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1、武汉理工大学能力拓展训练课程设计说明书摘要现代社会，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
2、应功能。关键词：密码锁，模块电路，单片机控制武汉理工大学能力拓展训练课程设计说明书目 录1 设计任务及要求分析.12 方案提出及论证说明.13 硬件设计及功能分析.23.1 矩阵键盘.23.2 数码显示.33.3 声光提示电路.44 软件设计分析.54.1 程序的流程图.54.2 模块程序设计及说明.64.2.1 键盘扫描及编码程序.64.2.2 数码管动态显示程序.85 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武汉理工大学能力拓展训练课程设计说明书1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，
3、设置的密码共 4 位，用数据开关 K1K10 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+plus、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 AT89C51 元件图根
4、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、报警提示等武汉理工大学能力拓展训练课程设计说明书2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
5、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
6、路图如下图武汉理工大学能力拓展训练课程设计说明书3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
7、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。武汉理工大学能力拓展训练课程设计说明书43.2 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
8、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武汉理工大学能力拓展训练课程设计说明书5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
9、及需要完成的任务，设计流程图如下：武汉理工大学能力拓展训练课程设计说明书6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。4.2.14.2.1 键盘扫描及编码程序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 /消抖延时if(P2wh
10、ile(kaif(P2return(ka)+(kb); /返回特征码else武汉理工大学能力拓展训练课程设计说明书7ka=(ka0;i-);/* 键盘扫描 */unsigned char key(void) unsigned char ka,kb;P2=0xf0;if(P2 /消抖延时if(P2while(kaif(P2return(ka)+(kb); /返回特征码elseka=(ka1)|0x01;return(0x00); /没有按键时返回 0/* 编码 */unsigned char readkey(void)switch(key()case 0x11 : return(0x00); break;case 0x21 :
