【正文】 矩陣鍵盤電路的設(shè)計 為了加強密碼的保密性，采用一個 44 的矩陣式鍵盤可以任意設(shè)置用戶密碼（ 116 位長度），從而提高了密碼的保密性，同時也能減少與單片機接口時所占用的 I/O 口線的數(shù)目，節(jié)省了單片機的寶貴資源，在按鍵比較多的時候，通常采用這種方法。其原理圖如圖 所示。 圖 矩陣鍵盤電路 每一行與每一列的交叉處不相同，而是通過一個按鍵來連通，利用這種行列式矩陣結(jié)構(gòu)只需要 N 根行線與 M 根列線，即可組成具有 N M 個按鍵的矩陣鍵盤。 在這種行列式矩陣鍵盤編碼的單片機系統(tǒng)中， 鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認(rèn)有無按鍵按下的程序段。 當(dāng)確認(rèn)有按鍵按下后，下一步就是要識別哪一個按鍵被按下。對鍵的識別方法通常有兩種：一種是通用的組行掃描查詢法；另一種是速度較快的線反轉(zhuǎn)法。 此系統(tǒng)中，我們采用線反轉(zhuǎn)法。首先辨別鍵盤中有無按鍵被按下，在單片機I/O 口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來判斷。具體方法是：向行線輸出全掃描字 00H，把全部列線置成低電平，然后將列線的電平狀態(tài)讀入累加器 A中。如果有按鍵被按下，總會有一根行線電瓶被拉至低電平從而使行線不全為 1。 判斷鍵盤中哪一個按鍵被按下通常是通 過將列線逐列至低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來實現(xiàn)的。方法是：依次給列線送低電平，然后檢查所有行線狀態(tài)，如果全為 1，則所按下的按鍵不在此列；如果不全為 1，則所按下的按鍵必在此列，而且是在與零電平行線相交的交點上的那個按鍵。 按鍵的操作面板如圖 所示，共計 10 個數(shù)字鍵和 6 個功能鍵，鍵盤側(cè)面還有一個微型蜂鳴器。鍵盤側(cè)面還有一個蜂鳴器，每操作一次，它便發(fā)出聲音，提示操作成功。 0 3214 7658 BA9C FED 圖 10 個數(shù)字鍵用來輸入密碼，另外 6 個功能鍵分別是： A 查看鍵、 B 設(shè) 置新密碼鍵、 C 退格鍵、 D 返回鍵、 E 確認(rèn) /退出鍵和 F 開啟鍵。其中退格鍵的功能是當(dāng)輸入密碼錯誤的時候，清除前面已經(jīng)輸入的數(shù)據(jù)，重新輸入。確認(rèn)鍵的功能是確認(rèn)輸入的密碼。開啟鍵是切換到密碼輸入狀態(tài)，輸密碼前需按該鍵才能開始輸入密碼。按“ F”鍵啟動進(jìn)入輸入密碼程序，按住“ F”鍵不放 3 秒以后進(jìn)入輸入密碼狀態(tài)。在輸入密碼狀態(tài)下， 09 數(shù)字鍵為有效鍵，有時間和次數(shù)限制功能：只有三次輸入密碼機會，每次限制在 10 秒內(nèi)完成，輸入密碼有誤或每次輸入密碼超時，則被認(rèn)為是密碼輸入錯誤。當(dāng) 3 次輸入都錯誤時，程序?qū)⒎祷仄鹗紶顟B(tài)。密碼輸入正 確后，繼電器吸合，表示鎖被打開。在密碼輸入正確的情況下，程序進(jìn)入查看密碼和修改密碼狀態(tài)，按“ E” 鍵退出查看密碼狀態(tài)。按“ B”鍵進(jìn)入重新設(shè)置密碼狀態(tài)，在輸入密碼時，如發(fā)現(xiàn)輸入有誤，可按“ C”刪除后，重新輸入，按“ E”確認(rèn)后，程序退出修改密碼狀態(tài)。按“ D”鍵或等待 10 秒后程序退出修改密碼和查看密碼狀態(tài)，回到起始狀態(tài)。程序內(nèi)定密碼為： 987654，送電開機時，只要輸入內(nèi)定密碼便可開門，這樣可預(yù)防停電后再送電時無密碼可用。當(dāng)密碼輸入錯誤或密碼輸入時間超過規(guī)定的時間時，蜂鳴器報警。 表 按鍵功能表 按鍵 鍵名 功能說明 09鍵 數(shù)字鍵 輸入密碼 A鍵 查看鍵 查看密碼 B鍵 設(shè)置新密碼鍵 設(shè)置新密碼 C鍵 退格鍵 退格刪除 D鍵 返回鍵 返回到開始界面 E鍵 確認(rèn) /退出鍵 確認(rèn) /退出 F鍵 開啟鍵 開啟密碼輸入 報警控制電路的設(shè)計 該電路采用單頻音報警電路，實現(xiàn)單頻音報警的接口電路比較簡單，其發(fā)音元件通?？刹捎脡弘姺澍Q器，當(dāng)在蜂鳴器兩引腳上加 3～ 15V直流工作電壓，就能產(chǎn)生 3kHZ 左右的蜂鳴振蕩音響。壓電式蜂鳴器結(jié)構(gòu)簡單、耗電少，更適于在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用。壓電式蜂鳴器，約需 10mA 的驅(qū)動電流，可在某端口接上一只三極管和電阻組成的驅(qū)動電路來驅(qū)動， 接三極管基極輸入端，當(dāng) 輸出高電平 “1”時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的通電而發(fā)音，當(dāng) 輸出低電平 “0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)音。如圖 所示 圖 報警控制電路 液晶顯示電路 本系統(tǒng)設(shè)計的顯示電路是為了給使用者以提示而設(shè)置的為了達(dá)到界面友好的目的，顯示部分由液晶顯示器 LCD1602 取代普通的數(shù)碼管完成。開鎖時，按下鍵盤上的開鎖按鍵后，利用鍵盤上的數(shù)字鍵 0－ 9 輸入密碼，每按下一個數(shù)字鍵后在顯示器上顯 示一個 *，輸入多少位就顯示多少個 *。當(dāng)密碼輸入完成時，按下確認(rèn)鍵，如果輸入的密碼正確的話， LCD 顯示“ IUPUT RIGHT”，單片機其中 引腳會輸出低電平，使三極管 T2 導(dǎo)通，電磁鐵吸合，繼電器開關(guān)跳轉(zhuǎn)，電子密碼鎖被打開，如果密碼不正確， LCD 顯示屏?xí)@示“ IUPUT ERROR”， 輸出的是高電平，電子密碼鎖不能打開。通過 LCD 顯示屏，可以清楚地判斷出密碼鎖所處的狀態(tài)。電路圖如圖 所示。 圖 顯示器電路 顯示器主要用于顯示以下幾個字符，指示如圖 所示。 圖 （ a） 開機狀態(tài) 圖 (b) 等待輸入狀態(tài) A S W O R D C O N T R O L P S A W O R D D P S 圖 (c) 密碼輸入正確狀態(tài) 圖 (d) 密碼輸入錯誤及輸入密碼超時的提示 I T R I G H N I P U T E R R O R N P U 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用匯編語言編碼。設(shè)計方法是先用文本編輯器編寫源碼，然后用軟件 Keil C51 編譯，如果沒有錯誤，可連接生成 .HEX 格式的文件 (需事先在 Keil C51 中設(shè)置 )。如果有錯誤 則無法連接，但可在生成的 .OBJ 文件中找到代碼錯誤的地方，便于修改。當(dāng)然也可以直接在 Keil 中編碼。生成的 HEX 文件是記錄文本行的 ASCII 文本文件，在 HEX 文件中，每一行是一個 HEX 記錄，由十六進(jìn)制數(shù)組成的機器碼或者數(shù)據(jù)常量。 HEX 文件經(jīng)常被用于將程序或數(shù)據(jù)傳輸存儲到 ROM、 EPROM，大多數(shù)編程器和模擬器使用 HEX 文件。 系統(tǒng)主程序 系統(tǒng)的主程序如圖 41 所示。由于用戶在使用系統(tǒng)的過程中，可能在任何時刻按下任何按鍵，而程序都必須對此作出正確響應(yīng)。 開 始系 統(tǒng) 初 始 化密 碼 輸 入顯 示 菜 單 二鍵 盤 掃 描顯 示 菜 單 一 啟 動 密 碼 輸 入 ？（ F 鍵 按 下 ）鎖 定密 碼 比 較關(guān) 鎖延 時 1 s開 鎖提 示 正 確 密 碼 正 確 ？密 碼 正 確 標(biāo) 志 = 1 ？存 新 密 碼提 示 錯 誤錯 誤次 數(shù) 加 1查 看 密 碼 修 改 密 碼 ？錯 誤 了 3 次 ？ D 鍵 按 下 ？NYNYNYYNYNYN 圖 主程序流程圖 初始化及按鍵識別 如圖 ，系統(tǒng)的初始化包括堆棧起始地址的設(shè)定，兩個定時 /計數(shù)器的設(shè)定，液晶顯示模式的設(shè)定，密碼緩沖區(qū)的初始化，一些自定義數(shù)據(jù)空間的初始化，蜂鳴器初始化發(fā)聲等操作。 系統(tǒng)初始化并讀取密碼完成后，液晶顯示 PASSWORD CONTROL，提示用戶可以輸入密碼。此時程序即不斷測試按鍵，檢查是否有按鍵被按下。如果有，則進(jìn)行按鍵識別；如果沒有按鍵按下，或者按下的按鍵沒有被識別， R3賦值 0FFH，并跳轉(zhuǎn)至按鍵測試。實際程序運行時，絕大部分 時間都在測試按鍵，等待用戶輸入。 載 入初 始 密 碼 讀 取 成 功 ？讀 取 密 碼系 統(tǒng) 初 始 化開 始提 示 輸 入 密 碼按 鍵 測 試 子 程 序有 按 鍵 按 下 ？按 鍵 識 別 子 程 序 識 別 成 功 ？按 鍵 重 定 位延 時 0 . 5 S否是是是否否 圖 初始化及按鍵識別流程圖 開鎖處理 首先 LCD 初始化，輸入密碼，密碼正確則使開鎖電路動作，繼電器得電，開鎖指示燈亮。開鎖程序流程圖如圖 所示。 開 鎖L C D 初 始 化按 開 鎖 鍵輸 入 密 碼L C D 初 始 化確 認(rèn) 程 序 輸 入 密 碼 正 確 ？開 鎖 成 功報 警 程 序返 回是否 圖 開鎖流程圖 改密處理 如圖 ，可以看出，改密鍵的處理流程跟開鎖鍵類似，都需檢查密碼是否正確，錯誤的話，提示重新輸入，只有輸入密碼正確才可以進(jìn)行改密。然后再按更改鍵，密碼 更改程序被調(diào)用，進(jìn)而更改密碼，此過程， LCD 都會顯示信息。 開 始 密 碼 正 確 ？提 示輸 入 新 密 碼密 碼 錯 誤 重 新 輸 入再 次輸 入 新 密 碼對 比 兩 次輸 入 相 同更 改 成 功否否是 圖 改密流程圖 液晶顯示子程序 液晶顯示子程序在每次更新顯示內(nèi)容時都會被調(diào)用，其流程如圖 所示。 開 始清 顯 示寫 指 令 入 I R字 符 地 址 入 D P T R 字 符 = 0 0 H ？寫 結(jié) 束字 符 代 碼 送 入 P 0 口 寫 數(shù) 據(jù) 入 D R地 址 + 1返 回 圖 液晶顯示子程序流程圖 每次更新顯示內(nèi)容前，需清顯示清空 LCD 原先的顯示內(nèi)容，清屏指令的指令碼為 01H，即將 P0 口賦值 01H，然后寫入指令寄存器 IR。 LCD1602 要顯示的內(nèi)容是根據(jù)其控制器內(nèi)置的字符碼表 ，事先列出要顯示的 ASCII 字符串。每次送一個字符的 ASCII 碼入 P0 口，然后寫入數(shù)據(jù)寄存器DR，最后將字符地址加一， LCD1602 會將寫入的 ASCII 碼對應(yīng)的字符依次顯示出來。由于顯示字符串的長度不盡相同，約定每串字符以 00H 結(jié)尾；程序檢測到字符碼為 00H 時，即停止寫入，返回。 LCD 顯示的內(nèi)容在下次更新前會一直保持。 5 仿真調(diào)試與測試 開機后， LCD1602 顯示如圖 所示，等待按鍵輸入 圖 起始狀態(tài) 輸入密碼分兩個過程：首先必須開啟密碼輸入功能才能輸入密碼，按住“ F”鍵 3 秒以上才 能啟動進(jìn)入輸入密碼程序，進(jìn)入輸入密碼狀態(tài)， LCD1602 顯示如圖 所示： 圖 輸入密碼狀態(tài) 此時使用矩陣鍵盤輸入密碼，在輸入密碼狀態(tài)下， 09 為有效數(shù)字鍵。本系統(tǒng)有時間、次數(shù)限制功能，不給別人試探機會：三次輸入密碼機會，每次限制在10 秒內(nèi)完成。 輸入密碼正確后，繼電器吸合，密碼鎖打開， LCD1602 顯示如圖 所示。 圖 輸入正確提示 鍵入密碼有誤或每次輸入密碼時間超過 10 秒，則被認(rèn)為是密碼輸入錯誤。 假如密碼輸入錯誤，則 LCD1602 顯示如圖 所示： 圖 輸入錯誤提 示 當(dāng) 3 次輸入密碼都錯誤時，程序?qū)⒎祷仄鹗紶顟B(tài)，并鎖定。 在密碼輸入正確的情況下，程序進(jìn)入查看密碼和修改密碼狀態(tài)。 按“ A”鍵進(jìn)入查看密碼狀態(tài)， LCD1602 顯示： 按“ E”鍵退出看密碼狀態(tài)。 按“ B”鍵進(jìn)入重新設(shè)置狀態(tài)， LCD1602 顯示： 在輸入新密碼時，如果輸入有誤，可按“ C”刪除后，重新輸入。 按“ E”確認(rèn)后，程序退出修改密碼狀態(tài)。 按“ D”鍵或等待 10 秒后，程序退出修改密碼和查看密碼狀態(tài)，回到起始狀態(tài)。 設(shè)計采用一個超級密碼，送電開機時，只要輸入超級密碼便可開門，這樣可預(yù)防停電后再送電時 無密碼可用。超級密碼為： 987654 總 結(jié) 在著手本次課程設(shè)計時，通過查閱網(wǎng)絡(luò)與圖書館搜集到的資料，再加上指導(dǎo)老師指點，結(jié)合生活中對密碼鎖的功能特性要求，設(shè)計出了這一套電子密碼鎖系統(tǒng)的主要硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)，基本完成了課題的要求。不過由于了解的專業(yè)知識尚淺，對課題的研究經(jīng)驗的不足，使得在技術(shù)的解決與運用上顯得粗糙了一些，特別是功能按鍵的設(shè)定。所幸該系統(tǒng)能基本上完成一個電子密碼鎖應(yīng)有的功能特性：開鎖提示，輸錯報警，密碼修改 ,掉電存儲。本系統(tǒng)用的是 6 位密碼輸入，有 106 種密碼輸入方案，相較于機械鎖 具，防盜能力已經(jīng)相當(dāng)不俗。這個系統(tǒng)軟硬件設(shè)計簡單，易于開發(fā)