简易密码锁——电子创新设计实践课程设计

电子硬件与微控制器技术：简易密码锁的设计与实现


摘要

本文以简易密码锁为例，介绍了一种基于微控制器MCU（微控制器单元）和矩阵键盘的电子产品设计。该设计旨在实现用户能设定4至6位密码的功能，通过绿、红两色LED小灯以模拟锁的状态（绿灯熄灭、红灯亮表示锁未开；绿灯亮、红灯熄表示锁已经开启）。文章详细阐述了系统组成、设计方案、电路与仿真设计、实物制作与调试过程，以及最终的经验总结。本文采用两个设计方案进行对比，一是使用数码管显示电路，二是采用LCD液晶显示屏，旨在平衡成本、显示效果与程序复杂数量之间取得平衡。

设计方案与系统组成

简易密码锁主要由四个部分组成：单片机控制模块、矩阵键盘模块、显示模块以及电源模块。所述设计以一台AT89C51单片机为核心，系统支持用户自定义4至6位密码设置与识别功能。




单片机控制模块: AT89C51 MCU为核心，负责密码的处理与识别。


矩阵键盘模块: 算法处理输入密码及进行相应功能操作。


显示模块：

方案一: 使用数码管电路显示输入密码。该方案优点在于成本较低，代码编制较简单，缺点是无法展示详细语句文本。

方案二: 采用LCD1602液晶显示输入密码等信息。LCD显示屏清晰明了，但程序较复杂，成本更高于数码管方案。

电源模块: 为整个系统提供所需电力，确保稳定性与可靠性。


设计方案对比

方案一：又称作“数码管方案”，通过较少的I/O端口驱动数码管显示输入的数字密码，减少成本并便于代码编写。

方案二：采用LCD1602液晶显示屏，屏幕显示更为直观且信息量更大。然而，编写相关程序相对较为复杂，并增加成本。

电路设计与仿真

单片机控制模块：AT89C51芯片接收来自矩阵键盘的信号、处理用户输入的密码，并控制显示模块显示及控制LED灯状态。

矩阵键盘模块：

方案一：利用按键中断技术，矩阵键盘采用P2口的8个输入引脚读取用户输入，简单高效。

方案二：电路设计为按键状态检测（压下和释放），同时也仅使用7个I/O口，C语言编程更简洁。

显示模块：

方案一：采用六位数码管动态扫描显示，同时控制红、绿LED灯的状态：绿灯表示锁未开；红灯表示锁已开。

方案二：采用LCD1602液晶显示屏，除显示内容“welcome”（锁已开）和“input prompt”（提示输入密码）外，还提供修改密码的提示。

实物制作与调试


仿真调试：利用软件仿真器检查并调整电路设计，确保程序在实际环境下执行稳定。

硬件调试：包括静态和动态检查，使用万用表和仿真器进行系统整体调试，找出并修复电路和软件中的故障点。