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摘要：本课题设计基于STC15F2K60S2单片机外接显示、报警、信号输入模块进行九位电子密码锁的设计。用户通过键盘输入密码，按键按下均有声光提示，若键入密码与存储密码完全一致时LCD1602液晶显示屏提示开锁成功，否则LCD1602液晶显示屏提示错误。输入错误次数达三次键盘锁死且期间输入密码无效。用户需修改密码时需按下修改键并输入新九位密码方可修改成功，LCD显示屏根据操作显示相应内容，同时可利用EEPROM掉电保存密码。
关键词：STC15F2K60S2最小系统;电子密码锁;LCD1602;EEPROM
1设计背景
随着高新技术对传统锁具不断注入，锁具的安防功能得到了充分的延伸和拓展，智能电子锁跻身一跃成为当今安防系统中必不可少的一员，其功能和地位是传统机械锁具无法比拟的。电子密码锁有着巨大的市场潜力，目前国内外许多公司都投入相当大的人力、物理从事智能电子密码锁的开发生产。就国内市场而言，现有技术水平不是很高，且国内电子密码锁主要应用于安防设备;国外市场而言技術相对成熟且应用较为广泛但使用成本较高，故如何研发设计出一款低成本、功能齐全、可靠性高、容量小、易普及的智能电子密码锁成为制锁者研究和探讨的话题。本课题设计基于STC15F2K60S2单片机，运用其他电子元器件实现电子密码锁数据的采集和控制算法。
2总体设计方案与原理
由于STC15F2K60S2单片机应用系统具有控制灵活、准确性好且设计方便、资料多等特点，本装置是基于STC15F2K60S2单片机设计的电子密码锁，本装置包含STC15F2K60S2最小系统，矩阵键盘模块，LCD1602显示模块，蜂鸣器报警电路。电子密码锁装置采用矩阵键盘模块实现对系统进行输入密码，同时具备有确定键、删除键、返回键、修改键，LCD1602显示屏同步显示字符判别按键正在进行的操作。蜂鸣器报警电路在按键按下时短暂提示一声，在确认密码是否正确或密码锁锁住时会报警相应时间，报警时间采用定时器0进行计时，确认密码时定时器开始启动，蜂鸣器报警，单次计时10ms，到相应时间后，定时器关闭，蜂鸣器停止报警。当密码输入错误后达到3次时，整个密码锁装置锁住，所有按键无效。在程序刚刚初始化时会读取EEPROM中的密码，修改密码后会将密码存入EEPROM中，实现掉电保存功能。
3硬件电路设计
设计的电子密码锁用到了15单片机的最小系统，在单片机应用系统中，若使用按键较多时，通常采用矩阵式键盘，较之独立式键盘要节省很多IO口。
矩阵式键盘按键一般通过扫描法识别，按键按下时，与此键相连的行线与列线导通。单片机的P1接4*4的矩阵键盘，以P1.0～P1.3作为行扫描线，以P1.0～P1.3作为列扫描线，先进行行扫描，即将某一行电平拉低，同时不能使所有行线在同一时刻都处于低电平，只能让一条行线在某一时刻处于低电平，其它行线都处于高电平，当有某一个按键按下时，其列线也为低电平。CPU 根据行列电平的变化，便能判定相应键健按下。
为了实现显示功能，本装置采用LCD1602显示屏，其由玻璃基板、液晶、偏振片三大基本部件构成，具有低压微功耗、平板形结构、没有电磁辐射、寿命长等特点，被广泛应用于图形显示、笔记本电脑和彩色电视机等设备中。通过LCD1602显示相关操作提示，使用户可以清晰地知道密码锁的对应步骤，能够执行准确的操作。单片机与字符型LCD1602显示模块采用直接访问的连接方式，其是一种字符点阵型模块，每个字符都是由5*8的点阵组成。
蜂鸣器电路在本装置中起提示或报警作用，设计采用的是高电平触发有源蜂鸣器，有源蜂鸣器内部自带震荡源，只要一通电就会叫，相较于无源蜂鸣器使用更加方便。但是蜂鸣器的工作电流一般比较大，需要达到几十毫安，所以单片机的IO口无法直接驱动，于是设计了一个三极管控制电路来驱动蜂鸣器。
4软件设计
在LCD1602进行显示时，需要进行输入方式设置，显示开关设置，光标、画面移位设置，功能设置等，确定LCD1602的工作方式，其有写命令和写数据操作，有16*2个位置可用来显示。LCD1602常用指令有：0x80+0xdd，dd为地址，这条命令用于设置显示起点坐标，dd为00时是第一行显示坐标，为40时是第二行显示坐标。0x0c，开显示，无光标，光标不闪烁，一般做带键盘输入的才加入光标，常用的计量显示不显示光标。0x06，写一个数据，地址指针加1。0x38，设置显示模式，16*2显示5*7点阵，8位数据接口。0x01，清屏功能。
报警装置采用蜂鸣器报警，其高电平有效。按键时的提示音采用延时程序实现短暂的响应，当检测有按键按下，P3.6口赋高电平开通，延时100ms后，P3.6口赋低电平关断。报警则采用定时器0控制时间长短，当判别完密码是否正确时启动定时器0同时蜂鸣器报警，在计时到相应时间后，定时器0关闭同时蜂鸣器停止报警。
为了使单片机能掉电保存通过矩阵键盘设置的密码，通过编写EEPROM程序实现掉电保存功能。该单片机内部集成了1k两个扇区的EEPROM，可供用户的读取和擦写，具有掉电保存功能。EEPROM存储器对于需要存储数据的项目，十分方便，读写也很简单。使用EEPROM之前要对EEPROM进行初始化，对相关的一些特殊功能寄存器（SFR）进行声明，然后撰写关闭IAP子函数、读EEPROM字节子函数、写EEPROM字节子函数、扇区擦除子函数。此外要注意使用EEPROM进行存储时即调用写EEPROM字节子函数，首先要对其存储区域进行扇区擦除操作。如要读EEPROM，首先要打开EEPROM，使EEPROM能被读取数据读取数据到指定缓存然后关闭EEPROM，保护EEPROM内容。如要读EEPROM，首先要打开EEPROM，使EEPROM能被读取数据读取数据到指定缓存然后关闭EEPROM，保护EEPROM内容。同一次修改的数据放在同一扇区，不是同一次修改的数据放在另外的扇区，操作时就不需读出来进行保护了。
5结果分析
首先检查了原理图的设计正确与否，检查正确之后开始焊接，焊接完成后一步步检查硬件电路是否出现短路和接触不良。之后利用STC_ISP烧录软件以及TTL器把已经编译好的程序烧录进单片机，给装置通电并进行调试，同时进行仿真软件的调试。调试结果完全符合设计的基本要求，能够实现对8位电子密码锁进行密码比较和修改，当输入密码与存储密码完全一致时开锁成功，LCD1602液晶显示器能够对键盘输入不同状况进行准确显示。
参考文献
[1] 丁向荣.单片微机原理与接口技术：基于STC15列单片机（第二版）[M].北京：电子工业出版社，2018.
[2] 李红霞，张明霞.浅谈Keil和Proteus的单片机实验教学探究[J].电子世界，2020，（16）：78-79.
[3] 李敏，陈丽霞，张欣.基于工程能力培养的单片机原理及应用实验项目设计[J].沧州师范学院学报，2020，36（02）：125-128.
[4] 陈见辉.基于AltiumDesigner环境下PCB工艺的设计与应用[J].电子测试，2019，（08）：124-125+121.
[5] 赖金梅.开发板在单片机原理及接口技术课程教学中的应用[J].职业，2017，（23）：119-120.
[6] 何宾，姚永平.STC单片机原理及应用[M].北京：清华大学出版社，2015：35-142.
关键词：STC15F2K60S2最小系统;电子密码锁;LCD1602;EEPROM
1设计背景
随着高新技术对传统锁具不断注入，锁具的安防功能得到了充分的延伸和拓展，智能电子锁跻身一跃成为当今安防系统中必不可少的一员，其功能和地位是传统机械锁具无法比拟的。电子密码锁有着巨大的市场潜力，目前国内外许多公司都投入相当大的人力、物理从事智能电子密码锁的开发生产。就国内市场而言，现有技术水平不是很高，且国内电子密码锁主要应用于安防设备;国外市场而言技術相对成熟且应用较为广泛但使用成本较高，故如何研发设计出一款低成本、功能齐全、可靠性高、容量小、易普及的智能电子密码锁成为制锁者研究和探讨的话题。本课题设计基于STC15F2K60S2单片机，运用其他电子元器件实现电子密码锁数据的采集和控制算法。
2总体设计方案与原理
由于STC15F2K60S2单片机应用系统具有控制灵活、准确性好且设计方便、资料多等特点，本装置是基于STC15F2K60S2单片机设计的电子密码锁，本装置包含STC15F2K60S2最小系统，矩阵键盘模块，LCD1602显示模块，蜂鸣器报警电路。电子密码锁装置采用矩阵键盘模块实现对系统进行输入密码，同时具备有确定键、删除键、返回键、修改键，LCD1602显示屏同步显示字符判别按键正在进行的操作。蜂鸣器报警电路在按键按下时短暂提示一声，在确认密码是否正确或密码锁锁住时会报警相应时间，报警时间采用定时器0进行计时，确认密码时定时器开始启动，蜂鸣器报警，单次计时10ms，到相应时间后，定时器关闭，蜂鸣器停止报警。当密码输入错误后达到3次时，整个密码锁装置锁住，所有按键无效。在程序刚刚初始化时会读取EEPROM中的密码，修改密码后会将密码存入EEPROM中，实现掉电保存功能。
3硬件电路设计
设计的电子密码锁用到了15单片机的最小系统，在单片机应用系统中，若使用按键较多时，通常采用矩阵式键盘，较之独立式键盘要节省很多IO口。
矩阵式键盘按键一般通过扫描法识别，按键按下时，与此键相连的行线与列线导通。单片机的P1接4*4的矩阵键盘，以P1.0～P1.3作为行扫描线，以P1.0～P1.3作为列扫描线，先进行行扫描，即将某一行电平拉低，同时不能使所有行线在同一时刻都处于低电平，只能让一条行线在某一时刻处于低电平，其它行线都处于高电平，当有某一个按键按下时，其列线也为低电平。CPU 根据行列电平的变化，便能判定相应键健按下。
为了实现显示功能，本装置采用LCD1602显示屏，其由玻璃基板、液晶、偏振片三大基本部件构成，具有低压微功耗、平板形结构、没有电磁辐射、寿命长等特点，被广泛应用于图形显示、笔记本电脑和彩色电视机等设备中。通过LCD1602显示相关操作提示，使用户可以清晰地知道密码锁的对应步骤，能够执行准确的操作。单片机与字符型LCD1602显示模块采用直接访问的连接方式，其是一种字符点阵型模块，每个字符都是由5*8的点阵组成。
蜂鸣器电路在本装置中起提示或报警作用，设计采用的是高电平触发有源蜂鸣器，有源蜂鸣器内部自带震荡源，只要一通电就会叫，相较于无源蜂鸣器使用更加方便。但是蜂鸣器的工作电流一般比较大，需要达到几十毫安，所以单片机的IO口无法直接驱动，于是设计了一个三极管控制电路来驱动蜂鸣器。
4软件设计
在LCD1602进行显示时，需要进行输入方式设置，显示开关设置，光标、画面移位设置，功能设置等，确定LCD1602的工作方式，其有写命令和写数据操作，有16*2个位置可用来显示。LCD1602常用指令有：0x80+0xdd，dd为地址，这条命令用于设置显示起点坐标，dd为00时是第一行显示坐标，为40时是第二行显示坐标。0x0c，开显示，无光标，光标不闪烁，一般做带键盘输入的才加入光标，常用的计量显示不显示光标。0x06，写一个数据，地址指针加1。0x38，设置显示模式，16*2显示5*7点阵，8位数据接口。0x01，清屏功能。
报警装置采用蜂鸣器报警，其高电平有效。按键时的提示音采用延时程序实现短暂的响应，当检测有按键按下，P3.6口赋高电平开通，延时100ms后，P3.6口赋低电平关断。报警则采用定时器0控制时间长短，当判别完密码是否正确时启动定时器0同时蜂鸣器报警，在计时到相应时间后，定时器0关闭同时蜂鸣器停止报警。
为了使单片机能掉电保存通过矩阵键盘设置的密码，通过编写EEPROM程序实现掉电保存功能。该单片机内部集成了1k两个扇区的EEPROM，可供用户的读取和擦写，具有掉电保存功能。EEPROM存储器对于需要存储数据的项目，十分方便，读写也很简单。使用EEPROM之前要对EEPROM进行初始化，对相关的一些特殊功能寄存器（SFR）进行声明，然后撰写关闭IAP子函数、读EEPROM字节子函数、写EEPROM字节子函数、扇区擦除子函数。此外要注意使用EEPROM进行存储时即调用写EEPROM字节子函数，首先要对其存储区域进行扇区擦除操作。如要读EEPROM，首先要打开EEPROM，使EEPROM能被读取数据读取数据到指定缓存然后关闭EEPROM，保护EEPROM内容。如要读EEPROM，首先要打开EEPROM，使EEPROM能被读取数据读取数据到指定缓存然后关闭EEPROM，保护EEPROM内容。同一次修改的数据放在同一扇区，不是同一次修改的数据放在另外的扇区，操作时就不需读出来进行保护了。
5结果分析
首先检查了原理图的设计正确与否，检查正确之后开始焊接，焊接完成后一步步检查硬件电路是否出现短路和接触不良。之后利用STC_ISP烧录软件以及TTL器把已经编译好的程序烧录进单片机，给装置通电并进行调试，同时进行仿真软件的调试。调试结果完全符合设计的基本要求，能够实现对8位电子密码锁进行密码比较和修改，当输入密码与存储密码完全一致时开锁成功，LCD1602液晶显示器能够对键盘输入不同状况进行准确显示。
参考文献
[1] 丁向荣.单片微机原理与接口技术：基于STC15列单片机（第二版）[M].北京：电子工业出版社，2018.
[2] 李红霞，张明霞.浅谈Keil和Proteus的单片机实验教学探究[J].电子世界，2020，（16）：78-79.
[3] 李敏，陈丽霞，张欣.基于工程能力培养的单片机原理及应用实验项目设计[J].沧州师范学院学报，2020，36（02）：125-128.
[4] 陈见辉.基于AltiumDesigner环境下PCB工艺的设计与应用[J].电子测试，2019，（08）：124-125+121.
[5] 赖金梅.开发板在单片机原理及接口技术课程教学中的应用[J].职业，2017，（23）：119-120.
[6] 何宾，姚永平.STC单片机原理及应用[M].北京：清华大学出版社，2015：35-142.