1、南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文）作 者： 楊勇學號： 240051837系部：康尼學院專業(yè)：電子信息工程題 目：編碼鍵盤式電子密碼鎖指導者：徐偉業(yè)講師（姓名）（專業(yè)技術職務）評閱者：（姓名）（專業(yè)技術職務）2009年6月南京coded electronic locks keyboarda dissertation submitted tonanjing institute of technologyfor the academic degree of bachelor of sciencebyyong yangsupervised bylecturer wei-ye xuschool of

2、kongninanjing institute of technologyjune 2009摘要隨著人規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，特別是單片機的問世，出現(xiàn)了帶微處 理器的幫能密碼鎖，它除具有屯子密碼鎖的功能外，還引入了科能化管理、專 家分析系統(tǒng)等功能，從而使密碼鎖具有很高的安全性、可靠性，應用日益廣泛。木文從經(jīng)濟實用的角度出發(fā)，采用美國atmel公司的單片機at89c51,結 合外圍的鍵盤輸入、顯示、報警等電路，用匯編語言編寫主控芯片的控制程序, 設計了一款設置6位密碼，密碼通過鍵盤輸入，若密碼正確，則將鎖打開，具 有報警功能的電子密碼鎖。本設計是基于單片機的密碼鎖設計方案，根據(jù)要求，給出了該單片

3、機密碼 鎖的硬件電路和軟件程序，在protues上實現(xiàn)了功能的仿真，通過調試軟換件 實現(xiàn)了密碼的正確輸入則顯示綠燈，密碼輸入錯誤則亮紅燈，蜂鳴器響的功能。關鍵字：4x4矩陣鍵盤；at89c51； led顯示；報警系統(tǒng)abstractwith the development of large-scale integrated circuit technology, especially the advent of single-chip, a microprocessor with intelligent locks, which in addition to the functions of

4、electronic locks, but also the introduction of intelligent management, expert analysis system, etc. function, so that locks with high security, reliability, application of the increasingly widespread.this article from the economical and practical point of view, the use of us single-chip atmets at89c

5、51, combined with the external keyboard input, display, alarm circuits, assembly language with the preparation of master chip control procedures, designed a set 6 password, password through the keyboard input, if the password is correct, it will open the lock, alarm function with electronic locks.th

6、e design is based on the single-chip design of the locks, according to the requirements given in the single-chip hardware circuitry locks and software programs, protues achieved in the simulation function, through the debug hardware and software to achieve the correct password enter the show the gre

7、en light, the password input error is red, ring buzzer functionkeywords: 4x4 matrix keyboard; at89c51; led display; alarm system第一章緒論11.1引言11.2背景11. 3電子鎖21.4電子密碼鎖的特點31.5電子密碼鎖的發(fā)展趨勢4第二章硬件電路設計及實現(xiàn)52. 1系統(tǒng)整體設計52. 2單片機控制系統(tǒng)62.2. 1單片機應用與發(fā)展62. 2. 289s51 芯片72.2.3at89s51芯片控制電路設計 92.3外圍電路錯誤！未定義書簽。2.3. 1復位電路102.

8、3. 274ls245 芯片102.3.3數(shù)碼管122.3.4發(fā)光二極管142. 3.5 4x4矩陣鍵盤152. 3. 6蜂鳴器162.4整體電路原理圖152.4. 1電路原理圖152.4.2制圖與制版18第三章軟件設計及實現(xiàn)203. 1軟件開發(fā)環(huán)境203.2程序編寫流程193. 3程序設計原理233.3. 1 4x4鍵盤識別程序263.3.2數(shù)碼管顯示程序2830第四章綜合調試4. 1硬件調試304. 2軟件調試314. 3綜合調試31第五章結論與展望32致謝33參考文獻35附錄a 總原理圖36附錄b具體程序37批注lil： 14倍行距第一章緒論1.1引言隨看單片機的迅速發(fā)展，其應用領域越來

9、越廣，如消費電子、家用電器、 辦公設備、商業(yè)營銷設備、工業(yè)控制和機電一體化控制系統(tǒng)、智能測量儀表以 及汽車與航空航天電子系統(tǒng)屮都廣泛采用了單片機。51系列單片機市于具有 可靠性好，以及擴展控制功能強等優(yōu)點，成為國內目前應用最廣泛的一種8 為單片機之一。隨著單片機的應用領域越來越廣泛，可以看出其的優(yōu)越性和可 靠性，所以將其應用到保密和安全方面足必然的，也是相當可靠，相當有意義 的，基于單片機的電子密碼鎖的研究在保護財產(chǎn)和人身安全方ifii可以給人們帶 來更多更好的選擇。在日常的生活和工作中，住宅與部門的安全防范、單位的 文件檔案、財務報表以及一些個人資料的保存多以加鎖的辦法來解決。若使用 傳統(tǒng)的

10、機械式鑰匙開鎖，人們常需攜帶多把鑰匙，使川極不方便，且鑰匙丟失 后安全性即大打折扣。隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對日常生活中的安全保 險器件的要求越來越高。為滿足人們對鎖的使用要求，增加其安全性，用密碼 代替鑰匙的密碼鎖應運而生。密碼鎖具有安全性高、成本低、功耗低、易操作 等優(yōu)點。在女全技術防范領域，具有防盜報警功能的電子密碼鎖逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng) 的機械式密碼鎖，克服了機械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點，使密碼 鎖無論在技術上還是在性能上都大大提高一步。隨著人規(guī)模集成電路技術的發(fā) 展，特別是單片機的問世，出現(xiàn)了帶微處理器的智能密碼鎖，它除具有電子密 碼鎖的功能外，述引入了智能化管理、專家分析系統(tǒng)

11、等功能，從而使密碼鎖具 有很高的安全性、可靠性，應用日益廣泛。隨看人們對安全的重視和科技的發(fā) 展，許多電子智能鎖（指紋識別、ic卡辨認）已在國內外相繼面世。但是這 些產(chǎn)品的特點是針對特定的指紋和有效卡，只能適用于保密要求的箱、柜、門 等。而fl指紋識識別器若在公共場所使用存在容易機械損壞，ic卡還存在容 易丟失、損壞等特點。加上其成木較高，一定程度上限制了這類產(chǎn)品的普及和 推廣。鑒于口詢的技術水平與市場的接收程度，電子密碼鎖是這類電子防盜產(chǎn) 品的主流o批注u2:少前面的點目錄出不來1.2背景隨著社會物質財富的日益增長，安全防盜己成為社會問題。而鎖自古以來 就是把守門戶的鐵將軍，人們對它要求甚高

12、，既要安全可靠地防盜，乂要使用 方便，這也是制鎖者長期以來研制的主題。目前國內，大部分人使用的還是傳 統(tǒng)的機械鎖。然而，眼下假冒偽劣的機械鎖泛濫成災，互開率非常之高。所謂 互開率，是各種鎖具的一個技術質量標準，也就是1把鑰匙能開兒把鎖的比率。 經(jīng)國家工商局、國家內貿局、中國消協(xié)等部門對鎖具市場的調查，發(fā)現(xiàn)個別產(chǎn) 品的互開率居然超標26倍。為何彈子鎖的“互開率”會如此z高？據(jù)有關專家人士剖析，彈子鎖質量 好壞主要取決于彈子數(shù)量的多少以及彈子的大小，而彈子的多少和大小受一定 條件的限制。此外，即使是一把質量過關的機械鎖，通過急開鎖，甚至可以在 不損壞鎖的前提下將鎖打開。機械鎖的這些脾端為一種新世的

13、鎖-一電子密碼 鎖，提供了發(fā)展的空間。1.3電子鎖電子鎖是采取電子電路控制，以屯磁鐵或者衛(wèi)星電機和鎖體作為執(zhí)行裝宜 的機電一體化鎖具，相比傳統(tǒng)的機械鎖具，電子鎖不使用金屬鑰匙，保密性、 楮度都右很人提高。電子鎖的發(fā)明思路，源自古代發(fā)明的自動機械，例如古希臘數(shù)學家赫倫的 液壓口動門，中國古代諸葛亮的木牛流馬，它們以重力或蒸汽壓力驅動，授廣 泛的用途乃是用在古代墓道的地f機關。電子工業(yè)的誕生，使得以微小電量驅 動機械成為可能，于是有了電子鎖一口千里的躍進。1.4電子密碼鎖的特點電子密碼鎖是一種通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作，從而控制機械 開關的閉合，完成開鎖、閉鎖任務的電子產(chǎn)品。它的種類很多，

14、有簡易的電路 產(chǎn)品，也有基于芯片的性價比較高的產(chǎn)品。現(xiàn)在應用較廣的電子密碼鎖是以芯 片為核心，通過編程來實現(xiàn)的。其性能和安全性已大大超過了機械鎖，特點如 下：1. 保密性好，編碼兩多，遠遠大于彈子鎖。隨機開鎖的成功率幾乎為零。2. 密碼可變。用戶可以經(jīng)常更改密碼，防止密碼被盜，同時也可以避免因人 員更替而使鎖的保密級下降。3. 誤碼輸入保護。當輸入密碼多次錯誤吋，報警系統(tǒng)會自動啟動。4. 電子密碼鎖操作簡單易行，一學即會。從口前的技術水平和市場認可程度看，使用最為廣泛的是鍵盤式電子密碼 鎖，該產(chǎn)品主要應用于保險箱、保險柜和金庫，還有一部分應用于保管箱和運 鈔車。鍵盤式電子密碼在鍵盤上輸入，與打

15、電話差不多，因而易于掌握，其突 出優(yōu)點是“密碼”是記在被授權人腦子里的數(shù)字和字符，既準確乂可靠，不會 丟失（除了忘記），難以被竊（除非自c泄露）。但是密碼不能太簡單，太簡 單了就容易被他人在鍵盤上試探出來，或者可能被旁觀者窺測出來，造成保密 性不足。當然，密碼又不能太復雜，太復雜了可能自己都糊涂了，或者輸入密 碼操作成功率低，造成使用不便。因此，為了發(fā)揚優(yōu)點、克服弱點，鍵盤式電 子密碼也在不斷發(fā)展屮，如“任意設定密碼”技術使得被授權人可以根據(jù)自己 的需要或喜好設定密碼，常用常新；而“自動更改密碼”技術使得本次輸入的 密碼將自動更改成下次應輸入的密碼，更改的規(guī)律不為他人所知，因而不怕旁 觀者窺測

16、；獨出心裁的“鍵盤亂序顯示”技術使得鍵盤上的固定鍵位每次顯示 出的字符不固定，并且顯示的窄小角度只能由操作者正面看得到，因而即使旁 觀者看見操作動作也難以窺測出密碼；“多重密碼設定”技術使得單組密碼不 一定有效，適合多人分權使用，需要輸入兩組以上的密碼才被認可，大人提高 t保密性，如果限定輸入這些密碼的先后順序或時間區(qū)段，則保密性還可提高。 在輸入密碼的過程小，為了限制試探密碼的企圖，通常輸入錯誤碼若干次或若 干吋間內輸入不正確，即“封鎖”鍵盤，不再接受輸入操作。總之，盡管新式 電子防盜鎖層出不窮，但鍵盤式電子密碼防盜鎖仍然“老樹發(fā)新芽”，不僅在 市場上居于主流地位，而h，述經(jīng)常作為其他類型電

17、子防盜鎖的輔助輸入手段。1.5電子密碼鎖的發(fā)展趨勢電子防盜鎖應用于金融業(yè)，其根木的作用是“授權”，即被“授權”的人 才可以存取錢、物。廣義上講，金融業(yè)的“授權”主要包括以下三種層次的內 容：1、授予保管權，如使川保管箱、保險箱和保險柜；2、授予出入權，如出 入金庫、運鈔車和保管室；3、授予流通權，如自動存取款。目前，金融行業(yè) 電子防盜鎖的應用主要集中在前兩個層而上。下面將介紹幾種在金融行業(yè)小使 用較多的電子防盜鎖以及它們的技術發(fā)展力向。當然，以上所說的授權技術再高超，都必須由精良的“鎖具”擔當承載 結構部件，實現(xiàn)開啟、閉鎖的功能，而fl承擔實體防護作用，抵抗住或盡量延 遲破壞行為，讓電子防盜鎖

18、“軟、硬不吃”。一般情況下，鎖具防盜的關鍵是 鎖身外殼、閉鎖的部件（如伸縮的鎖舌或鎖栓、鎖扣盒鎖扣板以及依靠電磁力 直接閉鎖的電磁部件等）的強度（應有足夠的機械強度和剛度，能夠承受一定 數(shù)值、一定方向的靜壓力和沖擊力以及力矩）、鎖止型式（能承受某些方式和 工具的作用）、配合間隙（防止采用機械的、電子的方法探入鎖具內部而被開 啟）和布局（將薄弱的、與鎖的開啟宜接相關的零部件和電路置于殼體保護之 下，并且不易被識別出來）。提高電子防盜鎖z防護能力的必然途徑是報警，在金融業(yè)的許多場所有 人值守、有電視監(jiān)控，具有報警功能，可以綜合物理防范和人力防范兩種作用。 報警的前提是具備探測功能，根據(jù)電子防盜鎖的

19、使用場所和防護要求，可選擇 多種多樣的探測手段。在中國的城審金融業(yè)中，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)報警己經(jīng)成為對各金 融網(wǎng)點的基本要求。根據(jù)國內外的實踐經(jīng)驗，金融業(yè)實行安全防范風險等級很有必要，即依 據(jù)使用的防盜報警器材的性能、安裝布局和人員值守狀況等，可以評估被防護 物或區(qū)域的防護能力，得出風險等級，其中，電子防盜鎖的性能至關重要。第二章硬件電路設計及實現(xiàn)2.1系統(tǒng)整體設計本次設計使用atmel公司的at89c51實現(xiàn)一基于單片機的電子密碼鎖的設 計，要具有如下功能：本次設計使用atmel公司的at89c51實現(xiàn)一基于單片 機的電子密碼鎖的設計，其主要具有如下功能：（1）設置6位密碼，密碼通過鍵盤輸入，若密碼正

20、確，則將鎖打開。（2）密碼可以由用戶自己修改設定（只支持6位密碼），鎖打開后才能修改 密碼。修改密碼z前必須再次輸入密碼，在輸入新密碼時候需要二次確認，以 防止誤操作。（3）報警、鎖定鍵盤功能。密碼輸入錯誤數(shù)碼顯示器會出現(xiàn)錯誤提示，若密 碼輸入錯誤次數(shù)超過3次，蜂鳴器報警并且鎖定鍵盤。電子密碼鎖的設計主要由三部分組成：4x4矩陣鍵盤接口電路、密碼鎖的控 制電路、輸出八段顯示電路。另外系統(tǒng)還有l(wèi)ed提示燈，報警蜂鳴器等。 密碼鎖設計的關鍵問題是實現(xiàn)密碼的輸入、清她、更改、開鎖等功能： 密碼輸入功能：按下一個數(shù)字鍵，一個“一”就顯示在最右邊的數(shù)碼管上, 同時將先而輸入的所有"一”向左移動

21、一位。 密碼清除功能：當按下清除鍵時，清除前面輸入的所有值，并清除所有顯 /jl 0 密碼更改功能：將輸入的值作為新的密碼。 開鎖功能：當按下開鎖鍵，系統(tǒng)將輸入與密碼進行檢査核對，如果正確鎖打 開，否則不打開。系統(tǒng)框圖如下圖：鍵盤模塊數(shù)碼顯示模塊紅綠燈顯示模塊紅綠燈顯示模塊蜂鳴器模塊蜂嗚器模塊圖2.1系統(tǒng)總框圖2. 2單片機控制系統(tǒng)2. 2.1單片機應用與發(fā)展在工業(yè)口動化系統(tǒng)中，單片機承擔了實現(xiàn)智能化的任務。由于單片機在體 積、功能、價格利操作性能等方面有著很好的優(yōu)勢，因而得到了廣泛的應川。 單片機是將微處理器、存儲器、定時/計數(shù)器、i/o接口電路等集成在一個芯片 上的大規(guī)模集成電路，本身即是

22、一個小型化的微機系統(tǒng)。自從1976年intel 公司推岀第一批單片機以來，80年代單片機技術進入快速發(fā)展時期，近年來, 隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機繼續(xù)朝快速、高性能方向發(fā)展，從4位、 8位單片機發(fā)展到16位、32位單片機。單片機主要用于控制，它的應用領域 遍及各行各業(yè)，人到航天飛機，小至fi常生活中的冰箱、彩電，單片機都可以 大顯其能。單片機在國內的三大領域屮應川得十分廣泛：(1) 家用電器業(yè)，例如全白動洗衣機、智能玩具；(2) 通訊業(yè)，包括電話、手機和bp機等等；(3) 儀器儀表和計算機外設制造，例如軟破盤、收銀機、電表。除了上述傳統(tǒng)領域外，汽車、電子工業(yè)在國外也是單片機應用十分廣泛的

23、 一個領域。它成本低、集成度高、功耗低、控制功能多，能靈活的組裝成各種 卿能控制裝置，釆取智能控制對受控力狀態(tài)的信息反饋，從而使操作者能夠及 吋了解受控方信息，使產(chǎn)晶達到交互式與智能化，被廣泛應用在智能產(chǎn)晶和工 業(yè)自動化上，同時由它構成的智能儀表解決了長期以來測量儀器中的誤差的修 正、線性處理等問題。同時，單片機具有較強的管理功能。釆用單片機對整 個測量電路進行管理和控制，使得整個系統(tǒng)智能化、功耗低、使用電子元件較 少、內部配線少、成本低，制造、安裝、調試及維修方便。2.2.2 89s51 芯片一、簡介單片機是一種控制芯片，一個微型的計算機，而加上晶振，存儲器，地址 鎖存器，邏輯門，七段譯碼器

24、（顯示器），按鈕（類似鍵盤），擴展芯片，接口 等那是單片機系統(tǒng)。mcs51是指由美國intel公司（對了，就是大名抽鼎的 intel）生產(chǎn)的一系列單片機的總稱，這一系列單片機包括了好些品種，如 8031, 8051, 8751, 8032, 8052, 8752等，其中8051是放早址典型的產(chǎn)品， 該系列其它單片機都是在8051的基礎上進行功能的增、減、改變而來的，所 以人們習慣于用8051來稱呼mcs51系列單片機,intel公司將mcs51的核心 技術授權給了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051為核心的單片機， 當然，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求，其中89s51就是這幾年在

25、 我國非常流行的單片機，其存儲器容量最大且是flash可擦寫的，可以不斷擦 除和燒寫，是一款高性能的芯片。二、89s51引腳功能介紹單片機的40個引腳人致可分為4類：電源、時鐘、控制和i/o引腳。（1）屯源：vcc -芯片屯源，接+5v；vss -接地端；（2）時鐘:xtal1> xtal2 -晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。（3）控制線：控制線共有4根，ale/pr0g:地址鎖存允許/片內eprom編程脈沖 ale功能：用來鎖存p0 口送出的低8位地址 prog功能：片內有eprom的芯片，在eprom編程期間，此引腳輸入編程脈 沖。psen:外rom讀選通信號。rst/vpd:復位/

26、備用電源。 rst （reset）功能：復位信號輸入端。 vpd功能：在vcc掉電情況下，接備用電源。ea/vpp:內外rom選擇/片內eprom編程電源。 ea功能：內外rom選擇端。 vpp功能：片內有eprom的芯片，在eprom編程期間，施加編程電源vpp。（4） i/o 線：89s51 共有 4 個 8 位并行 i/o 端口： po、pl、p2、p3 口，共 32 個引腳。p3 口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制 總線）。三、主要特性與mcs-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4k字節(jié)可重擦寫flash閃速存儲器 4. 0v55v的工作范圍全靜態(tài)操作：0hz-33mhz三

27、級加密程序存儲器128x8字節(jié)內部ram32個可編程i/o 口線 2個16位定時/計數(shù)器6個屮斷源可編程串行uart通道低功耗空閑和掉電模式中斷恢復掉電模式看門狗定時器雙數(shù)據(jù)指針斷電檢舉快速編程時間靈活的isp編程（字節(jié)和頁模式）四、芯片擦除整個perom陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保 持ale管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1” fl在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，at89c51設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支 持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，cpu停止工作。但ram,定時器, 計數(shù)器，

28、串口和屮斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存ram的內容并且凍結 振蕩器，禁止所川其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。2. 2.2 at89s51芯片控制電路設計單片機常用的一些電源、晶震的連接己經(jīng)比較成熟，這里不一一介紹，關 鍵是單片機對74ls245芯片、控鍵、顯示的控制如何接口。p1.0和pl. 1是連接發(fā)光二極管，分別接個電阻然后接5v電源，用于人 機接口的視覺提示燈，分別提示錄、放咅過程。p1.6按鍵，用于密碼錯誤時后的復位。p1.7接蜂鳴器。xi, x2接外部晶體震蕩器，給單片機提供吋鐘周期。reset接左邊復位電 路，是單片機的復位鍵，用來對單片機寄存器清零。2. 3外圍電路2.

29、3. 1復位電路一、基本復位電路復位電路的基木功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定厲, 撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復位信號， 以防電源開關或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位。單片機復位電路原理：電阻給電容充電，電容的電壓緩慢上升直到vcc, 沒到vcc時芯片復位腳近似低電平，于是芯片復位，接近vcc吋芯片復位腳近 高電平，于是芯片停止復位，復位完成。圖1所示的rc復位電路可以實現(xiàn)上 述基本功能，但解決不了電源毛刺（a點）和電源緩慢下降（電池電壓不足） 等問題而fl調整rc常數(shù)改變延吋會令驅動能力變差。左邊的電路為高電平 復位有效，右邊為低電平

30、sin為手動復位開關，ch可避免高頻諧波對電路的干 擾 圖2所示的復位電路增加了二極管，在電源電壓瞬間下降時使電容迅速放電，i定寬度的電源毛刺也可令系統(tǒng)可靠復位。使用比較電路，不但可以解決 電源毛刺造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，而口電源緩慢下降也能可靠復位。q1的放大作用也能改善電路的負載特性，但跳變門檻電壓vt受vcc影響是該電路的突出缺點,使用穩(wěn)壓二極管可使vt基本不受vcc影響。入微電路如下:批注j3：注意圖下面的間vccver圖2.2 rc復位電路距不要太大2.3.274ls245 芯片一、簡介74ls245是我們常用的芯片，用來驅動led或者其他的設備，它是8路同 相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸

31、數(shù)據(jù)。74ls245還具有雙向三態(tài)功能，既 可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。二、引腳描述當8051單片機的p0 口總線負載達到或超過p0最大負載能力時，必須接 入74ls245等總線驅動器。當片選端/ce低電平有效時，dir二“0”，信號由b向a傳輸；（接收）d1r二“1”，信號由a向b傳輸；（發(fā)送）當/ce為高電平吋，a、b均為 高阻態(tài)。由于p2 口始終輸出地址的高8位，接口吋74ls245的三態(tài)控制端/1g和 /2g接地，p2 口與驅動器輸入線對應相連。p0 口與74ls245輸入端相連，/e 端接地，保證數(shù)據(jù)現(xiàn)暢通o 8051的/rd和/psen相與后接dir,使得/rd或/psen 有效吋，

32、74ls245輸入（p0. i-di）,其它吋間處于輸出（p0. i-di）。- - ro1234567d )iaaaaaaaan d g1202 193 “184 175 166 7445 157148910131211jxcgb0b1b2b3b4b5b6b7圖 2. 374ls2452.3.3數(shù)碼管一、碼管的驅動方式數(shù)碼管要正常顯示，就耍用驅動電路來驅動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示 岀我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài) 式兩類。(1) 靜態(tài)顯示驅動：靜態(tài)驅動也稱直流驅動。靜態(tài)驅動是指每個數(shù)碼管的每一 個段碼都由一個單片機的i/o端口進行驅動，或者使用如bcd碼

33、二-十進制譯 碼器譯碼進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度髙，缺點是占用 i/o端口多，如驅動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需耍5x8 = 40根i/o端口來驅 動，耍知道一個89s51單片機可用的i/o端口才32個呢：)，實際應用時必須 增加譯碼驅動器進行驅動，增加了碩件電路的復雜性。(2) 動態(tài)顯示驅動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單-片機中應用垠為廣泛的一種顯示 方式之一，動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a, b, c, d, e, f, g, dp的同 名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極com增加位選通控制電路，位選通 由各自獨立的i/o線控制，當單片機輸出字形碼吋，所有數(shù)碼管都接 收到

34、相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選 通com端電路的控制，所以我們只要將盂要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該 位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管 的的com端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示 過程屮，每位數(shù)碼管的點亮時間為12ms,由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二 極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足 夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果 和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的i/o端口，而口功耗更低。二、數(shù)碼管參數(shù)8字高度：8字上沿與下沿的距離。比外烈

35、高度小。通常用英寸來表示。 范圍一般為0. 25-20英寸。長*寬*高：長一一數(shù)碼管正放吋，水平方向的長度；寬一一數(shù)碼管正放時， 垂直方向上的長度；高一一數(shù)碼管的厚度。時鐘點：四位數(shù)碼管中，笫二位8與第三位8字中間的二個點。一燉用于 顯示時鐘中的秒。三、數(shù)碼管使用的電流與電壓電流：靜態(tài)時，推薦使用10-15ma；動態(tài)吋，16/1動態(tài)扌描吋，平均電流 為4-5ma,峰值電流50-60mao電壓：查引腳排布圖，看一下每段的芯片數(shù)量是多少？當紅色時，使用1. 9v 乘以每段的芯片串聯(lián)的個數(shù)；當綠色時，使川2. iv乘以每段的芯片串聯(lián)的個數(shù)。四、怎樣測量數(shù)碼管引腳，分共陰和共陽找公共共陰和公共共陽：首

36、先，我們找個電源（3到5伏）和1個1k （幾 百歐的也行）的電阻，vcc串接個電阻后和gnd接在任意2個腳上，組合有很 多，但總有一個led會發(fā)光的，找到一個就夠了，然后gnd不動，vcc（串電阻） 逐個碰剩下的腳，如果有多個led （一般足8個），那它就是共陰的了。相反 用vcc不動，gnd逐個碰剩下的腳，如果有多個led （一般是8個）,那它就是 共陽的。也可以直接用數(shù)字萬用表，紅表筆是電源的正極，黑表筆是電源的負 極。2.3.4發(fā)光二極管發(fā)光二極管簡稱led,采用神化鎮(zhèn)、稼鋁神、和磷化稼等材料制成，其內 部結構為一個pn結，具有單向導電性。當在發(fā)光二極管pn結上加正向電壓時，pn結勢壘降

37、低，載流子的擴散運 動人于漂移運動，致使p區(qū)的空穴注入到n區(qū)，n區(qū)的電子注入到p區(qū)，這樣 相互注入的空穴與電子相遇后會產(chǎn)生復合，復合時產(chǎn)生的能量大部分以光的形 式出現(xiàn)，因此而發(fā)光。發(fā)光二極管在制作時，使用的材料有所不同，那么就可以發(fā)出不同顏色的 光。發(fā)光二極管的發(fā)光顏色有：紅色光、黃色光、綠色光、紅外光等。發(fā)光二極管的外形有：圓形、長方形、三角形、正方形、組合形、特殊形等。 常用的發(fā)光二極管應用電路有四種，即直流驅動電路、交流驅動電路、脈沖驅 動電路、變色發(fā)光驅動電路。使川led作指示電路時，應該串接限流電阻，該電阻的阻值大小應根據(jù)不 同的使用電壓和led所需工作電流來選擇。發(fā)光二極管的壓降一

38、般為1.52.0 v,其工作電流一般取1020 ma為宜。2. 3. 5 4x4矩陣鍵盤一、4x4矩陣鍵盤識別處理。二、每個按鍵都有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識別這個按鍵的 編碼。矩陣的行線和列線分別通過州并行接口和cpu通信。鍵盤的一端（列線） 通過電阻接vcc,而接地是通過程序輸出數(shù)字“0”實現(xiàn)的。鍵盤處理程序的 任務是：確定有無鍵按下，判斷哪一個鍵按下，鍵的功能是什么？還要消除按 鍵在閉合或斷開吋的抖動。兩個并行口中，一個輸出打描碼，使按鍵逐行動態(tài) 接地；另一個并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋侍號共同形成鍵編碼而 識別按鍵，通過軟件查表，查出該鍵的功能。其電路原理圖如卜圖：

39、圖2.4鍵盤模塊電路2.3.6蜂鳴器一、蜂鳴器的介紹（1）蜂鳴器的作用 蜂鳴器是一種一體化結構的屯子訊響器，釆用直流電壓 供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設 備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品屮作發(fā)聲器件。（2）蜂鳴器的分類蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。（3）蜂鳴器的電路圖形符號 蜂鳴器在電路中用字母“h”或“ha”（ih標準 用 “fm”、“l(fā)b”、“jd” 等）表示。二、蜂鳴器的結構原理（1）壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹 配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。 多諧振蕩器由晶體管或

40、集成電路構成。當接通電源后（1.515v直流工作電壓）, 多諧振蕩器起振，輸出1. 5、2. 5rhz的咅頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā) 聲。壓電蜂鳴片市鉗鈦酸鉛或規(guī)鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍 上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。（2）電磁式蜂鳴器 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外 殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)牛的音頻侍號電流通過電磁線圈，使電磁線 圈產(chǎn)生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。2. 4整體電路原理圖2.4. 1電路原理圖將系統(tǒng)整個電路的模塊豬加到一張圖上，即是整個硬件設計的電路原理圖，如圖2.

41、 6所示。-*t«ttv 圖2. 5系統(tǒng)電路原理圖2.4.2制圖與制版protel 99 se 是原 protel technology 公司(altium limited) jt發(fā)的基 t windows環(huán)境的電路板設計軟件。它是目前國內最流行的通用eda軟件，通 過將電路原理圖設計、pcb板圖設計、電路仿真和pld設計等多個實用工具軟 件組合后構成eda工作平臺。它是第一個將eda軟件設計成基于windows環(huán)境 的普及型產(chǎn)品。該軟件功能強大，人機交互界而友好，易學易用，現(xiàn)在仍然是 人中專院校電類專業(yè)必修課程，同吋也是業(yè)界人丄首選的電路板設計工具。一般而言，設計電路板授基本的過程

42、可以分為三大步驟t，h12j0(1)電路原理圖的設計電路原理圖的設計主要是川protel99的原理圖設計系統(tǒng)來繪制一張電路 原理圖。在這一過程中，耍充分利用protel99所提供的各種原理圖繪圖工具， 各種編輯功能，來實現(xiàn)我們的目的，即得到一張正確的，精美的電路原理圖。原理圖的設計可按照下而的過程來完成。設置圖紙大小。首先要構思好零件圖，設計好圖紙大小。圖紙大小是根據(jù) 電路圖的規(guī)模和復雜程度而定的，設置合適的圖紙大小是設計好原理圖的第一 步。設置 protel 99/schematic 設計環(huán)境。設置 protel 99/schematic 設計環(huán) 境包括設置格點大小和類型，光標類型等等，大多

43、數(shù)參數(shù)也可以使用系統(tǒng)默認 值。旋轉零件。用戶根據(jù)電路圖的需要，將零件從零件庫甲放置到圖紙上， 并對放置零件的序號、零件的封裝等進行定義和設定工作。原理圖布線。利用protel 99/schematic提供的各種工具，將圖紙上的元 件用具有電氣意義的導線、符號連接起來，構成一個完整的原理圖。調整線路，將初步繪好的電路圖作進一步的調整和修改，使得原理圖更加 美觀。報表輸出通過protel 99/schematic提供的各種報表t具生成各種報表 其屮最重要的報表是網(wǎng)絡表，通過網(wǎng)絡表為后續(xù)的電路板設計做準備。文件保存及打印輸出。這是最后的步驟。(2) 產(chǎn)生網(wǎng)絡表網(wǎng)絡表是電路原理圖(sch)和印制電路板

44、設計(pcb)z間的一座橋梁。網(wǎng)絡 表町以從電路原理圖中獲得，也町以從印制電路板中提取出來。(3) 印制電路板的設計規(guī)劃電路板。在繪制印制電路板之前，用戶要對電路板有一個初步的規(guī)劃, 比如說電路板采川多人的物理尺寸，采川兒層電路板(單面板還是雙面板)， 各個元器件采用何種封裝形式及安裝位置等等。這是一項極其重要的工作，是 確定電路板設計的框架。設置參數(shù)。參數(shù)的設置是屯路板設計的井常重耍的步驟。設置參數(shù)主耍是 設置元器件的布置參數(shù)、層參數(shù)、布線參數(shù)等等。一般說來，有些參數(shù)用其默 認值即可，有些參數(shù)在使用過pr0tel99se以后，即第一次設置后，兒乎無需 更改。裝入網(wǎng)絡表及元器件封裝。網(wǎng)絡表是電

45、路板自動布線的靈魂，也是電路原 理圖設計系統(tǒng)與印制電路板設計系統(tǒng)的接口。因此這一步是非常重要的環(huán)節(jié)。 只有將網(wǎng)絡表裝入之后，才可能完成對電路板的自動布線。元器件的封裝就是 元器件的外形，對于每個裝入的元器件必須有響應的外形封裝，才能保證電路 板布線的順利進行。元器件的布局。元器件的布局可以讓pr0tel99se自動布局。規(guī)劃好電路 板并裝入網(wǎng)絡表后，川戶可以讓程序自動裝入元器件，并自動將元器件布置在 電路板邊框內。pr0tel99se也可以讓用戶手工布局。元器件的布局合理，才 能進行下一步的布線工作。自動布線。pr0tel99se采用世界最先進的無網(wǎng)格、基于形狀的對角線自 動布線技術。只要將有

46、關的參數(shù)設置得當，元器件的布局合理，自動布線的成 功率是很高的。手工調整。自動布線結束后，往往存在令人不滿意的地方，這時就需要進 行手工調整。文件保存及輸出。完成電路板的布線后，保存完成的電路線路圖文件。然 后利用各種圖形輸出設備，如打印機或繪圖儀輸出電路板的布線圖。印制電路板的設計主要是針對protel99的另外一個重要的部分pcb而言 的，在這個過程中，我們借助protel99提供的強大功能實現(xiàn)電路板的版而設 計。第三章軟件設計及實現(xiàn)3.1軟件開發(fā)環(huán)境系統(tǒng)的軟件部分采用在ketl編譯器環(huán)境下進行編程取，ketl c-51軟件是 眾多單片機開發(fā)的優(yōu)秀軟件z，它集編輯，編譯，仿真于一體，支持匯

47、編， plm, c等多種程序設計語言，界而友好。熟悉keil軟件的應用（1）建立一個新工程。單擊“progect”菜單，從下拉菜單中選中“new project"選項。（2）然后選擇你要保存的路徑，輸入工程文件的名字，比如保存到c51 的目錄里，工程文件的名字為c51。（3）這是會彈出一個對話框，要求你選擇單片機的型號，你可以根據(jù)你 使用的單片機來選擇，keil c51兒乎支持所有的51核單片機。（4）單擊file菜單，再下拉菜單中單擊new選項。（5）回到編輯界面后，單擊“target 1 ”前面的+號，然后在sourcegroup 1 上單擊右鍵，然后單擊 “add file t

48、o group 'source group '1”。（6）"source group 1” 文件夾中多了一個子項"textl.asm"。子項 的多少與所增加的源程序的多少相同.在輸入程序時，如果事先保存了待編輯 的文件，keil c51會自動識別關鍵字，并以不同的顏色提示，這樣會使我 們少犯錯誤，有利于提高編程效率。程序輸入完畢后（7）程序輸入完畢后，單擊“project”菜單，再在下拉菜單屮單擊 "built target"選項（或者使用快捷鍵f7）,編譯成功后，再單擊“project”菜單，在下拉菜單中單擊“start/st

49、op debug session,（或者使用快捷鍵 ctrl+f5）o（8）調試程序：單擊“debug”菜單,在下拉菜單中單擊“go”選項，（或 者使用快捷鍵f5）,然后再單擊“debug”菜單，在下拉菜單中單擊“stop running"選項（或者使用快捷鍵esc）；再單擊“view”菜單，再在下拉菜單 中單擊“serial windows #”選項,就可以看到程序運行后的結果。至此，我們在keilcol上做了一個完整工程的全過程。但這只是純軟件 的開發(fā)過程，還要使用程序下載器看一看程序運行的結杲。(9 )單擊"project”菜單，轉在下拉菜單中單擊"opt

50、ions for target * target 1',單擊"output"中單擊"create hex file” 選項，使程序 編譯后產(chǎn)生iiex代碼，供下載器軟件使用。把程序下載到aduc841單片機中。3. 2程序編寫流程批注u4：空白頁太大軟件設計主耍是按硬件完成語音存儲與再現(xiàn)的流程，在程序設計時考慮到 接口的實用性，采用信號檢測與査詢的方式進行控制。電路接通電源后一直對 按鍵進行査詢，一旦有鍵按下，判斷按鍵指示，然后轉向相應的子程序執(zhí)行。 具體過程見流程圖，如圖3.1所示。圖3.1主程序流程圖3. 3程序設計原理3.3. 1 4x4鍵盤掃描識別

51、把每個鍵都分成水平和垂直的兩端接入，比如說掃描碼是從垂直的入，那就代表 那一行所接收到的掃描碼是同一個bit,而讀入掃描碼的則是水平，掃描的動作是先 輸入掃描碼，再去讀取輸入的值，經(jīng)過比對之后就可知道是哪個鍵被按下。比如說 掃描碼送入01111111,詢面的0111是代表此吋掃描第一行p1.0列，而后而的1111 是讓讀取的4行接腳先設為vcc,若此時笫一行的笫三列按鍵被按下，那讀取的結果 就會變成01111101 （注意1111變成1101）,其中l(wèi)sb的第三個bil會由1變成0, 這是因為這個按鍵被按下z后，會被垂育的掃描碼電位short,而把讀取的lsb的bit 電位拉到0,此即為擔描原

52、理。由于這種按鍵是機械式的開關，當按鍵被按下吋，鍵 會震動一小段時間才穩(wěn)定，為了避免讓8051誤判為多次輸入同一按鍵，我們必須在偵測到有按鍵被按下，就delay -小段時間，使鍵盤以達穩(wěn)定狀態(tài)，再去 判讀所按下的鍵，就可以讓鍵盤的輸入穩(wěn)定。程序代碼如下：lscan: movp3,#ofoh；扌”描行碼li: jnbp3. 0,l2lcalldly_sjnbp3. 0,l2movline,#00hljmprscanl2: jnbp3. 1, l3lcalldly sjnbp3. 1,l3movline, #0111ljmprscanl3: jnbp3. 2,1.4lcalldly_sjnbp3.

53、 2,l4movline,#02hljmprscanl4:jnbp3. 3, aolcalldly sjnbp3. 3, aomovline, #0311rscan: movp3,#0fh；掃描列碼cl: jnbp3. 4, c2movrow, #0011ljmpcalcuc2: jnbp3. 5,c3movrow, #0111ljmpcalcuc3:jnbp3. 6, clmovrow, #0211calcu: mova, line;計算鍵值movb,#03hmulabadda, rowmovval, avlx vlxvlx wj wj vl vlxvlxvfx vfxvfxvfx vfx

54、vlx;以下為按鍵處理程序，對不同的按鍵作出響應cjnea,#oah, ji;是否為"cut鍵movr1,key_cntcjnerl,#00h,j2lcallalarm 1ljmp startj2:lcall shiftrdec key_cntwoo:lcall disp；等待按鍵抬起movcjneljmpwo 1:movcjneljmpw02:sjmpa, p3a,#ofh,w01aoa, p3a,#ofoh, w02aowooj1:movcjnemovcjnemovcjnemovcjnemovcjnemovcjnemovcjnemovcjnea, vala, #obh, j3rl

55、, key_cntrl,#06h, j4a,word 1a, 3eh, j5a,word_2a, 3fh, j5a,word_3a,40h, j5a,w0rd_4a,41h, j5a, wori)_5a,42h, j5a, wori)_6a,43h, j5；判斷是否為enter鍵；比較密碼clrpl. 0lcalldly_lljmpfinij5:lcallalarm 2ljmpstartj4:lcallalarm 1ljmpstartj3: inckey_cnt；按下數(shù)字鍵mova,key_cntcjnea, #0711, kilcallalarm_1w10:lcalld1sp；等待按鍵抬起mova, p3cjnea, #0f