电子锁2设计

摘要现代社会，单片机技术越来越广泛的应用于生产生活的各个领域，它可以实现我们对军事、工业、航天、农业以及交通等社会生活各领域的实际事件的模型建立及设计。

而随着社会发展的进步，保密工作也已经成为越来越重要的任务，密码锁的设计成为十分显示以及必要的话题。

此次能力拓展训练，通过单片机的控制实现密码锁的设计。

设计的总体思想采取将完整任务模块化的方式，通过对各个功能的分别解决，最终实现任务的完成。

三个独立模块分别是矩阵键盘、数码管显示和显示状态的指示灯电路。

这三个模块分别作为信号的输入或输出部分，与单片机实现连接，单片机通过对信号的接收和处理，控制各个模块电路实现相应功能。

关键词：密码锁，模块电路，单片机控制目录1设计任务及要求分析 (1)2方案提出及论证说明 (1)3硬件设计及功能分析 (2)3.1矩阵键盘 (2)3.2数码显示 (3)3.3声光提示电路 (4)4软件设计分析 (5)4.1程序的流程图 (5)4.2模块程序设计及说明 (6)4.2.1键盘扫描及编码程序 (6)4.2.2数码管动态显示程序 (8)5仿真与调试 (9)心得体会 (12)参考文献 (13)附录一硬件原理图 (14)附录二源程序 (15)电子密码锁设计1设计任务及要求分析本次能力拓展训练设计要求是电子密码锁，在锁开的状态下输入密码，设置的密码共4位，用数据开关K1～K10分别代表数字1，2，…，9，0，输入的密码用数码管显示，最后输入的密码显示在最右边的数码管上，即每输入一位数，密码在数码管上的显示左移一位。

可删除输入的数字，删除的是最后输入的数字，每删除一位，密码在数码管的显示右移一位，并在左边空出的位上补充“0”。

用一位输出电平的状态代表锁的开闭状态。

2方案提出及论证说明本次设计，可以考虑使用Max+plusⅡ、EDA实验箱完成任务，但由于受到实验设备的限制以及对相关软件的掌握程度。

最终确定本次设计选用AT89C51单片机作为核心控制器。

AT89C51的元件图如下：图2-1 A T89C51元件图根据要求，不难想出，此次任务的完成需要完成键盘输入、数码显示、报警提示等模块的工作，组成以单片机为核心的总设计电路。

其中键盘输入属于输入部分，数码显示和报警提示属于显示部分。

输入功能可以根据需要配置的键位选择合适的矩阵键盘；而根据要求数字显示部分至少使用四位的数码管，密码锁状态的提示在这里我设计一个发光二极管和扩音器的配合电路实现声光提示从而提示锁的开闭状态。

另外，在本次拓展训练的提高部分提出万能密码的设计，以保证密码锁主人能在忘记密码的情况下仍然可以顺利打开密码锁。

可以考虑在程序设计时，初始化一组数据作为万能密码。

这些任务之后，设计密码锁的关键在于如何确定输入数字匹配设置密码，从而确认是否开锁。

考虑到模块电路设计的简洁性，此次设计仍然采用模块电路逐一完成各个功能的设计思路。

通过以上分析，可以初步确定一下的方案结构框图：图2-2 硬件结构框图3硬件设计及功能分析根据第二章的基本思路，分别设计各模块硬件电路如下。

3.1矩阵键盘数据的输入功能由键盘来完成。

整个设计中除了10个数字键之外还需要一些功能键作为辅助来完成设计任务的要求。

这里用到三个基本的功能键：设置密码的功能键Kset，删除输入的功能键Kdel。

另外，为了表示和控制锁的开关状态，还需要一个功能键来控制上锁Kclo。

因而总共涉及到13个按键。

键盘选用4x4矩阵键盘其电路图如下图所示：图3-1 矩阵键盘电路如图所示，矩阵键盘的工作原理分析如下：1）键盘工作方式键盘分布成四行四列。

工作时，先让行线全为零，检测列线。

若列线不是全为高电平，则表明有键按下，同时也可以确定按键在第几列。

接下来进行低电平逐行扫描即可获知按键在第几行。

这在程序编写时可以实现。

2）功能键介绍在该矩阵键盘中设有的三个功能键中Kdel键，可以实现输入数字的删除，删除最后一位输入的数，同时数码管上的显示会向右移一位。

Kset键作为密码设置键，在开锁的状态下，若输入了四位数字，再按一下Kset键，就可以设置其开锁密码。

另外，由于不涉及机械结构，这里用一个按键来表示上锁，即Kclo键。

在开锁状态下，按下Kclo键，数码管的显示将会清空，同时将锁锁上。

各键位的功能可分别在程序编码中实现。

3.2数码显示显示电路使用的是数码管。

由于电路图的设计采用的是protues软件，其中已有组合好的四位共阳极数码管，设计电路时可以直接调用所需型号，这里采用7SEG-MPX4-CA。

如图3-2所示，它有四个位选端口和八个段选端口。

每一位数字都是由八个发光二极管组成，它们的阳极接在一起，即位选端口。

因而在位选端口上加上正电压就可以选通该位。

四位数字的相同段都接在一起，即段选端口。

因而将段选端口接低电平时就可以点亮该段。

图3-2 显示输入数字的数码管3.3声光提示电路仿真时，电子锁不同于机械锁，我们无法通过观察知道锁的开关状态，要将密码锁上锁，可以用键盘来控制，而锁打开后必须通过辅助部件的提示确认锁的开关状态。

因此设计了该声光提示电路以提示密码锁的状态，如下图所示。

灯亮并发出响声时表示锁已经打开；灯灭时表示锁已上锁。

图3-3 指示灯电路图该部分也可以通过程序编码实现。

当确认密码输入正确时，打开密码锁，并由C51发出一个高电平信号触发声光显示。

4软件设计分析4.1程序的流程图由前章的介绍及分析，已大致了解各模块的程序结构，再结合整个电路图及需要完成的任务，设计流程图如下：图4-1 程序流程图4.2模块程序设计及说明这里，还可以从模块入手，将程序所要完成的任务编写成子程序，待需要时直接调用即可。

以下着重介绍实现密码锁功能的几个重要子程序，完整的源程序见附录二。

4.2.1键盘扫描及编码程序要能够成功输入密码，并使键盘输入数据对应数码管显示，需要正确识别按键；按键的识别包括键盘扫描和编码键值两个部分。

其中键盘扫描程序如下：unsigned char key(void){unsigned char ka,kb;P2=0xf0;if((P2&0xf0)!=0xf0){dlm(); //消抖延时if((P2&0xf0)!=0xf0){ka=0xfe;while((ka&0x10)!=0) //逐行扫描{P2=ka;if((P2&0xf0)!=0xf0){kb=(P2&0xf0)|0x0f;return((~ka)+(~kb)); //返回特征码}elseka=(ka<<1)|0x01;}}}return(0x00); //没有按键按下时特征值返回0 }键盘扫描过程中，便涉及到前面硬件设计中关于键盘工作方式的讨论分析，首先行信号全部赋值为零，并检测列信号，以确定按键所在列。

而后就是逐行赋值为零的扫描，从而确定行数。

于是也就唯一确定了按的是哪一个键。

最后将扫描的特征码做返回值，若无按键则返回0x00。

再将返回的特征值借助编码程序转换成为相应的键值。

键值编码程序如下：unsigned char readkey(void){switch(key()){case 0x11 : return(0x00); break;case 0x21 : return(0x01); break;case 0x41 : return(0x02); break;case 0x81 : return(0x03); break;case 0x12 : return(0x04); break;case 0x22 : return(0x05); break;case 0x42 : return(0x06); break;case 0x82 : return(0x07); break;case 0x14 : return(0x08); break;case 0x24 : return(0x09); break;case 0x44 : return(0x0a); break;case 0x84 : return(0x0b); break;case 0x18 : return(0x0c); break;case 0x28 : return(0x0d); break;case 0x48 : return(0x0e); break;case 0x88 : return(0x0f); break;default : return(0xff);}}如上述程序所示，十六个按键依次编码为十六进制的各位数，对于乱码或是没有按键则返回0xff。

在程序中用数组a[]来存储由键盘输入的数字，该部分程序如下：void shuru(void){a[0]=a[1];a[1]=a[2];a[2]=a[3];a[3]=readkey();}4.2.2数码管动态显示程序通过查阅相关知识，我了解到数码管显示数据有静态显示和动态（扫描）显示之分。

静态显示就是显示驱动电路具有输出所存功能，数据送出后就不再管，直到下一次显示数据需要更新时再传送一次新数据，显示数据稳定，占用很少的CPU时间。

动态显示需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占用的CPU时间多。

然而我们此次所需的显示方式显然是当输入密码时需要时刻更新的，故需采用动态显示方式。

虽然动态显示有闪烁感，但是人眼存在视觉暂留，在数码管刚熄灭的一小段时间内，人眼中的图像不会消失，利用这一点，只要在这段时间内再次点亮数码管，人眼就就不会发觉灯的闪烁。

这就是数码管动态显示的基本原理，这也是接受生活中某些例子的启发。

其程序如下：while(1){P3=0x01; P0=s[a[0]]; dlm();P3=0x02; P0=s[a[1]]; dlm();P3=0x04; P0=s[a[2]]; dlm();P3=0x08; P0=s[a[3]]; dlm();}如程序所示，单片机的P3口控制位选端口，P0控制段选端口，利用数组查询的方式将数字转换成相应的显示码。

数码管亮起来也需要短暂的时间，再在其中插入延时环节，并注意延时过长就会出现闪烁现象。

最终实现数码管数据的最终显示。

5仿真与调试设计要求最后输入的密码显示在最右边的数码管上，即每输入一位数，密码在数码管上的显示左移一位。

调试效果如下图组所示（这里选择设置密码为0687）：首先按下“K10”键时，最右边显示数字0。

再按下“K6”键时，0向左移一位，最右边显示6。

然后按下“K8”键时0和6向左移一位，最右边显示8。

最后按下“K7”键时0，6和8向左移一位，最右边显示7。

最后显示结果如下：图5-1 输入四位数字结果程序需完成的任务要求是取一次输入数字，后一位都先把值送给前一位，而后把输入的数字赋给最后一位，仿真结果符合设计任务要求在以上基础上按下删除键Kdel键后，删除的是最后输入的数字7，而其他三位则在数码管的显示分别向右移动一位。