單片機(jī)控制的密碼鎖設(shè)計(jì)(含電路圖及源程序)

單片機(jī)控制的密碼鎖設(shè)計(jì)。AT89S52單片機(jī)P1引腳外接獨(dú)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(jī)從P3.0-P3.3輸出4個(gè)信號(hào)，分別為1個(gè)電磁開(kāi)鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)和密碼錯(cuò)誤指示、報(bào)警輸出、已開(kāi)鎖指示信號(hào)，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(shí)現(xiàn)提示音。
基本要求：
（1）初始密碼為123450，輸完后按確定鍵開(kāi)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(gè)電磁鎖開(kāi)鎖信號(hào)與已開(kāi)鎖信號(hào)，并發(fā)出兩聲短“滴”聲提示。4秒后開(kāi)鎖信號(hào)與已開(kāi)鎖指示清零。
（3）密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)，發(fā)出一聲長(zhǎng)“滴”聲錯(cuò)誤指示提示音，并密碼錯(cuò)誤指示燈亮，三次密碼錯(cuò)誤時(shí)，發(fā)出長(zhǎng)鳴聲報(bào)警，并密碼錯(cuò)誤指示燈亮，報(bào)警指示燈亮，此后15秒內(nèi)無(wú)法再次輸入密碼，15秒過(guò)后，清除所有報(bào)警和指示。
（4）5秒內(nèi)無(wú)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(jì)
（1）分析任務(wù)要求。寫(xiě)出系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路
根據(jù)題目的要求，需要考慮如下幾個(gè)任務(wù)：按鍵的輸入，密碼的判斷，密碼輸入正確或錯(cuò)誤的計(jì)時(shí)、輸出信號(hào)的控制等。
?鍵盤的輸入：由于需要輸入6個(gè)數(shù)字作為密碼，先要判斷按鍵時(shí)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(gè)數(shù)組中。在每次按鍵輸入時(shí)，需要啟動(dòng)定時(shí)器實(shí)現(xiàn)待機(jī)計(jì)時(shí)（5秒）。若5秒內(nèi)沒(méi)有輸入內(nèi)容則清除已輸入的內(nèi)容。
密碼的判斷和計(jì)時(shí)：在按下確認(rèn)鍵之后，要將輸入的內(nèi)容與初始密碼核對(duì)，如果密碼正確，輸出相應(yīng)的指示，同時(shí)還要啟動(dòng)定時(shí)器實(shí)現(xiàn)4s的計(jì)時(shí)。如果密碼錯(cuò)誤，錯(cuò)誤計(jì)數(shù)變量增1，同時(shí)輸出密碼指示信號(hào)，若錯(cuò)誤次數(shù)超過(guò)3s，則輸出報(bào)警等信號(hào)，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器實(shí)現(xiàn)15秒的計(jì)時(shí)。
?輸出信號(hào)的控制主要根據(jù)按鍵輸入與密碼的核對(duì)情況來(lái)決定。
?整體程序設(shè)計(jì)思想：
程序分為主程序和中斷服務(wù)程序兩個(gè)主要部分，主程序完成變量和單片機(jī)特殊功能寄存器的初始化后，進(jìn)入一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)。在循環(huán)中，首先判斷有無(wú)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(guò)動(dòng)態(tài)掃描在數(shù)碼管上顯示。
?中斷服務(wù)程序只要實(shí)現(xiàn)三個(gè)狀態(tài)的計(jì)時(shí)，待機(jī)時(shí)需要計(jì)時(shí)5秒，密碼正確需要計(jì)時(shí)5s，密碼3次輸入錯(cuò)誤需要計(jì)時(shí)15秒。當(dāng)前處于何種計(jì)時(shí)，由主程序根據(jù)密碼判斷結(jié)果來(lái)決定。
（2）選擇單片機(jī)型號(hào)和所需外圍器件型號(hào)，設(shè)計(jì)單片機(jī)硬件電路原理圖
?采用MCS51系列單片機(jī)At89S51作為主控制器，外圍電路器件包括數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)、蜂鳴器的輸出驅(qū)動(dòng)、獨(dú)立式鍵盤以及發(fā)光二極管的輸出等。
數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)采用2個(gè)四聯(lián)共陰極數(shù)碼管顯示，由于單片機(jī)驅(qū)動(dòng)能力有限，采用74HC244作為數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)。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(dòng)采用PNP三極管8550來(lái)驅(qū)動(dòng)，低電平有效。
獨(dú)立式按鍵使用上提拉電路連接，在沒(méi)有鍵按下時(shí)，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(dāng)輸入為低電平時(shí)，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(xiě)出程序設(shè)計(jì)思路，分配單片機(jī)內(nèi)部資源，畫(huà)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(dòng)態(tài)掃描輸入的內(nèi)容、計(jì)時(shí)、指示信號(hào)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(dòng)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(shí)的計(jì)時(shí)工作，包括①按鍵之后啟動(dòng)的待機(jī)計(jì)時(shí)，當(dāng)待機(jī)超過(guò)5s則清除已輸入的內(nèi)容。②密碼輸入正確之后的計(jì)時(shí)，4s之后清除開(kāi)鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)與已開(kāi)鎖指示信號(hào)。 ③密碼輸入錯(cuò)誤3次的計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)15s,在則15s內(nèi)無(wú)法再次輸入密碼，15秒過(guò)后清除所有報(bào)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(jī)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(gè)變量。原始密碼存儲(chǔ)在數(shù)組init_val[6]中。鍵盤輸入的密碼存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)show_val[6]中，變量 key_index的值表示當(dāng)前按鍵是六位密碼中的哪一位，每輸入一個(gè)密碼數(shù)字該變量增一。密碼輸入錯(cuò)誤的次數(shù)暫存在變量error_num中。
?計(jì)時(shí)功能需要5個(gè)變量。模式變量cnt_state存儲(chǔ)計(jì)時(shí)屬于什么狀態(tài)，0表示待機(jī)計(jì)時(shí)，1表示密碼正確的計(jì)時(shí)，2表示密碼錯(cuò)誤3次的計(jì)時(shí)。三個(gè)變量（cnt_val_15s,cnt_val_5s, cnt_val_4s）分別實(shí)現(xiàn)待機(jī)、密碼正確和密碼錯(cuò)誤3次后的計(jì)時(shí)工作。定時(shí)器T1每250ms產(chǎn)生一次中斷，變量T1_cnt記錄定時(shí)器溢出中斷的次數(shù)，當(dāng)記錄到4000時(shí)表示計(jì)時(shí)1秒。
（4）設(shè)計(jì)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(yǔ)言源程序文件，編寫(xiě)相應(yīng)的程序。在“文件\新建項(xiàng)目”的菜單中，新建項(xiàng)目并將C語(yǔ)言源程序文件包括在項(xiàng)目文件中。
?在 “項(xiàng)目\編譯”菜單中將C源文件編譯，檢查語(yǔ)法錯(cuò)誤及邏輯錯(cuò)誤。在編譯成功后，產(chǎn)生以 “*.hex”和“*.bin” 后綴的目標(biāo)文件。
硬件調(diào)試方案：在設(shè)計(jì)平臺(tái)中，將單片機(jī)的P1.0-P1.7分別與8個(gè)獨(dú)立式鍵盤通過(guò)插線連接起來(lái)，將P3.0-P3.3分別與4個(gè)發(fā)光二極管連接起來(lái)，P3.4與蜂鳴器的輸入連接起來(lái)。
在偉福中將程序文件編譯成目標(biāo)文件后，將下載線安裝在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的下載線接口上，運(yùn)行“MCU下載程序”，選擇相應(yīng)的flash 數(shù)據(jù)文件，點(diǎn)擊“編程”按鈕，將程序文件下載到單片機(jī)的Flash中。
然后，上電重新啟動(dòng)單片機(jī)，檢查所編寫(xiě)的程序是否達(dá)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(jì)
//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
? key_val:???? 返回按鍵的值 255-表示無(wú)按鍵按下
? key_index:?? 當(dāng)前按鍵是哪一位密碼
? T1_cnt:????? 定時(shí)器計(jì)數(shù)溢出數(shù)
? cnt_val_15s:? 報(bào)警計(jì)時(shí)的數(shù)值
? cnt_val_5s:?? 待機(jī)時(shí)間計(jì)時(shí)
? cnt_val_4s:?? 輸入正確，等待4秒清除開(kāi)鎖信號(hào)
? cnt_state:???? 計(jì)時(shí)狀態(tài)
? error_num:??? 錯(cuò)誤次數(shù)
? led_seg_code：數(shù)碼管7段碼
*/
#include "reg51.h"
/*說(shuō)明key0=P1^0; key1=P1^1;key2=P1^2; key3=P1^3;key4=P1^4;key5=P1^5;enter=P1^6;esc=P1^7;*/
sbit???? relay_open=P3^0;? //電磁鎖開(kāi)鎖驅(qū)動(dòng)
sbit???? pw_error=P3^1;??? //密碼錯(cuò)誤信號(hào)
sbit???? alarm_out=P3^2;?? //報(bào)警輸出
sbit???? open_lock=P3^3;?? //已開(kāi)鎖指示信號(hào)
sbit???? audio_out=P3^4;?? //有源蜂鳴器
unsigned char data cnt_val_15s,cnt_val_5s,cnt_val_4s,cnt_state;
unsigned int? data T1_cnt;
unsigned char data key_val,key_index,key_val_old;
unsigned char data state_val,error_num;
unsigned char data show_val[6];
char code init_val[6]={1,2,3,4,5,0};
char code led_seg_code[11]={0x3f,0x06,0x05b,0x04f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00};
//led_seg_code[0-9]代表0-9 led_seg_code[10]=0x00數(shù)碼管不顯示任何內(nèi)容
//--------延時(shí)程序----------------
void delay(unsigned int i)//延時(shí)
{ while(--i); }
//--------清除輸入內(nèi)容----------
void init_variant()
{unsigned char i;
?for(i=0;i<6;i++)
??? show_val[i]=10; //led_seg_code[10]=0x00表示數(shù)碼管不顯示任何內(nèi)容
?key_index=0;????? //沒(méi)有任何輸入或清除所有輸入時(shí)，保存當(dāng)前鍵的位置
}
//---------按鍵掃描---------------
unsigned char scan_key()
{? unsigned char i,k;
?? i=P1;
?? if (i==0xff && cnt_state!=2)
?? { k=255; }??? //無(wú)鍵按下
?? else????????? //有鍵按下
?? { delay(500);? //延時(shí)去抖動(dòng)
???? if(i!=P1)
???? {k=255;}
???? else
???? { TR1=1;?? //有鍵按下則開(kāi)定時(shí)器，啟動(dòng)待機(jī)計(jì)時(shí)
?????? cnt_val_5s=0;
?????? switch (i)
?????? { case 0xfe: k=0; break;
???????? case 0xfd: k=1; break;
???????? case 0xfb: k=2; break;
???????? case 0xf7: k=3; break;
???????? case 0xef: k=4; break;
???????? case 0xdf: k=5; break;
???????? case 0xbf: k=6; break;
???????? case 0x7f: k=7; break;
?????? }
????? }
?? }
?? return k;
}
//---------數(shù)碼管顯示---------------
void led_show()
{P0=led_seg_code[show_val[0]];
?P2=0xdf;
?delay(500);
?P0=led_seg_code[show_val[1]];
?P2=0xef;
?delay(500);
?P0=led_seg_code[show_val[2]];
?P2=0xf7;
?delay(500);
?P0=led_seg_code[show_val[3]];
?P2=0xfb;
?delay(500);
?P0=led_seg_code[show_val[4]];
?P2=0xfd;
?delay(500);
?P0=led_seg_code[show_val[5]];
?P2=0xfe;
?delay(500);
}
//--------定時(shí)器T1中斷服務(wù)程序-----------------
void? timer1() interrupt 3???? //T1中斷
{ T1_cnt++;
? if(T1_cnt>3999)????? //如果計(jì)數(shù)>3999, 計(jì)時(shí)1s
? {? T1_cnt=0;
???? switch (cnt_state)
???? { case 0: //待機(jī)，需要計(jì)時(shí)5s
?????????? if(cnt_val_5s<5)
????????????? { cnt_val_5s++;}
?????????? else
????????????? { cnt_val_5s=0;
??????????????? init_variant();//待機(jī)計(jì)時(shí)到5秒時(shí)，清除輸入的內(nèi)容
??????????????? TR1=0;???????? //停止計(jì)時(shí)
?????????????? }
?????????? break;
????? case 1://密碼輸入正確，需要計(jì)時(shí)4s
?????????? if(cnt_val_4s<4)
????????????? { cnt_val_4s++;}
?????????? else
????????????? { cnt_val_4s=0;
??????????????? init_variant();//密碼輸入正確，計(jì)時(shí)到4秒時(shí)，清除輸入的內(nèi)容
??????????????? open_lock=1;?? //已開(kāi)鎖信號(hào)清零
??????????????? relay_open=1;? //開(kāi)鎖信號(hào)清零
??????????????? cnt_state=0;??
??????????????? TR1=0;???????? //停止計(jì)時(shí)
?????????????? }
?????????? break;
????? case 2: //密碼輸入錯(cuò)誤3次，計(jì)時(shí)15s
?????????? if(cnt_val_15s<15)
????????????? { cnt_val_15s++;}
?????????? else
????????????? { cnt_val_15s=0;
??????????????? init_variant();//三次密碼錯(cuò)誤時(shí)，計(jì)時(shí)15秒，清除輸入的內(nèi)容
??????????????? open_lock=1;?? // 清除所有指示和報(bào)警
??????????????? relay_open=1;
??????????????? alarm_out=1;
??????????????? pw_error=1;
??????????????? cnt_state=0;
??????????????? TR1=0;???????? //停止計(jì)時(shí)
?????????????? }
?????????? break;
???? }??
? }
}
//--------判斷鍵盤輸入內(nèi)容與密碼是否一致------
unsigned char check_input_pw()
{ unsigned char i,k;
? k=1;
? for(i=0;i<6;i++)
? { k=k && (show_val[i]==init_val[i]); }
? return k;
}
//---------主程序----------------
main()
{ //初始化各變量
audio_out=1;
?P3=0xff;
?cnt_val_15s=0;
?cnt_val_5s=0;
?cnt_val_4s=0;
?cnt_state=0;?
?//0-待機(jī)計(jì)時(shí)5s狀態(tài);1-密碼正確，計(jì)時(shí)4s狀態(tài) ;2-三次密碼錯(cuò)誤，處于計(jì)時(shí)15秒狀態(tài)。
?T1_cnt=0;
?error_num=0;
?key_val_old=255;
?init_variant();
?//初始化51的寄存器
?TMOD=0x20; //用T1計(jì)時(shí) 8位自動(dòng)裝載定時(shí)模式
?TH1=0x19;?? //500微秒溢出一次;?? 250=(256-x)*12/11.0592 -> x=19
?TL1=0x19;
?EA=1;?????? //開(kāi)中斷
?ET1=1;
?TR1=0;????? //開(kāi)定時(shí)器T1
?while(1)
?{ key_val=scan_key();? //按鍵輸入，有鍵按下key_val為0-7，無(wú)鍵按下key_val為255。
?? if (key_val!=key_val_old)
?? { key_val_old=key_val;
???? if (key_val!=255&& cnt_state!=2)
???? { audio_out=0;
?????? delay(100);???? //延時(shí)去抖動(dòng)
?????? audio_out=1;
?????? switch (key_val)
?????? { case 0:
???????? case 1:
???????? case 2:
???????? case 3:
???????? case 4:
???????? case 5:
????????????? if(key_index<6) //密碼為6位，超過(guò)6位視為輸入無(wú)效
????????????? { show_val[key_index]=key_val;
??????????????? key_index++; }
????????????? break;
???????? case 6: //確認(rèn)鍵
????????????? if(check_input_pw())
????????????? {//密碼正確
?????????????? error_num=0;? //密碼輸入錯(cuò)誤次數(shù)清零
?????????????? //---------
?????????????? pw_error=1;?? //密碼錯(cuò)誤指示燈滅????????????
?????????????? relay_open=0; //開(kāi)鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈亮
?????????????? open_lock=0;? //已開(kāi)鎖信號(hào)燈亮
?????????????? //---------
?????????????? delay(50000); //兩聲短“滴”聲
?????????????? audio_out=0;
?????????????? delay(50000);
?????????????? audio_out=1;
?????????????? delay(50000);
?????????????? audio_out=0;
?????????????? delay(50000);
?????????????? audio_out=1;
?????????????? //---------
?????????????? cnt_state=1;? //下一狀態(tài)處于4秒計(jì)時(shí)的狀態(tài)
?????????????? TR0=1;???? //啟動(dòng)定時(shí)
????????????? }
????????????? else
????????????? { if (error_num<2)
??????????????? {error_num++; //輸入錯(cuò)誤次數(shù)小于3次時(shí)，沒(méi)錯(cuò)一次error_num增一
???????????????? pw_error=0;? //密碼錯(cuò)誤指示燈亮
???????????????? //-----------
???????????????? delay(20000);//一聲長(zhǎng)“滴”聲，提示錯(cuò)誤
???????????????? audio_out=0;
???????????????? delay(60000);
???????????????? audio_out=1;
???????????????? //-----------
???????????????? init_variant();//清除所有輸入，等待下一次輸入
??????????????? }
??????????????? else? //輸入錯(cuò)誤次數(shù)超過(guò)3次
??????????????? { alarm_out=0; //報(bào)警燈亮
????????????????? pw_error=0;? //密碼錯(cuò)誤指示燈亮
????????????????? error_num=0; //密碼輸入錯(cuò)誤次數(shù)清零
????????????????? //----------
????????????????? audio_out=0; //長(zhǎng)鳴聲報(bào)警
????????????????? delay(60000);
????????????????? delay(60000);
????????????????? delay(60000);
????????????????? delay(60000);
????????????????? delay(60000);
????????????????? delay(60000);
????????????????? delay(60000);
????????????????? delay(60000);
????????????????? delay(60000);
????????????????? audio_out=1;
????????????????? //-------------
????????????????? TR1=1;?????? //打開(kāi)定時(shí)器計(jì)時(shí)
????????????????? cnt_state=2; //下一狀態(tài)處于15秒計(jì)時(shí)的狀態(tài)
??????????????? }
????????????? }
????????????? break;
???????? case 7://取消鍵
????????????? init_variant();
????????????? break;
?????? }
???? }
?? }
?? led_show();
}
}
//-----程序結(jié)束-----------------