在日常的生活和工作中，住宅安全，文件資料的保護(hù)都需要用鎖來保證。傳統(tǒng)往往使用機(jī)械式鑰匙開鎖，但鑰匙丟失會(huì)使鎖的安全性大打折扣。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子密碼鎖應(yīng)運(yùn)而生，而密碼鎖也具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等優(yōu)點(diǎn)。
本設(shè)計(jì)是基于51單片機(jī)，并結(jié)合液晶顯示LCD1602，以及矩陣鍵盤輸入、復(fù)位、電源等電路組合而成。系統(tǒng)能夠完成開鎖、修改密碼等基本功能。整個(gè)設(shè)計(jì)在Keil開發(fā)環(huán)境下，用C語言編寫主控芯片的控制程序來實(shí)現(xiàn)具有多功能的電子密碼鎖。
一、緒論
1.1電子密碼鎖的背景
隨著社會(huì)不斷進(jìn)步，人民生活水平不斷提高,安全成為現(xiàn)代居民最關(guān)心的問題之一。從古至今,鎖一直就是保護(hù)人們財(cái)產(chǎn)的必不可少的工具。目前,我們最常用的鎖就是圓柱形銷栓的彈子鎖,其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便,價(jià)格便宜,但在使用中暴露了很多缺點(diǎn):1、容易被開啟;2、內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高;3、換鎖麻煩;4、互開率高;5、易被破壞;6、帶鑰匙的煩惱;7、鑰匙開門的煩惱。
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(jī)械開關(guān)的閉合,完成開鎖、閉鎖任務(wù)的電子產(chǎn)品。它的種類很多,有簡(jiǎn)易的電路產(chǎn)品,也有基于芯片的性價(jià)比較高的產(chǎn)品。現(xiàn)在應(yīng)用較廣的電子密碼鎖是以芯片為核心,通過編程來實(shí)現(xiàn)的。其性能和安全性已大大超過了機(jī)械鎖。所以，研究電子密碼鎖，符合現(xiàn)在主流發(fā)展趨勢(shì)，具有極大的研究意義和現(xiàn)實(shí)意義，也具有經(jīng)濟(jì)可行性。
1.2電子密碼鎖的特點(diǎn)
1．保密性好,編碼量多,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈子鎖。隨機(jī)開鎖成功率幾乎為零。
2．密碼可變。 用戶可以經(jīng)常更改密碼，防止密碼被盜，同時(shí)也可以避免因人員的更替而使鎖的密級(jí)下降。
3．誤碼輸入保護(hù)。當(dāng)輸入密碼多次錯(cuò)誤時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)。
4. 電子密碼鎖操作簡(jiǎn)單易行，一學(xué)即會(huì)。
5.干擾碼功能。在輸入正確密碼前可輸入任意碼。
6.安保功能。如果連續(xù)輸錯(cuò)4次密碼將會(huì)自動(dòng)斷電3分鐘。
7.緊急開啟功能（Panic Open）。出門時(shí)無需其他操作，只需一次的把手動(dòng)作，可機(jī)械的開啟門，所以遇到火災(zāi)等應(yīng)急狀況下也迅速，安全的開啟門。
8.入侵感應(yīng)功能。在門上鎖的狀態(tài)下，有人破鎖而入時(shí)，會(huì)發(fā)出強(qiáng)力的報(bào)警音。
9.火災(zāi)報(bào)警功能。在室內(nèi)如果溫度達(dá)到75°左右，將會(huì)發(fā)出強(qiáng)力的報(bào)警音，同時(shí)鎖會(huì)自動(dòng)開啟。
10.雙重鎖定功能。外部強(qiáng)制鎖定：在內(nèi)部不能開啟，適用于外出時(shí)，防止有人入侵。內(nèi)部強(qiáng)制鎖定：在外部不能開啟，讓您在家時(shí)更安心、安全。
11.弱電提醒功能。弱電提醒當(dāng)電量不足時(shí)，在啟動(dòng)開門時(shí)，會(huì)有美妙的音樂提示您及時(shí)更換電池。
12.自動(dòng)上鎖功能。采用全自動(dòng)鎖芯，門關(guān)后6秒內(nèi)自動(dòng)上鎖,外出更加安全。
13.外部顯示功能。當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤，鎖舌沒正常鎖到位，室內(nèi)反鎖，弱電等情況下，外部都有提示功能。
1.3電子密碼鎖的設(shè)計(jì)意義
單片機(jī)是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），由運(yùn)算器，控制器，存儲(chǔ)器，輸入輸出設(shè)備等構(gòu)成，相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)。與應(yīng)用在個(gè)人電腦中的通用型微處理器相比，它更強(qiáng)調(diào)自供應(yīng)（不用外接硬件）和節(jié)約成本。它的最大優(yōu)點(diǎn)是體積小，可放在儀表內(nèi)部，但存儲(chǔ)量小，輸入輸出接口簡(jiǎn)單，功能較低。由于其發(fā)展非常迅速，舊的單片機(jī)的定義已不能滿足，所以在很多應(yīng)用場(chǎng)合被稱為范圍更廣的微控制器；從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時(shí)的4位、8位單片機(jī)，已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)在的32位300M的高速單片機(jī)。
單片機(jī)相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)（最小系統(tǒng)），和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)缺少了外圍設(shè)備等。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。
在很多方面單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了廣泛的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多處理器，隨著單片機(jī)家族的發(fā)展壯大，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。
現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件有電子器件的產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電子產(chǎn)品中都含有單片機(jī)。
基于單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)，只需在單片機(jī)外圍接簡(jiǎn)單的接口電路，核心部分由人為寫入程序即可，這樣不僅易于操作，也可使產(chǎn)品成本大大降級(jí)，且容易進(jìn)行升級(jí)改善。該種電子密碼鎖設(shè)計(jì)方法合理，簡(jiǎn)單易行，成本低，符合人們需求，具有一定的商業(yè)價(jià)值和市場(chǎng)推廣性。
二、實(shí)驗(yàn)原理
2.1單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)主要硬件簡(jiǎn)介
單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的硬件采用的是普中科技的HC6800EM3單片機(jī)開發(fā)試驗(yàn)儀，它是具有“實(shí)驗(yàn)、編程、ISP下載線”多功能合一的新一代單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)。該51單片機(jī)學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)板支持STC的增強(qiáng)型51單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)、編程功能，同時(shí)也兼容AVR系列單片機(jī)的燒寫和實(shí)驗(yàn)。
2、實(shí)驗(yàn)板端口資源
整個(gè)板子采取功能模塊化設(shè)計(jì)，也就是說每個(gè)功能模塊都是獨(dú)立，端口之間都未連接，因此做實(shí)驗(yàn)時(shí)候需要學(xué)習(xí)者自己先進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)與連接來搭建。詳細(xì)見實(shí)驗(yàn)板原理圖和每個(gè)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。下表為部分引腳和外圍IC的接口對(duì)照表：
外圍IC與單片機(jī)接口對(duì)照表 | |||||
74HC165 并入串出鎖存器 | CLOCK | P3.6 | 74HC595 串入并出鎖存器 | MISO | P3.4（有短路帽） |
INDAT | P1.7（有短路帽） | SCK | P3.6 | ||
SH/LD | P1.6 | RCK | P3.5 | ||
74HC138 138譯碼器 | A | P2.2 | DS1302 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 | SCK | P3.6 |
B | P2.3 | I/O | P3.4（有短路帽） | ||
C | P2.4 | RST | P3.5 | ||
AT24C02 EEPROM | SCL | P2.1 | PCF8591 數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換 | SCL | P2.1 |
SDA | P2.0 | SDA | P2.0 | ||
繼電器 |
| P1.4（有短路帽） | 蜂鳴器 |
| P1.5（有短路帽） |
紅外接收頭 |
| P3.2（有短路帽） | 溫度檢測(cè) |
| P3.7 |
步進(jìn)馬達(dá) |
| P1.0-P1.3 | 串口通信 |
| P3.0 P3.1 |
1602/12864/彩屏8位數(shù)據(jù)接口 |
| P0.0-P0.7 | NE555 555定時(shí)器 |
| P3.5（有短路帽） |
2.2單片機(jī)開發(fā)軟件簡(jiǎn)介
KeilC51軟件開發(fā)系統(tǒng)簡(jiǎn)介
單片機(jī)開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，匯編語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機(jī)器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機(jī)器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。
單片機(jī)在發(fā)展了這么多年來，出現(xiàn)了各種各樣的編譯軟件，Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，是目前開發(fā)51系列單片機(jī)的主流工具。與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。
C語言是一個(gè)通用的編程語言，它提供高效的代碼、結(jié)構(gòu)化的編程和豐富的操作符。C語言不是一種大語言，不是為任何特殊應(yīng)用領(lǐng)域而設(shè)計(jì)，它一般來說限制較少，可以為各種軟件任務(wù)提供方便和有效的編程。許多應(yīng)用用C比其他語言編程更方便和有效。
優(yōu)化的Cx51的C編譯器完整的實(shí)現(xiàn)了ANSI的C語言標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)8051來說，Cx51不是一個(gè)通用的C編譯器，它首先的目標(biāo)是生成針對(duì)8051的最快和最緊湊的代碼。Cx51具有C編程的彈性和高效的代碼和匯編語言的速度。
C語言不能執(zhí)行的操作如輸入和輸出，需要操作系統(tǒng)的支持的一部分提供，因?yàn)檫@些函數(shù)和語言本身無關(guān)，所以C特別適合對(duì)多平臺(tái)提供代碼。
8051系列是增長最快的微處理器構(gòu)架之一，從不同的芯片廠家提供了400多種新擴(kuò)展的8051芯片，如PHILIPS的8051MX有幾M字節(jié)的代碼和數(shù)據(jù)空間大的應(yīng)用中。為了支持這些不同的8051芯片，Keil提供了幾種開發(fā)工具輸出文件格式，OMF2允許支持最多16MB代碼和數(shù)據(jù)空間的PHILIPS 8051MX結(jié)構(gòu)。
Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。
2.3程序燒錄
程序燒錄有兩種方法：
。
三、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
3.1電子密碼鎖功能簡(jiǎn)介
電子密碼鎖由機(jī)械模塊、集成線路、電子元件、運(yùn)行算法等多部分組成，其核心為芯片，通過程序算法下達(dá)各種指令，由其他部分配合完成密碼的設(shè)置、存貯、識(shí)別和顯示、驅(qū)動(dòng)電磁執(zhí)行器并檢測(cè)其驅(qū)動(dòng)電流值、接收傳感器送來的報(bào)警信號(hào)、發(fā)送數(shù)據(jù)等工作。
密碼鎖的核心原理也很容易讓人理解，單片機(jī)接收用戶輸入的指令（密碼），與存貯在EEPROM中的密碼進(jìn)行對(duì)比。若指令相同，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)開鎖；若指令不同，則提示錯(cuò)誤和重新輸入密碼。同時(shí)芯片會(huì)記錄用戶操作的指令以及芯片做出的反應(yīng)狀態(tài)，作為后續(xù)智能化分析單依據(jù)。
3.2 STC15W4K32S4系列單片機(jī)簡(jiǎn)介
STC15W4K32S4系列單片機(jī)是 單片機(jī)是STC生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是寬電壓/高速/高可靠/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，采用STC第九代加密技術(shù)，無法解密，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內(nèi)部集成高精度R/C時(shí)鐘(±0.3%)，±1%溫飄(-40℃~+85℃)，常溫下溫飄±0.6%(-20℃~+65℃)，ISP編程時(shí)5MHz~30MHz寬范圍可設(shè)置，可徹底省掉外部昂貴的晶振和外部復(fù)位電路(內(nèi)部已集成高可靠復(fù)位電路，ISP編程時(shí)16級(jí)復(fù)位門檻電壓 可選)。8路10位PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(30萬次/秒)，內(nèi)置4K字節(jié)大容量SRAM，4組獨(dú)立 的高速異步串行通信端口(UART1/UART2/UART3/UART4)，1組高速同步串行通信端口SPI， 針對(duì)多串行口通信/電機(jī)控制/強(qiáng)干擾場(chǎng)合。內(nèi)置比較器，功能更強(qiáng)大。
現(xiàn)STC15系列單片機(jī)采用STC-Y5超高速CPU內(nèi)核，在相同的時(shí)鐘頻率下，速度又比STC早期的1T系列單片機(jī)(如STC12系列/STC11系列/STC10系列)的速度快20%。
1.增強(qiáng)型 8051 CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，速度比普通8051快8-12倍
2.工作電壓：2.5V - 5.5V
3.16K/32K/40K/48K/56K/58K/61K/63.5K字節(jié)片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，擦寫次數(shù)10萬次以上
4.片內(nèi)大容量4096字節(jié)的SRAM，包括常規(guī)的256字節(jié)RAM <idata> 和內(nèi)部擴(kuò)展的3840字節(jié) XRAM <xdata>
5.大容量片內(nèi)EEPROM，擦寫次數(shù)10萬次以上 EEPROM，擦寫次數(shù)10萬次以上，擦寫次數(shù)10萬次以上
6.ISP/IAP，在系統(tǒng)可編程/在應(yīng)用可編程，無需編程器/仿真器
7.共8通道10位高速ADC，速度可達(dá)30萬次/秒，8路PWM還可當(dāng)8路D/A使用
8.6通道15位專門的高精度PWM(帶死區(qū)控制)+2通道CCP(利用它的高速脈沖輸出功能可實(shí)現(xiàn)11~16位PWM)----可用來再實(shí)現(xiàn)8路D/A或2個(gè)16位定時(shí)器,或2個(gè)外部中斷(支持上升沿/下降沿中斷)與STC15W4K32S4系列單片機(jī)的6路增強(qiáng)型PWM相關(guān)的端口.上電后默認(rèn)為高阻輸入，上電前用戶須在程序中將該些端口設(shè)置為其他模式(如準(zhǔn)雙向口或強(qiáng)推挽模式);注意該些端口進(jìn)入掉電模式時(shí)不能為高阻輸入，否則需外部加上拉電阻。
9.內(nèi)部高可靠復(fù)位，ISP編程時(shí)16級(jí)復(fù)位門檻電壓可選，可徹底省掉外部復(fù)位電路
10.工作頻率范圍: 5MHz~28MHz, 相當(dāng)于普通8051的60MHz~336MHz
11.內(nèi)部高精度R/C時(shí)鐘(+0.3%)，+1%溫飄( 40°C~+85*C)，常溫下溫飄+0.6%(-20*C~+65*C)
12.不需外部晶振和外部復(fù)位，還可對(duì)外輸出時(shí)鐘和低電平復(fù)位信號(hào)
13.四組完全獨(dú)立的高速異步串行通信端口，分時(shí)切換可當(dāng)9組串口使用:串口1(RxD/P3.0,TxD/P3.1)可以切換到(RxD_2/P3.6,TxD_2/P3.7),還可以切換到(RxD_3/P1.6,TxD_3/P1.7);串口2(RxD2/P1.0,TxD2/P1.1)可以切換到(RxD2_ 2/P4.6,TxD2_2/P4.7)；串口3(RxD3/P0.0,TxD3/P0.1)可以切換到(RxD3_ 2/P5.0,TxD3_ 2/P5.1)；串口4(RxD4/P0.2, TxD4/P0.3)可以切換到(RxD4_ 2/P5.2, TxD4_ _2/P5.3)
注意:建議用戶將串口1放在P3.6/P3.7或P1.6/ P1.7 (P3.0/P3.1作下載/仿真用);若用戶不想切換，堅(jiān)持使用P3.0/P3.1或作為串口1進(jìn)行通信，則務(wù)必在下載程序時(shí)，在軟件上勾選“下次冷啟動(dòng)時(shí)，P3.2/P3.3為0/0時(shí)才可以下載程序”。
14.一組高速同步串行通信端口SPI.
15.支持程序加密后傳輸，防攔截
16.支持RS485下載
17.低功耗設(shè)計(jì):低速模式，空閑模式，掉電模式/停機(jī)模式.
18.可將掉電模式/停機(jī)模式喚醒的定時(shí)器:有內(nèi)部低功耗掉電喚醒專用定時(shí)器。
19.共7個(gè)定時(shí)器，5個(gè)16位可重裝載定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(TO/T1/T2/T3/T4，其中T0/T1兼容普通8051的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器)，并均可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)對(duì)外可編程時(shí)鐘輸出(5通道)，另外管腳SysClkO可將系統(tǒng)時(shí)鐘對(duì)外分頻輸出(+1或+2或+4或+16)，2路CCP還可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器
20.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2，也可實(shí)現(xiàn)1個(gè)16位重裝載定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2也可產(chǎn)生時(shí)鐘輸出T2CLKO
單片機(jī)引腳說明
單片機(jī)的40個(gè)引腳大致可分為4類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。
⒈ 電源:
⑴ VCC - 芯片電源，接+5V；
⑵ VSS - 接地端；
⒉ 時(shí)鐘:XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。
⒊ 控制線:控制線共有4根，
⑴ ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖
① ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址
② PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。
⑵ PSEN:外ROM讀選通信號(hào)。
⑶ RST/VPD:復(fù)位/備用電源。
① RST（Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。
② VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。
⑷ EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。
① EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。
② Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。
⒋ I/O線
80C51共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線）。
3.3LCD1602簡(jiǎn)介
工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。（16列2行）
1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。
1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。
市面上字符液晶大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。
1602LCD 主要技術(shù)參數(shù)：
顯示容量:16×2 個(gè)字符
芯片工作電壓:4.5—5.5V
工作電流:2.0mA(5.0V)
模塊最佳工作電壓:5.0V
字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm
管腳功能：
1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：
第1腳：VSS為電源地
第2腳：VCC接5V電源正極
第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。
第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。
第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作。
第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平（1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。
第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。
第15～16腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。
特性
3.3V或5V工作電壓，對(duì)比度可調(diào)
內(nèi)含復(fù)位電路
提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能
有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM
內(nèi)建有192個(gè)5X7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM
8個(gè)可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM
特征應(yīng)用
微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。
操作控制
注：關(guān)于E=H脈沖——開始時(shí)初始化E為0，然后置E為1。
字符集
1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。
在單片機(jī)編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如'A’。因?yàn)镃GROM儲(chǔ)存的字符代碼與我們PC中的字符代碼是基本一致的，因此我們?cè)谙駾DRAM寫C51字符代碼程序時(shí)甚至可以直接用P1=‘A’這樣的方法。PC在編譯時(shí)就把'A'先轉(zhuǎn)換為41H代碼了。
字符代碼0x00~0x0F為用戶自定義的字符圖形RAM(對(duì)于5X8點(diǎn)陣的字符，可以存放8組，5X10點(diǎn)陣的字符，存放4組)，就是CGRAM了。
0x20～0x7F為標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼，0xA0～0xFF為日文字符和希臘文字符，其余字符碼(0x10～0x1F及0x80～0x9F)沒有定義。
以下是1602的16進(jìn)制ASCII碼表地址：讀的時(shí)候，先讀左邊那列，再讀上面那行，如：感嘆號(hào)！的ASCII為0x21，字母B的ASCII為0x42（前面加0x表示十六進(jìn)制）。
1602LCD 的指令說明及時(shí)序
1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令。
控制命令表
序號(hào) | 指令 | RS | R/W | D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 | ||
1 | 清顯示 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | ||
2 | 光標(biāo)返回 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | * | ||
3 | 置輸入模式 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | I/D | S | ||
4 | 顯示開/關(guān)控制 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | D | C | B | ||
5 | 光標(biāo)或字符移位 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | S/C | R/L | * | * | ||
6 | 置功能 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | DL | N | F | * | * | ||
7 | 置字符發(fā)生存貯器地址 | 0 | 0 | 0 | 1 | 字符發(fā)生存貯器地址 | |||||||
8 | 置數(shù)據(jù)存貯器地址 | 0 | 0 | 1 | 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址 | ||||||||
9 | 讀忙標(biāo)志或地址 | 0 | 1 | BF | 計(jì)數(shù)器地址 | ||||||||
10 | 寫數(shù)到CGRAM或DDRAM） | 1 | 0 | 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 | |||||||||
11 | 從CGRAM或DDRAM讀數(shù) | 1 | 1 | 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 | |||||||||
1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。（說明：1 為高電平、0 為低電平）
指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置。
指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H。
指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否 左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。
指令 4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控 制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電
平不閃爍。
指令 5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。
指令 6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為 4 位總線，低電平時(shí)為 8 位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高 電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示 5x7 的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示 5x10 的點(diǎn)陣字符。
指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置。
指令 8：DDRAM 地址設(shè)置。
指令 9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如 果為低電平表示不忙。
指令 10：寫數(shù)據(jù)。
指令 11：讀數(shù)據(jù)。
基本操作時(shí)序表
讀操作時(shí)序：
寫操作時(shí)序：
LCD1602的RAM地址映射
液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示 不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖 10-57 是 1602 的內(nèi)部顯示地址。
1602 的內(nèi)部顯示地址：
例如第二行第一個(gè)字符的地址是 40H，那么是否直接寫入 40H 就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個(gè)字符 的位置呢？這樣不行，因?yàn)閷懭腼@示地址時(shí)要求最高位 D7 恒定為高電平 1 所以實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是 01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。
在對(duì)液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時(shí)光標(biāo)是自動(dòng)右移的，無需人工 干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。
1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，如圖 10-58 所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有 一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是 01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址 41H 中 的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。
1602LCD 的一般初始化（復(fù)位）過程
延時(shí) 15mS
寫指令 38H（不檢測(cè)忙信號(hào)）
延時(shí) 5mS
寫指令 38H（不檢測(cè)忙信號(hào)）
延時(shí) 5mS
寫指令 38H（不檢測(cè)忙信號(hào)）
以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測(cè)忙信號(hào)
寫指令 38H：顯示模式設(shè)置
寫指令 08H：顯示關(guān)閉
寫指令 01H：顯示清屏
寫指令 06H：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置
寫指令 0CH：顯示開及光標(biāo)設(shè)置
3.4矩陣鍵盤簡(jiǎn)介
矩陣鍵盤是單片機(jī)外部設(shè)備中所使用的排布類似于矩陣的鍵盤組。矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識(shí)別也要復(fù)雜一些，列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機(jī)的I/O口作為輸出端，而列線所接的I/O口則作為輸入。矩陣鍵盤的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約單片機(jī)IO口，例如普通鍵盤8個(gè)IO口只能用作8個(gè)按鍵，而矩陣鍵盤能作16個(gè)按鍵。
組成結(jié)構(gòu)
在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。
矩陣鍵盤不僅在連接上比單獨(dú)式按鍵復(fù)雜，它的按鍵識(shí)別方法也比單獨(dú)式按鍵復(fù)雜。在矩陣鍵盤的軟件接口程序中，常使用的按鍵識(shí)別方法有行掃描法和線反轉(zhuǎn)法。這兩種方法的基本思路是采用循環(huán)查循的方法，反復(fù)查詢按鍵的狀態(tài)，因此會(huì)大量占用MCU的時(shí)間，所以較好的方式也是采用狀態(tài)機(jī)的方法來設(shè)計(jì)，盡量減少鍵盤查詢過程對(duì)MCU的占用時(shí)間。
單片機(jī)系統(tǒng)中，若使用按鍵較多時(shí)如電子密碼鎖、電話機(jī)鍵盤等一般都至少有12到16個(gè)按鍵，通常采用矩陣鍵盤。
矩陣鍵盤又稱行列鍵盤，它是用四條I/O線作為行線，四條I/O線作為列線組成的鍵盤。在行線和列線的每個(gè)交叉點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)按鍵。這樣鍵盤上按鍵的個(gè)數(shù)就為4*4個(gè)。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O口的利用率。
矩陣鍵盤的工作原理
最常見的鍵盤布局如圖3所示。一般由16個(gè)按鍵組成，在單片機(jī)中正好可以用一個(gè)P口實(shí)現(xiàn)16個(gè)按鍵功能，這也是在單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的形式，4*4矩陣鍵盤的內(nèi)部電路如圖。
矩陣鍵盤布局圖：
矩陣鍵盤內(nèi)部布局圖：
當(dāng)無按鍵閉合時(shí)，P3.0~P3.3與P3.4~P3.7之間開路。當(dāng)有鍵閉合時(shí)，與閉合鍵相連的兩條I/O口線之間短路。判斷有無按鍵按下的方法是：第一步，置列線P3.4~P3.7為輸入狀態(tài)，從行線P3.0~P3.3輸出低電平，讀入列線數(shù)據(jù)，若某一列線為低電平，則該列線上有鍵閉合。第二步，行線輪流輸出低電平，從列線P3.4~P3.7讀入數(shù)據(jù)，若有某一列為低電平，則對(duì)應(yīng)行線上有鍵按下。綜合一二兩步的結(jié)果，可確定按鍵編號(hào)。但是鍵閉合一次只能進(jìn)行一次鍵功能操作，因此須等到按鍵釋放后，再進(jìn)行鍵功能操作，否則按一次鍵，有可能會(huì)連續(xù)多次進(jìn)行同樣的鍵操作。
行掃描法：
以4*4矩陣按鍵為例，將全部行線置低電平，然后檢測(cè)列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個(gè)按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。
判斷閉合鍵所在的位置： 在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測(cè)各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。
線反轉(zhuǎn)法：
Step 1：將列線作為輸出線，行線作為輸入線。置輸出線全部為0，此時(shí)行線中呈低電平0的為按鍵所在行，如果全部都不是0，則沒有按鍵按下。
Step 2：將第一步反過來，即將行線作為輸出線，列線作為輸入線。置輸出線全部為0，此時(shí)列線呈低電平的為按鍵所在的列。這樣，就可以確定了按鍵的位置（X，Y）。
鍵盤掃描方法：
鍵盤掃描方法是：行線P10~P13為輸出線，列線P14~P17為輸入線。一開始單片機(jī)將行線（P10~P13）全部輸出低電平，此時(shí)讀入列線數(shù)據(jù)，若列線全為高電平則沒有鍵按下，當(dāng)列線有出現(xiàn)低電平時(shí)調(diào)用延時(shí)程序以此來去除按鍵抖動(dòng)。延時(shí)完成后再判斷是否有低電平，如果此時(shí)讀入列線數(shù)據(jù)還是有低電平，則說明確實(shí)有鍵按下。最后一步確定鍵值。以第二行的S5鍵為例，若按下S5后該怎么得到這個(gè)鍵值呢？當(dāng)判斷確實(shí)有鍵按下之后，行線輪流輸出低電平，根據(jù)讀入列線的數(shù)據(jù)可以確定鍵值。首先，單片機(jī)將P10輸出為低電平，其它P11~P13輸出高電平，此時(shí)讀取列線的數(shù)據(jù)全為高電平，說明沒有在第一行有鍵按下；其次，單片機(jī)將P11輸出低電平，其它P10、P12、P13仍為高電平，此時(shí)再來讀取列線數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)列線讀到的數(shù)據(jù)有低電平，數(shù)值為1011（0x0B），如果鍵盤布局已經(jīng)確定，那么0x0B就代表S5的值了。轉(zhuǎn)到S5鍵功能處理子程序就可以達(dá)到目的。
四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案
4.1軟件設(shè)計(jì)思路
將整個(gè)程序分為三個(gè)部分，一個(gè)是輸入部分，一個(gè)是顯示部分，最后是密碼驗(yàn)證和重置。
輸入部分由矩陣鍵盤完成，將矩陣鍵盤上的每一個(gè)鍵賦值，主要有數(shù)字鍵0-9，確認(rèn)鍵，更正鍵（重新輸入密碼），以及重置鍵（設(shè)置新的密碼）。
顯示部分：在矩陣鍵盤上輸入數(shù)字時(shí)，將輸入的數(shù)字顯示在LCD液晶屏上，并且在輸入密碼、驗(yàn)證密碼后顯示密碼是否正確。
密碼驗(yàn)證和重置：在輸入密碼完成后，將輸入密碼和實(shí)際密碼比較。而在重置密碼時(shí)，要先確認(rèn)輸入密碼是否正確。
五、系統(tǒng)調(diào)試
編程運(yùn)行顯示無錯(cuò)誤，經(jīng)過在老師面前進(jìn)行實(shí)物操作，顯示該電子密碼鎖確實(shí)具有輸入，顯示，驗(yàn)證，修改密碼，重置密碼等功能。
單片機(jī)源程序如下:
所有資料51hei提供下載:
電子密碼鎖.rar
(1.58 MB, 下載次數(shù): 364)
發(fā)表于 2018-12-20 00:33
樓主，能分享我一份嗎！
素箋 發(fā)表于 2020-12-8 10:38
void Pin_Mode(void)
{
P0M1 = 0x00; P0M0 = 0x00;
囖推薦 發(fā)表于 2025-6-4 10:22
2.C(296): error C202: 'Port': undefined identifier
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