基于C语言STC89C52单片机电子密码锁的设计与仿真

摘要：介绍一种通过Protues软件成功仿真的电子密码锁的实现过程。它采用高可靠性的STC89C52单片机来实现开锁和密码的识别，采用具备I2C总线接口的E2PROM芯片来完成密码的存储，通过1602液晶显示器提示程序运行状态和使用步骤，利用蜂鸣器模拟报警，发光二极管模拟锁的开关。该系统用C语言编写程序，与汇编语言相比具备更好的移植性和可读性，便于修改和增减功能。
关键词：Protues；密码锁；单片机；C语言

O 引言
电子密码锁是现代生活中常用的加密工具。它克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，尤其是微控制器的智能电子密码锁，不仅具有电子密码锁的功能，还可引入智能化管理功能，从而使密码锁具有更高的安全性和可靠性。
电子密码锁通常使用ARM和单片机控制，单片机相对ARM实现较为简单，功能较为完善，因此使用单片机控制较多。用单片机控制的密码锁常使用汇编语言编写程序，显示器多数用数码管。而本文所介绍的电子密码锁使用移植性及可读性强的高级语言C语言编写，便于修改和增减功能；同时采用显示清楚，功率消耗小而且寿命长的1602液晶显示器，显示更加直观，使用更加方便。从经济实用的角度出发，采用STC8 9C52单片机设计出一种具有密码设置、报警和防止多次试探密码功能的电子密码锁，通过Protues软件成功地进行了仿真。

1 系统工作原理
本系统以STC89C52单片机为核心，使用4×4矩阵键盘作为数据输入方式，驱动1602显示器提示程序运行过程和开锁的步骤。本系统的密码判断过程如下：
当使用者输入6位密码后按下BESURE键，单片机通过密码逐个比较，如果输入的6位密码和设定的密码完全相同，那么能成功驱动开锁模拟灯将锁打开。若输入6位密码与设定的密码不相同，按下BESURE键后，模拟灯不亮，可以按BACK键重新输入。由于输入密码过程中难免输入失误，如果密码输错，可直接按下BACK键重新输入，但是系统不允许无限次地按BACK键，以免密码被套用，当3次密码输入都错误，单片机将驱动蜂鸣器报警。并且本系统输入密码还有时间限制，若在规定的时间内没有将正确密码输入也会报警。
修改密码功能如下：当密码输入正确后，按下SET键可新设置密码。每设定一位新密码，单片机将其送给E2PROM，当6位新密码都输入完毕，系统将自动回到程序开始，重新读取密码并保存，使用者需输入新的密码才能将锁打开。

2 系统设计
2．1 硬件支持
使用的元器件有：核心芯片STC89C52、存储芯片AT24C02、液晶显示1602、矩阵键盘、报警蜂鸣器、独立按键(模拟门的开关)、发光二极管(模拟锁的开关)和三极管(放大电流)。
2．2 软件设计
本系统软件包括主程序模块、密码比较判断模块、修改密码模块、键盘扫描模块、液晶显示模块及定时程序等模块。系统程序流程如图1所示。


2．2．1 主程序模块
主程序主要用于定义全局变量，给全局变量赋初值，初始化E2PROM，启动定时器以及从AT24C02中读取密码，为整个程序提供数据。
2．2．2 密码比较判断模块
该模块的功能是将键盘输入的密码利用if语句与设定的密码进行逐个比较，若密码完全正确则开锁；若不正确，则按下BACK键，重新输入密码，每按下BACK键一次，输入次数将自加1，当3次都出错则报警。
2．2．3 密码修改模块
在密码输入正确情况下，可以按下SET对密码进行重新设置，每设定一位就将密码送给AT24C02存储起来，当设置6位密码完毕后，系统将自动跳到程序开始，调用新设置的密码。
STC89C52向AT24C02写入密码子程序：

2．2．4 键盘扫描模块
该模块具备功能有：逐列扫描键盘确定被按键的具体位置、判断键盘上有无键按下、消除去抖动、判断闭合的键是否释放等功能。
2．2．5 定时模块
本模块用于对密码输入时间控制。在程序开始运行时首先对定时器进行了初始化，从按下PUT IN键开始，系统开始计时，当输入的时间达到规定的时间将立即报警。
2．2．6 液晶显示模块
此模块包括液晶初始化、命令的输入、显示数据的输入。其中命令是用于控制液晶状态是否显示光标，光标是否闪烁，是否清除原来数据以及显示的具体位置。数据显示主要是将要显示的信息按需要准时显示出来。

3 系统仿真
为了方便程序调试，本文采用了Proteus仿真，仿真图如图2所示。


3．1 系统介绍
图2中U1为STC89C52是整个系统的核心，编写的程序以二进制的文件导入其中；U2为AT24C02，第5和第6个引脚分别与单片机的P1．2和 P1．3相连；LCD1为1602液晶显示器，引脚连接如图2所示；独立按键DOOR，当门关上为键按下状态；D1为模拟开锁灯，当密码正确，按下BE- SURE键D1将亮；BUZ1为蜂鸣器报警。当程序编写好并导入到单片机里后，按下图2最下面的开始按钮，1602液晶显示器将提示密码锁的运行状态，系统开始工作。
3．2 开锁功能
当电源开启时，1602液晶显示Welcome欢迎界面，当按下PUT IN键后，显示器显示PUT IN CODES提示使用者输入密码，如图3所示。几秒后液晶显示器上提示将自动消失。此时可输入正确密码，且密码输入时显示*而不会将输入的数据显示出来。当输入密码完毕后，按下BESURE键，如果输入的密码正确D1将亮(D1作为开锁的模拟开关)。若密码错误，可以按下BACK键，程序将跳到loop(开始界面)，重新输入密码，同时输入次数将增加一次。当3次都输入错误则自动报警，并且输入密码的时间必须在规定的时间完成，否则也会报警。


3．3 密码设定
在密码输入正确后，按下SET键可对密码进行重新设置，液晶显示器显示SET CODS。同样几秒后提示信息将自动消失，此时开始重设密码。在密码设定过程中会将设定的数字显示出来，每输入一位密码需按下YES键确定，当设置的密码达到6位将自动回到启动界面。

4 结论
(1)成功仿真实现了1602液晶显示，密码开锁，密码设置，防止多次试探，报警等功能。
(2)采用C语言编写程序，具有很强的移植性，为系统增减和修改功能带来了方便。