任务二 制作行列矩阵式键盘电子密码锁 （2）（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 （2） 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” 项目的进阶实践章节，聚焦 “行列矩阵式键盘密码锁全流程制作” 核心目标，系统讲解矩阵键盘原理、硬件制作、程序设计及仿真验证的技术要点。教材采用 “知识准备（矩阵键盘→扫描方法）→实践流程（电路设计→焊接→编程→仿真）” 递进结构，通过元件清单、电路原理图及扫描函数代码（KeyV ()），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（扫描函数、延时函数）培养学生工程实践能力，为后续学习触摸键盘、智能密码算法等任务奠定技术基础，是提升单片机系统开发综合能力的核心章节。 学情分析 学生已完成独立式键盘密码锁（任务一）的制作，掌握 I/O 口控制、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 16 键协同（4×4 矩阵）的扫描算法易混淆。硬件操作中，焊接 16 个按键与布局因元件密集易出错；软件编程中，键盘扫描函数（KeyV ()）的位操作（_cror_循环右移）与密码比对逻辑（主函数逐位验证）常因逻辑遗漏导致仿真异常。需通过电路原理图、流程图及 “设计 - 焊接 - 编程 - 仿真” 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模块电路原理图的绘制方法。 2. 掌握行列矩阵式键盘模块的焊接与电路搭接。 3. 学会绘制行列矩阵式键盘电子密码锁的程序流程图。 技能目标： 1. 能够编写、编译行列矩阵式键盘电子密码锁的 C51 源程序。 2. 完成行列矩阵式键盘电子密码锁的仿真调试和程序下载验证功能。 情感目标： 明确职业定位与发展方向，结合产业趋势制定科学的职业规划与成长路径。 学习重难点 重点： 1. 行列矩阵式键盘模块电路原理图的绘制。 2. 行列矩阵式键盘模块的焊接工艺和电路搭接。 3. 行列矩阵式键盘电子密码锁程序流程图的绘制和 C51 源程序的编写。 难点： 1. 理解行列矩阵式键盘扫描函数的原理和实现。 2. 根据流程图准确编写 C51 源程序，确保密码锁功能正常。 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，我们对电子密码锁有了一定的了解。这次我们将制作一个行列矩阵式键盘电子密码锁，它可以输入更多位数的密码，提高密码的安全性。 【新知识传授】 · 绘制行列矩阵式键盘模块电路原理图 (1) 启动与新建文件 ① 启动 Protel DXP 2004，新建一个电路原理图文件，其文件名为 “行列矩阵式键盘模块电路原理图”。 (2) 查找与拖入元件 ② 从元件库 “Miscellaneous Connectors.IntLib” 中查找 “Header 8”(1 个 I/O 口插座) 和 “Header 2”(1 个电源插座)，拖入工作窗口。 ③ 从元件库 “Miscellaneous Devices.IntLib” 中查找 “RES”(4 个 10kΩ 电阻) 和 “SW - PB”(16 个按键) 拖入工作窗口。 (3) 绘制电路 ④ 绘制如图所示的电路，修改标号和标称值。 (4) 保存文件 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】 · 焊接行列矩阵式键盘模块 (1) 元件选取与检测 ① 根据行列矩阵式键盘模块电路元件清单，选取元件，用万用表检测元件的好坏。 (2) 元件布局与插装 ② 绘制元件布局图，在万能电路板上按布局图依次进行元件的排列、插装。 (3) 焊接元件 ③ 按工艺要求焊接元件，背面用直径为 0.5 - 1mm 的导线连接，直到所有的元件连接并焊完为止。焊接顺序为按键 →I/O 口插座 → 电阻 → 电源插座 → 连接导线。 · 搭接电路 根据电路原理图 (如图所示) 用杜邦线搭接电路，行列矩阵式键盘的 I/O 口与最小系统板的 P1 口相连，LED 灯控电路的 I/O 口与最小系统板的 P2 口相连，连接电源和地端，安装电池盒。 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】 · 绘制程序流程图 ① 启动流程图绘图软件 Diagram Designer，新建一个文件，文件名为 “行列矩阵式键盘电子密码锁主程序流程图.DDD”，设置图纸大小为 A4。 ② 从右侧的标准框图符号库中拖取所需的框图符号，调整其大小和位置。 ③ 在框图中输入文本。 ④ 用指向线连接框图符号 ⑤ 保存该文件。 (1) 启动与设置文件 (2) 拖取与调整框图 (3) 输入文本 (4) 连接框图与保存 · 编程 1) 新建工程与源文件 启动 Keil uVision2，新建工程文件 “行列矩阵式键盘电子密码锁.uV2”；新建 C51 源程序文件 “行列矩阵式键盘电子密码锁.C”，编写包含延时函数、键盘扫描函数、主函数等的代码。 · 编程实现 - 延时函数 void delay(uint ms){     uchar i;     while(ms--)     {         for(i = 0; i < 125; i++);     }} · 编程实现 - 键盘扫描函数 uchar KeyV() {     uchar key, key_value, a;     P1 = 0x0f;     if(P1 == 0x0f)         return(0); // 无键按下，返回0值     else     {         delay(10);         if(P1 == 0x0f)             return(0);         for(a = 0; a < 4; a++)         {             P1 = _cror_(0x7f, a);             if(P1_0 == 0) break;             if(P1_1 == 0) break;             if(P1_2 == 0) break;             if(P1_3 == 0) break;         }        key = P1; for(; P1 != 0x0f; P1 = 0x0f) {;} // 等待松开按键         switch(key)         {             case 0xee: key_value = 1; break; // 1             case 0xed: key_value = 2; break; // 2             case 0xeb: key_value = 3; break; // 3             case 0xe7: key_value = 4; break; // 4             case 0xde: key_value = 5; break; // 5             case 0xdd: key_value = 6; break; // 6         case 0xdb: key_value = 7; break; // 7             case 0xd7: key_value = 8; break; // 8             case 0xbe: key_value = 9; break; // 9             case 0xbd: key_value = 10; break; // 10             case 0xbb: key_value = 11; break; // 11             case 0xb7: key_value = 12; break; // 12             case 0x7e: key_value = 13; break; // 13             case 0x7d: key_value = 14; break; // 14             case 0x7b: key_value = 15; break; // 15             case 0x77: key_value = 16; break; // OK             default: break;         }         return(key_value);     } } · 编程实现 - 主函数 uchar key_value = 0xff;     while(1)     {         while(key_value != D[0])         {             key_value = KeyV();         }         while(key_value != D[1])         {             key_value = KeyV();         }         while(key_value != D[2]) //与数组中预置的密码逐位比对         {             key_value = KeyV(); //键盘扫描，并取键值         } while(key_value != D[3])         {             key_value = KeyV();         } while(key_value != D[4])         {             key_value = KeyV();         }         while(key_value != D[5])         {             key_value = KeyV();         }     }} · 编程实现 - 编程（代码解释） · 延时函数delay：通过循环实现指定毫秒数的延时，用于按键消抖等操作。 · 键盘扫描函数KeyV：先检查是否有键按下，若有则进行消抖处理，然后通过循环右移和判断行线电平确定按下的键，最后根据键值返回对应的数字或确认键（1 - 16）。 · 主函数main：不断调用键盘扫描函数，依次等待输入与预设密码对应的键值。 2) 编译生成 HEX 文件 编译生成 “行列矩阵式键盘电子密码锁.HEX” 文件。 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　 绘制行列矩阵式键盘模块电路原理图时，从哪个元件库中查找 I/O 口插座和电源插座？ 2　 焊接行列矩阵式键盘模块时，焊接顺序是什么？ 3　 在行列矩阵式键盘电子密码锁程序中，键盘扫描函数返回值的范围是多少？ 4　 绘制行列矩阵式键盘电子密码锁程序流程图时，第2步是什么？ 【分组讨论】 分组讨论，讨论如何优化行列矩阵式键盘电子密码锁的电路设计，提高其稳定性。分析在编程过程中，键盘扫描函数可能出现的问题及解决办法。 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. 绘制行列矩阵式键盘模块电路原理图 2. 焊接行列矩阵式键盘模块 3. 搭接电路 4. 绘制程序流程图 5. 编程 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 $$