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摘要
本次设计使用ATMEL公司的AT89C51实现一基于单片机的电子密码锁的设计,其主要具有如下功能:
(1)密码通过键盘输入,若密码正确,则将锁打开。
(2)报警、锁定键盘功能。
密码输入错误数码显示器会出现错误提示,若密码输入错误次数超过3次,蜂鸣器报警并且锁定键盘。
电子密码锁的设计主要由三部分组成:
4×
4矩阵键盘接口电路、密码锁的控制电路、输出八段显示电路。
另外系统还有LED提示灯,报警蜂鸣器等。
密码锁设计的关键问题是实现密码的输入、清除、更改、开锁等功能:
(1)密码输入功能:
按下一个数字键,一个“-”就显示在最右边的数码管上,同时将先前输入的所有“-”向左移动一位。
(2)密码清除功能:
当按下清除键时,清除前面输入的所有值,并清除所有显示。
(3)开锁功能:
当按下开锁键,系统将输入与密码进行检查核对,如果正确锁打开,否则打不开。
关键词:
4矩阵键盘;
AT89C51;
密码锁;
密码二次确认
系统总体方案设计
方案采用一种是用以AT89S51为核心的单片机控制方案。
利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口,及其控制的准确性,不但能实现基本的密码锁功能,还能添加掉电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能。
其原理如图1-2所示。
89S51
单片机
矩阵
键盘
控制
输入错误锁定键盘
延时报警控制电路
AT24C02掉电存储
指示电路
串口显示电路
图2-2单片机控制方案
本方案采用一种是用以89S51为核心的单片机控制方案。
利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口,及其控制的准确性,实现基本的密码锁功能。
初步设计思路如下:
输入密码用矩形键盘,包括数字键和功能键。
LED数码管显示输入密码,用74JS247驱动数码管发光显示数码,用74LS138控制各位显示器分时进行显示。
用发光二极管代替开锁的电路,发光表示开锁。
输入密码错误次数超过3次,系统报警。
打开电源后,显示器显示“000000”,设原始密码为“123456”,只要输入此密码便可以打开。
这样可预防停电后再来电时无密码可用。
按“C”键,清除显示器为“000000”。
欲重新设定密码,先输入密码在按“*”。
输入密码,再按“D”键。
若密码与设定密码相同,则打开。
否则显示器清为“000000”。
软件的设计主要包括键盘键值的读取,LED显示程序,密码比较程序和报警程序。
硬件电路设计
键盘电路设计
使用矩阵键盘,所以本设计就采用行列式键盘,同时也能减少键盘与单片机接口时所占用的I/O线的数目,在按键比较多的时候,通常采用这样方法。
其原理如图
。
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。
对照图3.1所示的4×
4键盘,说明线反转个工作原理。
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。
判断键盘中哪一个键被按下使通过将列线逐列置低电平后,检查行输入状态来实现的。
依次给列线送低电平,然后查所有行线状态,如果全为1,则所按下的键不在此列;
如果不全为1,则所按下的键必在此列,而且是在与零电平行线相交的交点上的那个键。
具体的功能设计如表:
表3.1按键功能
按键
键名
功能说明
1-9键
数字键
输入密码
*键
重设密码键
设定新密码
D键
确定键
比较密码
#键
清除键
使显示器清零
LED显示电路
本系统设计的显示电路是为了给使用者以提示而设置的。
本系统的显示采用串行显示的方式,只使用单片机的一个串行口,利用74LS247驱动数码管发光显示数码和74LS138控制位选信号,就可以完成单片机的显示功能,显示电路的电路原理图如图3.2所示。
用P0.0—P0.3接74LS247的A,B,C,D四端口,74LS247的输出口接LED的七段显示;
而P0.4—P0.6接74LS138的A,B,C三个输入口,74LS138的输出口接LED的位显示。
通过软件实现数字和位控制。
用74LS247可以控制输出什么字型。
74LS247的逻辑功能表如表
274LS247的逻辑功能表
用74LS138控制位循环显示,其逻辑功能表如表
74LS138逻辑功能表
C
B
A
Y1
Y2
Y0
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
1
1
0
开锁电路
在本次设计中,基于节省材料的原则,暂时用发光二极管代替电磁锁,发光管亮,表示开锁;
灭,表示没有开锁。
电路图如3.3所示。
当P2.0口输出低电平时,二极管发光,表示开锁。
图3.3开锁电路
报警电路
图3.4报警电路
报警模块由蜂鸣器和单片机组成。
选择一只压电式蜂鸣器,压电式蜂鸣器工作时约需要100mA驱动电流。
蜂鸣器电路如图3.4所示。
当89C51的P2.1口输出为低电平时,蜂鸣器产生蜂鸣音,89C51输出为高电平时,蜂鸣器不发声。
软件设计
软件设计思路
电子密码锁工作的主要过程是LED数码管提示开始输入密码,通过键盘输入密码,同时LED显示密码输入情况,按下确认键后判断密码的正确性,作出开锁或报警处理。
当输入密码连续输入错误3次时,系统报警。
密码的设定,在此程序中密码是固定40H—45H中,假设预设的密码为"
123456"
共6位密码。
由于采用两个按键来完成密码的输入,那么其中一个按键为功能键,另一个按键为数字键。
在输入过程中,首先输入密码的长度,接着根据密码的长度输入密码的位数,直到所有长度的密码都已经输入完毕;
或者输入确认功能键之后,才能完成密码的输入过程。
进入密码的判断比较处理状态并给出相应的处理过程。
各子程序设计
1键盘扫描子程序
键盘扫描流程图如图
键盘扫描子程序如下:
L2:
MOVR3,#0F7H
MOVR1,#00H
L3:
MOVA,R3
MOVP1,A
MOVA,P1
MOVR4,A
SETBC
MOVR5,#04H
L4:
RLCA
JNCKEYIN
INCR1
DJNZR5,L4
CALLDISP
RRCA
MOVR3,A
JCL3
JMPL2
2LED显示子程序
LED显示流程图如图
LED显示子程序如下:
DISP:
MOVR0,#45H
DISP1:
MOVA,@R0
ADDA,#50H
MOVP0,A
CALLDELAY
DECR0
ADDA,#40H
ADDA,#30H
ADDA,#20H
ADDA,#10H
ADDA,#00H
RET
3密码比较和报警程序
密码比较和报警流程图
密码比较和报警程序:
COMP:
MOVR1,#45H
MOVR0,#35H
MOVR2,#06H
C1:
MOVA,@R1
XRLA,@R0
JNZC3
DECR1
DJNZR2,C1
CLRP2.0
MOVR2,#200
C2:
MOVR6,#248
DJNZR6,$
DJNZR2,C2
C3:
INCR5
MOVA,R5
MOVR5,A
CJNER5,#03H,C4
CLRP2.1
MOVR5,#00H
C4:
JMPSTART
参考文献
[1]《单片机原理及及应用》王迎旭机械工业出版社,2001
[2]《单片机应用程序设计技术》周航慈北京航空航天大学出版社,2002
[3]《单片机应用技术教程》张洪润清华大学出版社,1997
[4]《单片机原理及其接口技术》胡汉才清华大学出版社,1996
[5]《Protel99se实用培训教程》陈爱弟人民邮电出版社,2000
附录
源程序清单
ORG00H
MOVR7,#00H
DJNZR7,$
MOVR7,#10H
MOVR6,#06H
MOVR1,#35H
L1:
MOVA,R7
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOV@R1,A
INCR7
DJNZR6,L1
START:
ORLP2,#0FFH
MOVR4,#06H
MOVR0,#40H
CLEAR:
MOV@R0,#00H
INCR0
DJNZR4,CLEAR
KEYIN:
MOVA,R1
XRLA,#0BH
JZX3
XRLA,#0FH
JZX4
MOVR7,#10
D1:
MOVR6,#24
DJNZR7,D1
D2:
XRLA,R4
JZD2
MOVR7,A
XRLA,#0AH
JZSET0
JZSTART
XRLA,#0CH
JZL2
XRLA,#0DH
XCHA,40H
XCHA,41H
XCHA,42H
XCHA,43H
XCHA,44H
XCHA,45H
X3:
JMPDISP2
X4:
JMPCOMP
SET0:
MOVR1,#30H
E1:
XCHA,@R1
DJNZR2,E1
E2:
JMPSTART
DISP2:
JZDISP2
DELAY:
MOVR7,#C3
D3:
DJNZR7,D3
ORG300H
TABLE:
DB01H,02H,03H,0CH
DB04H,05H,06H,0DH
DB07H,08H,09H,0EH
DB0AH,00H,0BH,0FH
DB01H,02H,03H,04H,05H,06H
END