《智能电子产品设计与制作》项目4 电子密码锁控制器设计

项目4电子密码锁控制器设计4.1项目描述4.2项目分析4.3矩阵键盘接口知识4.4项目实施返回4.1项目描述利用５１系列单片机，设计简易电子密码锁控制器，设置有清除键、开锁键，具体要求如下：（１）密码长度：４位；（２）密码输入显示，可见；（３）按清除键，可撤销输入的密码，开锁指示灯灭；（４）输入４位密码后，按开锁键，密码正确，开锁指示灯亮，输入密码显示为全０，密码错误，蜂鸣器响。返回４.２项目分析电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。电子密码锁控制器通常由单片机最小系统、键盘、显示器、开锁驱动电路等几个部分构成，如图４－１所示。由键盘输入电子密码锁的密码，输入时显示器上显示相应数据，若密码输入正确，则开锁，否则，不开锁。根据以上分析，设计该电子密码锁时，需要设置１０个数字键输入密码，以及相应用的功能键，按键数量较多，如果采用独立式键盘，普通的８９Ｃ５１单片机引脚不够使用，所以需要采用矩阵式键盘加以解决。下面先介绍矩阵式键盘接口的相关知识。返回４.３矩阵键盘接口知识当键盘中按键数量较多时，为了减少Ｉ／Ｏ口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图４－２所示。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如Ｐ１口）就可以构成４×４＝１６个按键，比直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成４×５＝２０个键的键盘，而直接用端口线则只能多出１个键（９键）。由此可见，当需要的键数比较多时，采用矩阵式键盘是合理的。下一页返回４.３矩阵键盘接口知识４.３.１矩阵式键盘的工作原理如图４－２中，列线通过上拉电阻连接到电源，因此无键按下时各列线均为高电平。当某一行线输出低电平，且此时正好在此行线上有键按下时，相应列线变成低电平。单片机就是利用这种方法对整个键盘进行扫描。所谓扫描，就是ＣＰＵ不断对行线逐行置低电平，然后检查列线输入状态确定按键情况。若无键按下，行线与列线没有相连，列线上全是高电平或说全为“１”。当有键按下时，总有键把某行某列线短接，使列线端口不全为高电平，即不全为“１”。上一页下一页返回４.３矩阵键盘接口知识确定矩阵式键盘上何键被按下通常采用“行扫描法”。如图４－３所示键盘，将全部行线置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平列线与４根行线相交叉的４个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。在确认有键按下后，即可开始确定具体闭合键。具体方法是：依次将行线置为低电平，即将某根行线置为低电平，其他行线和列线为高电平；再逐行检测各列线的电平状态，若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。行扫描法识别按键的方法就像在二维平面上确定点，要在二维平面上找到确定的点，我们可以先确定这点的横坐标，然后确定它的纵坐标。识别按键的位置就可以先确定它的行线位置，再确定列线的位置，然后通过公式：键值＝行号×列数＋列号来计算得到。上一页下一页返回４.３矩阵键盘接口知识４.３.２矩阵式键盘的程序设计根据矩阵式键盘的工作原理和行扫描法识别按键的方法，可以画出矩阵键盘的程序流程图，如图４－３所示。上一页返回４.４项目实施根据电子密码锁控制器的设计任务要求，单片机可选用ＳＴＣ８９Ｃ５１，显示器选用４位共阳极数码管，设置１２个按键，按图４－１电子密码锁控制器的结构框图，下面进行硬件电路设计和软件设计。４.４.１硬件电路设计电子密码锁控制器的显示电路如图４－４所示，４位数码管的段码线接单片机的Ｐ１口，位选线接单片机的Ｐ２.０、Ｐ２.１、Ｐ２.２、Ｐ２.３引脚上。电子密码锁控制器设置１０个数字，２个功能键，键盘的行列线与Ｐ０口线相连，电路如图４－５所示。下一页返回４.４项目实施４.４.２软件设计电子密码锁控制器的程序由初始化程序、显示程序、键盘程序和报警程序构成，程序结构如图４－６所示。上一页返回图４－１电子密码锁控制器结构框图返回