基本要求：
（1）初始密码为123450，输完后按确定键开锁，取消键清除所有输入，每次按键有短“滴”声按键提示音。
（2）密码输入正确后，输出一个电磁锁开锁信号与已开锁信号，并发出两声短“滴”声提示。4秒后开锁信号与已开锁指示清零。
（3）密码输入错误时，发出一声长“滴”声错误指示提示音，并密码错误指示灯亮，三次密码错误时，发出长鸣声报警，并密码错误指示灯亮，报警指示灯亮，此后15秒内无法再次输入密码，15秒过后，清除所有报警和指示。
（4）5秒内无任何操作后，清除所有输入内容，等待下次输入。 3.3.1模块1 系统设计
（1）分析任务要求。写出系统整体设计思路
根据题目的要求，需要考虑如下几个任务：按键的输入，密码的判断，密码输入正确或错误的计时、输出信号的控制等。
键盘的输入：由于需要输入6个数字作为密码，先要判断按键时数字键还是功能键，若判断为数字键按下，则需要将每次键盘的输入内容依次暂存在一个数组中。在每次按键输入时，需要启动定时器实现待机计时（5秒）。若5秒内没有输入内容则清除已输入的内容。
密码的判断和计时：在按下确认键之后，要将输入的内容与初始密码核对，如果密码正确，输出相应的指示，同时还要启动定时器实现4s的计时。如果密码错误，错误计数变量增1，同时输出密码指示信号，若错误次数超过3s，则输出报警等信号，同时启动定时器实现15秒的计时。
输出信号的控制主要根据按键输入与密码的核对情况来决定。
整体程序设计思想：
程序分为主程序和中断服务程序两个主要部分，主程序完成变量和单片机特殊功能寄存器的初始化后，进入一个循环结构。在循环中，首先判断有无按键按下，若有按键则判断是否数字键还是功能键，根据按键的情况执行相应的功能。然后根据密码是否正确的判断情况，执行相应的操作。循环中最后将需要显示的内容通过动态扫描在数码管上显示。
中断服务程序只要实现三个状态的计时，待机时需要计时5秒，密码正确需要计时5s，密码3次输入错误需要计时15秒。当前处于何种计时，由主程序根据密码判断结果来决定。
（2）选择单片机型号和所需外围器件型号，设计单片机硬件电路原理图
采用MCS51系列单片机At89S51作为主控制器，外围电路器件包括数码管驱动、蜂鸣器的输出驱动、独立式键盘以及发光二极管的输出等。
数码管驱动采用2个四联共阴极数码管显示，由于单片机驱动能力有限，采用74HC244作为数码管的驱动。在74HC244的7段码输出线上串联100欧姆电阻起限流作用。
蜂鸣器的驱动采用PNP三极管8550来驱动，低电平有效。
独立式按键使用上提拉电路连接，在没有键按下时，输出高电平。发光二极管串联500欧姆电阻再接到电源上，当输入为低电平时，发光二极管导通发光。
硬件电路原理图如图3-9所示。
图3-9 密码锁电路原理图（3）分析软件任务要求，写出程序设计思路，分配单片机内部资源，画出程序流程图
软件任务要求主要包括按键扫描、密码判断、动态扫描输入的内容、计时、指示信号输出以及蜂鸣器提示音的输出等。主程序主要完成变量与寄存器的初始化、按键的扫描与判断、密码的判断以及数码管动态扫描显示等。主程序流程图如图3-10所示。
图3-10 密码锁的主程序流程图
中断服务程序主要完成三种定时的计时工作，包括①按键之后启动的待机计时，当待机超过5s则清除已输入的内容。②密码输入正确之后的计时，4s之后清除开锁驱动信号与已开锁指示信号。 ③密码输入错误3次的计时，计时15s,在则15s内无法再次输入密码，15秒过后清除所有报警与指示。中断服务程序流程图如图3-11所示。
图3-11 密码锁中断服务程序流程图单片机资源的分配与变量的定义：
密码的输入与判断需要定义4个变量。原始密码存储在数组init_val[6]中。键盘输入的密码存储在数据show_val[6]中，变量 key_index的值表示当前按键是六位密码中的哪一位，每输入一个密码数字该变量增一。密码输入错误的次数暂存在变量error_num中。
计时功能需要5个变量。模式变量cnt_state存储计时属于什么状态，0表示待机计时，1表示密码正确的计时，2表示密码错误3次的计时。三个变量（cnt_val_15s,cnt_val_5s, cnt_val_4s）分别实现待机、密码正确和密码错误3次后的计时工作。定时器T1每250ms产生一次中断，变量T1_cnt记录定时器溢出中断的次数，当记录到4000时表示计时1秒。
（4）设计系统软件调试方案、硬件调试方案及软硬件联合调试方案
软件调试方案：伟福软件中，在“文件新建文件”中，新建C语言源程序文件，编写相应的程序。在“文件新建项目”的菜单中，新建项目并将C语言源程序文件包括在项目文件中。
在 “项目编译”菜单中将C源文件编译，检查语法错误及逻辑错误。在编译成功后，产生以 “*.hex”和“*.bin” 后缀的目标文件。
硬件调试方案：在设计平台中，将单片机的P1.0-P1.7分别与8个独立式键盘通过插线连接起来，将P3.0-P3.3分别与4个发光二极管连接起来，P3.4与蜂鸣器的输入连接起来。
在伟福中将程序文件编译成目标文件后，将下载线安装在实验平台的下载线接口上，运行“MCU下载程序”，选择相应的flash 数据文件，点击“编程”按钮，将程序文件下载到单片机的Flash中。
然后，上电重新启动单片机，检查所编写的程序是否达到题目的要求，是否全面完整地完成试题的内容。 3.3.2 程序设计
//晶振11.0592MHz，T1每250微秒中断，按键P1.0-P1.7，发光二极管接P3.0-P3.3，p3.4
/*变量的定义:
show_val[6]: 显示的值
init_val[6]: 密码初始值
key_val: ・μ??°′?üμ??μ 255-±íê??T°′?ü°′??
key_index: μ±?°°′?üê???ò????ü??
T1_cnt: ?¨ê±?÷??êyò?3?êy
cnt_val_15s: ±¨?ˉ??ê±μ?êy?μ
cnt_val_5s: ′y?úê±????ê±
cnt_val_4s: ê?è??yè・￡?μè′y4????3y?a??D?o?
cnt_state: ??ê±×′ì?
error_num: ′í?ó′?êy
led_seg_code￡oêy??1ü7????
*/
#include "reg51.h"
/*?μ?÷key0=P1^0; key1=P1^1;key2=P1^2; key3=P1^3;key4=P1^4;key5=P1^5;enter=P1^6;esc=P1^7;*/
sbit relay_open=P3^0; //μ?′????a???y?ˉ
sbit pw_error=P3^1; //?ü??′í?óD?o?
sbit alarm_out=P3^2; //±¨?ˉê?3?
sbit open_lock=P3^3; //ò??a????ê?D?o?
sbit audio_out=P3^4; //óD?′・??ù?÷
unsigned char data cnt_val_15s,cnt_val_5s,cnt_val_4s,cnt_state;
unsigned int data T1_cnt;
unsigned char data key_val,key_index,key_val_old;
unsigned char data state_val,error_num;
unsigned char data show_val[6];
char code init_val[6]={1,2,3,4,5,0};
char code led_seg_code[11]={0x3f,0x06,0x05b,0x04f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00};
//led_seg_code[0-9]′ú±í0-9 led_seg_code[10]=0x00êy??1ü2???ê?è?o??úèY
//--------?óê±3ìDò----------------
void delay(unsigned int i)//?óê±
{ while(--i); }
//--------??3yê?è??úèY----------
void init_variant()
{unsigned char i;
for(i=0;i<6;i++)
show_val[i]=10; //led_seg_code[10]=0x00±íê?êy??1ü2???ê?è?o??úèY
key_index=0; //??óDè?o?ê?è??ò??3y?ùóDê?è?ê±￡?±￡′?μ±?°?üμ?????
}
//---------°′?üé¨?è---------------
unsigned char scan_key()
{ unsigned char i,k;
i=P1;
if (i==0xff && cnt_state!=2)
{ k=255; } //?T?ü°′??
else //óD?ü°′??
{ delay(500); //?óê±è￥???ˉ
if(i!=P1)
{k=255;}
else
{ TR1=1; //óD?ü°′???ò?a?¨ê±?÷￡????ˉ′y?ú??ê±
cnt_val_5s=0;
switch (i)
{ case 0xfe: k=0; break;
case 0xfd: k=1; break;
case 0xfb: k=2; break;
case 0xf7: k=3; break;
case 0xef: k=4; break;
case 0xdf: k=5; break;
case 0xbf: k=6; break;
case 0x7f: k=7; break;
}
}
}
return k;
}
//---------êy??1ü??ê?---------------
void led_show()
{P0=led_seg_code[show_val[0]];
P2=0xdf;
delay(500);
P0=led_seg_code[show_val[1]];
P2=0xef;
delay(500);
P0=led_seg_code[show_val[2]];
P2=0xf7;
delay(500);
P0=led_seg_code[show_val[3]];
P2=0xfb;
delay(500);
P0=led_seg_code[show_val[4]];
P2=0xfd;
delay(500);
P0=led_seg_code[show_val[5]];
P2=0xfe;
delay(500);
}
//--------?¨ê±?÷T1?D??・t??3ìDò-----------------
void timer1() interrupt 3 //T1?D??
{ T1_cnt++;
if(T1_cnt>3999) //è?1???êy>3999, ??ê±1s
{ T1_cnt=0;
switch (cnt_state)
{ case 0: //′y?ú￡?Dèòa??ê±5s
if(cnt_val_5s<5)
{ cnt_val_5s++;}
else
{ cnt_val_5s=0;
init_variant();//′y?ú??ê±μ?5??ê±￡???3yê?è?μ??úèY
TR1=0; //í￡?1??ê±
}
break;
case 1://?ü??ê?è??yè・￡?Dèòa??ê±4s
if(cnt_val_4s<4)
{ cnt_val_4s++;}
else
{ cnt_val_4s=0;
init_variant();//?ü??ê?è??yè・￡???ê±μ?4??ê±￡???3yê?è?μ??úèY
open_lock=1; //ò??a??D?o???á?
relay_open=1; //?a??D?o???á?
cnt_state=0;
TR1=0; //í￡?1??ê±
}
break;
case 2: //?ü??ê?è?′í?ó3′?￡???ê±15s
if(cnt_val_15s<15)
{ cnt_val_15s++;}
else
{ cnt_val_15s=0;
init_variant();//èy′??ü??′í?óê±￡???ê±15??￡???3yê?è?μ??úèY
open_lock=1; // ??3y?ùóD??ê?oí±¨?ˉ
relay_open=1;
alarm_out=1;
pw_error=1;
cnt_state=0;
TR1=0; //í￡?1??ê±
}
break;
}
}
}
//--------?D???ü?ìê?è??úèYó??ü??ê?・?ò???------
unsigned char check_input_pw()
{ unsigned char i,k;
k=1;
for(i=0;i<6;i++)
{ k=k && (show_val[i]==init_val[i]); }
return k;
}
//---------?÷3ìDò----------------
main()
{ //3?ê??ˉ?÷±?á?
audio_out=1;
P3=0xff;
cnt_val_15s=0;
cnt_val_5s=0;
cnt_val_4s=0;
cnt_state=0;
//0-′y?ú??ê±5s×′ì?;1-?ü???yè・￡???ê±4s×′ì? ;2-èy′??ü??′í?ó￡?′|óú??ê±15??×′ì??￡
T1_cnt=0;
error_num=0;
key_val_old=255;
init_variant();
//3?ê??ˉ51μ???′??÷
TMOD=0x20; //ó?T1??ê± 8??×??ˉ×°???¨ê±?￡ê?
TH1=0x19; //500?￠??ò?3?ò?′?; 250=(256-x)*12/11.0592 -> x=19
TL1=0x19;
EA=1; //?a?D??
ET1=1;
TR1=0; //?a?¨ê±?÷T1
while(1)
{ key_val=scan_key(); //°′?üê?è?￡?óD?ü°′??key_val?a0-7￡??T?ü°′??key_val?a255?￡
if (key_val!=key_val_old)
{ key_val_old=key_val;
if (key_val!=255&& cnt_state!=2)
{ audio_out=0;
delay(100); //?óê±è￥???ˉ
audio_out=1;
switch (key_val)
{ case 0:
case 1:
case 2:
case 3:
case 4:
case 5:
if(key_index<6) //?ü???a6??￡?3?1y6??êó?aê?è??TD§
{ show_val[key_index]=key_val;
key_index++; }
break;
case 6: //è・è??ü
if(check_input_pw())
{//?ü???yè・
error_num=0; //?ü??ê?è?′í?ó′?êy??á?
//---------
pw_error=1; //?ü??′í?ó??ê?μ??e
relay_open=0; //?a???y?ˉD?o?μ?áá
open_lock=0; //ò??a??D?o?μ?áá
//---------
delay(50000); //á?éù?ì“μ?”éù
audio_out=0;
delay(50000);
audio_out=1;
delay(50000);
audio_out=0;
delay(50000);
audio_out=1;
//---------
cnt_state=1; //??ò?×′ì?′|óú4????ê±μ?×′ì?
TR0=1; //???ˉ?¨ê±
}
else
{ if (error_num<2)
{error_num++; //ê?è?′í?ó′?êyD?óú3′?ê±￡???′íò?′?error_num??ò?
pw_error=0; //?ü??′í?ó??ê?μ?áá
//-----------
delay(20000);//ò?éù3¤“μ?”éù￡?ìáê?′í?ó
audio_out=0;
delay(60000);
audio_out=1;
//-----------
init_variant();//??3y?ùóDê?è?￡?μè′y??ò?′?ê?è?
}
else //ê?è?′í?ó′?êy3?1y3′?
{ alarm_out=0; //±¨?ˉμ?áá
pw_error=0; //?ü??′í?ó??ê?μ?áá
error_num=0; //?ü??ê?è?′í?ó′?êy??á?
//----------
audio_out=0; //3¤?ùéù±¨?ˉ
delay(60000);
delay(60000);
delay(60000);
delay(60000);
delay(60000);
delay(60000);
delay(60000);
delay(60000);
delay(60000);
audio_out=1;
//-------------
TR1=1; //′ò?a?¨ê±?÷??ê±
cnt_state=2; //??ò?×′ì?′|óú15????ê±μ?×′ì?
}
}
break;
case 7://è????ü
init_variant();
break;
}
}
}
led_show();
}
}
//-----3ìDò?áê?-----------------
