學技術的不斷發展，人們對日常生活中的安全保險器件的要求越來越高。為滿足人們對鎖的使用要求，增加其安全性，用密碼代替鑰匙的密碼鎖應運而生。密碼鎖具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等優點。

根據本設計要求，通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作，從而控制機械開關的閉合，完成開鎖、閉鎖等任務。它的種類很多，有簡易的電路產品，也有基于芯片的性價比較高的產品。現在應用較廣的數字密碼鎖是以芯片為核心，通過編程來實現的。其性能和安全性已大大超過了機械鎖。

其主要優點有：

(1)保密性好,編碼量多,遠遠大于彈子鎖。隨機開鎖成功率幾乎為零。

(2)密碼可變。用戶可以經常更改密碼，防止密碼被盜，同時也可以避免因人員的更替而使鎖的密級下降。

(3)誤碼輸入保護。當輸入密碼錯誤時，系統會報警。

(4)操作簡單易行，一學即會。

    隨著電子技術和計算機技術的飛速發展，單片機性能不斷完善，性能價格比顯著提高，技術日趨完善。由于單片機具有體積小、重量輕、價格便宜、功耗低、控制功能強及運算速度快等特點，因而在國民經濟建設、軍事及家用電器等各個領域均得到了廣泛的應用。本設計利用單片機及附加器件實現數據采集和控制算法，來完成某一實際功能，檢驗并提高同學對整體電路設計和把握能力，了解單片機系統設計流程，以及電路板的實際制作和調試能力。同時也加強對數字電路、單片機和微機原理等課程知識的實際應用能力，也為同類產品的進一步發展奠定理論和實踐基礎。

20世紀80年代后，隨著電子鎖專用集成電路的出現，電子鎖的體積縮小，可靠性提高，成本較高，是適合使用在安全性要求較高的場合，且需要有電源提供能量，使用還局限在一定范圍，難以普及，所以對它的研究一直沒有明顯進展。

目前，在西方發達國家，電子密碼鎖技術相對先進，種類齊全，電子密碼鎖已被廣泛應用于智能門禁系統中，通過多種更加安全，更加可靠的技術實現大門的管理。在我國電子鎖整體水平尚處于國際上70年代左右，電子密碼鎖的成本還很高，市場上仍以按鍵電子鎖為主，按鍵式和卡片鑰匙式電子鎖已引進國際先進水平，現國內有幾個廠生產供應市場。但國內自行研制開發的電子鎖，其市場結構尚未形成，應用還不廣泛。國內的不少企業也引進了世界上先進的技術，發展前景非常可觀。希望通過不斷的努力，使電子密碼鎖在我國也能得到廣泛應用

    電子密碼鎖應用于金融業，其根本的作用是“授權”，即被“授權”的人才可以存取錢、物。廣義上講，金融業的“授權”主要包括以下三種層次的內容：1、授予保管權，如使用保管箱、保險箱和保險柜；2、授予出入權，如出入金庫、運鈔車和保管室；3、授予流通權，如自動存取款。目前，金融行業電子密碼鎖的應用主要集中在前兩個層面上。下面將介紹幾種在金融行業中使用較多的電子密碼鎖以及它們的技術發展方向。當然，以上所說的授權技術再高超，都必須由精良的“鎖具”擔當承載結構部件，實現開啟、閉鎖的功能，而且承擔實體防護作用，抵抗住或盡量延遲破壞行為，讓電子密碼鎖“軟、硬不吃”。一般情況下，鎖具防盜的關鍵是鎖身外殼、閉鎖的部件的強度、鎖止型式、配合間隙和布局。提高電子密碼鎖之防護能力的必然途徑是報警，在金融業的許多場所有人值守、有電視監控，具有報警功能，可以綜合物理防范和人力防范兩種作用。報警的前提是具備探測功能，根據電子密碼鎖的使用場所和防護要求，可選擇多種多樣的探測手段。在中國的城市金融業中，實現聯網報警已經成為對各金融網點的基本要求。根據國內外的實踐經驗，金融業實行安全防范風險等級很有必要，即依據使用的防盜報警器材的性能、安裝布局和人員值守狀況等，可以評估被防護物或區域的防護能力，得出風險等級，其中，電子密碼鎖的性能至關重要。

由于數字、字符、圖形圖像、人體生物特征和時間等要素均可成為鑰匙的電子信息，組合使用這些信息能夠使電子密碼鎖獲得高度的保密性，如防范森嚴的金庫，需要使用復合信息密碼的電子密碼鎖，這樣對盜賊而言是“道高一尺、魔高一丈”。組合使用信息也能夠使電子密碼鎖獲得無窮擴展的可能，使產品多樣化，對用戶而言是“千挑百選、自得其所”。

(1)熟悉51單片機集成開發環境，運用C語言編寫工程文件；
(2)熟練應用所選用單片機的內部結構、資源，以及軟硬件調試設備的基本方法；
(3)自行構建基于單片機的最小系統，完成相關硬件電路的設計實現；
(4)密碼鎖的原理和實現方法。

    它是以STC89C52單片機為核心，配以相應硬件電路，完成密碼的設置、存貯、識別、驅動電磁執行器并檢測其驅動電流值、接收蜂鳴器送來的報警信號、發送數據等功能，單片機接收鍵入的代碼，并與存貯在EEPROM中的六位密碼進行比較，六位密碼的可以有298萬多組密碼供主人隨意變換，保密性極高，可選密碼組是連續排列的，如果密碼正確，則驅動電磁執行器開鎖；如果密碼輸入不正確，則單片機通過通信線路向智能報警器發出報警信號。

密碼鎖主要由矩陣鍵盤、單片機、外部硬件等部分組成。其中矩陣鍵盤用于輸入數字密碼和進行各種功能的實現。實際使用時只要將單片機的負載由繼電器換成電子密碼鎖的電磁鐵吸合線圈即可，當然也可以用繼電器的常開觸點去控制電磁鐵吸合線圈，單片機將每次開鎖操作和此時電磁執行器的驅動電流值作為狀態信息發送給單片機的芯片處理，同時將接收來自無限循環的密碼識別程序的報警信息也發送給智能報警器，從而使整個密碼鎖正常運行。

圖1 系統總體方框圖

如圖1所示，電源輸入電路為STC89C52提供直流電。晶振電路的主要作用是提供基準頻率，在電路產生震蕩電流,發出時鐘信號。復位電路是使單片機的CPU和系統中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態，并從這個狀態開始工作，例如復位后PC＝0000H，使單片機從第—個單元取指令。鍵盤接口電路實現按鍵輸入密碼。開鎖電路是當用戶輸入的密碼正確時，單片機便輸出開門信號，送到開鎖驅動電路，然后驅動電磁鎖，達到開門的目的。報警電路是密碼輸入錯誤時，蜂鳴器發出聲響報警。

    由于本系統采用電池供電，我們考慮了如下幾種方案為系統供電。

采用5V蓄電池為系統供電。蓄電池具有較強的電流驅動能力以及穩定的電壓輸出性能。但是蓄電池的體積過于龐大，在使用極為不方便。因此我們放棄了此方案。

采用3節1.5 V干電池共4.5V做電源，經過7805的電壓變換后為單片機，傳感器供電。經過實驗驗證系統工作時，單片機、傳感器的工作電壓穩定能夠滿足系統的要求，而且電池更換方便。

綜上所述采用方案2

2.1.2  主控制器模塊

    采用可編程邏輯器件CPLD              作為控制器。CPLD可以實現各種復雜的邏輯功能、規模大、密度高、體積小、穩定性高、IO資源豐富、易于進行功能擴展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統的處理速度，適合作為大規模控制系統的控制核心。但本系統不需要復雜的邏輯功能，對數據的處理速度的要求也不是非常高。且從使用及經濟的角度考慮我們放棄了此方案。

    采用STC89C52單片機作為整個系統的核心，用其控制密碼鎖控制，以實現其既定的性能指標。充分分析我們的系統，其關鍵在于密碼鎖的控制，而在這一點上，單片機就顯現出來它的優勢——控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機就可以充分發揮其資源豐富、有較為強大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉等優點。STC89C52單片機具有功能強大的位操作指令，I/O口均可按位尋址，程序空間多達8K，對于本設計也綽綽有余，更可貴的是STC89C52單片機價格非常低廉。

因此，這種方案是一種較為理想的方案。

從方便使用的角度考慮，我們選擇了方案2。

主控制最小系統電路如圖3所示。

圖3 單片主控電路

本系統采用STC系統列單片機，相比其他系列單片機具有很多優點。一般STC單片機資源比其他單片機要多，而且執行速度快；STC系列單片機使用串口對單片機進行燒寫，下載程序較為方便；STC51單片機內部集成了看門狗電路；且具有很強抗干擾能力。

本系統采用內部方式的時鐘電路和加電自復位的復位電路，如下圖

3圖4所示：

圖3 時鐘電路                                                                      圖4 復位電路

由于單片機P0口內部不含上拉電阻，為高阻態，不能正常地輸出高/低電平，因而該組I/O口在使用時必須外接上拉電阻。

VCC（40）：供電電壓，其工作電壓為5V。

GND（20）：接地。

P0端口（P0.0-P0.7）：P0口為一個8位漏極開路雙向I/O口，每個引腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。

P1端口（P1.0-P1.7）：P1口是一個內部提供上拉電阻的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，被內部上拉為高電平，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。

P2端口（P2.0-P2.7）：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口，用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。

P3端口（P3.0-P3.7）：P3口管腳是一個帶有內部上拉電阻的8位的雙向I/O端口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入端時，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）。

P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。

復位RST(9)：復位輸入。在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現在此引腳時，將使單片機復位，只要這個引腳保持高電平，51芯片便循環復位。復位后P3.0-P3.7口均置1，引腳表現為高電平，程序計數器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當復位腳由高電平變為低電平時，芯片為ROM的00H處開始運行程序。復位操作不會對內部RAM有所影響。

ALE/(30)：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地低位字節。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如果想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執行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行狀態ALE禁止，則置位無效。

(29)：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指令期間，每個機器周期兩次有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的信號將不出現。

EA/VPP(31)：當保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，將內部鎖定為RESET；當端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V的編程電源（VPP）。

XTAL1(19)：來自反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。

XTAL2(18)：來自反向振蕩器的輸出。

在單片機應用系統中，一般都會設置鍵盤，主要為了控制運行狀態，輸入一些命令或數據，以完成特定的人機交互。鍵盤是與單片機進行人機交互的最基本的途徑，其以按鍵的形式來設置控制功能或輸入數據，按鍵的輸入狀態本質上是一個開關量。對于簡單的開關量的輸入可以采用獨立式按鍵，這種方法接口簡單，但占用單片機I/O端口資源較多。對于輸入參數較多、功能復雜的系統，需要采用矩陣式鍵盤進行輸入控制。本系統采用4*3矩陣式鍵盤，鍵盤連接方式如圖5所示：

圖5 鍵盤電路

液晶顯示器（LCD）是一種功耗很低的顯示器，它的使用非常廣泛，比如電子表、計算器、數碼相機、計算機的顯示器和液晶電視等。電子密碼鎖中需要顯示的信息比較多，為了能直觀的看到結果，并且為了設計顯的美觀，使用總線和排阻進行簡化連接方式，本設計采用液晶顯示屏LCD進行顯示，具體連接方式如圖6所示。

圖6 液晶顯示電路

總線（Inter Intergrate Circuit BUS）全稱為芯片間總線，它在芯片間以兩根連線實現全雙工同步數據傳送，一條數據線（SDA）和一條串行時鐘線（SDL）,可以很方便地構成外圍器件擴展系統。總線采用兩線制，由數據線SDA和時鐘線SCL構成，為了對數據進行存儲，本系統使用串行EEPROM芯片，AT24C01系列是典型的串行總線的EEPROM,本系統采用此芯片進行數據存儲，存儲系統連接如圖7所示：

圖7 總線和存儲芯片連接電路圖

報警部分由蜂鳴器及外圍電路組成，加電后不發聲，當密碼輸入錯誤發出報警聲。如圖8所示。

圖8 蜂鳴報警電路

密碼鎖部分由繼電器組成，當密碼輸入正確選擇開鎖繼電器就會吸合。如圖9所示。

如圖10為主程序流程圖，用戶才可以自行設定和修改6位密碼，密碼輸錯會有提示聲。只有鍵入6位開鎖密碼完成正確才能開鎖。

如圖11開鎖流程圖，開始時按開鎖鍵，輸入密碼，如果輸入正確，則開鎖成功。如果輸入錯誤則執行報警程序。

1.檢查元件的好壞

按電路圖買好元件后首先檢查買回元件的好壞，按各元件的檢測方法分別進行檢測，一定要仔細認真。而且要認真核對原理圖是否一致，在檢查好后才可上件、焊件，防止出現錯誤焊件后不便改正。

2.放置、焊接各元件

按原理圖的位置放置各元件，在放置過程中要先放置、焊接較低的元件，后焊較高的和要求較高的元件。特別是容易損壞的元件要后焊，在焊集成芯片時連續焊接時間不要超過10s，注意芯片的安裝方向。

本設計是電源輸入部分、鍵盤輸入部分、密碼存儲部分、復位部分、晶振部分、顯示部分、報警部分、開鎖部分組成，根據實際情況鍵盤輸入部分選擇4*4矩陣鍵盤。

在設計中我們必須首先熟悉和掌握單片機的結構及工作原理，單片機的接口技術及相關外圍芯片的外特性，控制方法。以單片機核心的電路設計的基本方法和技術了解表關電路參數的計算方法。單片機不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發提供了便利條件。同時，學習使用單片機了解計算機原理與結構的最佳選擇。 目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫療器械了。因此，單片機的學習、開發與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。隨著單片機的廣泛應用，將大大促進各領域的技術更新，向自動化、小型化、智能化方向邁進。而對于我們來說，我們這代人的目標和任務是把這些高科技產品更升一個層次。

再次感謝趙老師的悉心指導和同學們的幫助！