任务二 制作行列矩阵式键盘电子密码锁 （1）（教案）-《单片机技术及应用》(高教版第四版) 同步精品课堂

《单片机技术及应用》(高教版第四版) 教案 课 题 制作行列矩阵式键盘电子密码锁 （1） 课 型 理论 课 时 2 授课班级 授课时间 授课教师 教材分析 任务二为 “电子密码锁” 项目的进阶章节，聚焦 “行列矩阵式键盘密码锁制作” 核心目标，系统讲解矩阵键盘原理、软件扫描方法及 C51 函数应用。教材采用 “知识准备（矩阵键盘→函数基础）→实践流程（编程→仿真→验证）” 递进结构，通过矩阵键盘电路、函数调用示意图及扫描逻辑示例（逐列送低电平→逐行读取），将抽象的多按键检测与 “6 位密码输入验证” 需求深度融合。作为衔接独立式键盘（任务一）与复杂输入系统的关键环节，本节通过矩阵扫描（行线列线协同）和函数模块化设计（函数定义、调用、声明）培养学生系统开发能力，为后续学习触摸键盘、智能密码算法等任务奠定技术基础，是提升单片机输入控制复杂度的核心章节。 学情分析 学生已掌握独立式键盘密码锁设计（任务一），具备 I/O 口检测、按键消抖等基础，但对行列矩阵式键盘的行线列线扫描逻辑（逐列送低电平→逐行读取）理解较浅；部分学生能完成单按键检测，却难以将 “行列短接信号→键值计算” 关联，对多按键协同（4×4 矩阵）的扫描算法（软件扫描方法①②）易混淆。C51 函数应用中，虽接触过延时函数，但对函数定义（无参 / 有参）、调用顺序（需提前声明）及多文件调用（extern 关键字）认知模糊，易因函数声明遗漏或参数类型不匹配导致编译错误。实践中，Proteus 仿真与 Keil 编程常因扫描逻辑错误（未逐列扫描）或函数调用异常（未包含头文件）出现密码输入错位。需通过矩阵键盘电路、函数调用示意图及 “扫描算法 - 函数设计 - 仿真验证” 实践，强化复杂输入系统的开发能力，突破矩阵键盘密码锁的技术瓶颈。 学习目标 知识目标： 1. 了解行列矩阵式键盘的工作原理和软件扫描方法。 2. 掌握制作行列矩阵式键盘电子密码锁的流程和方法。 技能目标： 1. 学会使用 C51 函数进行编程，实现密码锁功能。 2. 能够完成电子密码锁的硬件搭建、软件编程、仿真调试和程序下载。 情感目标： 培养法治思维与规则意识，在学术研究和职业行为中恪守学术规范与行业准则。 学习重难点 重点： 1. 行列矩阵式键盘的电路原理和软件扫描方法。 2. C51 函数的定义、调用和声明。 3. 行列矩阵式键盘电子密码锁的程序设计和实现。 难点： 1. 理解行列矩阵式键盘的扫描原理和键值获取方法。 2. 正确使用 C51 函数进行编程，实现密码输入和验证功能。 3. 教学方法 案例分析、讲授法、小组讨论法 课前准备 1.查找相应网站资料，课堂演示使用。 2.学生课前预习。 教学媒体 电子课件、多媒体视频 教学过程 教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图 活动一： 创设情境 生成问题 【课程导入】 在之前的学习中，我们制作了独立式键盘电子密码锁，但密码位数较少。这次我们将设计一个可以输入 6 位数字的行列矩阵式键盘电子密码锁，提高密码的复杂度和安全性。 【新知识传授】 · 知识准备 任务二要制作行列矩阵式键盘电子密码锁，可输入 6 位数字密码。在 4×4 行列矩阵式键盘中输入 6 位密码 “980417”，按下确认键后，若密码正确，LED 会被点亮，否则 LED 不亮。密码预置在单片机的 Flash ROM 中。 (1) 行列矩阵式键盘 行列矩阵式键盘电路原理图如图所示，其 I/O 口线分为行线和列线，按键跨接在行线和列线上，按键按下时，行线与列线被短接。 注意：单片机的 P1、P2 和 P3 口内部均有上拉电阻，因此行列矩阵式键盘与这些端口接口时一般不需要外接上拉电阻，为了保证电路稳定工作，可以外接 10kΩ 的上拉电阻。如果使用 P0 口做输入端口，则必须外接上拉电阻。 (2) 行列矩阵式键盘软件扫描方法 ① 从 P1 口的高 4 位送出低电平，然后读取 P1 口数据，若送出去的数据与读取的数据一致，表示没有键被按下，若不一致则表示有键被按下。 ② 若有键被按下，然后逐列扫描，从 P1 高 4 位逐列送出低电平，然后逐行读取 P1 口低 4 位数据，若某一行为低电平，则表示该行某一个键被按下，此时读取 P1 口对应的数据，就可以获得键盘的键值。 2.引导学生带着问题去课本寻找答案，明确本节课的学习内容。 3.展示本讲学习目标。 1. 接收并查看本节课堂任务书。 2. 了解学习目标，带着目标进行学习。 3. 观察生活中常见的多媒体信息形式，思考其背后的技术支撑。 4. 针对教师给出的问题，初步发表个人见解。 5. 目标明确：跟随教师引导，明确本节课学习目标。 1.以提问的方式导入课程，让学生带着问题有针对性的进行学习。 2.通过任务实施，调动学生积极性。 活动二： 调动思维 探究新知 【新知识传授】 · C51 函数 (1) 概述 C51 程序由一个主函数 main () 和若干个子函数构成。主函数可以调用其他函数，其他函数也可以相互调用，函数可以调用它本身，称为递归调用，但是其他函数不能调用主函数。 (2) 函数的定义 从函数的形式来看，函数可以分为无参数函数和有参数函数。前者在被调用时没有参数传递，后者在被调用时有参数传递。 1　 无参数函数定义格式 类型说明符 函数名(void) //void声明该函数无参数传递 { ...... } 2　 有参数函数定义格式 类型说明符 函数名(形式参数列表) //形式参数超过一个时，用“,”隔开 { ..... return(n); } (3) 函数调用 函数调用就是在一个函数体中使用另外一个已经定义的函数，前者为主调用函数，后者为被调用函数。函数调用的格式如下： 函数名(实参表); 有实参的函数调用中，如果有多个实参，要用“,”间隔开。实参与形参顺序对应，个数相同， 类型相同。 (4) 函数声明 ① 如果被调用函数的函数定义在主调用函数之后，则需要在调用之前 (一般在程序头部) 对函数进行声明。上述程序段中的函数声明如下：void delay(uint ms); // 函数声明 ② 如果程序中使用了 C51 标准库函数，则在程序的开头要用 #include 预处理语句将被调用的函数包含进来。 #include "INTRINS.H" //C51内置库函数，头文件中定义了移位函数 ③ 如果被调用的函数不是标准库函数，在本文件中也没有定义，而是在其他文件中定义的，调用时需要使用关键字 “extern” 进行函数原型说明。 2. 教师操作演示 3. 引导学生带着问题去课本寻找答案，明确本节课的学习内容。 1. 阅读探究：阅读课本相关内容，探究多媒体技术的产生背景。 2. 概念理解：理解多媒体、多媒体技术和多媒体系统的定义，并尝试用自己的话复述。 3. 要点记录：记录多媒体技术强调的要点，加深理解。 1. 了解学生现有知识储备。 2. 巩固练习。 活动三： 调动思维 探究新知 【新知识传授】 · 编程实现 · 编程思路 1.初始化行列矩阵式键盘和 LED 灯的端口。 2.通过软件扫描方法获取键盘输入的 6 位密码。 3.将输入的密码与预置在单片机 Flash ROM 中的密码 “980417” 进行比较。 4.若密码正确，按下确认键后点亮 LED 灯；否则 LED 灯不亮。 (1) 初始化部分 #include <reg51.h> #define KEY_PORT P1 #define LED_PORT P2 // 预置密码unsigned char password[] = {9, 8, 0, 4, 1, 7}; // 输入密码数组unsigned char input_password[6]; // 记录输入密码的位置 unsigned char input_index = 0; void init() {     // 初始化端口等操作     // ...} (2) 键盘扫描部分 unsigned char key_scan() {     // 行列矩阵式键盘扫描及键值获取     unsigned char row, col;     KEY_PORT = 0x0F;  // 高4位送低电平     if ((KEY_PORT & 0x0F) != 0x0F) { // 有键按下         delay(10); // 消抖         if ((KEY_PORT & 0x0F) != 0x0F) {             row = KEY_PORT & 0x0F;             KEY_PORT = 0xF0;             col = KEY_PORT & 0xF0;             return get_key_value(row, col); // 获取键值函数         }     }     return 0xFF; // 无键按下} (3) 密码记录部分 void record_password() {     unsigned char key = key_scan();     if (key != 0xFF && input_index < 6) {         input_password[input_index++] = key;     }} (4) 密码验证部分 bit check_password() {     unsigned char i;     for (i = 0; i < 6; i++) {         if (input_password[i] != password[i]) {             return 0; // 密码错误         }     }     return 1; // 密码正确} (5) 主函数部分 void main() {     init();     while (1) {         record_password();         if (input_index == 6 && key_scan() == CONFIRM_KEY) { // 确认键按下             if (check_password()) {                 LED_PORT = 0x01; // 点亮LED             } else {                 LED_PORT = 0x00; // 熄灭LED             }             input_index = 0; // 重置输入位置         }     }} 2. 教师操作演示 3. 引导学生带着问题去课本寻找答案，明确本节课的学习内容。 1. 应用列举 2. 影响分析 3. 创新思考 1. 引导学生主动思考，发散思维，参与课堂。 2. 培养学生发现问题，解决问题的能力。 3. 了解相关知识。 4. 辩论形式让学生参与并归纳总结。 活动四： 巩固练习 素质提升 【随堂检测】 1　 行列矩阵式键盘的软件扫描方法第一步是什么？ 2　 C51 函数调用时，实参和形参有什么要求？ 3　 如果被调用函数的定义在主调用函数之后，应该怎么做？ 4　 在行列矩阵式键盘中，使用 P0 口做输入端口时需要注意什么？ 5　 简述行列矩阵式键盘的工作原理 【分组讨论】 分组讨论，讨论如何提高行列矩阵式键盘电子密码锁的安全性。分析在编程过程中可能遇到的问题及解决办法。 1. 答案交流 2. 话题讨论 3. 效率分析 4. 挑战探讨 5. 总结汇报 知识检测与巩固 课堂小结 作业布置 课堂小结 作业布置 复习本节课内容，预习下节课内容。 板书设计 1. 知识准备 2. C51 函数 3. 编程实现 教学反思 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$