基于STC15F2K60S2單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)

摘要：電子密碼鎖具有安全性高、保密性好等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)利用YL-236單片機(jī)控制裝置安裝與調(diào)試實(shí)訓(xùn)平臺，在STC15F2K60S2單片機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種電子密碼鎖系統(tǒng)，由單片機(jī)控制矩陣鍵盤模塊實(shí)現(xiàn)密碼輸入功能，數(shù)碼管顯示模塊顯示密碼鎖相關(guān)信息，繼電器模塊控制開鎖。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);電子密碼鎖;報(bào)警裝置

1? ? 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的電子密碼鎖采用STC15F2K60S2單片機(jī)為核心控制器件，利用實(shí)訓(xùn)臺上鍵盤輸入模塊——4×4行列鍵盤完成輸入，當(dāng)按下“復(fù)位”或“清除”鍵時(shí)，所有的數(shù)碼管無顯示。當(dāng)按下0～9中的一個(gè)數(shù)字鍵時(shí)，數(shù)碼管最右一位顯示按下的數(shù)字，再次按下一個(gè)數(shù)字鍵時(shí)，上次按下的數(shù)字左移一位，在數(shù)碼管右起第2位顯示，最右一位顯示按下的數(shù)字，以此類推，實(shí)現(xiàn)如手機(jī)撥號時(shí)的效果[1]，如圖1、圖2所示。

當(dāng)輸完6位數(shù)字后，不再響應(yīng)輸入的數(shù)字鍵。按下“確定”鍵時(shí)，對輸入的密碼與設(shè)定的密碼進(jìn)行比較。若密碼正確，則控制繼電器吸合開鎖，然后再釋放，此時(shí)蜂鳴器發(fā)出響聲;若密碼錯誤，繼電器無動作。無論密碼正確與否，數(shù)碼管均清屏（默認(rèn)密碼是123456）。

2? ? 硬件電路設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，采用YL-236實(shí)訓(xùn)臺上的5個(gè)模塊組成電路連接，分別為主機(jī)模塊、電源模塊、顯示模塊、繼電器模塊、指令模塊。主機(jī)模塊上采用STC15F2K60S2單片機(jī)芯片，使用雙RS232串口。電源模塊使用直流5 V和12 V電源供電，顯示模塊使用共陽型數(shù)碼管8只。其中WR接單片機(jī)的P3.6，CS1接P2.6，CS2接P2.7，數(shù)據(jù)口接單片機(jī)主機(jī)模塊P0口。使用光電耦合繼電器1只，繼電器控制端口KA1接P2.4，繼電器的公共端COM接地，NO端接蜂鳴器，其余端口不接。指令模塊使用4×4行列鍵盤。ROW0-COL3口接主機(jī)模塊的P1口[2]。按照圖3所示密碼鎖硬件接線圖進(jìn)行接線。

3? ? 軟件設(shè)計(jì)

在本次的程序設(shè)計(jì)中，使用單片機(jī)C語言進(jìn)行系統(tǒng)程序的編寫，在程序編寫之前，歸納總結(jié)出程序的流程圖，這樣程序編寫就會思路清楚、層次分明，如圖4所示。在進(jìn)行程序編寫前，首先要在Keil4中新建項(xiàng)目工程，在項(xiàng)目工程中新建程序文件，選擇本次設(shè)計(jì)中使用的單片機(jī)型號STC15F2K60S2，將單片機(jī)的庫文件下載到工程下，之后在編寫程序時(shí)就可以引用該單片機(jī)的頭文件。程序編譯完，在Keil4編譯環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)代碼的調(diào)試，生成單片機(jī)可執(zhí)行的程序文件。如果沒有問題，就直接利用STC-ISP下載器，把程序下載到單片機(jī)中運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)效果。如有問題，反復(fù)調(diào)試編譯，直到成功為止。

3.1? ? 主程序設(shè)計(jì)

根據(jù)程序的流程圖來設(shè)計(jì)電子密碼鎖子程序，由“開始”進(jìn)入主程序后系統(tǒng)會初始化，清空顯示緩存。數(shù)碼管顯示，循環(huán)檢測按鍵是否按下，判斷輸入信號，按下的是數(shù)字鍵，送入顯示緩存;按下的是“確定”鍵，校驗(yàn)密碼是否輸入正確，正確開鎖，不正確則清空顯示緩存;按下的是“清除”鍵，直接清空顯示緩存。程序如下[3]：

int main（ ）? ? ?//主程序main函數(shù)

{? init（ ）;? ?//初始化程序，清空顯示緩存

While （1）? ? ?//在主程序中設(shè)置死循環(huán)程序

{? ?display（ ）;? ? //數(shù)碼管顯示子函數(shù)

button（ ）;? ? ?//按鍵處理子程序

}

3.2? ? 數(shù)碼管顯示數(shù)字左移程序

如何實(shí)現(xiàn)按數(shù)字鍵時(shí)，讓數(shù)碼管上顯示的數(shù)字鍵逐位左移呢？這是此程序的核心要點(diǎn)，可以先定義一個(gè)含有6個(gè)元素的數(shù)組pw用來存放輸入的6位密碼，每次按下數(shù)字鍵時(shí)，均把該數(shù)字送入pw[0]，而pw[0]送入pw[1]，pw[1]送入pw[2]，pw[2]送入pw[3]，pw[3]送入pw[4]，pw[4]送入pw[5]，顯示程序顯示pw[0]…pw[5]中的數(shù)。

3.3? ? 密碼校驗(yàn)程序設(shè)計(jì)

密碼校驗(yàn)程序設(shè)計(jì)就是開鎖子程序，系統(tǒng)會將輸入的密碼與系統(tǒng)密碼設(shè)置的密碼進(jìn)行對比，密碼輸入正確，繼電器吸合開鎖;密碼輸入錯誤，清空數(shù)碼管顯示屏。

3.4? ? 按鍵處理子程序

在涉及行列式鍵盤的閉合鍵處理程序中，用到的是線反轉(zhuǎn)法，它是一種常用的方法，掃描速度快，還可以很好地解決重鍵問題，具體需要進(jìn)行按鍵去抖和等待按鍵釋放。但在硬件電路上要求行線和列線都要既能作為輸出又能作為輸入，行線和列線上都要有上拉電阻[4]。

首先將行線作為輸出線，列線作為輸入線，先通過行線輸出全0信號，讀入列線的值，如果此時(shí)有某一個(gè)鍵按下，則必然使某一列線值為0;然后將行線和列線的輸入、輸出關(guān)系互換，列線作為輸出線，行線作為輸入線，再通過列線輸出全0信號，讀入行線的值，那么閉合鍵所在的行線上的值必定為0。這樣，當(dāng)一個(gè)鍵按下時(shí)，必定讀得一對唯一的行值和列值，根據(jù)這一對值即可確定閉合鍵。

4? ? 系統(tǒng)的整體測試

包括軟件的測試和硬件的測試。

4.1? ? 軟件測試

程序在Keil軟件中編寫完，可對程序進(jìn)行編譯，編譯的過程中只能找出一些語法錯誤[5]，比如初學(xué)者常犯的語法錯誤有：（1）main函數(shù)的拼寫錯誤，因主機(jī)無法找到主程序而無法運(yùn)行。（2）自定義的變量，在后面引用時(shí)拼寫錯誤。（3）字母大小寫的錯誤，比如數(shù)據(jù)的輸入、輸出口中的P應(yīng)該為大寫。（4）語句結(jié)束缺少分號。（5）花括號不配對，漏寫或多寫等等。對錯誤的程序反復(fù)修改，最終能夠獲得目標(biāo)代碼。但對于程序功能本身的錯誤是查找不出來的，需要結(jié)合程序調(diào)試和硬件設(shè)備才能得到正確結(jié)果。

4.2? ? 硬件調(diào)試

主要是檢查一下原理圖，是否出現(xiàn)連接錯誤，是否與程序匹配，導(dǎo)線的通斷情況，模塊的呈現(xiàn)狀態(tài)是否正常等，也可以通過電路仿真的方式對電路的功能進(jìn)行仿真，在仿真中發(fā)現(xiàn)電路是否有錯的地方。

5? ? 結(jié)語

YL-236單片機(jī)安裝與調(diào)試實(shí)訓(xùn)裝置涵蓋的內(nèi)容廣、用途全，是職業(yè)院校進(jìn)行各級別的技能大賽的指定裝置，也是選拔人才的基礎(chǔ)。本文利用此裝置進(jìn)行電子密碼鎖的相關(guān)設(shè)計(jì)，利用了51單片機(jī)的諸多特性，如靈活性強(qiáng)、便于設(shè)計(jì)等，使得電子密碼鎖能夠貼近實(shí)際，保護(hù)人們的安全隱私，為人們使用。單片機(jī)的設(shè)計(jì)步驟可以小也可以大，要注意仔細(xì)觀察和認(rèn)真思考，并懂得如何通過實(shí)際測試和不斷尋找真理得到最終的正確答案?？茖W(xué)技術(shù)的力量是巨大的，在這個(gè)科技發(fā)展和創(chuàng)新的時(shí)代，只有不斷進(jìn)步，才能取得更好的成果，讓科技給人們帶來更多的好處。本設(shè)計(jì)結(jié)合了鍵盤的物理特性和自身的邏輯思維，單片機(jī)的開發(fā)可以更進(jìn)一步。電子鎖的創(chuàng)新不僅僅局限于數(shù)字和字母，新的加密形式，如人臉、指紋、體溫等，正在迅速發(fā)展，在電子設(shè)備領(lǐng)域，還有很長的路要走。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 沈紅衛(wèi).單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例與分析[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2016.

[2] 譚浩強(qiáng).C語言程序設(shè)計(jì)[M].3版.北京：清華大學(xué)出版社，2017.

[3] 金杰.MCS-51單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2017.

[4] 雷林均.單片機(jī)控制裝置安裝與調(diào)試[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[5] 葛金印，商聯(lián)紅.單片機(jī)控制項(xiàng)目訓(xùn)練教程[M].北京：高等教育出版社，2010.

收稿日期：2020-09-03

作者簡介：馬花萍（1981—），女，河南鞏義人，講師，研究方向：單片機(jī)、電子電器。