基于ATmega16的数码管独立按键密码锁设计实验报告

实验背景

本实验旨在设计并实现一个基于ATmega16单片机的数码管独立按键密码锁系统。该系统能够接受用户输入的密码，并与预设的系统密码进行比对，若匹配成功则点亮绿色LED灯，否则点亮红色LED灯。此设计广泛应用于电子门锁等安全系统中。

硬件介绍

主要元器件

1. ATmega16单片机：核心控制器，负责按键扫描、密码存储及比较、LED灯和数码管显示控制等。
2. 独立按键：用于用户输入密码。
3. 共阴极数码管：用于显示用户输入的密码。
4. LED灯：绿色和红色LED分别用于指示密码输入正确与否。
5. 电阻、电容：用于限流和滤波。

电路连接

1. 独立按键：连接至单片机的PINA和PINB引脚，用于检测按键输入。
2. 数码管：连接至单片机的PORTC和PORTD引脚，通过动态扫描方式显示用户输入的密码。
3. LED灯：分别连接至单片机的PORTA引脚，通过控制高低电平实现亮灭。
4. 电源：为整个系统提供稳定的电源供给。

设计原理

硬件设计

• 独立按键检测：采用独立按键，通过PINA和PINB端口检测按键状态。每个按键对应一个独立的引脚，当按键按下时，检测到低电平，从而获取按键值。
• 数码管显示：采用动态扫描方式，逐个显示数码管的内容。通过控制PORTD和PORTC实现数码管的选择和段码显示。
• LED指示：通过控制PORTA的高低电平来实现绿色和红色LED灯的亮灭，指示密码输入的正确与否。

软件设计

程序采用C语言编写，主要包括以下几个模块：

1. 延时函数：通过简单的循环实现延时，以配合数码管动态扫描的刷新。
2. 按键检测：扫描独立按键，获取用户按键输入的值。
3. 密码显示：将用户输入的密码通过数码管显示出来。
4. 密码比较：将用户输入的密码与预设密码进行比对，控制LED灯的显示状态。

程序原理

延时函数

void delay_nms(int time) {
    int i;
    for (; time > 0; time--) {
        for (i = 0; i < 1000; i++);
    }
}

延时函数通过简单的循环实现，以配合数码管的动态扫描。

独立按键检测

int getKeyBoardValue(void) {
    if ((PINB & 0x01) == 0) return 0;
    else if ((PINB & 0x02) == 0) return 1;
    else if ((PINB & 0x04) == 0) return 2;
    else if ((PINB & 0x08) == 0) return 3;
    else if ((PINB & 0x10) == 0) return 4;
    else if ((PINB & 0x20) == 0) return 5;
    else if ((PINB & 0x40) == 0) return 6;
    else if ((PINB & 0x80) == 0) return 7;
    else if ((PINA & 0x08) == 0) return 8;
    else if ((PINA & 0x10) == 0) return 9;
    else if ((PINA & 0x20) == 0) return 10;
    else if ((PINA & 0x40) == 0) return 11;
    else if ((PINA & 0x80) == 0) return 12;
    return 20;
}

通过检测PINA和PINB引脚的电平状态，判断哪个键被按下。

密码显示

void display_pwd(char *pwdptr, unsigned char length) {
    int i = 0;
    for (i = 0; i < length; i++) {
        LedOut[i] = Disp_Tab[pwdptr[i] - '0'];
    }
    for (i = length; i < 6; i++) {
        LedOut[i] = Disp_Tab[11];
    }
}

将用户输入的密码通过数码管显示出来，未输入的位显示为空白。

主函数

void main(void) {
    char cnt_seg = 0;
    int keyTemp = 0;
    char SYSTEM_PASSWORD[7] = "123456";
    char in_buffer[7] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
    char input_nuber = 0;
    char key_press_flag = 0;



    while (1) {
        keyTemp = getKeyBoardValue();
        if ((keyTemp != 20) && (key_press_flag == 0)) {
            key_press_flag = 1;
            if (keyTemp <= 9) keyTemp += '0';
            if ((keyTemp >= '0') && (keyTemp <= '9') && (input_nuber < 6)) {
                in_buffer[input_nuber++] = keyTemp;
            }
            if ((keyTemp == 11) && input_nuber) {
                input_nuber--;
                in_buffer[input_nuber] = 0;
            }
            if (keyTemp == 12) {
                input_nuber = 0;
                memset(in_buffer, 0, sizeof(in_buffer));
                PORTA |= 0x01;
                PORTA |= 0x02;
            }
            if ((keyTemp == 10) && (input_nuber == 6)) {
                if (memcmp(in_buffer, SYSTEM_PASSWORD, 6) == 0) {
                    PORTA &= ~0x02;
                    PORTA |= 0x01;
                } else {
                    PORTA &= ~0x01;
                    PORTA |= 0x02;
                }
                memset(LedOut, Disp_Tab[11], sizeof(LedOut));
                input_nuber = 0;
                memset(in_buffer, 0, sizeof(in_buffer));
            }
            display_pwd(in_buffer, input_nuber);
        }
        if (getKeyBoardValue() == 20) {
            key_press_flag = 0;
        }
        cnt_seg++;
        if (cnt_seg > 5) {
            cnt_seg = 0;
        }

        delay_nms(2);
    }
}

主函数负责初始化各端口，循环检测按键输入，处理用户输入的密码，并通过数码管显示和LED指示密码验证结果。

资源代码

https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?tab=BB08J2