基于AT89C51單片機的電子密碼鎖系統設計

摘 要：隨著電子技術的不斷發展和電子產品的智能化進步，電子密碼鎖在市場各領域的運用也變得越來越廣泛，對于電子密碼鎖相關性能的研究也具有了極其重要的意義。本文提出的基于AT889C51單片機電子密碼鎖系統，采用了單片機AT89C51作為系統核心組件，并通過電源電路、矩陣電路、LCD顯示電路以及報警電路構成密碼鎖系統，實現了安全、便捷的密碼鎖讀取功能，確保了密碼鎖的安全，具有較高的市場推廣價值。

關鍵詞：AT89C51單片機；電子密碼鎖；C語言

電子密碼鎖在當前市場運用較為廣泛，其主要通過對外接密碼輸入來實現對系統或電路的控制，并進一步控制系統機械開關的操作。相關電子產品通過系統編程控制能夠以電子密碼鎖的形式來實現系統的開關，尤其是對機械產品而言具有較高的安全性與可靠性。本文提出的電子密碼鎖系統設計主要以AT89C51單片機為基礎，通過矩陣式鍵盤、LCD顯示、蜂鳴器以及二極管等部件組成主系統。該系統設計編程方便、操作性強、具有較高的實用性，且耗能較低，在市場具有廣闊的應用范圍。

1 電子密碼鎖的總體設計

本設計采用了AT89C51單片機電子鎖系統，進行初始化設置，啟動密碼鎖功能，密碼輸入顯示屏幕采用了七段數碼管半導體發光器件。該系統的總電系統控制指令通過單片機進行實現，單片機根據實際操作情況分配部件工作內容，程序操作性強、方便簡潔。在用戶輸入密碼過程中，單片機將會采用矩陣按鍵布局模式記錄當前輸入密碼，并將該密碼與系統設置密碼進行比對，若密碼匹配則開啟密碼鎖，若密碼錯誤則需要用戶按下刪除鍵重新輸入密碼。當用戶輸入密碼錯誤次數超過3次，電子密碼鎖將會自動鎖定，需要用戶切換管理員模式輸入管理員密碼才可解鎖當前狀態，并重新輸入解鎖密碼。

2 電子密碼鎖的模塊設計

電子密碼鎖模塊由系統主控模塊、鍵盤輸入模塊、顯示模塊、聲音控制模塊、報警電路模塊組成。

2.1 系統主控模塊

系統主控模塊采用了AT89C51單片機進行電路控制。AT89C51單片機耗能較低，效率高，采用了CMOS 8位的微控制器，可在系統可編程中采用Flash存儲器進行數據存儲，該系統完全能夠與工業80C51產品指令和引腳進行兼容。同時Flash存儲器既可以在系統中進行編程，也可適用于常規編程器中。在AT89C5單片機中的電子密碼鎖系統將能夠得到較好的運用。AT89C51單片機保留了原有單片機的功能，并在此基礎上添加了新的系統功能，改進了系統能耗較大的問題。

2.2 鍵盤輸入模塊

在電子密碼鎖設計中，鍵盤輸入模塊是最為基礎的部分。該模塊主要通過矩陣式鍵盤進行密碼輸入，由0-9十個數字組成，其中還包括輸入鍵、刪除鍵、當前鍵位刪除鍵、確定鍵、以及管理員模式選擇鍵等5個功能鍵。在鍵盤中按鍵數量較多時，為了減少I/O口的占用，鍵盤輸入模塊的形式通常為按鍵矩陣形式。基于AT89C51單片機系統的矩陣鍵盤模塊需要構建N條行線，用以連接P10、P11、P12、P13，并需構建M條列線用以連接P14、P15、 P16、P17。各行線與列線都需要銅火鍋相關案件來實現交叉連通，從而構成N×M個按鍵的鍵盤。在鍵盤輸入模塊中，用戶只需按下輸入鍵即可進行6位數的數字密碼輸入，再按下確定鍵，系統就會自動將輸入密碼與設定密碼進行對比，當密碼輸入錯誤時，系統將會發出警報，用戶解除警報可按刪除鍵來刪除錯誤密碼并重新進行密碼輸入操作，在輸入過程中發現當前密碼數字輸入錯誤可使用當前鍵位刪除鍵來刪除。系統設定密碼輸入次數不超過3次，一旦超過設定次數，密碼鎖會自動鎖定，需要用戶按下管理員模式功能鍵來輸入管理員密碼解除鎖定，并按下確定鍵再次輸入密碼。

2.3 顯示模塊

顯示模塊功能主要用于電子密碼鎖輸入操作的顯示。電子密碼鎖系統設計需要動態顯示驅動，即利用單片機來開啟數碼管選通控制所對應的COM端電路，使其在顯示屏中亮燈表示相應的字形。數碼管顯示方式主要分為靜態和動態兩種，相比較之下，動態顯示方式在運行過程中所點亮的時間為1～2ms，較為符合人眼暫留效應原理。因此顯示模塊設計中需要控制好數碼管COM端口，盡量避免出現靜態顯示影響數據結果。可采用分時輪流控制的方法，復用顯示所需電路的狀況，實現各數碼管輪流受控，同時降低系統成本和能耗。由于發光二極管的發光時間與亮度與人眼暫留效應相關，這就要求顯示模塊在設計過程中需采用動態掃描的顯示方式來進行畫面顯示，當掃描速度達到一定要求時，就會顯示穩定的畫面。動態顯示方式還能夠大幅度節省I/O口，降低系統能耗。

2.4 聲音控制模塊

聲音控制模塊的功能在于實現了電子密碼鎖的開鎖與報警，電子密碼鎖開鎖原理在于通過單路信號控制的蜂鳴器鬧鈴，基于AT83C51單片機向蜂鳴器發送低壓電平，在用戶輸入正確密碼并按下確認鍵時，蜂鳴器鬧鈴將會運行，通過LM386放大電路響鈴，同時電路藍燈D1將會亮起，表示密碼鎖已開。當用戶在輸入密碼過程中出現錯誤時，電子密碼鎖將會通過聲音控制模塊發出警報，這時就需要用戶按下刪除鍵來消除錯誤密碼以及切斷警報。用戶輸入錯誤密碼三次時電子密碼鎖將會自動鎖定，這時需要用戶進入管理員模式進行密碼輸入，在管理員密碼輸入正確時，電路藍燈D1、綠燈D2將會亮起，密碼解鎖成功，按確認鍵燈滅。密碼輸入錯誤則電路紅燈D3亮起，同時拉響警報。

2.5 報警電路模塊

該模塊采用了輸入頻率來實現報警功能，其特點在于能夠根據不同的輸出頻率來切換音樂，具有較大的靈活性，產品新穎度高，運用在電子密碼鎖功能中能夠很好的完成密碼鎖報警操作，在用戶密碼輸入正確時還可以模擬開門聲。

3 電子密碼鎖的軟件設計

基于AT89C51單片機的電子密碼鎖軟件設計主要由主程序、初始化程序、鍵盤掃描、按鍵功能、LCD顯示以及密碼設置等程序組成。該軟件的設計流程圖如圖2所示。

按鍵功能程序包括密碼輸入按鍵、清除按鍵、模擬開鎖案件、設置按鍵、修改案件以及確認案件等程序。按鍵功能程序運行原理在于依據系統所讀取按鍵所獲得的鍵值進行反饋，并執行相應的程序函數，鍵功能程序采用了矩陣按鍵布局方式。電子密碼鎖系統中所有密碼設置都為數字型，矩陣按鍵布局完全能夠滿足按鍵功能需求。按鍵功能程序設計圖如圖3所示。

4 結語

綜上所述，基于AT89C51單片機的電子密碼鎖系統設計具有較高的安全性與可靠性，通過對電子密碼鎖模塊進行調試與設計，成功實現了密碼鎖系統主控、液晶顯示、密碼開鎖與報警等功能。

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