基于單片機控制的密碼鎖設(shè)計(含電路圖及源程序)

單片機控制的密碼鎖設(shè)計。AT89S52單片機P1引腳外接獨立式按鍵S1-S8，分別代表數(shù)字鍵0-5、確定鍵、取消鍵。單片機從P3.0-P3.3輸出4個信號，分別為1個電磁開鎖驅(qū)動信號和密碼錯誤指示、報警輸出、已開鎖指示信號，分別用發(fā)光二極管L1-L4指示。P3.4接一有源蜂鳴器，用于實現(xiàn)提示音。
基本要求：
（1）初始密碼為123450，輸完后按確定鍵開鎖，取消鍵清除所有輸入，每次按鍵有短“滴”聲按鍵提示音。
（2）密碼輸入正確后，輸出一個電磁鎖開鎖信號與已開鎖信號，并發(fā)出兩聲短“滴”聲提示。4秒后開鎖信號與已開鎖指示清零。
（3）密碼輸入錯誤時，發(fā)出一聲長“滴”聲錯誤指示提示音，并密碼錯誤指示燈亮，三次密碼錯誤時，發(fā)出長鳴聲報警，并密碼錯誤指示燈亮，報警指示燈亮，此后15秒內(nèi)無法再次輸入密碼，15秒過后，清除所有報警和指示。
（4）5秒內(nèi)無任何操作后，清除所有輸入內(nèi)容，等待下次輸入。

3.3.1模塊1 系統(tǒng)設(shè)計
（1）分析任務(wù)要求。寫出系統(tǒng)整體設(shè)計思路
根據(jù)題目的要求，需要考慮如下幾個任務(wù)：按鍵的輸入，密碼的判斷，密碼輸入正確或錯誤的計時、輸出信號的控制等。
鍵盤的輸入：由于需要輸入6個數(shù)字作為密碼，先要判斷按鍵時數(shù)字鍵還是功能鍵，若判斷為數(shù)字鍵按下，則需要將每次鍵盤的輸入內(nèi)容依次暫存在一個數(shù)組中。在每次按鍵輸入時，需要啟動定時器實現(xiàn)待機計時（5秒）。若5秒內(nèi)沒有輸入內(nèi)容則清除已輸入的內(nèi)容。
密碼的判斷和計時：在按下確認鍵之后，要將輸入的內(nèi)容與初始密碼核對，如果密碼正確，輸出相應(yīng)的指示，同時還要啟動定時器實現(xiàn)4s的計時。如果密碼錯誤，錯誤計數(shù)變量增1，同時輸出密碼指示信號，若錯誤次數(shù)超過3s，則輸出報警等信號，同時啟動定時器實現(xiàn)15秒的計時。
輸出信號的控制主要根據(jù)按鍵輸入與密碼的核對情況來決定。
整體程序設(shè)計思想：
程序分為主程序和中斷服務(wù)程序兩個主要部分，主程序完成變量和單片機特殊功能寄存器的初始化后，進入一個循環(huán)結(jié)構(gòu)。在循環(huán)中，首先判斷有無按鍵按下，若有按鍵則判斷是否數(shù)字鍵還是功能鍵，根據(jù)按鍵的情況執(zhí)行相應(yīng)的功能。然后根據(jù)密碼是否正確的判斷情況，執(zhí)行相應(yīng)的操作。循環(huán)中最后將需要顯示的內(nèi)容通過動態(tài)掃描在數(shù)碼管上顯示。
中斷服務(wù)程序只要實現(xiàn)三個狀態(tài)的計時，待機時需要計時5秒，密碼正確需要計時5s，密碼3次輸入錯誤需要計時15秒。當前處于何種計時，由主程序根據(jù)密碼判斷結(jié)果來決定。
（2）選擇單片機型號和所需外圍器件型號，設(shè)計單片機硬件電路原理圖
采用MCS51系列單片機At89S51作為主控制器，外圍電路器件包括數(shù)碼管驅(qū)動、蜂鳴器的輸出驅(qū)動、獨立式鍵盤以及發(fā)光二極管的輸出等。
數(shù)碼管驅(qū)動采用2個四聯(lián)共陰極數(shù)碼管顯示，由于單片機驅(qū)動能力有限，采用74HC244作為數(shù)碼管的驅(qū)動。在74HC244的7段碼輸出線上串聯(lián)100歐姆電阻起限流作用。
蜂鳴器的驅(qū)動采用PNP三極管8550來驅(qū)動，低電平有效。
獨立式按鍵使用上提拉電路連接，在沒有鍵按下時，輸出高電平。發(fā)光二極管串聯(lián)500歐姆電阻再接到電源上，當輸入為低電平時，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光。
硬件電路原理圖如圖3-9所示。

圖3-9 密碼鎖電路原理圖
（3）分析軟件任務(wù)要求，寫出程序設(shè)計思路，分配單片機內(nèi)部資源，畫出程序流程圖
軟件任務(wù)要求主要包括按鍵掃描、密碼判斷、動態(tài)掃描輸入的內(nèi)容、計時、指示信號輸出以及蜂鳴器提示音的輸出等。主程序主要完成變量與寄存器的初始化、按鍵的掃描與判斷、密碼的判斷以及數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示等。主程序流程圖如圖3-10所示。

圖3-10 密碼鎖的主程序流程圖

中斷服務(wù)程序主要完成三種定時的計時工作，包括①按鍵之后啟動的待機計時，當待機超過5s則清除已輸入的內(nèi)容。②密碼輸入正確之后的計時，4s之后清除開鎖驅(qū)動信號與已開鎖指示信號。 ③密碼輸入錯誤3次的計時，計時15s,在則15s內(nèi)無法再次輸入密碼，15秒過后清除所有報警與指示。中斷服務(wù)程序流程圖如圖3-11所示。

圖3-11 密碼鎖中斷服務(wù)程序流程圖
單片機資源的分配與變量的定義：
密碼的輸入與判斷需要定義4個變量。原始密碼存儲在數(shù)組init_val[6]中。鍵盤輸入的密碼存儲在數(shù)據(jù)show_val[6]中，變量 key_index的值表示當前按鍵是六位密碼中的哪一位，每輸入一個密碼數(shù)字該變量增一。密碼輸入錯誤的次數(shù)暫存在變量error_num中。
計時功能需要5個變量。模式變量cnt_state存儲計時屬于什么狀態(tài)，0表示待機計時，1表示密碼正確的計時，2表示密碼錯誤3次的計時。三個變量（cnt_val_15s,cnt_val_5s, cnt_val_4s）分別實現(xiàn)待機、密碼正確和密碼錯誤3次后的計時工作。定時器T1每250ms產(chǎn)生一次中斷，變量T1_cnt記錄定時器溢出中斷的次數(shù)，當記錄到4000時表示計時1秒。
（4）設(shè)計系統(tǒng)軟件調(diào)試方案、硬件調(diào)試方案及軟硬件聯(lián)合調(diào)試方案
軟件調(diào)試方案：偉福軟件中，在“文件新建文件”中，新建C語言源程序文件，編寫相應(yīng)的程序。在“文件新建項目”的菜單中，新建項目并將C語言源程序文件包括在項目文件中。
在 “項目編譯”菜單中將C源文件編譯，檢查語法錯誤及邏輯錯誤。在編譯成功后，產(chǎn)生以 “*.hex”和“*.bin” 后綴的目標文件。
硬件調(diào)試方案：在設(shè)計平臺中，將單片機的P1.0-P1.7分別與8個獨立式鍵盤通過插線連接起來，將P3.0-P3.3分別與4個發(fā)光二極管連接起來，P3.4與蜂鳴器的輸入連接起來。
在偉福中將程序文件編譯成目標文件后，將下載線安裝在實驗平臺的下載線接口上，運行“MCU下載程序”，選擇相應(yīng)的flash 數(shù)據(jù)文件，點擊“編程”按鈕，將程序文件下載到單片機的Flash中。
然后，上電重新啟動單片機，檢查所編寫的程序是否達到題目的要求，是否全面完整地完成試題的內(nèi)容。

3.3.2 程序設(shè)計
//晶振11.0592MHz，T1每250微秒中斷，按鍵P1.0-P1.7，發(fā)光二極管接P3.0-P3.3，p3.4
/*變量的定義:
show_val[6]: 顯示的值
init_val[6]: 密碼初始值