【正文】 鍵盤功能。 電子密碼鎖的設(shè)計(jì)主要由三部分組成： 4 4 矩陣 鍵盤接口電路、密碼鎖的控制電路、輸出八段顯示電路。 密碼鎖設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題是實(shí)現(xiàn)密碼的輸入、清除、更改、開鎖等功能： （ 1）密碼輸入功能：按下一個(gè)數(shù)字鍵，一個(gè)“－”就顯示在最右邊的數(shù)碼管上，同時(shí)將先前輸入的所有“－”向左移動(dòng)一位。 （ 3）開鎖功能：當(dāng)按下開鎖鍵，系統(tǒng)將輸入與密碼進(jìn)行檢查核對(duì)，如果正確鎖打開，否則不打開。第二步，使用 DXP 2021 設(shè)計(jì)硬件電路原理圖，并設(shè)計(jì) PCB 圖完成人工布線（后因 PCB 板損壞決定采用萬能板焊接的方法）。第四部，使用 PROTEUS 軟件進(jìn)行模擬軟、硬件調(diào)試。 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 2 章 系統(tǒng)方案選擇與論證 系統(tǒng)基本方案 系統(tǒng)框圖 簡(jiǎn)易電子密碼鎖是由 5 個(gè)部分組成，如圖 所示： 圖 電子密碼鎖控制系統(tǒng) 電源模塊：由 +5V 的直流穩(wěn)壓電源供電給整個(gè)系統(tǒng)工作。 單片機(jī)控制模塊：采用支持 ISP 在線編程技術(shù)的單片機(jī) AT89S51 便于燒寫程序。 各模塊方案選擇與論證 （ 1）單片機(jī)的選擇 方案一： 采用 AT89C51 單片機(jī)，它可以與其它 51 系列的單片機(jī)兼容、內(nèi)部 ROM 全部采用FLASH ROM、最高時(shí)鐘頻率可達(dá) 24MHz 且能以 3V 超低壓工作。 方案二： 鍵盤模塊 電源模塊 報(bào)警模塊 顯示模塊 單 片 機(jī) 控 制 模 塊 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 采用 AT98S51 單片機(jī)，它具同時(shí)被 AT98C51 的全部功能外，還支持 ISP 在線編程技術(shù)且內(nèi)部 ROM 為 8KB 有利于功能擴(kuò)展。 方案二：采用矩陣式鍵來控制 把按鍵按行列組成矩陣，在行列交點(diǎn)上都對(duì)應(yīng)有一個(gè)鍵，這樣使用的按鍵要少，為判定有無鍵被按下以及被按鍵的位置，這種稱為鍵掃描法。 （ 3）顯示模塊的選擇 方案一：數(shù)碼管靜態(tài)顯示 采用 LED 數(shù)碼管靜態(tài)顯示方法，電路容易理解，驅(qū)動(dòng)程序簡(jiǎn)單，但需要每個(gè)數(shù)碼管都要一塊 74LS47 來驅(qū)動(dòng)顯示 ，增高了成本，浪費(fèi)系統(tǒng)硬件資源，而需要占用單片機(jī)多個(gè) I/O 口。硬件利用效率高，驅(qū)動(dòng)程序容易理解和編程。此方案有美觀、顯示清晰多樣的優(yōu)點(diǎn)。 （ 4）數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)選擇 采用 74LS47 驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管和 74LS138 譯碼器來控制數(shù)碼管的 COM 端，因?yàn)?74LS47 只能驅(qū)動(dòng)共陽數(shù)碼管，而 74LS138 的輸出為低電平有效。 方案一： 74LS04 芯片的選擇 采用 74LS04 芯片做反向器， 74LS47 是集成六反向器芯片 ,剛好可驅(qū)動(dòng)六個(gè)數(shù)碼管 ,湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 但是它的輸入輸出引腳兩邊均分布 ,造成跳線較多給電路焊接時(shí)帶來麻煩影響了整塊電路的美觀度。 （ 5）報(bào)警模塊的選擇 方案一： 采用語音報(bào)警，雖然可以使整個(gè)系統(tǒng)更加完美，但是會(huì)使程序更加復(fù)雜而且提高了整個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)。 系統(tǒng)各模塊的最終方案 結(jié)合整個(gè)系統(tǒng)的功能、成本、美觀度等綜合考慮，用 AT89S51 單片機(jī)為主控模塊、用 4 4 鍵盤輸入、用 74LS4 74LS138 和三極管來驅(qū)動(dòng)六個(gè)數(shù)碼管做顯示模塊、用發(fā)光二極管和蜂鳴器做為報(bào)警模塊。然后通 過數(shù)碼顯示模塊來顯示我們所要有數(shù)據(jù)，還有一個(gè)就是報(bào)警模塊，當(dāng)輸入的密碼 相同時(shí)，則顯示模塊的燈點(diǎn)亮，當(dāng)輸入的密碼是錯(cuò)誤時(shí)，綠燈點(diǎn)亮，報(bào)警模塊立 刻發(fā)出聲音報(bào)警。 主要單元電路的設(shè)計(jì) 鍵盤掃描模塊電路的設(shè)計(jì) 如圖 所示，本模塊的作用是進(jìn)行鍵盤的掃描，首先判定有沒有鍵被按下，然后再判定被按鍵的位置，因?yàn)殒I盤矩陣有鍵被按下時(shí)，被按鍵處的行線和列線被接通，使得開關(guān)之間接通。 圖 鍵盤掃描模塊 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 單片機(jī)控制模塊電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)作為本裝置的核心器件，在系統(tǒng)中起到控制聲光報(bào)警、以及數(shù)碼動(dòng)態(tài)顯示的作用，其中采用的是 AT89S51， AT89S51 是標(biāo)準(zhǔn)的 40 引腳雙列直插式集成電路芯片，有 4 個(gè)八位的并行雙向 I/O 端口，分別記作 P0、 P P P3。 P0 口接兩個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)蜂鳴器以實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能，P2 口連接一片七段譯碼器和一片 38 譯碼器以動(dòng)態(tài)掃描方式同時(shí)驅(qū)動(dòng)六個(gè)數(shù)碼管， P1 口與 16 個(gè)陣列式按鍵相連實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤的掃描。如圖 所示 圖 單片機(jī)控制模塊 湖南工業(yè)大學(xué)專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 聲光報(bào)警模塊電路的設(shè)計(jì) 圖 聲光 報(bào)警模塊 如圖 所示，本模塊的作用是當(dāng)開鎖按鈕被按下時(shí)，如果數(shù)碼管當(dāng)前顯示值相同，則綠燈點(diǎn)亮，當(dāng)輸入的數(shù)與密碼不同時(shí)，則紅燈點(diǎn)亮并且蜂鳴器立刻發(fā)出聲音報(bào)警。 圖 數(shù)碼顯示模塊 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 從圖中可以看到單片機(jī) P2 口低 4 位連接一片 74LS47 七段譯碼器，由于 74LS47 是共陽極數(shù)碼管的七段譯碼器，因此要選用共陽極的數(shù)碼管。 口接于 38 譯碼器 74LS138 的三個(gè)輸入端，而 74LS138 的輸出端通過三極管分別接于八個(gè)數(shù)碼管的公共極。由于 74LS138 是低電位有效，所以應(yīng)該采用 PNP 型的三極管來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，在此三極管相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)的作用依靠這兩塊芯片就可以控制數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描顯示。在第一時(shí)刻輸出“ 0001”給 74LS47，讓數(shù)碼管顯示“ 1”，同時(shí)輸出“ 000” 給 74LS138，選擇第一個(gè)數(shù)碼管工作，其余數(shù)碼管不工作，這樣第一時(shí)刻就只有第一個(gè)數(shù)碼管顯示“ 1”，其余數(shù)碼管均不顯示。人的肉眼只能分辨 秒內(nèi)的變化，所以如果以每一時(shí)刻 秒的頻率循環(huán)變化，看起來就感覺每一個(gè)數(shù)碼管都被點(diǎn)亮了，顯示“ 123456”。當(dāng)開鎖按鈕被按下時(shí)，如果數(shù)碼管與當(dāng)前顯示值相同，則點(diǎn)亮 LED1；當(dāng)數(shù)碼管值不同時(shí)，則點(diǎn)亮 LED2，并且立刻發(fā)出報(bào)警聲音。顯示完畢就跳加掃描子程序繼續(xù)對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，如此循環(huán)。 鍵盤掃描子程序 圖 鍵盤掃描子程序流程圖 鍵盤掃描程序說明：給鍵盤所連接的 P2 口賦掃描碼，例如： MOV P2， 0FEH， 則掃描最后一行按鍵。而 P2 口的高 4 位通過按鍵與低 4 位相連，所以此時(shí) 從P2 口的高 4 位就可以讀入低 4 位的數(shù)據(jù)。隨后再依次對(duì) P2 口寫入 FDH、 FBH、 07H，分別掃描第三、第二、第一行，這樣交替循環(huán)便可完成對(duì) 4 4 鍵盤的掃描。 開鎖子程序 開鎖程序說明 :判斷 30H 到 35H 單元里的數(shù)據(jù)與 40H 到 45H 單元里的數(shù)據(jù)是否相同 ,如果相同 ,開鎖成功綠燈亮；如果不相同，開鎖不成功報(bào)警紅燈亮且蜂鳴器響。 開始 （ 30H）～ (35H) = (40H ) ～ (45H) ? 開鎖 返回 報(bào)警 YES NO 開始 成功開鎖 修改密碼 不修改 返回 YES NO 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第 5 章系統(tǒng)仿真與調(diào)試 系統(tǒng)仿真過程 開始時(shí)的數(shù)碼管顯示“ ”，等待輸入密碼。如圖 所示： 圖 數(shù)碼管顯示 F 密碼輸入正確時(shí)，數(shù)碼管顯示簡(jiǎn)單的便是“ pass”，同時(shí)綠色指示燈亮起，開鎖電路運(yùn)行，鎖被打開。如圖 所示： 圖 當(dāng)需要關(guān)閉密碼鎖的時(shí)候，直接按下鍵盤上的“ lock”鍵即可鎖定。如圖 所示： 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 仿真調(diào)試中遇到的困難及解決方法 (1)問題描述：密碼在未輸入 6 位的情況下，摁下“ enter”鍵， 數(shù)碼管顯示“ false”，無法返回初始輸入界面“ ”。 (2)問題描述：密碼正確輸入，“ enter”鍵確認(rèn)后，數(shù)碼管顯示“ pass”，這時(shí)直接按“ clr”鍵，屏幕上顯示“ error 1”，并且報(bào)警，數(shù)碼管無法恢復(fù)正常狀態(tài)。 (3)問題描述：在系統(tǒng)正常運(yùn)行后，如果密碼鎖被用戶打開，此時(shí)用戶可以按下“ lock”鍵對(duì)其重新上鎖，但在運(yùn)行過程中，雖然系統(tǒng)可以重新上鎖，但會(huì)在重新上鎖前，出現(xiàn)報(bào)警，并且數(shù)碼管顯示“ error 1”。所以應(yīng)在檢測(cè)按鍵時(shí)，等待按鍵的復(fù)原，再進(jìn)行跳轉(zhuǎn)執(zhí)行該按鍵的程序指令。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí)。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)也讓我看到了團(tuán)隊(duì)的力量，我認(rèn)為我們的工作是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作，團(tuán)隊(duì)需要個(gè)人，個(gè)人也離不開團(tuán)隊(duì)，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中只有一個(gè)人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個(gè)人都知道，否則一個(gè)人的錯(cuò)誤，就有可能導(dǎo)致整個(gè)工作失敗。 不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。良好的編程習(xí)慣，它可以使你的程序很方便的被別人閱讀，也很方便的被更改，所以可以的話，盡可能多的寫出注釋，沒有人會(huì)閑你寫的太多。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做 的也不太好，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。讓我知道了學(xué)無止境的道理。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。當(dāng)我打完畢業(yè)論文的最后一個(gè)字符，涌上心頭的不是長(zhǎng)途跋涉后抵達(dá)終點(diǎn)的欣喜，而是源自心底的誠(chéng)摯謝意 。 周老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時(shí)三載，卻給以終生受益無窮之道。 學(xué)生簽名： 日 期： 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 參考文獻(xiàn) [1] 郇玉龍 .《 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā) 》 [M].山東： 山東師范大學(xué) 出版社， 2021： 5153， 59. 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