论文总字数：14141字

目 录

1 绪论 1

1.1 意义及应用背景 1

1.1.1 意义 1

1.1.2 应用背景 1

1.2 国内外应用现状 1

1.2.1 已有技术 1

1.2.2 现有产品不足及缺陷 2

1.3 应用内容 2

1.3.1 任务及内容 2

1.3.2 直观显示结果 3

2 系统方案设计 3

3 系统框图 3

4 硬件部分电路 4

4.1 最小系统模块 4

4.1.1 AT89S52芯片 4

4.1.2 接口电路 5

4.2 数码管显示电路 6

4.2.1 数码管简介 6

4.2.1 主控芯片 6

4.2.2 接口电路 7

4.3 电平转换电路 8

4.3.1 TTL电路与232电路的电平转换 8

4.3.2 MAX232芯片 8

4.3.3 接口电路 8

4.4 键盘接口电路 9

4.4.1 按键选取 9

4.4.2 单片机键盘接口和键功能 10

4.5 蜂鸣器及LED电路 12

4.5.1 主控器件 12

4.5.2 接口电路 12

4.6 密码存储电路 12

4.6.1 AT24C02芯片 12

4.6.2 接口电路 13

5 系统程序的设计 14

5.1 外部单片机MCU流程图 14

5.2 键处理的流程图 15

5.3 内部单片机MCU流程图 16

5.4 密码比较程序 17

6 完成结果 18

7 结论 18

参考文献 20

致谢 21

基于单片机串行通信的电子密码锁

陈晶晶

, China

Abstract:My graduation is the use of single-chip serial communication to realize the function of electronic lock. The main design implementation process is below.First,use single-chip AT89S52, and the purchase of other components.Second,use Altium Designer to design the hardware circuit schematic and design the pcb .Third,C language programming simulation.Fourth,the simulation of hardware and software debugging.If the password is correct,buzzer alarm，as an unlock;If not,light up the LED,as an lock.

Key words:AT89S52, serial communication, electronic code lock

1 绪论

1.1 意义及应用背景

1.1.1 意义

从性能方面来说，串行通信只需要少数几条线就能实现计算机和外设、计算机和计算机之间的远距离通信，在现在的通信领域中应用的较为广泛。节省传输线是串行通信的主要优点，尤其体现在远程通信时。目前在单片机领域MSP430、STM32等单片机应用较为广泛，但51系列单片机作为最基础的单片机系列，也是很值得我们学习的。能够将51系列单片机的学习基础打好，对之后的新型单片机学习也会有很大的帮助。再者，学习基础的51单片机对于初级学习者来说也是最为合适的选择。从设计过程来说，整个设计过程主要为硬件设计和软件设计，硬件设计方面需要我们独立完成电路原理图的绘制，以及导出为pcb印制电路板，前期的工作完成后需要选购电子元器件并独立动手完成电路板的焊制，焊制的过程是一个熟能生巧的过程，我们多次熟悉，焊制的过程中同时要及时的进行电气检测（DRC），保证焊接的部分没有短路虚焊等情况，以免后期调试出现问题却无法找出问题来源；软件设计方面需要我们熟悉软件操作，根据实际电路图写出相应的程序，并要按模块调试，所有模块程序调试成功后要进行总程序的调试。因此，制作基于串行通信的电子密码锁，可以在一定程度上激发我们的创造性思维和实践操作的动手能力，激发起我们对单片机学习的兴趣，在了解了串行通信密码锁的设计之后，更可以在进行深度的学习后在密码锁设计方面作出更多的创新，将单片机之间的串行通信功能发挥到极致。

1.1.2 应用背景

目前，MCS-51系列单片机在众多控制应用系统中已经得到广泛应用，更适合于初学者的学习。本设计采用的ATMEL89系列单片机是ATMEL公司8位Flash单片机系列，片内含8k Bytes的具有1000次写入/清除周期的Flash只读存储器，它和51系列单片机是兼容的系列，芯片内集成了ISP Flash存储单元和8位中央处理器。单片机不仅仅在控制外设上有强大的功能，在通信控制方面上也具有相当强大的功能。目前大部分高校的单片机课程方面都是选取的MCS-51系列单片机作为教学工具，如果一开始就学习更为强大的单片机技术，没有一定的基础会比较吃力，将51系列单片机的学习基础打好，学习之后的更优秀单片机技术如MSP430等更可以事半功倍。

1.2 国内外应用现状

1.2.1 已有技术

目前主流的单片机技术有51系列、MSP430、STM32等，51系列较为基础，对于初学者来说易于上手，且功能足够前期的学习使用。在串行通信技术方面， EIA-232等标准已经有很多应用，在很多现实生活中的控制设备上我们都能看到该标准串口的应用，该技术的应用大大提高了串行技术的发展和串行通信的控制性能。在单片机的发展过程中，串行通信技术应用的很广泛，也表现出了很强大的控制能力。

1.2.2 现有产品不足及缺陷

在我们的日常生活中，现代家庭大部分用的锁还是机械锁，用与之配套的自配钥匙进行开锁。机械锁固然有较多的优点：比如结构简单、价格方面也相对较为低廉等，但在个人的家用中也慢慢发现了很多的不足，例如一、钥匙作为打开机械锁的唯一工具，很容易在不经意间丢失，且在这种情况下，随便是谁捡到了这把钥匙并且知道对应的锁是哪一把，就能轻易的开锁；二、在钥匙丢失的情况下，主人无法及时进入家里，自身又不具备开锁的能力，只能通过联系开锁公司来开锁，但开锁的时间受限于开锁技术人员到来的时间（如果在某一些非工作时间开锁人员并不一定能及时到场），且需要一定的花费，在很多紧急情况下会耽误很多事情；三、不得不说在生活中仍然存在一些盗窃团伙，他们只要偷偷的复制了钥匙的形状，不需要拿到原版的钥匙就能在主人不知情的情况下完成入室盗窃。一方面机械锁存在的这些缺点是不容忽视的，另一方面随着科学技术的逐渐进步，我们的日常生活开始变得智能化，诸如智能家居等理念也在慢慢深入人心，生活方式必然将变得越来越简洁，人们身上携带的东西必然也会慢慢改变地轻便、简洁，因此金属材质的钥匙也必然会慢慢被更智能的“钥匙”所取代，慢慢淡出人们的视野。

虽然现在也出现了很多高科技的保护措施，比如指纹识别、保险箱等，但这类保护措施的特点是有较高的针对性且相对成本较高，只适用于较高级别的保密，普通的大众家庭一般不会选择这类产品。受限于成本、受众等问题，这一类的保护措施不适合大范围的推广，不具有应用的普遍性。

1.3 应用内容

1.3.1 任务及内容

本次毕业设计的任务分为硬件设计和软件设计两部分同时进行，硬件设计方面要完成电路原理图的设计，然后导出pcb印制电路板图交予厂商印制，收到印刷电路板后用已经购买的元器件进行焊接，在焊接开始到焊接结束整个过程中需同步进行硬件的调试工作，以免在整个电路板焊制完成后无法成功应用，同时也无法找出问题出在哪里。软件设计部分需要根据设计的电路原理图分模块进行C程序编写，使用软件为Keil C51，之后分模块在开发板或电路板上进行调试，最后所有程序完成后在硬件板上进行最终调试。最终完成整个设计在硬件操作上应直观显示为如下具体结果：

（1）上电后，两个四位一体数码管应显示“00000000”。

（2）用户在外部单片机输入密码与密码库中所存的密码进行比对，输入密码的同时外部单片机数码管应同步显示所输入的密码。

（3）当6位密码全部输入完成，按下“确认”按键，内外部数码管显示同时显示“00000000”。

（4）外部键盘输入密码时同时在内部数码管显示外部键盘输入密码，并与密码库预先存储的所 有密码进行比较，若密码正确则蜂鸣器发声，表示密码锁打开；若密码错误则LED红灯亮， 表示开锁失败。

（5）管理员模式是设计者为方便对用户密码进行后台管理开发的一个模式，若用户存在需要修改密码的情况可由管理员进入管理员模式进行修改密码。

1.3.2 直观显示结果

最终能够在输入密码完成后作出相应提示，提示密码是否正确，是否能够开锁。如密码正确，则蜂鸣器发声，提示可以开锁；如不正确，则LED红灯亮报警，提示锁定。

2 系统方案设计

本设计采用的是两个单片机进行串行通信来实现电子密码锁的功能，两块印制电路板在硬件结构及电路图上完全一致，通过写入不同的单片机程序来实现内部单片机和外部单片机不同的功能。两单片机系统均用的是RS-232 9针的公头插头，他们之间选用的是母对母交叉型9针串口线相连，该串口线距离越长，两单片机系统的通信距离也就越长。这样的设计具有较强的现实应用意义，例如小区里住户家到楼下大门距离较远，串行通信的电子密码锁就很实用。

CPU的选择：

本设计采用的ATMEL89系列单片机是ATMEL公司8位Flash单片机系列，片内含8k Bytes的具有1000次写入/清除周期的Flash只读存储器，它和51系列单片机是兼容的系列，芯片内集成了ISP Flash存储单元和8位中央处理器。单片机不仅仅在控制外设上有强大的功能，在通信控制方面上也具有相当强大的功能。

其他主要元器件的选择：

键盘部分采用矩阵式键盘，相对于独立式键盘，矩阵键盘能够使用较少的I/O口来控制所有的按键，并且在软件程序方面也并不会增加难度，更适用于需要较多键盘的单片机实际开发中；

数码管选用的是四位一体共阳数码管，在成本上会比独立数码管便宜；电平转换芯片选用的是MAX232芯片，该芯片能够实现TTL电平和232电平的相互转换；密码存储调用芯片选用的是AT24C02芯片；选用的74HC138芯片、74HC02芯片、74HC573芯片主要是用来实现单片机I/O口的复用以及控制数码管部分的显示。

3 系统框图

本次毕业设计的系统框图如图3-1所示，单片机MCU主要起控制作用，控制数码管显示电路、键盘电路和提示电路。键盘用来进行密码的输入，数码显示即用来显示输入密码，提示部分即蜂鸣器和LED灯，来表达密码正确和密码错误。

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