基于单片机控制的密码锁设计.docx
《基于单片机控制的密码锁设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机控制的密码锁设计.docx（16页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
基于单片机控制的密码锁设计
基于单片机控制的密码锁设计
AT89S52单片机P1引脚外接独立式按键S1-S8，分别代表数字键0-5、确定键、取消键。
单片机从P3.0-P3.3输出4个信号，分别为1个电磁开锁驱动信号和密码错误指示、报警输出、已开锁指示信号，分别用发光二极管L1-L4指示。
P3.4接一有源蜂鸣器，用于实现提示音。
基本要求：
（1）初始密码为123450，输完后按确定键开锁，取消键清除所有输入，每次按键有短“滴”声按键提示音。
（2）密码输入正确后，输出一个电磁锁开锁信号与已开锁信号，并发出两声短“滴”声提示。
4秒后开锁信号与已开锁指示清零。
（3）密码输入错误时，发出一声长“滴”声错误指示提示音，并密码错误指示灯亮，三次密码错误时，发出长鸣声报警，并密码错误指示灯亮，报警指示灯亮，此后15秒内无法再次输入密码，15秒过后，清除所有报警和指示。
（4）5秒内无任何操作后，清除所有输入内容，等待下次输入。
3.3.1模块1系统设计
（1）分析任务要求。
写出系统整体设计思路
根据题目的要求，需要考虑如下几个任务：
按键的输入，密码的判断，密码输入正确或错误的计时、输出信号的控制等。
键盘的输入：
由于需要输入6个数字作为密码，先要判断按键时数字键还是功能键，若判断为数字键按下，则需要将每次键盘的输入内容依次暂存在一个数组中。
在每次按键输入时，需要启动定时器实现待机计时（5秒）。
若5秒内没有输入内容则清除已输入的内容。
密码的判断和计时：
在按下确认键之后，要将输入的内容与初始密码核对，如果密码正确，输出相应的指示，同时还要启动定时器实现4s的计时。
如果密码错误，错误计数变量增1，同时输出密码指示信号，若错误次数超过3s，则输出报警等信号，同时启动定时器实现15秒的计时。
输出信号的控制主要根据按键输入与密码的核对情况来决定。
整体程序设计思想：
程序分为主程序和中断服务程序两个主要部分，主程序完成变量和单片机特殊功能寄存器的初始化后，进入一个循环结构。
在循环中，首先判断有无按键按下，若有按键则判断是否数字键还是功能键，根据按键的情况执行相应的功能。
然后根据密码是否正确的判断情况，执行相应的操作。
循环中最后将需要显示的内容通过动态扫描在数码管上显示。
中断服务程序只要实现三个状态的计时，待机时需要计时5秒，密码正确需要计时5s，密码3次输入错误需要计时15秒。
当前处于何种计时，由主程序根据密码判断结果来决定。
（2）选择单片机型号和所需外围器件型号，设计单片机硬件电路原理图
采用MCS51系列单片机At89S51作为主控制器，外围电路器件包括数码管驱动、蜂鸣器的输出驱动、独立式键盘以及发光二极管的输出等。
数码管驱动采用2个四联共阴极数码管显示，由于单片机驱动能力有限，采用74HC244作为数码管的驱动。
在74HC244的7段码输出线上串联100欧姆电阻起限流作用。
蜂鸣器的驱动采用PNP三极管8550来驱动，低电平有效。
独立式按键使用上提拉电路连接，在没有键按下时，输出高电平。
发光二极管串联500欧姆电阻再接到电源上，当输入为低电平时，发光二极管导通发光。
硬件电路原理图如图3-9所示。
图3-9密码锁电路原理图
（3）分析软件任务要求，写出程序设计思路，分配单片机内部资源，画出程序流程图
软件任务要求主要包括按键扫描、密码判断、动态扫描输入的内容、计时、指示信号输出以及蜂鸣器提示音的输出等。
主程序主要完成变量与寄存器的初始化、按键的扫描与判断、密码的判断以及数码管动态扫描显示等。
主程序流程图如图3-10所示。
图3-10密码锁的主程序流程图
中断服务程序主要完成三种定时的计时工作，包括①按键之后启动的待机计时，当待机超过5s则清除已输入的内容。
②密码输入正确之后的计时，4s之后清除开锁驱动信号与已开锁指示信号。
③密码输入错误3次的计时，计时15s,在则15s内无法再次输入密码，15秒过后清除所有报警与指示。
中断服务程序流程图如图3-11所示。
图3-11密码锁中断服务程序流程图
单片机资源的分配与变量的定义：
密码的输入与判断需要定义4个变量。
原始密码存储在数组init_val[6]中。
键盘输入的密码存储在数据show_val[6]中，变量key_index的值表示当前按键是六位密码中的哪一位，每输入一个密码数字该变量增一。
密码输入错误的次数暂存在变量error_num中。
计时功能需要5个变量。
模式变量cnt_state存储计时属于什么状态，0表示待机计时，1表示密码正确的计时，2表示密码错误3次的计时。
三个变量（cnt_val_15s,cnt_val_5s,cnt_val_4s）分别实现待机、密码正确和密码错误3次后的计时工作。
定时器T1每250ms产生一次中断，变量T1_cnt记录定时器溢出中断的次数，当记录到4000时表示计时1秒。
（4）设计系统软件调试方案、硬件调试方案及软硬件联合调试方案
软件调试方案：
伟福软件中，在“文件\新建文件”中，新建C语言源程序文件，编写相应的程序。
在“文件\新建项目”的菜单中，新建项目并将C语言源程序文件包括在项目文件中。
在“项目\编译”菜单中将C源文件编译，检查语法错误及逻辑错误。
在编译成功后，产生以“*.hex”和“*.bin”后缀的目标文件。
硬件调试方案：
在设计平台中，将单片机的P1.0-P1.7分别与8个独立式键盘通过插线连接起来，将P3.0-P3.3分别与4个发光二极管连接起来，P3.4与蜂鸣器的输入连接起来。
在伟福中将程序文件编译成目标文件后，将下载线安装在实验平台的下载线接口上，运行“MCU下载程序”，选择相应的flash数据文件，点击“编程”按钮，将程序文件下载到单片机的Flash中。
然后，上电重新启动单片机，检查所编写的程序是否达到题目的要求，是否全面完整地完成试题的内容。
3.3.2程序设计
//晶振11.0592MHz，T1每250微秒中断，按键P1.0-P1.7，发光二极管接P3.0-P3.3，p3.4
/*变量的定义:
show_val[6]:
显示的值
init_val[6]:
密码初始值
key_val:
返回按键的值255-表示无按键按下
key_index:
当前按键是哪一位密码
T1_cnt:
定时器计数溢出数
cnt_val_15s:
报警计时的数值
cnt_val_5s:
待机时间计时
cnt_val_4s:
输入正确，等待4秒清除开锁信号
cnt_state:
计时状态
error_num:
错误次数
led_seg_code：
数码管7段码
*/
#include"reg51.h"
/*说明key0=P1^0;key1=P1^1;key2=P1^2;key3=P1^3;key4=P1^4;key5=P1^5;enter=P1^6;esc=P1^7;*/
sbitrelay_open=P3^0;//电磁锁开锁驱动
sbitpw_error=P3^1;//密码错误信号
sbitalarm_out=P3^2;//报警输出
sbitopen_lock=P3^3;//已开锁指示信号
sbitaudio_out=P3^4;//有源蜂鸣器
unsignedchardatacnt_val_15s,cnt_val_5s,cnt_val_4s,cnt_state;
unsignedintdataT1_cnt;
unsignedchardatakey_val,key_index,key_val_old;
unsignedchardatastate_val,error_num;
unsignedchardatashow_val[6];
charcodeinit_val[6]={1,2,3,4,5,0};
charcodeled_seg_code[11]={0x3f,0x06,0x05b,0x04f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00};
//led_seg_code[0-9]代表0-9led_seg_code[10]=0x00数码管不显示任何内容
//--------延时程序----------------
voiddelay（unsignedinti）//延时
{while（--i）;}
//--------清除输入内容----------
voidinit_variant（）
{unsignedchari;
for（i=0;i<6;i++）
show_val[i]=10;//led_seg_code[10]=0x00表示数码管不显示任何内容
key_index=0;//没有任何输入或清除所有输入时，保存当前键的位置
}
//---------按键扫描---------------
unsignedcharscan_key（）
{unsignedchari,k;
i=P1;
if（i==0xff&&cnt_state!
=2）
{k=255;}//无键按下
else//有键按下
{delay（500）;//延时去抖动
if（i!
=P1）
{k=255;}
else
{TR1=1;//有键按下则开定时器，启动待机计时
cnt_val_5s=0;
switch（i）
{case0xfe:
k=0;break;
case0xfd:
k=1;break;
case0xfb:
k=2;break;
case0xf7:
k=3;break;
case0xef:
k=4;break;
case0xdf:
k=5;break;
case0xbf:
k=6;break;
case0x7f:
k=7;break;
}
}
}
returnk;
}
//---------数码管显示---------------
voidled_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）;
}
//--------定时器T1中断服务程序-----------------
voidtimer1（）interrupt3//T1中断
{T1_cnt++;
if（T1_cnt>3999）//如果计数>3999,计时1s
{T1_cnt=0;
switch（cnt_state）
{case0:
//待机，需要计时5s
if（cnt_val_5s<5）
{cnt_val_5s++;}
else
{cnt_val_5s=0;
init_variant（）;//待机计时到5秒时，清除输入的内容
TR1=0;//停止计时
}
break;
case1:
//密码输入正确，需要计时4s
if（cnt_val_4s<4）
{cnt_val_4s++;}
else
{cnt_val_4s=0;
init_variant（）;//密码输入正确，计时到4秒时，清除输入的内容
open_lock=1;//已开锁信号清零
relay_open=1;//开锁信号清零
cnt_state=0;
TR1=0;//停止计时
}
break;
case2:
//密码输入错误3次，计时15s
if（cnt_val_15s<15）
{cnt_val_15s++;}
else
{cnt_val_15s=0;
init_variant（）;//三次密码错误时，计时15秒，清除输入的内容
open_lock=1;//清除所有指示和报警
relay_open=1;
alarm_out=1;
pw_error=1;
cnt_state=0;
TR1=0;//停止计时
}
break;
}
}
}
//--------判断键盘输入内容与密码是否一致------
unsignedcharcheck_input_pw（）
{unsignedchari,k;
k=1;
for（i=0;i<6;i++）
{k=k&&（show_val[i]==init_val[i]）;}
returnk;
}
//---------主程序----------------
main（）
{//初始化各变量
audio_out=1;
P3=0xff;
cnt_val_15s=0;
cnt_val_5s=0;
cnt_val_4s=0;
cnt_state=0;
//0-待机计时5s状态;1-密码正确，计时4s状态;2-三次密码错误，处于计时15秒状态。
T1_cnt=0;
error_num=0;
key_val_old=255;
init_variant（）;
//初始化51的寄存器
TMOD=0x20;//用T1计时8位自动装载定时模式
TH1=0x19;//500微秒溢出一次;250=（256-x）*12/11.0592->x=19
TL1=0x19;
EA=1;//开中断
ET1=1;
TR1=0;//开定时器T1
while
（1）
{key_val=scan_key（）;//按键输入，有键按下key_val为0-7，无键按下key_val为255。
if（key_val!
=key_val_old）
{key_val_old=key_val;
if（key_val!
=255&&cnt_state!
=2）
{audio_out=0;
delay（100）;//延时去抖动
audio_out=1;
switch（key_val）
{case0:
case1:
case2:
case3:
case4:
case5:
if（key_index<6）//密码为6位，超过6位视为输入无效
{show_val[key_index]=key_val;
key_index++;}
break;
case6:
//确认键
if（check_input_pw（））
{//密码正确
error_num=0;//密码输入错误次数清零
//---------
pw_error=1;//密码错误指示灯灭
relay_open=0;//开锁驱动信号灯亮
open_lock=0;//已开锁信号灯亮
//---------
delay（50000）;//两声短“滴”声
audio_out=0;
delay（50000）;
audio_out=1;
delay（50000）;
audio_out=0;
delay（50000）;
audio_out=1;
//---------
cnt_state=1;//下一状态处于4秒计时的状态
TR0=1;//启动定时
}
else
{if（error_num<2）
{error_num++;//输入错误次数小于3次时，没错一次error_num增一
pw_error=0;//密码错误指示灯亮
//-----------
delay（20000）;//一声长“滴”声，提示错误
audio_out=0;
delay（60000）;
audio_out=1;
//-----------
init_variant（）;//清除所有输入，等待下一次输入
}
else//输入错误次数超过3次
{alarm_out=0;//报警灯亮
pw_error=0;//密码错误指示灯亮
error_num=0;//密码输入错误次数清零
//----------
audio_out=0;//长鸣声报警
delay（60000）;
delay（60000）;
delay（60000）;
delay（60000）;
delay（60000）;
delay（60000）;
delay（60000）;
delay（60000）;
delay（60000）;
audio_out=1;
//-------------
TR1=1;//打开定时器计时
cnt_state=2;//下一状态处于15秒计时的状态
}
}
break;
case7:
//取消键
init_variant（）;
break;
}
}
}
led_show（）;
}
}
//-----程序结束-----------------
升级会员 