学习情境 5 简易电子号码锁的设计与实现

1. 学习情境5 简易电子号码锁的设计与实现 天津职业大学电信学院

2. 3 主要内容 用户要求 1 硬件电路设计 2 软件设计 3

3. 软件设计 硬件电路设计 学习情境 逻辑关系 用户要求 简易电子号码锁的设计与实现

4. 用户要求 显示部件 基本要求 七段数码管 显示 密码为5位的数字密码，且密码不可更改 • 初始状态下显示屏显示“HELLO”，并保持显示5秒后清屏。 • 如果密码输入错误则显示“ERROR”,并保持显示5秒后清屏。 • 如果密码输入正确则显示“RIGHT”，并保持显示5秒后清屏

5. 硬件电路设计 系统方案设计 硬件电路设计 具体可分为 硬件方案确定 总设计电路原理图（SCH）

6. 系统方案设计 系统方案设计理论图

7. 硬件方案确定 非常重要，需反复修改 时钟电路 并口 扩展电路 硬件方案 复位电路 数码管显示 电路设计 矩阵键盘 设计

8. 键盘的 选择 键盘电路 设计 硬件方案确定––矩阵键盘设计 输入需要0~9十个数字键， 除此之外还应该有 清屏键和密码确认键。 因此至少需要12个按键， 所以选择4*3矩阵键盘。 键盘的电路设计

9. 硬件方案确定 –数码管显示电路设计–器件选择 根据用户要求可知：显示单元使用七段数码管进行显示，数码管显示可分为：共阳型LED数码显示器和共阴型LED数码显示器，即： 共阴型与共阳型LED数码显示器 在此选择共阴型LED数码显示器（也可以选择共阳型的） 注意

10. 硬件方案确定 –显示电路设计–数码管显示电路（1） 是指当显示器显示某一个字符时，相应段的发光二极管处于恒定的导通或截止状态，直到需要显示另一个字符为止。 静态显示接口 静态显示接口

11. 基本 原理 硬件方案确定 –显示电路设计–数码管显示电路（2） 循环扫描，分时选通各显示器的公共极，使各个显示器轮流导通。当扫描速度达到一定程度时，人眼认为是各个显示器同时发光。 动态显示接口 利用人眼的“视觉暂留”效应 动态显示接口

12. 硬件方案确定 –显示电路设计–数码管显示电路（3） 74LS244芯片引脚图 注意 综合考虑显示内容和接口连线的数量，先选择动态显示接口连接

13. 硬件方案确定 –并口扩展电路设计–可编程输入输出接口8255A芯片（1）

14. 硬件方案确定 –并口扩展电路设计–8255A芯片（2） 8255A芯片端口操作状态

15. 硬件方案确定 –并口扩展电路设计–8255A芯片（3） 8255A芯片方式控制字

16. 硬件方案确定 –并口扩展电路设计–8255A芯片（4） 8255A芯片端口C置位/复位控制字

17. 硬件方案确定 –并口扩展电路设计–8255A芯片（5） • 8255A芯片工作方式 方式0：基本输入、输出方式。 PA、PB、PC口均可作为普通的I/O使用； 输出数据被锁存，输入不被锁存。 方式1：选通输入、输出方式 PA、PB口均可作为普通的I/O口使用；输入和输出均有锁存。 PC口配合用于连接状态控制信号。 方式2：双向传送方式 PA口可用于双向传送； PC7~PC3配合用于连接状态控制信号； PB口和PC2~PC0可由编程选定为方式1和方式0

18. OBF：输出缓冲器满信号。当为低电平是8255告知外设有数据可OBF：输出缓冲器满信号。当为低电平是8255告知外设有数据可 供输出，它由WR上升沿使其为低，由ACK使其为高。 IBF： 输入缓冲器满信号。 为高时，告知外设数据以输入完毕由 STB使其为高、有效，由RD上升沿使其为低。 ACK：外设应答信号。为低时，外设已将数据自8255取走。 STB：外设来的选通信号。为低时，将外设数据输入8255A。 硬件方案确定 –并口扩展电路设计–8255A芯片（6） 8255A芯片工作方式

19. 硬件方案确定 –并口扩展电路设计–8255A芯片（7） 8255A芯片工作方式0基本输入

20. 硬件方案确定 –并口扩展电路设计–8255A芯片（8） 8255A芯片工作方式0基本输出

21. 硬件方案确定 –并口扩展电路设计–8255A芯片（9） 8255A芯片工作方式1基本输入

22. 硬件方案确定 –并口扩展电路设计–8255A芯片（10） 8255A芯片工作方式1基本输出

23. 硬件方案确定 –并口扩展电路设计–8255A芯片（11） 8255A芯片工作方式2双向传输方式

24. 工作方式 由以上设计可知，键盘和显示器至少需要20根信号线，而8255A共有三个并口，所以根据实际情况选择其工作在方式0下。 • 接口地址的确定 由8255A与单片机的接口电路可知PA、PB、PC和控制寄存器口地址分别为：7CH、7DH、7EH和7FH 硬件方案确定 –并口扩展电路–8255A与AT89S52的接口电路 74LS373芯片 8255A与AT89S52的接口电路

25. 硬件方案确定 –并口扩展电路–8255A与键盘接口电路（1） 8255A与键盘接口电路 8255A与LED显示器的接口电路 注意 其中74LS244的引脚分配连接情况如下页所示

26. 硬件方案确定 –并口扩展电路–8255A与键盘接口电路（2） 74LS373芯片 8255A与AT89S52的接口电路

27. 硬件方案确定 –并口扩展电路–8255A与键盘接口电路（3） PB口输出代码 方式控制字的确定 由以上设计可知，8255A工作在方式0，其PA口为输入口， PB和PC口为输出口。故其方式控制字为：90H。 引出问题：如何将控制字送至控制寄存器。 74LS244引脚分配

28. 解决方法：采用外部传送指令MOVX MOVX 指令格式 方式控制字送 至控制寄存器 硬件方案确定 –并口扩展电路–8255A与键盘接口电路（4） MOVX A， @Ri MOVX A， @DPTR MOVX @Ri ， A MOVX @DPTR ， A MOV R0，#7FH MOV A，#90H MOVX @R0 ，A

29. 硬件方案确定 –时钟\复位电路设计 时钟电路设计图 复位电路设计图

30. 系统总设计电路原理图（SCH） 见Word文档（请点击） 系统方案电路设计理论图

31. 软件设计 软件方案设计 软件设计 具体可分为 软件方案确定 总程序流程图

32. 软件方案 软件方案设计 显示内容选择模块 按键中断模块 显示功能模块 5秒延时子程序 延时模块

33. 引出 问题 按键是机械触点，当触点断开、闭合时，会有抖动，一般抖动时间为ms级，但是单片机的处理速度为us级，因此该抖动将会导致单片机对按键的误读数。 按键有时灵敏， 有时不灵敏 方案确定 ––按键中断模块––抖动问题 根据电路原理图可知当按键按下时，INT0引脚上出现一个下降沿， 此时将产生一个中断信号。 如何保证单片机读出按键值得正确性？ 实际工程中的问题： 按键抖动问题 产生的原因 产生的现象 复位电路设计图

34. 解决方法 软件去抖 原理：第一次检测到键按下时，调用一延时10ms程序，然后再去检测该键，确定其是否按下，按键的抖动时间一般在5-10ms之间，而人对按键的操作时间在几百ms到几秒之间。延时10ms并不会影响对按键的判别。 用双稳态电路、单稳态电路、滤波电路等。 方案确定 ––按键中断模块––抖动问题 软件去抖 硬件去抖 硬件去抖

35. 方案确定 ––按键中断模块––程序设计 按键中断模块程序流程图（请单击）

36. 方案确定 ––显示内容选择模块 显示内容选择模块流程图

37. 方案确定 ––显示子程序 显示子程序流程图

38. 方案确定 ––5秒延时模块 采用定时器中断来实现。 实现方案 5秒延时模块程序流程图

39. 主程序流程图 主程序流程图

40. Thank You !