基于STC15F2K60S2單片機的電子密碼鎖設計

摘要：電子密碼鎖具有安全性高、保密性好等優點。現利用YL-236單片機控制裝置安裝與調試實訓平臺，在STC15F2K60S2單片機的基礎上設計一種電子密碼鎖系統，由單片機控制矩陣鍵盤模塊實現密碼輸入功能，數碼管顯示模塊顯示密碼鎖相關信息，繼電器模塊控制開鎖。

關鍵詞：單片機;電子密碼鎖;報警裝置

1? ? 系統方案設計

本次設計的電子密碼鎖采用STC15F2K60S2單片機為核心控制器件，利用實訓臺上鍵盤輸入模塊——4×4行列鍵盤完成輸入，當按下“復位”或“清除”鍵時，所有的數碼管無顯示。當按下0～9中的一個數字鍵時，數碼管最右一位顯示按下的數字，再次按下一個數字鍵時，上次按下的數字左移一位，在數碼管右起第2位顯示，最右一位顯示按下的數字，以此類推，實現如手機撥號時的效果[1]，如圖1、圖2所示。

當輸完6位數字后，不再響應輸入的數字鍵。按下“確定”鍵時，對輸入的密碼與設定的密碼進行比較。若密碼正確，則控制繼電器吸合開鎖，然后再釋放，此時蜂鳴器發出響聲;若密碼錯誤，繼電器無動作。無論密碼正確與否，數碼管均清屏（默認密碼是123456）。

2? ? 硬件電路設計

根據設計方案，采用YL-236實訓臺上的5個模塊組成電路連接，分別為主機模塊、電源模塊、顯示模塊、繼電器模塊、指令模塊。主機模塊上采用STC15F2K60S2單片機芯片，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碼管8只。其中WR接單片機的P3.6，CS1接P2.6，CS2接P2.7，數據口接單片機主機模塊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口接主機模塊的P1口[2]。按照圖3所示密碼鎖硬件接線圖進行接線。

3? ? 軟件設計

在本次的程序設計中，使用單片機C語言進行系統程序的編寫，在程序編寫之前，歸納總結出程序的流程圖，這樣程序編寫就會思路清楚、層次分明，如圖4所示。在進行程序編寫前，首先要在Keil4中新建項目工程，在項目工程中新建程序文件，選擇本次設計中使用的單片機型號STC15F2K60S2，將單片機的庫文件下載到工程下，之后在編寫程序時就可以引用該單片機的頭文件。程序編譯完，在Keil4編譯環境下實現對系統代碼的調試，生成單片機可執行的程序文件。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中運行，實現效果。如有問題，反復調試編譯，直到成功為止。

3.1? ? 主程序設計

根據程序的流程圖來設計電子密碼鎖子程序，由“開始”進入主程序后系統會初始化，清空顯示緩存。數碼管顯示，循環檢測按鍵是否按下，判斷輸入信號，按下的是數字鍵，送入顯示緩存;按下的是“確定”鍵，校驗密碼是否輸入正確，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

{? init（ ）;? ?//初始化程序，清空顯示緩存

While （1）? ? ?//在主程序中設置死循環程序

{? ?display（ ）;? ? //數碼管顯示子函數

button（ ）;? ? ?//按鍵處理子程序

}

3.2? ? 數碼管顯示數字左移程序

如何實現按數字鍵時，讓數碼管上顯示的數字鍵逐位左移呢？這是此程序的核心要點，可以先定義一個含有6個元素的數組pw用來存放輸入的6位密碼，每次按下數字鍵時，均把該數字送入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。

3.3? ? 密碼校驗程序設計

密碼校驗程序設計就是開鎖子程序，系統會將輸入的密碼與系統密碼設置的密碼進行對比，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，如果此時有某一個鍵按下，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，當一個鍵按下時，必定讀得一對唯一的行值和列值，根據這一對值即可確定閉合鍵。

4? ? 系統的整體測試

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，可對程序進行編譯，編譯的過程中只能找出一些語法錯誤[5]，比如初學者常犯的語法錯誤有：（1）main函數的拼寫錯誤，因主機無法找到主程序而無法運行。（2）自定義的變量，在后面引用時拼寫錯誤。（3）字母大小寫的錯誤，比如數據的輸入、輸出口中的P應該為大寫。（4）語句結束缺少分號。（5）花括號不配對，漏寫或多寫等等。對錯誤的程序反復修改，最終能夠獲得目標代碼。但對于程序功能本身的錯誤是查找不出來的，需要結合程序調試和硬件設備才能得到正確結果。

4.2? ? 硬件調試

主要是檢查一下原理圖，是否出現連接錯誤，是否與程序匹配，導線的通斷情況，模塊的呈現狀態是否正常等，也可以通過電路仿真的方式對電路的功能進行仿真，在仿真中發現電路是否有錯的地方。

5? ? 結語

YL-236單片機安裝與調試實訓裝置涵蓋的內容廣、用途全，是職業院校進行各級別的技能大賽的指定裝置，也是選拔人才的基礎。本文利用此裝置進行電子密碼鎖的相關設計，利用了51單片機的諸多特性，如靈活性強、便于設計等，使得電子密碼鎖能夠貼近實際，保護人們的安全隱私，為人們使用。單片機的設計步驟可以小也可以大，要注意仔細觀察和認真思考，并懂得如何通過實際測試和不斷尋找真理得到最終的正確答案。科學技術的力量是巨大的，在這個科技發展和創新的時代，只有不斷進步，才能取得更好的成果，讓科技給人們帶來更多的好處。本設計結合了鍵盤的物理特性和自身的邏輯思維，單片機的開發可以更進一步。電子鎖的創新不僅僅局限于數字和字母，新的加密形式，如人臉、指紋、體溫等，正在迅速發展，在電子設備領域，還有很長的路要走。

[參考文獻]

[1] 沈紅衛.單片機應用系統設計實例與分析[M].北京：北京航空航天大學出版社，2016.

[2] 譚浩強.C語言程序設計[M].3版.北京：清華大學出版社，2017.

[3] 金杰.MCS-51單片機C語言程序設計與實踐[M].2版.北京：電子工業出版社，2017.

[4] 雷林均.單片機控制裝置安裝與調試[M].北京：電子工業出版社，2011.

[5] 葛金印，商聯紅.單片機控制項目訓練教程[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、電子電器。