电子密码锁系统硬件设计

张祚邦

摘 要在电子密码锁的设计中，其硬件电子电路的设计至关重要，关系到电子密码锁使用寿命的长短和功能的实现。本文基于单片机的基础上，在protel软件中对电子密码锁的键盘输入模块、密码存储模块、显示模块和其他模块的电路图进行了设计。

【关键词】电子密码锁 单片机 电子电路

1 前言

为了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。电子密码锁用密码代替钥匙，不但省去了佩戴钥匙的烦恼，也从根本上解决了普通门锁安全性差的问题。本文基于单片机的基础上，在protel软件中对数字电子密码锁进行硬件电路图的设计，从而克服了旧式电子密码锁电路断后所设置密码丢失的缺点。

2 电子密码锁设计方案

2.1 系统的工作原理

本文设计的数字电子密码锁的实现是基于单片机的。在protel软件中进行硬件电路图的设计，然后编译程序。

本文设计的数字电子密码锁系统主要由：

（1）数据处理及控制模块。

（2）键盘输入模块。

（3）密码储存模块。

（4）显示模块。

（5）复位电路。

（6）蜂鸣器。

（7）振荡器。

（8）开锁电路等组成。

（5）、（6）、（7）、（8）可以归结为附属模块。其组成原理如图1。首先，用户通过键盘输入模块输入密码，所输入的密码被传送到数据处理模块经过单片机处理后，与密码存储模块中的秘密比较，判断密码是否正确，同时显示模块会为用户显示简单的提示信心。经过单片机判断，如果密码正确，则开锁，否则不开锁，并警告用户密码输入错误。

2.2 系统方案选择

2.2.1 键盘输入模块方案的选择

在单片机系统中，常用的键盘输入有两种模式，独立式键盘结构和行列式键盘结构。本设计也采用这两种方式作为备选方案。

（1）独立式键盘。独立式按键式是指直接用I/O口线构成的单个按键电路。每个独立式按键单独占有一根I/O口线，每根I/O口线上的按键工作状态不会影响其他I/O口线的工作状态。通常独立式键盘的按键输入都采用低电平有效。上拉电阻保证了按键断开，I/O口线有确定的高电平。当I/O口内部有上拉電阻时，外电路可以不配置上拉电阻。虽然独立式按键具有软件结构简单、电路配置灵活等优点，但是由于其每个按键都需要独立使用I/O口线，当按键数量过多时，会存在I/O口线所需过多的现象。

（2）行列式键盘。行列式键盘又叫矩阵式键盘，用I/O口线组成行列结构，按键设置在行列交叉点上。在本次设计中，由于电子密码锁的键盘中，除了0～9数字键外，还有输入、锁定、设置、清除四个键，按键数量较多，故采用行列式键盘作为电子密码锁键盘输入模块。

2.2.2 显示模块方案的选择

显示模块有两种选择，一种是采用LCD，一种是采用LED。

以上两种方式中，LCD造价较高，性价比较于LED较低，因而采用LED作为显示模块。

3 主要元器件介绍

3.1 主控芯片AT89S52

AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash AT89S52。

3.2 八位数据锁存器742LS273

74LS373是八位高速寄存器，内部由8个D锁存器构成。

3.3 EEPROM数据存储器AT24C02

AT24C02是一个2K位串行CMOS EEPROM，内部含有256个8位字节，CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。AT24C02有一个16字节页写缓冲器。该器件通过IC总线接口进行操作，有一个专门写保护功能。

4 系统硬件各部分电路设计

4.1 键盘输入模块

本次键盘才用行列式键盘，把单个键盘组成4x4格式的键盘，行列分别相连

通过检测每条“行”线和“列”线上的电平变化，可判断出用户输入的为何种信息，电路图如图2。

单片机通过控制P1口的高低电平，然后根据检测到的结果进行判断。如图所示，刚开始四条行线上全置为高电平，四条列线全置为低电平，但某一按键被按下时，行列线交叉，行线上的搞电平遍为低电平，单片机通过检测即可判断哪个按键被按下。

4.2 密码存储模块

本次设计要求密码永久保存，且断电数据不丢失，在加上数据量小，只有6位密码，因而采用EEPROM中的24C02芯片，由于EEPROM是电可擦除只读存储器，可供用户修改，且掉电后数据不消失。电路图如图3。

4.3 显示模块

本次设计采用六位密码，需要使用六个七段LED数码管， LED用三极管驱动，这里的六个数码管，不采用动态显示的方式，而采用选中一个显示一个的方法，并且在数码管和单片机之间加上74LS373对数据进行锁存，这样的好处是控制简单，且数码管的亮度较高，显示较为明显。每组显示模块均用373上的OE端作为片选，根据按下按键的个数来选择要亮的数码管，电路图如图4。

4.4 其他模块

其他模块较为简单，与单片机相连后可以构成单片机的最小系统，电路原理图见系统总的原理图图5。

5 总结

本文设计了一种电子密码锁，这种电子密码锁系统以单片机AT89S52为数据处理芯片，以8位数据所存器74LS373和七段LED数码管作为显示模块，以EEPROM芯片24C02作为永久保存密码的存储模块，附加4*4键盘和其他辅助电路，构成了整个硬件系统。用户可以通过键盘输入密码，密码正确后可以正常开锁，并且能够重新设置密码。

参考文献

[1]李念强.单片机原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]孙育才.MCS-51系列单片机微型计算机及其应用[M].南京：东南大学出版社，2007.

[3]张涛，王金岗.单片机原理与接口技术[M].北京：冶金工业出版社，2007.

[4]闫石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1997.

[5]百度百科，http：//baike.baidu.com.

作者单位

辽宁省本溪市高级中学 辽宁省本溪市 117000