[嵌入式]基于keil4和proteus实现的简易密码锁

一、 设计要求
设计一个由单片机控制的电子密码锁，要求如下:

1. 能设定一组4位的数字开启密码（设定密码功能）
2. 用LED小灯代替锁开启显示，输入密码正确，则小灯亮起（开锁功能）
3. 如果3次密码错误，则进行鸣叫报警，并在1分钟之内不能再次输入（报警功能）
4. 密码输入显示在数码管上，输入正确显示on，输入错误显示err（显示功能）
5. 可在以上功能上扩展。
   二、原理说明
   该程序用C51语言，Keil5软件及proteus进行仿真。
   用到的硬件设备有AT89C52，蜂鸣器，LCD1602，上拉电阻，三极管，按钮
   代码部分对不同的方法进行封装，主要是延时函数Delay(),蜂鸣器发声函数Beep(),矩阵键盘函数，LCD1602显示函数以及主要功能实现main函数。
   

1、 矩阵键盘输入
根据矩阵键盘的电平翻转对16个按键进行数字的定义，并返回每个按键对应的数字。Main函数里对返回的数字进行判断来确定按下的是哪一个按键，并对相关功能进行定义。在这里我定义0~9数字为输入的正常数字，按键11定义为确定按键，即当矩阵键盘函数MatrixKey()函数返回值为11时定义确认键功能，矩阵键盘函数MatrixKey()函数返回值为12时定义撤销键功能，矩阵键盘函数MatrixKey()函数返回值为13时定义重置密码功能。注意按键消抖。
代码如下：

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"

unsigned char MatrixKey()
{
	unsigned char KeyNumber = 0;
	//按列扫描
	P1 = 0xFF;
	P1_3 = 0;  //判断第一列
	if(P1_7 == 0){Delay(20);while(P1_7 == 0){Delay(20);KeyNumber = 1;} } //delay消抖，一列一行
	if(P1_6 == 0){Delay(20);while(P1_6 == 0){Delay(20);KeyNumber = 5;} } //1列2行
	if(P1_5 == 0){Delay(20);while(P1_5 == 0){Delay(20);KeyNumber = 9;} } //1列3行
	if(P1_4 == 0){Delay(20);while(P1_4 == 0){Delay(20);KeyNumber = 13;} } //1列4行
	
	P1 = 0xFF;
	P1_2 = 0;  //判断第2列
	if(P1_7 == 0){Delay(20);while(P1_7 == 0){Delay(20);KeyNumber = 2;} } //delay消抖，2列一行
	if(P1_6 == 0){Delay(20);while(P1_6 == 0){Delay(20);KeyNumber = 6;} } //2列2行
	if(P1_5 == 0){Delay(20);while(P1_5 == 0){Delay(20);KeyNumber = 10;} } //2列3行
	if(P1_4 == 0){Delay(20);while(P1_4 == 0){Delay(20);KeyNumber = 14;} } //2列4行
	
	P1 = 0xFF;
	P1_1 = 0;  //判断第3列
	if(P1_7 == 0){Delay(20);while(P1_7 == 0){Delay(20);KeyNumber = 3;} } //delay消抖，3列一行
	if(P1_6 == 0){Delay(20);while(P1_6 == 0){Delay(20);KeyNumber = 7;} } //3列2行
	if(P1_5 == 0){Delay(20);while(P1_5 == 0){Delay(20);KeyNumber = 11;} } //3列3行
	if(P1_4 == 0){Delay(20);while(P1_4 == 0){Delay(20);KeyNumber = 15;} } //3列4行
	
	P1 = 0xFF;
	P1_0 = 0;  //判断第4列
	if(P1_7 == 0){Delay(20);while(P1_7 == 0){Delay(20);KeyNumber = 4;} } //delay消抖，4列一行
	if(P1_6 == 0){Delay(20);while(P1_6 == 0){Delay(20);KeyNumber = 8;} } //4列2行
	if(P1_5 == 0){Delay(20);while(P1_5 == 0){Delay(20);KeyNumber = 12;} } //4列3行
	if(P1_4 == 0){Delay(20);while(P1_4 == 0){Delay(20);KeyNumber = 16;} } //4列4行
	
	return KeyNumber;
}

2、 LCD1602进行显示
主要使用的方法为以下几种方法
注意LCD1602的显示范围，行是1_{2，列数是1}16

3、 延时函数
延时函数非常简单，就是一个简单的循环
代码如下：

void Delay(unsigned int xms)
{
	unsigned char i, j;
	while(xms--)
	{
		i = 2;
		j = 239;
		do
		{
			while (--j);
		} while (--i);
	}
}

4、 蜂鸣器
蜂鸣器的声音的频率取决于延时情况，注意调到合适频率
代码如下：

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"

sbit beep = P2^2;
void Beep()
{
	beep = ~beep;
	Delay(500);
}

5、 main函数
main函数是对整个电子密码锁主要逻辑的实现
首先定义一个password接收输入的密码，count接收输入次数，scount定义错误次数，rightpass接收正确密码。对键盘输入的数字用KeyNum进行接收。0~9数字为输入的正常数字，按键11定义为确定按键，即当矩阵键盘函数MatrixKey()函数返回值为11时定义确认键功能，矩阵键盘函数MatrixKey()函数返回值为12时定义撤销键功能，矩阵键盘函数MatrixKey()函数返回值为13时定义重置密码功能。

三、电路设计
电路主要包括四块，单片机AT89C52，矩阵键盘，蜂鸣器，LCD1602

AT89C52的P0口和P2口的P2^5,P26,P2^7控制LCD1602，P0口需接上拉电阻
AT89C52的P1口控制矩阵键盘。这里矩阵键盘按列扫描，首先对P1进行初始化P1 = 0xFF，然后循环依次从第一列到第四列的接口赋值0（P10,P11,P12,P13），然后对行的接口进行扫描检测。如果某一个按键按下，此时该按键列的接口为0，那么该按键行的接口也为0。根据行与列判断是哪一个按键进行相应赋值定义。
AT89C52的P3^0控制LED小灯。
AT89C52的P2^{2控制蜂鸣器。蜂鸣器分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器（振荡源），我选择的为有源蜂鸣器，将蜂鸣器的电压调为2v。我用的NPN三极管，P2}2=1时三极管导通，蜂鸣器发声。

四、仿真结果
点击开始，LCD1602显示PASSWORD，提示输入密码。

输入一个四位密码

点击RIGHT进行确认，判断是否是正确密码

密码不正确，显示ERR，密码输入清零
重新输入，错误三次后蜂鸣器会报警，此时无法输入

输入初始正确密码2001，显示ON，小灯两起

输入一个密码1256，按下EXCHANGE键，对正确密码进行修改

此时重新输入之前的初始正确密码2001，已经错误

输入1256

输入一个密码错误时，按CANCEL键可清零

五、结果分析
功能需求均能满足。LCD1602可正常显示，密码输入正常，错误次数超过3次蜂鸣器报警并1min内无法输入，密码输入正确会显示ON。输入数字错误可取消重新输入。可软件对正确密码进行修改。正确密码初始为2001，进行密码修改后在不掉电情况下正确密码可变，但掉电丢失，正确密码恢复为初始2001.尝试用硬件24C02进行记忆，可成功写入和读出，但写入的数字存在错误。无法完全实现，以后会尝试从这方面进行改进，并优化代码逻辑结构。

部分代码参考于https://www.bilibili.com/video/BV1Mb411e7re?share_source=copy_web