毕业论文：基于单片机的多功能密码锁的设计与实现

毕业论文：基于单片机的多功能密码锁的设计与实现内容摘要：

计算机中，从而向 计算机 发出命令、输入数据等。 键盘的分类 按照键盘的工作原理和按键方式的不同，可以划分为四种： （ 1） 机械式键盘（ Mechanical) 采用类似金属接触式开关，工作原理是使触点导通或断开，具有工艺简单、噪音大、易维护的特点。 （ 2） 塑料薄膜式键盘 (Membrane） 键盘内部共分四层，实现了无机械磨损。 其特点是低价格、低噪音和低成本，已占领市场绝大部分份额。 （ 3） 导电橡胶式键盘（ Conductive Rubber） 触点的结构是通过导电橡胶相连。 键盘内部有一层凸起带电的导电橡胶，每个按键都对应一个凸起，按下时把下面的触点接通。 这种类型键盘是市场由机械键盘向薄膜键盘的过渡产品。 （ 4） 无接点静电电容式键盘（ Capacitives） 使用类似电容式开关的原理，通过按键时改变电极间的距离引起电容容量改变从而驱动编码器。 特点是无磨损且密封性较好。 按其结构形式可分为以下两种： （ 1）编码键盘 编码键盘采用硬件方法产生键码。 每按下一个键，键盘能自动生成键盘代码，键数较多，且具有去抖动 功能。 这种键盘使用方便，但硬件较复杂， PC 机所用键盘即为编码键盘。 （ 2） 非编码键盘 非编码键盘仅提供按键开关工作状态，其键码由软件确定，这种键盘键数较少，硬件简单，广泛应用于各种单片机应用系统 ,本次设计使用非编码键盘。 按照键盘与单片机的连接方式可分为一下两种： （ 1)独立式键盘 独立式键盘，顾名思义，即各按键相互独立，每个按键占用一根 I/O 口线，每根I/O 口线上的按键工作状态不会影响其他按键的工作状态。 这种按键软件程序简单，但占用 I/O 口线较多（一根口线只能接一个键），适用于键盘应用数量较少的系统中。 （ 2）矩阵 式键盘 矩阵式键盘又称行列式键盘，在其行、列交汇点接有若干个按键。 当需要较多按键时，与独立式键盘相比，单片机口线资源利用率大幅提高了。 但若需要更多的键盘，需采用接口扩展技术，如 8155等。 综上所述，结合实际情况 ,本次设计选用非编码矩阵式键盘。 非编码矩阵式键盘，作为单片外围电路，应具有如下功能： （ 1） 键扫描功能，即检测是否有键按下。 （ 2） 键识别功能，确定被按下键所在的行列的位置。 （ 3） 产生相应的键的代码（键值）。 11 （ 4） 消除按键弹跳及对于多键串键（复按）。 非编码矩阵式键盘工 作原理主要以下几方面： (1)键扫描 键盘上的键按行列组成矩阵，在行列交点上都有对应有一个键。 为判定有无键被按下（闭合）以及被按键的位置，一般使用扫描法。 首先判定有没有键被按下。 键盘的行线一端经电阻接 +5V 电源，另一端接单片机的输入口线。 各列线的一端接单片机的输出口线，另一端悬空。 为判定有没有键按下，可先向所有列线输出低电平，然后再输入各行线状态。 若行线状态皆为高电平，则表示无键按下；若行线状态中有低电平则表明有键按下。 然后再判定被按键的位置。 因为键盘矩阵有键被按下时，被按键处的行线和列 线被接通，使穿过闭合键的那条行线变成低电平。 （ 2）去抖动 当扫描表明 有键 被按下之 后， 紧急着应进行 去抖动处理。 因为常用键盘的键实际上是一个机械开关结构，被按下时， 由于 机械触点的 弹性 及电压突然跳变等原因 ， 在触点闭合或断开的瞬间会出现电压的抖动。 抖动时间长短与键的机械特性有关， 一般为 5～ 10ms。 而键稳定闭合时间和操作者的按键动作有关，约为十分之几到几秒不等。 抖动现象会引起 CPU 对一次键操作进行多次处理，从而可能产生错误，因而必须设法消除抖动的不良后果。 通过去抖动处理，可以得到按键闭合与断开的稳定状态。 去抖动的 方法有硬件与软件两种：硬件方法是加去抖动电路，如可通过 RS触发器实现硬件去抖动；软件方法是在第一次检测到键盘按下后，执行一段 2030ms 的延迟子程序后再确认该键是否确实按下，躲过抖动，待信号稳定之后，再进行键扫描。 为了简单起见，本设计采用软件方法去抖动。 （ 3） 键码计算 为了准确判断闭合键的位置，要对每个按键进行编码。 根据矩阵式键盘的结构，采用行扫描的键位识别方法。 使某条列线为低电平，如果这条列线上没有闭合键，则各行线的状态都为高电平；如果列线上有键闭合，则相应的那条行线即变为低电平。 于是就可以根据行 线号与列线号计算出闭合键的键码。 扫描时由第一列开始，然后行线状态状态输入单片机，判断哪一行有键闭合，若无键闭合，再扫描第二列，检测下一列各行键闭合状态，由此一直扫描下去。 至此扫描似乎已经可以结束，但是实际上扫描往往要继续进行下去，以发现出现的多键同时被按下。 最后得出被按下键的行号、列号，计算键码，公式如下： 键码 = 行首键号 +列号 （ 4）等待键释放 计算键码后，再以延时后进行行扫描的方法等待键释放。 等待键释放是为了保证键的一次闭合仅进行一次处理。 （ 5） 键处理子程序 在计算机中每一个键都对应一个处理 子程序，得到闭合键的键码后，就可以根据键码，转到相应的键处理子程序，进行字符、数据的输入或命令处理，这样就可以实现该键的功能。 （ 6）键盘扫描的中断控制方式 在单片机系统中， CPU除了对键盘进行处理外，还要进行数据处理、结果输出 12 显示及其它各种控制，因此键盘处理不应占用 CPU 过多的时间，但又必须保证 CPU能够检测到键盘的工作。 为提高 CPU 的工作效率，可采用中断扫描方式。 当无键闭合时， CPU 处理自已的工作，当有键闭合时，产生中断请求， CPU 转去执行键盘扫描子程序并执行相应的功能。 设计中可采用 4输入与门用于产 生键盘中断，其输入端与各行线相连，输出端接至 SM8958的外部中断输入端。 当无键盘闭合时，与门各输入端均为高电平，输出端为高电平；当有键闭合时， 为低电平，于是向 CPU 申请中断。 若 CPU 开放中断，则会响应该键盘中断，转去执行键盘扫描子程序。 显示电路 显示器是最长用的输出设备。 特别是发光二极管（ LED）和液晶显示器（ LCD），犹豫结构简单、价格便宜、接口容易，得到广泛的应用，尤其在单片机系统中大量使用。 LED 结构与 原理 LED 就是 Light Emitting Diode ，发光二极管的英文缩写，简称 LED。 它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。 LED的技术进步是扩大市场需求及应用的最大推动力。 最初， LED 只是作为微型指示灯，在计算机、音响和录像机等高档设备中应用，随着大规模集成电路和计算机技术的不断进步， LED 显示器正在迅速崛起，近年来逐渐扩展到证券行情股票机、数码相机、 PDA 以及手机领域。 LED 显示器集微电子技术、计算机技术 、信息处理于一体，以其色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点，成为最具优势的新一代显示媒体，目前， LED 显示器已广泛应用于大型广场、商业广告、体育场馆、信息传播、新闻发布、证券交易等，可以满足不同环境的需要。 通过发光二极管芯片的适当连接（包括串联和并联）和适当的光学结构。 可构成发光显示器的发光段或发光点。 由这些发光段或发光点可以组成数码管、符号管、米字管、矩阵管、电平显示器管等等。 通常把数码管、符号管、米字管共称笔画显示器，而把笔画显示器和矩阵管统称为字符显示器。 LED 结构 基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片按一定排列方式组合而成。 可实现 0～ 9的显示。 其具体结构有“反射罩式”、“条形七段式”及“单片集成式多位数字式”等。 说明如下： （ 1）反射罩式数码管一般用白色塑料做成带反射腔的七段式外壳，将单个 LED 贴在与反射罩的七个反射腔互相对位的印刷电路板上，每个反射腔底部的中心位置就是 LED 芯片。 在装反射罩前，用压焊方法在芯片和印刷电路上相应金属条之间连好φ 30μ m 的硅铝丝或金属引线，在反射罩内滴入环氧树脂，再把带有芯片的印刷电路板与反射罩对位粘合 ，然后固化。 反射罩式数码管的封装方式有空封和实封两种。 实封方式采用散射剂和染料的环氧树脂，较多地用于一位或双位器件。 空封方式是在上方盖上滤波片和匀光膜，为提高器件的可靠性，必须在芯片和底板上涂以透明绝缘胶，这还可以提高光效率。 这种方式一般用于四位以上的数字显示（或符号显示）。 （ 2）条形七段式数码管属于混合封装形式。 它是把做好管芯的磷化镓或 13 磷化镓圆片，划成内含一只或数只 LED 发光条，然后把同样的七条粘在日字形“可伐”框上，用压焊工艺连好内引线，再用环氧树脂包封起来。 （ 3）单片集成式多位数 字显示器是在发光材料基片上（大圆片），利用集成电路工艺制作出大量七段数字显示图形，通过划片把合格芯片选出，对位贴在印刷电路板上，用压焊工艺引出引线，再在上面盖上“鱼眼透镜”外壳。 它们适用于小型数字仪表中。 （ 4）符号管、米字管的制作方式与数码管类似。 （ 5） 矩阵管（发光二极管点阵）也可采用类似于单片集成式多位数字显示器工艺方法制作。 LED 显示器分类 （ 1）按字高分：笔画显示器字高最小有 1mm（单片集成式多位数码管字高一般在 2～ 3mm）。 其他类型笔画显示器最高可达 （ 英寸）甚至达数百 mm。 （ 2）按颜色分有红、橙、黄、绿等数种。 （ 3）按结构分，有反射罩式、单条七段式及单片集成式。 （ 4）从各发光段电极连接方式分有共阳极和共阴极两种。 LED 显示器的参数 由于 LED 显示器是以 LED 为基础的，所以它的光、电特性及极限参数意义大部分与发光二极管的相同。 但由于 LED 显示器内含多个发光二极管，所以需有如下特殊参数： （ 1）发光强度比 由于数码管各段在同样的驱动电压时，各段正向电流不相同，所以各段发光强度不同。 所有段的发光强度值 中最大值与最小值之比为发光强度比。 比值可以在 ～ 间，最大不能超过。 （ 2）脉冲正向电流 若笔画显示器每段典型正向直流工作电流为 IF，则在脉冲下，正向电流可以远大于 IF。 脉冲占空比越小，脉冲正向电流可以越大。 LCD 结构与原理 LCD 就是 Liquid Crystal Display，液晶显示器的英文缩写，简称 LCD。 它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管。