基于STC15F2K60S2单片机的电子密码锁设计

摘要：电子密码锁具有安全性高、保密性好等优点。现利用YL-236单片机控制装置安装与调试实训平台，在STC15F2K60S2单片机的基础上设计一种电子密码锁系统，由单片机控制矩阵键盘模块实现密码输入功能，数码管显示模块显示密码锁相关信息，继电器模块控制开锁。

关键词：单片机;电子密码锁;报警装置

1    系统方案设计

本次设计的电子密码锁采用STC15F2K60S2单片机为核心控制器件，利用实训台上键盘输入模块——4×4行列键盘完成输入，当按下“复位”或“清除”键时，所有的数码管无显示。当按下0～9中的一个数字键时，数码管最右一位显示按下的数字，再次按下一个数字键时，上次按下的数字左移一位，在数码管右起第2位显示，最右一位显示按下的数字，以此类推，实现如手机拨号时的效果[1]，如图1、图2所示。

当输完6位数字后，不再响应输入的数字键。按下“确定”键时，对输入的密码与设定的密码进行比较。若密码正确，则控制继电器吸合开锁，然后再释放，此时蜂鸣器发出响声;若密码错误，继电器无动作。无论密码正确与否，数码管均清屏（默认密码是123456）。

2    硬件电路设计

根据设计方案，采用YL-236实训台上的5个模块组成电路连接，分别为主机模块、电源模块、显示模块、继电器模块、指令模块。主机模块上采用STC15F2K60S2单片机芯片，使用双RS232串口。电源模块使用直流5 V和12 V电源供电，显示模块使用共阳型数码管8只。其中WR接单片机的P3.6，CS1接P2.6，CS2接P2.7，数据口接单片机主机模块P0口。使用光电耦合继电器1只，继电器控制端口KA1接P2.4，继电器的公共端COM接地，NO端接蜂鸣器，其余端口不接。指令模块使用4×4行列键盘。ROW0-COL3口接主机模块的P1口[2]。按照图3所示密码锁硬件接线图进行接线。

3    软件设计

在本次的程序设计中，使用单片机C语言进行系统程序的编写，在程序编写之前，归纳总结出程序的流程图，这样程序编写就会思路清楚、层次分明，如图4所示。在进行程序编写前，首先要在Keil4中新建项目工程，在项目工程中新建程序文件，选择本次设计中使用的单片机型号STC15F2K60S2，将单片机的库文件下载到工程下，之后在编写程序时就可以引用该单片机的头文件。程序编译完，在Keil4编译环境下实现对系统代码的调试，生成单片机可执行的程序文件。如果没有问题，就直接利用STC-ISP下载器，把程序下载到单片机中运行，实现效果。如有问题，反复调试编译，直到成功为止。

3.1    主程序设计

根据程序的流程图来设计电子密码锁子程序，由“开始”进入主程序后系统会初始化，清空显示缓存。数码管显示，循环检测按键是否按下，判断输入信号，按下的是数字键，送入显示缓存;按下的是“确定”键，校验密码是否输入正确，正确开锁，不正确则清空显示缓存;按下的是“清除”键，直接清空显示缓存。程序如下[3]：

int main（ ）     //主程序main函数

{  init（ ）;   //初始化程序，清空显示缓存

While （1）     //在主程序中设置死循环程序

{   display（ ）;    //数码管显示子函数

button（ ）;     //按键处理子程序

}

3.2    数码管显示数字左移程序

如何实现按数字键时，让数码管上显示的数字键逐位左移呢？这是此程序的核心要点，可以先定义一个含有6个元素的数组pw用来存放输入的6位密码，每次按下数字键时，均把该数字送入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]，显示程序显示pw[0]…pw[5]中的数。

3.3    密码校验程序设计

密码校验程序设计就是开锁子程序，系统会将输入的密码与系统密码设置的密码进行对比，密码输入正确，继电器吸合开锁;密码输入错误，清空数码管显示屏。

3.4    按键处理子程序

在涉及行列式键盘的闭合键处理程序中，用到的是线反转法，它是一种常用的方法，扫描速度快，还可以很好地解决重键问题，具体需要进行按键去抖和等待按键释放。但在硬件电路上要求行线和列线都要既能作为输出又能作为输入，行线和列线上都要有上拉电阻[4]。

首先将行线作为输出线，列线作为输入线，先通过行线输出全0信号，读入列线的值，如果此时有某一个键按下，则必然使某一列线值为0;然后将行线和列线的输入、输出关系互换，列线作为输出线，行线作为输入线，再通过列线输出全0信号，读入行线的值，那么闭合键所在的行线上的值必定为0。这样，当一个键按下时，必定读得一对唯一的行值和列值，根据这一对值即可确定闭合键。

4    系统的整体测试

包括软件的测试和硬件的测试。

4.1    软件测试

程序在Keil软件中编写完，可对程序进行编译，编译的过程中只能找出一些语法错误[5]，比如初学者常犯的语法错误有：（1）main函数的拼写错误，因主机无法找到主程序而无法运行。（2）自定义的变量，在后面引用时拼写错误。（3）字母大小写的错误，比如数据的输入、输出口中的P应该为大写。（4）语句结束缺少分号。（5）花括号不配对，漏写或多写等等。对错误的程序反复修改，最终能够获得目标代码。但对于程序功能本身的错误是查找不出来的，需要结合程序调试和硬件设备才能得到正确结果。

4.2    硬件调试

主要是检查一下原理图，是否出现连接错误，是否与程序匹配，导线的通断情况，模块的呈现状态是否正常等，也可以通过电路仿真的方式对电路的功能进行仿真，在仿真中发现电路是否有错的地方。

5    结语

YL-236单片机安装与调试实训装置涵盖的内容广、用途全，是职业院校进行各级别的技能大赛的指定装置，也是选拔人才的基础。本文利用此装置进行电子密码锁的相关设计，利用了51单片机的诸多特性，如灵活性强、便于设计等，使得电子密码锁能够贴近实际，保护人们的安全隐私，为人们使用。单片机的设计步骤可以小也可以大，要注意仔细观察和认真思考，并懂得如何通过实际测试和不断寻找真理得到最终的正确答案。科学技术的力量是巨大的，在这个科技发展和创新的时代，只有不断进步，才能取得更好的成果，让科技给人们带来更多的好处。本设计结合了键盘的物理特性和自身的逻辑思维，单片机的开发可以更进一步。电子锁的创新不仅仅局限于数字和字母，新的加密形式，如人脸、指纹、体温等，正在迅速发展，在电子设备领域，还有很长的路要走。

[参考文献]

[1] 沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析[M].北京：北京航空航天大学出版社，2016.

[2] 譚浩强.C语言程序设计[M].3版.北京：清华大学出版社，2017.

[3] 金杰.MCS-51单片机C语言程序设计与实践[M].2版.北京：电子工业出版社，2017.

[4] 雷林均.单片机控制装置安装与调试[M].北京：电子工业出版社，2011.

[5] 葛金印，商联红.单片机控制项目训练教程[M].北京：高等教育出版社，2010.

收稿日期：2020-09-03

作者简介：马花萍（1981—），女，河南巩义人，讲师，研究方向：单片机、电子电器。