摘要

密碼鎖是一種常見的安全設備，它通過輸入正確的密碼來解鎖。本文以基于51單片機的密碼鎖設計為中心，從硬件設計、軟件設計、功能實現(xiàn)和安全性等四個方面進行詳細闡述。

一、硬件設計

在基于51單片機的密碼鎖設計中，硬件部分主要包括鍵盤模塊、液晶顯示屏模塊和電路板等。首先，我們需要選擇合適的鍵盤模塊，并與51單片機進行連接；其次，在電路板上布置好各個元器件，并根據(jù)需求添加其他功能模塊；最后，將液晶顯示屏與51單片機相連，并確保正常工作。

在硬件設計過程中，需要考慮到電路穩(wěn)定性、可靠性和擴展性等因素。同時還需要注意功耗控制和防止干擾等問題。

二、軟件設計

基于51單片機的密碼鎖軟件部分主要包括輸入檢測、數(shù)據(jù)處理和輸出控制三個方面。首先，在輸入檢測方面，我們需要對鍵盤輸入進行掃描并判斷是否按下了正確的按鍵；其次，在數(shù)據(jù)處理方面，我們需要將輸入的密碼與預設的密碼進行比對，并根據(jù)結果進行相應的處理；最后，在輸出控制方面，我們需要通過液晶顯示屏等方式將解鎖結果反饋給用戶。

在軟件設計過程中，需要考慮到代碼效率、可讀性和可維護性等因素。同時還需要注意異常情況處理和錯誤提示等問題。

三、功能實現(xiàn)

基于51單片機的密碼鎖可以實現(xiàn)多種功能，如設置密碼、修改密碼、開鎖和報警等。首先，在設置密碼方面，用戶可以通過按鍵輸入新的密碼，并將其保存在存儲器中；其次，在修改密碼方面，用戶可以按照一定流程輸入舊的密碼并驗證成功后再輸入新的密碼；最后，在開鎖和報警方面，當用戶輸入正確的解鎖碼時，系統(tǒng)會自動解除鎖定狀態(tài)并發(fā)出解鎖提示音。

功能實現(xiàn)過程中需考慮到操作流程合理性、界面友好性和響應速度等因素。同時還需注意數(shù)據(jù)安全保護和防止非法操作等問題。

四、安全性

基于51單片機的密碼鎖設計要確保系統(tǒng)具有較高水平的安全性。首先，在物理層面上，我們可以采用加密芯片或防拆裝置等措施來增加密碼鎖的安全性；其次，在軟件層面上，我們可以采用哈希算法和隨機數(shù)生成等技術來提高密碼的安全性；最后，在用戶層面上，我們可以要求用戶定期更換密碼，并設置復雜度要求。

在安全性設計過程中需考慮到攻擊手段多樣化、防護措施完備性和系統(tǒng)穩(wěn)定性等因素。同時還需注意數(shù)據(jù)加密和防止破解等問題。

五、總結

基于51單片機的密碼鎖設計具有硬件設計簡單、軟件設計靈活、功能實現(xiàn)豐富和安全性較高等特點。通過合理的硬件與軟件配合，可以實現(xiàn)一個穩(wěn)定可靠且功能強大的密碼鎖系統(tǒng)。

然而，在實際應用中仍需要不斷改進與完善，以滿足不同場景下對密碼鎖系統(tǒng)的需求。希望本文能夠為基于51單片機的密碼鎖設計提供一些參考與啟示。

請問怎樣去設計一種基于51單片機的密碼鎖?

本次的項目是基于51單片機的密碼鎖，適合用來作為課程設計

主要實現(xiàn)了：密碼鎖功能，通過矩陣按鍵輸入密碼，輸入范圍為0-F，共有四位;同時，也可以使用更改按鍵更改密碼，在更改時需要輸入原密碼來進入更改模式，四位密碼顯示H標識，成功修改后，紅綠指示燈會同時閃爍;在輸入密碼正確后，綠色指示燈點亮，舵機啟動，模擬密碼鎖的打開過程;錯誤時則會紅色指示燈亮起。

本項目的優(yōu)點在于加入了舵機來仿真密碼鎖的開關，這就意味著這不是個單純的仿真了，至少是在PCB打樣焊接后，這是個可以使用的東西，而不是現(xiàn)在網(wǎng)上那些沒法出東西的虛擬仿真!!

同時，這次的設計還加入了AT24C02，這是個IIC接口的EEPROM器件，通過這個內存芯片，我們就可以儲存密碼，這樣就可以實現(xiàn)每次上電后，自動加載修改過后的密碼。但是!!!由于Proteus的破解問題，在A版的仿真中，寫入內存無法實現(xiàn)，但是實際在實物中可以實現(xiàn)，B版不包含掉電寫入功能，初始密碼均為1121。

本項目的文件夾里包含了兩個版本的PCB，可以直接打樣來制作實物

注意!!在PCB中有兩個貼片電阻，這兩個電阻的作用是防止舵機驅動芯片L298N的電流傳感引腳直接接地，可以選擇焊接0歐電阻，或者是選擇使用一根飛線連接，但是不可以不焊接。相關文章解析：AD原理圖編譯ERROR：GND contains Output Pin and Power Pin objects

B版的設計也帶有PCB，也是需要這兩個電阻，不同點就在于不帶有內存芯片，這對于一些要求較低的課設來說，可以有效的降低成本和難度，便于貼合實際設計能力。

部分代碼如下所示：

void main() //主函數(shù){ uchar i; uchar x;//存放內存讀取的標識 uint temp1，temp2; EA=1; EX0=1; IT0=1; x=At24c02Read(1); if(x==3) { temp1=At24c02Read(4); temp2=At24c02Read(7); password[0]=smgduan[(temp1/10)]; password[1]=smgduan[(temp1%10)]; password[2]=smgduan[(temp2/10)]; password[3]=smgduan[(temp2%10)]; } while(1) { if((time==0)&&(state!=1)) //初始化狀態(tài) { LED_Green=1; LED_Red=1; for(i=0;i《4;i++) { disp=0xbf; //寫入橫杠 } } keys_scan(); //掃描有無按鍵按下 }} 本設計包含：Proteus仿真原理圖、仿真設計;keil5的C語言代碼;ad的原理圖，PCB;產(chǎn)品說明書，所有代碼都含有注釋，這樣便于理解，而且還有技術答疑!!

基于51單片機的密碼鎖設計

第一章 緒論

1.1 課題背景和意義

隨著電子技術和計算機技術的飛速發(fā)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(jīng)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電子元器件實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制算法，來完成某一實際功能。

隨著人們生活水平的提高和安全意識的加強，對安全的要求也就越來越高。鎖自古以來就是把守護門的鐵將軍，人們對它要求甚高，既要安全可靠的防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長期以來研制的主題。隨著電子技術的發(fā)展，各類電子產(chǎn)品應運而生，電子密碼鎖就是其中之一。電子鎖是通過鍵盤輸入一組密碼完成開鎖過程。研究這種鎖的初衷，就是為提高鎖的安全性。由于電子鎖的密鑰量(密碼量)極大，可以與機械鎖配合使用，并且可以避免因鑰匙被仿制而留下安全隱患。電子鎖只需記住一組密碼，無需攜帶金屬鑰匙，免除了人們攜帶金屬鑰匙的煩惱，而被越來越多的人所欣賞。電子鎖的種類繁多，例如數(shù)碼鎖，指紋鎖，磁卡鎖，IC卡鎖，生物鎖等。但較實用的還是按鍵式電子密碼鎖。

20世紀80年代后，隨著電子鎖專用集成電路的出現(xiàn)，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(fā)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(tǒng)中，通過多種更加安全，更加可靠的技術實現(xiàn)大門的管理。國內的不少企業(yè)也引進了世界上先進的技術，發(fā)展前景非?？捎^。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。

1.2 電子密碼鎖發(fā)展趨勢

電子密碼鎖應用于金融業(yè)，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(yè)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(yè)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(yè)中使用較多的電子密碼鎖以及它們的技術發(fā)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(xiàn)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(yè)的許多場所有人值守、有電視監(jiān)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(jù)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(yè)中，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)報警已經(jīng)成為對各金融網(wǎng)點的基本要求。根據(jù)國內外的實踐經(jīng)驗，金融業(yè)實行安全防范風險等級很有必要，即依據(jù)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(qū)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(shù)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(chǎn)品多樣化，對用戶而言是“千挑百選、自得其所”。

圖1.1 總體框圖

工作過程

(1)按鍵設置6位密碼，輸入密碼，通過單片機判斷，若密碼正確，通過則鎖打開，顯示open!

(2)首次使用時輸入：131420，對密碼進行初始化，當顯示：initpassword,證明密碼初始化完成，此時的密碼為：000000。

第二章 設計思想

(1)本設計為了防止密碼被竊取要求在輸入密碼時在LCD屏幕上顯示*號。

(2)設計開鎖密碼位六位密碼的電子密碼鎖。

(3)能夠LCD顯示在密碼正確時顯示open!，密碼錯誤時顯示ERROR，輸入密碼時顯示initpassword。

(4)實現(xiàn)輸入密碼錯誤超過限定的三次電子密碼鎖定。

(5)4×4的矩陣鍵盤其中包括0-9的數(shù)字鍵和A-D的功能鍵

(6)本產(chǎn)品具備報警功能，當輸入密碼錯誤時蜂鳴器響并且LED燈亮。

(7)密碼可以由用戶自己修改設定(只支持6位密碼)，修改密碼之前必須再次輸入密碼，在輸入新密碼時候需要二次確認，以防止誤操作

第三章 系統(tǒng)的硬件設計

3.1硬件支持

3.1.1 STC89C52RC 單片機介紹

STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C51為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內置8KB EEPROM，MAX810復位電路，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口。另外 STC89X51 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35Mhz，6T/12T可選。

圖3-1 STC89C52單片機引腳圖

主要特性如下：

(1) 增強型 8051 單片機，6 時鐘/機器周期和 12 時鐘/機器周期可以任 意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051.

(2)工作電壓：5.5V～3.3V(5V 單片機)/3.8V～2.0V(3V 單片機)

(3) 工作頻率范圍：0～40MHz，相當于普通 8051 的 0～80MHz，實際工 作頻率可達 48MHz

(4) 用戶應用程序空間為 8K 字節(jié)

(5) 片上集成 512 字節(jié) RAM

(6) 通用 I/O 口 (32 個) 復位后為： ， P1/P2/P3/P4 是準雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻。

(7)ISP(在系統(tǒng)可編程)/IAP(在應用可編程) ，無需專用編程器，無 需專用仿真器，可通過串口(RxD/P3.0,TxD/P3.1)直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片

(8)具有 EEPROM 功能

(9)具有看門狗功能

(10)共 3 個 16 位定時器/計數(shù)器。即定時器 T0、T1、T2

(11)外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒

(12)通用異步串行口(UART) ，還可用定時器軟件實現(xiàn)多個 UART

(13) 工作溫度范圍：-40～+85℃(工業(yè)級)/0～75℃(商業(yè)級)

(14) PDIP 封裝

3.1.2液晶顯示LCD1602的介紹

(1)LM1602字符型模塊的性能

重量輕：<100g;

體積小：<11mm 厚;

功耗低：10—15mW;

顯示內容：192 種字符(5×7 點字型);

32 種字符(5×10 點字型);

可自編8(5×7)或許(5×10)種字符;

指令功能強：可組合成各種輸入、顯示、移位方式以滿足不同的要求;

接口簡單方便：可與8 位微處理器或微控制器相聯(lián);

工作溫度寬：0—50oC

可靠性高：壽命為50,000 小時(25oC)

圖3-2 液晶原理圖

3.1.3自鎖開關說明

自鎖開關電路中起到電源的開關作用，常開的其中一腳接DC電源插口電源腳，常開的另一腳接電路的VCC

圖3-3自鎖開關原理圖 圖3-4 自鎖開關硬件圖

3.1.4上拉電阻介紹

其實排阻就是由8個電阻組成的，其中一端全部接在一起，103為8個10K電阻，

102為8個1K電阻，他們在電路中起到“上拉”的作用，又稱上拉電阻。

上拉就是將不確定的信號通過一個電阻嵌位在高電平,電阻同時起限流作用,下拉同理.

上拉是對器件注入電流，下拉是輸出電流,弱強只是上拉電阻的阻值不同，沒有什么嚴格區(qū)分,對于非集電極(或漏極)開路輸出型電路(如普通門電路)提升電流和電壓的能力是有限的，上拉電阻的功能主要是為集電極開路輸出型電路輸出電流通道。

上拉，就是把電位拉高，比如拉到VCC

下拉，就是把電壓拉低，拉到GND

一般就是剛上電的時候，端口電壓不穩(wěn)定，為了讓他穩(wěn)定為高或低，就會用到上拉或下拉電阻。

有些芯片內部集成了上拉電阻(如單片機的P1、2、3口)，所以外部就不用上拉電阻了。但是有一些開漏的(如單片機的P0口)，外部必須加上拉電阻。

3.1.5三極管介紹

常見的三極管為9012、s8550、9013、s8050.單片機應用電路中三極管主要的作用就是開關作用。

其中9012與8550為pnp型三極管，可以通用。

其中9013與8050為npn型三極管，可以通用。

區(qū)別引腳：三極管向著自己，引腳從左到右分別為ebc，原理圖中有箭頭的一端為e，與電阻相連的為b，另一個為c。箭頭向里指為PNP(9012或8550)，箭頭向外指為NPN(9013或8050)。

三極管的工作原理

三極管是電流放大器件，有三個極，分別叫做集電極C，基極B，發(fā)射極E。分成NPN和PNP兩種。我們僅以NPN三極管的共發(fā)射極放大電路為例來說明一下三極管放大電路的基本原理。

(1)電流放大

下面的分析僅對于NPN型硅三極管。如上圖所示，我們把從基極B流至發(fā)射極E的電流叫做基極電流Ib;把從集電極C流至發(fā)射極E的電流叫做集電極電流 Ic。這兩個電流的方向都是流出發(fā)射極的，所以發(fā)射極E上就用了一個箭頭來表示電流的方向。三極管的放大作用就是：集電極電流受基極電流的控制(假設電源 能夠提供給集電極足夠大的電流的話)，并且基極電流很小的變化，會引起集電極電流很大的變化，且變化滿足一定的比例關系：集電極電流的變化量是基極電流變 化量的β倍，即電流變化被放大了β倍，所以我們把β叫做三極管的放大倍數(shù)(β一般遠大于1，例如幾十，幾百)。如果我們將一個變化的小信號加到基極跟發(fā)射 極之間，這就會引起基極電流Ib的變化，Ib的變化被放大后，導致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過一個電阻R的，那么根據(jù)電壓計算公式 U=R*I 可以算得，這電阻上電壓就會發(fā)生很大的變化。我們將這個電阻上的電壓取出來，就得到了放大后的電壓信號了。

(2)偏置電路

三極管在實際的放大電路中使用時，還需要加合適的偏置電路。這有幾個原因。首先是由于三極管BE結的非線性(相當于一個二極管)，基極電流必須在輸入電壓 大到一定程度后才能產(chǎn)生(對于硅管，常取0.7V)。當基極與發(fā)射極之間的電壓小于0.7V時，基極電流就可以認為是0。但實際中要放大的信號往往遠比 0.7V要小，如果不加偏置的話，這么小的信號就不足以引起基極電流的改變(因為小于0.7V時，基極電流都是0)。如果我們事先在三極管的基極上加上一 個合適的電流(叫做偏置電流，上圖中那個電阻Rb就是用來提供這個電流的，所以它被叫做基極偏置電阻)，那么當一個小信號跟這個偏置電流疊加在一起時，小 信號就會導致基極電流的變化，而基極電流的變化，就會被放大并在集電極上輸出。另一個原因就是輸出信號范圍的要求，如果沒有加偏置，那么只有對那些增加的 信號放大，而對減小的信號無效(因為沒有偏置時集電極電流為0，不能再減小了)。而加上偏置，事先讓集電極有一定的電流，當輸入的基極電流變小時，集電極 電流就可以減小;當輸入的基極電流增大時，集電極電流就增大。這樣減小的信號和增大的信號都可以被放大了。

(3)開關作用

下面說說三極管的飽和情況。像上面那樣的圖，因為受到電阻 Rc的限制(Rc是固定值，那么最大電流為U/Rc，其中U為電源電壓)，集電極電流是不能無限增加下去的。當基極電流的增大，不能使集電極電流繼續(xù)增大 時，三極管就進入了飽和狀態(tài)。一般判斷三極管是否飽和的準則是：Ib*β〉Ic。進入飽和狀態(tài)之后，三極管的集電極跟發(fā)射極之間的電壓將很小，可以理解為 一個開關閉合了。這樣我們就可以拿三極管來當作開關使用：當基極電流為0時，三極管集電極電流為0(這叫做三極管截止)，相當于開關斷開;當基極電流很 大，以至于三極管飽和時，相當于開關閉合。如果三極管主要工作在截止和飽和狀態(tài)，那么這樣的三極管我們一般把它叫做開關管。

(4)工作狀態(tài)

如果我們在上面這個圖中，將電阻Rc換成一個燈泡，那么當基極電流為0時，集電極電流為0，燈泡滅。如果基極電流比較大時(大于流過燈泡的電流除以三極管 的放大倍數(shù) β)，三極管就飽和，相當于開關閉合，燈泡就亮了。由于控制電流只需要比燈泡電流的β分之一大一點就行了，所以就可以用一個小電流來控制一個大電流的通 斷。如果基極電流從0慢慢增加，那么燈泡的亮度也會隨著增加(在三極管未飽和之前)。

3.1.6繼電器介紹

電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點(常開觸點)吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點(常閉觸點)釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”;處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。

繼電器的線圈和接線端子是分立的，互補影響的~~~~繼電器的觸點只相當于開關