试析一种数字化电子密码锁的设计方法
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【摘要】随着科学技术的不断发展，我们最常见的锁具也在不断更新。从最初的钥匙到现在的密码锁，声控锁，激光锁等等，在传统锁具的基础上，增加了密码，声音，图像等等来控制锁的开启，如此以来就大大增加了锁的安全性，自身和财产安全也有了更大的保障。
目前，信息安全系统得到了越来越广泛的应用，尤其是对重要信息，个人隐私和财产保护方面起到了非常重要的作用。因此对电子密码锁进一步的研究具有重大的现实意义。
电子密码锁具有机械锁无可比拟的优越性，电子密码锁以其安全性高，成本低，易操作等优点受到越来越多人的欢迎。但是目前使用的电子密码锁大部分是基于串行ROM芯片进行设计的，其将密码以明文的形式直接存储于芯片中，很容易被不法分子盗取。本文从经济实用的角度出发，设计了一种多功能电子密码锁，该密码锁将用户输入的密码经TEA算法加密后保存于单片机自身的EEPROM中，从而大大简化了系统结构，降低了成本，提高了系统的保密性和可靠性，具有一定的推广价值。
一、设计思路
以单片机AT89C51为中心控制元件，用24C02作为密码存储元件，通过1602液晶屏显示。根据屏幕提示，从键盘输入一组密码，CPU把该密码和预先设置的密码比较，对则将锁打开（不同锁的控制方式不一样，比如加电控制电磁铁抽回，从而打开），或者进行改密，改密后利用24C02将改变了的密码保存，使掉电密码不丢失，并通过LED的亮来来显示锁的开、关。设计方法：输入密码用矩形键盘，包括数字键和功能键，功能键包括退格键和确认键。液晶显示，但是输出显示符号“*”。用发光二极管模拟锁的情况，锁关时发光二极管来，打开时发光二极管亮。输入密码错误时报警。软件的设计主要包括24C02密码的存、键盘键值的读取、液晶屏的显示、密码判断程序和报警程序。
二、系统硬件设计
1、按键电路设计
每一条水平（行线）与垂直线（列线）的交叉处不相通，而是通过一个按键来连通，利用这种行列式矩阵结构只需要N条行线和M条列线，即可组成具有N×M个按键的键盘。在这种行列式矩阵键盘非键盘编码的单片机系统中，键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。当确认有按键按下后，下一步就要识别哪一个按键按下。对键的识别通常有两种方法：一种是常用的逐行扫描查询法；另一种是速度较快的线反转法。首先辨别键盘中有无键按下，有单片机I /O口向键盘送全扫描字，然后读入行线状态来判断。方法是：向行线输出全扫描字00H，把全部列线置为低电平，然后将列线的电平状态读入累加器A中。如果有按键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为1。
2、LCD显示模块设计
LCD显示模块设计中采用常用的字符型液晶模块1602，它是用5* 7的点阵图形显示字符，最多可显示2行16个字。图3为1602液晶模块与STC单片机的连接图。单片机P1口与1602液晶模块的数据口连接传输数据，P3口分别控制RS，RW和使能端E。RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。DB0～DB7为8位双向数据线。V0为液晶屏对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10 kΩ的电位器调整。
3、存储电路设计
存储电路主要作用是存储密码，提供校验码以在密码判定的时候作为密码安全性的一道屏障。存储电路采用ATMEL公司推出的容量为512KB的串行电可擦除、可编程存储芯片AT24C512设计，传输方式为I2C总线。这样设计的优点在其简单性和处理的高效性上。一般A0、A1、WP接VCC或GND，SCL、SDA接上拉电阻（上拉电阻的阻值可参考有关数据手册选择，通常可选5K到10K的电阻，设计中选用的电阻阻值为10K）后再接单片机的普通I/O口，即可实现单片机对AT24C512的操作。在对AT24C512开始操作前，需要先发一个8位的地址字来选择芯片以进行读写。其中要注意“10100”为AT24C512固定的前5位二进制；A0、A1用于对多个AT24C512加以区分；R/W为读写操作位，为1时表示读操作，为0时表示写操作。AT24C512内部有512页，每一页为128字节，任一单元的地址为16位，地址范围为0000～0FFFFH。
三、系统软件设计
软件任务分析环节是为软件设计做一个总体规划。从软件的功能来看可分为两大类：一类是执行软件，它能完成各种实质性的功能（如测量、计算、显示、打印、输出控制和通信等）；另一类是监控软件，它是专门用来协调各执行模块和操作者的关系，在系统软件中充当组织调度角色的软件。这两类软件的设计方法各有特色：执行软件的设计偏重算法效率，与硬件关系密切，千变万化；监控软件着眼全局，主要处理人机关系，特点是逻辑严密、千头万绪。
四、结论
本文主要介绍基于AT89S51单片机的电子密码锁设计方法，系统实现了密码锁的控制功能，此外由于采用AT24C04芯片，增加了系统的安全性和可靠性，在家庭住宅，办公保险等领域具有广泛的实用性。
参考文献：
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