【導(dǎo)讀】集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個。人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律。結(jié)果由本人承擔(dān)。介紹電子保險盒的背景和市場狀況；分析按鍵掃描方法，重點(diǎn)掌握矩陣按鍵掃描方式；構(gòu)建密碼實(shí)現(xiàn)思路，實(shí)現(xiàn)密碼輸入、密碼保存等相關(guān)功能；掌握音樂實(shí)現(xiàn)原理，實(shí)現(xiàn)音樂播放功能，并用Proteus對設(shè)計進(jìn)行仿真；對設(shè)計情況進(jìn)行分析總結(jié)。[1]陳明熒：單片機(jī)課程設(shè)計實(shí)訓(xùn)教材[M]，北京清華大學(xué)出版社，:178-191.相比傳統(tǒng)的鎖具，具有安全。性高，性能穩(wěn)定，方便等優(yōu)勢，因此具有較大的市場需求。統(tǒng)中，通過多種更加安全，更加可靠的技術(shù)實(shí)現(xiàn)大門的管理。但國內(nèi)自行研制開發(fā)的電子鎖，其市場結(jié)構(gòu)尚未形成。，及時與指導(dǎo)老師交流，聽取老師的建議。2020年4月：動筆寫論文，并修改論文，交給指導(dǎo)老師評閱并定稿；2020年5月上旬：制作PPT，完成畢業(yè)論文答辯。[2]王嘯東，王春燕.基于單片機(jī)智能電子琴的設(shè)計[J].信息技術(shù)教學(xué)與研究，2020.:128.

　　

【正文】 ，輔以若干外圍電路。，外圍電路均是單向輸入或輸出。電源部分為整個系統(tǒng)供電，采用 5V 直流電源。鍵盤輸入部分采用 4*4矩陣行列鍵盤，需不斷掃描檢查有無按鍵按下。復(fù)位部分提供手動復(fù)位功能，當(dāng)系統(tǒng)生異常或未知錯誤時可以由用戶手動復(fù)位單片機(jī)。晶振部分是 提供外部石英晶體諧振器。系統(tǒng)輸出有：系統(tǒng)顯示部分，為用戶操作提供狀態(tài)顯示，通過這些 顯示狀態(tài)，用戶就可以知道是什么情況，以及如何操作。這些顯示， 通過 led 燈變化來實(shí)現(xiàn)的。如按鍵按下有效時，我就通過藍(lán)燈閃爍狀態(tài)提示以及密碼正確時，我就通過綠燈變亮來顯示，錯誤時，紅燈變亮來顯示等。音樂部分是音樂運(yùn)用的部分，只有密碼解鎖成功時，音樂部分開始播放音樂，當(dāng)密碼鎖定后，音樂部分就會播放警示音樂。音樂部分在實(shí)物中，應(yīng)有放大電路和濾波電路部分，這樣產(chǎn)生的聲音才會動聽。總體設(shè)計框圖如圖 1所示。 圖 1 總體設(shè)計框圖 單片機(jī)的基本知識 由于本人設(shè)計的系統(tǒng)是基于 51 單片機(jī)的，用的核心芯片是 AT89C51，那么它有哪些功能和特點(diǎn)呢 ?下面我先給單片機(jī)及其芯片一個詳細(xì)的了解 . 單片機(jī)微控制器就是把中央處理單元、存儲器、輸入 /輸出口等，全部放置在一個芯片中，只要再配置幾個小零件，如電阻、電容、石英晶體、連接器等，即可形成完整的微型計算機(jī)。作為集 CPU， RAM， ROM（或 EPROM）， I/O 接按鍵電路 顯示電路 音樂播放 振蕩電路 電源 單片機(jī) （ AT89C51） 復(fù)位電路 7 口，定時器 /計數(shù)器，中斷系統(tǒng)為一體的單片機(jī)，具有整個系統(tǒng)體積小，成本低、可靠度高等優(yōu)勢，是目前微 型計算機(jī)控制系統(tǒng)主流。目前世界單片機(jī)的生產(chǎn)廠商很多，如 Intel， Motorola， Philips， NEC， ADM， Zilog 等公司，其主流產(chǎn)品有十幾個系列，幾百個品種 [3]。 單片機(jī)的發(fā)展包括單片機(jī)本身整體的發(fā)展、存儲器的發(fā)展以及片內(nèi) I/O 口的發(fā)展，那它具有發(fā)展變化呢，下面來具體說明： ：向高性能化，大容量，微型化，外圍電路內(nèi)裝化等方面發(fā)展。 (1)采用雙 CPU 結(jié)構(gòu)，以提高處理速度和處理能力。 (2)增加數(shù)據(jù)總線寬度，以提高數(shù)據(jù)處理速度和處理能力。 (3)采用流水結(jié)構(gòu)。指令以隊(duì) 列形式出現(xiàn)在 CPU 中，從而具有很快的運(yùn)算速度。 (4)串行總線結(jié)構(gòu)。 (1)增加存儲容量。片內(nèi) RAM 可達(dá) 256B。片內(nèi)存儲器存儲容量的增大有利于外圍擴(kuò)展電路的簡化，從而提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，降低產(chǎn)品的成本。 (2)片內(nèi) EPROM 開始到 EPROM 平方化。 (3)程序保密化。 I/O 口改進(jìn) 一般單片機(jī)都有較多的并行口，以滿足外圍設(shè)備，芯片擴(kuò)展的需要，并配有串行口。 核心芯片 AT89C51 的介紹 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器 [4]。其主要特性： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 8 三級程序存儲器鎖定 128 8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 現(xiàn)在來細(xì)說其各個管腳的： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電 流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。當(dāng) P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 9 P3 口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號， 此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP ：當(dāng) /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序 存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 AT89C51 管腳圖如圖 2 所示 [5]。 圖 2 AT89C51 管腳圖 10 手動復(fù)位電路 按鍵手動復(fù)位有電平方式 和脈沖方式兩種。 按鍵電平位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與 VCC 接通而實(shí)現(xiàn)的。 按鍵脈動復(fù)位則是利用 RC 分電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的。 復(fù)位 RST 蕩器運(yùn)行時，有兩個機(jī)器周期（ 24 個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個腳保持高電平， 51 芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后 P0－ P3 口均置 1 引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為 ROM 的 0000H處開始運(yùn)行程序。本系統(tǒng)采用的是手動復(fù)位電路。 復(fù)位電路圖如圖 3 所示。 圖 3 復(fù)位電路圖 單片機(jī)振蕩電路 單片機(jī)晶振提供了單片機(jī)工作所需的時鐘頻率，單片機(jī)提供的時 鐘頻率越高，則單片機(jī)的工作速率越快。 單片機(jī) XIAL1 和 XIAL2 分別接 30PF 的電容，中間再并個 12MHZ 的晶振，形成單片機(jī)的晶振電路。晶振電路如圖 4 所示。 圖 4 晶振電路 11 鍵盤輸入設(shè)計電路 本系統(tǒng)由于要輸入數(shù)字信號和控制功能比較多，同時單片機(jī)的 I/O資源有限，本設(shè)計就采用矩陣式鍵盤，其好處是能減少鍵盤與單片機(jī)接口時所占用的 I/O 線的數(shù)目，在按鍵比 較多的時候，通常采用這樣方法。 每一條水平（行線）與垂直線（列線）的交叉處不相通，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 條行線和 M 條列線，即可組成具有N M 個按鍵的鍵盤。 在這種行列式矩陣鍵盤非鍵盤編碼的單片機(jī)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。 4 4 矩陣鍵盤的工作原理 在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少 I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口（如 P1 口）就可以 構(gòu)成 4*4=16 個按鍵，比 直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成 20 鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（ 9 鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。 本設(shè)計的按鍵電路如圖 5 所示 ，按鍵接單片機(jī)的 P1 口， 4 條行線接 P1 口低4 端；列線接 P1 口的高 4 端。 圖 5 按鍵電路 12 狀態(tài)顯示電路及音樂播放模塊 為了方便本系統(tǒng)操作時，顯示出系統(tǒng)狀態(tài)，本系統(tǒng)采用 LED 的狀態(tài)來表示，運(yùn)用 LED 顯示特點(diǎn)是 LED 指引的系統(tǒng)操作明了、能很快根據(jù) LED 很快 知道系統(tǒng)的狀態(tài)以及下 一 步應(yīng)如何操作。本系統(tǒng) P0P3 端口分別接了 LED 綠燈、紅燈、黃燈、藍(lán)燈。綠燈、紅燈狀態(tài)可判斷密碼正誤；黃燈一般是系統(tǒng)鎖定時的狀態(tài)；藍(lán)燈用來表 示按鍵有效顯示的狀態(tài)。音樂播放是通過改變揚(yáng)聲器的頻率來實(shí)現(xiàn)的，本系統(tǒng)將揚(yáng)聲器的一端接單片機(jī) 口，一端接電源，改變單片機(jī) 的狀態(tài)改變揚(yáng)聲器頻率。狀態(tài)顯示電路及音樂播放模塊如圖 6 所示。 圖 6 狀態(tài)顯示電路及音樂播放模塊 13 3 軟件部分設(shè)計 keil 軟件簡介 本設(shè)計軟件部分程序采用 keil 編程和編譯，因此需對 keil 有一定的了解。Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil 的優(yōu)勢 。下面詳細(xì)介紹 Keil C51 開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 C51 工具包的整體結(jié)構(gòu)， uVision 與 Ishell 分別是 C51 for Windows 和 for Dos的集成開發(fā)環(huán)境 (IDE），可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用 IDE 本身或其它編輯器編輯 C 或匯編源文件。然后分別由 C51及 C51 編譯器編譯生成目標(biāo)文件（ .OBJ）。目標(biāo)文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) L51 連接定位生成絕對目標(biāo)文件 (.ABS）。 ABS 文件由OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex 文件，以供調(diào)試器 dScope51 或 tScope51 使用進(jìn)行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM 中 [6]。 使用獨(dú)立的 keil 仿真器時，注意的事項(xiàng)： *仿真器標(biāo)配 的晶振，但用戶可以