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# 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
```c
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
```c
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
```c
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
```c
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
```

【TB作品】数码管独立按键密码锁，ATMEGA16单片机，Proteus仿真 atmega16数码管独立按键密码锁

机电荷2018级课程设计题目及要求





题1:电子称重器设计

功能要求:

1)开机显示时间(小时、分)、时分可修改;

2)用滑动变阻器模拟称重传感器(测量范围0-

200g),数码管显示当前重量值,当重量值高于高

值时,红灯长亮;

3)当重量值低于低值时,黄灯长亮;

4)当重量值在正常值时,绿灯亮;

5)重量高值150g-200g和低值30g。

硬件调试:实现以上功能


数码管 段选RORTD八个引脚 位选PC0  PC1  PA1 PA2 PA3 PA4 PA5(只用到7位数码管)

按键四个 PB0 PB1 PB2 PB3

滑动变阻器接PA0

三个灯，黄绿红，接PB4  PB5  PB6

功能:

1数码管前四个显示时和分比如0158代表1点58分。数码管最后三位显示重量000到200表示多少g。

重量低于30，则黄灯亮。

重量正常，则绿灯亮。

重量高于150，则红灯亮。

按键1增加小时，按键2减少小时。(调时)

按键3增加分钟，按键4减少分钟。(调分)

正常走时。


![在这里插入图片描述](/static/img/images/01318.png)

## 电子称重器设计

### 功能要求

1. **显示时间**：开机后显示当前时间（小时和分钟），并且可以通过按键进行时、分的修改。

2. **重量测量**：使用滑动变阻器模拟称重传感器，测量范围为0到200克。数码管实时显示当前重量。

3. **重量报警**：根据测量的重量值，分别控制三种指示灯：

    - 当重量高于150克时，红灯亮。

    - 当重量低于30克时，黄灯亮。

    - 当重量在30克到150克之间时，绿灯亮。

### 硬件配置

- **数码管**：用于显示时间和重量。段选引脚连接RORTD，位选引脚连接PC0、PC1、PA1、PA2、PA3、PA4、PA5（只使用7位数码管）。

- **按键**：四个按键，分别连接到PB0、PB1、PB2、PB3。用于调整时间。

- **滑动变阻器**：连接到PA0，用于模拟称重传感器。

- **指示灯**：三个灯（黄、绿、红），分别连接到PB4、PB5、PB6。

### 系统原理

1. **时间显示与调整**：

    - 数码管的前四个位置用于显示当前时间。例如，显示"0158"表示当前时间是1点58分。

    - 通过按键1和按键2可以增加或减少小时，通过按键3和按键4可以增加或减少分钟。

    - 时间正常计时，并且每秒钟更新一次。

2. **重量测量与显示**：

    - 滑动变阻器模拟称重传感器，通过AD转换器将模拟信号转换为数字信号。

    - AD转换后的数据经过处理，显示在数码管的后三位。例如，显示"050"表示当前重量为50克。

    - 重量的变化实时更新到数码管上。

3. **重量报警指示**：

    - 程序根据重量值的范围控制相应的指示灯。

        - 当重量低于30克时，黄灯亮，表示重量过轻。

        - 当重量在30克到150克之间时，绿灯亮，表示重量正常。

        - 当重量超过150克时，红灯亮，表示重量过重。

### 程序实现与讲解

#### 1. 初始化设置
```c
DDRA = 0xFF - 0x01;  // 配置引脚的输入输出关系
DDRC |= 0x03;        // 配置引脚的输入输出关系
DDRD = 0xFF;         // 配置引脚的输入输出关系
DDRB = 0xF0;         // 配置引脚的输入输出关系
```

这段代码配置了各个引脚的输入输出关系。数码管、滑动变阻器和指示灯分别连接到不同的端口。

#### 2. 时间更新与显示
```c
SEG_DISP[0] = LED_Disbuf[time_hour % 100 / 10];
SEG_DISP[1] = LED_Disbuf[time_hour % 10];
SEG_DISP[2] = LED_Disbuf[time_minute % 100 / 10];
SEG_DISP[3] = LED_Disbuf[time_minute % 10];
```

这段代码将当前时间的小时和分钟分解成个位和十位，并将其转换为数码管显示的内容。

#### 3. 按键检测与时间调整
```c
int GetKey(void) {
    if ((PINB & 0x01) == 0) {
        return 1; // 第1个按键
    } else if ((PINB & 0x02) == 0) {
        return 2; // 第2个按键
    } else if ((PINB & 0x04) == 0) {
        return 3; // 第3个按键
    } else if ((PINB & 0x08) == 0) {
        return 4; // 第4个按键
    }
    return 0;
}
```

这个函数检测哪个按键被按下，并返回相应的按键编号。通过这个返回值可以调整时间。

```c
if (keyvalue == 1) { // 按键1的功能
    time_hour++;
    if (time_hour == 24) time_hour = 0;
} else if (keyvalue == 2) { // 按键2的功能
    if (time_hour == 0) {
        time_hour = 23;
    } else {
        time_hour--;
    }
} else if (keyvalue == 3) { // 按键3的功能
    time_minute++;
    if (time_minute == 60) time_minute = 0;
} else if (keyvalue == 4) { // 按键4的功能
    if (time_minute == 0) {
        time_minute = 59;
    } else {
        time_minute--;
    }
}
```

根据按键检测结果，调整小时和分钟。按键1和按键2用于增加和减少小时，按键3和按键4用于增加和减少分钟。

#### 4. 重量检测与显示
```c
unsigned int AD_GetData(void) {
    unsigned int ADData0;
    ADMUX = (1 << REFS0); // ADC参考电压为AVcc，ADC结果右对齐，选择通道ADC0
    ADCSRA |= (1 << ADEN) | (1 << ADPS2) | (1 << ADPS1); // 使能AD转换，ADC时钟64分频
    ADCSRA |= (1 << ADSC); // 开始AD转换
    while (!(ADCSRA & (1 << ADIF)));
    ADCSRA |= (1 << ADIF); // 清零ADC中断标志位
    ADData0 = ADC;
    ADData0 = ((long)ADData0 * 5010 / 1024); // 将获得的AD值转换为电压值，单位为mv
    ADData0 = ADData0 / 25; // 数值换算到0~200g
    return ADData0;
}
```

该函数通过AD转换器获取滑动变阻器的电压值，并将其转换为重量值，显示在数码管上。

#### 5. 指示灯控制
```c
if (ADData0 < 30) { // 重量低于30
    PORTB &= ~0x10; // PB4低电平，黄灯亮
    PORTB |= 0x20; // PB5高电平，绿灯不亮
    PORTB |= 0x40; // PB6高电平，红灯不亮
} else if (ADData0 < 150) {
    PORTB &= ~0x20; // PB5低电平，绿灯亮
    PORTB |= 0x10; // PB4高电平，黄灯不亮
    PORTB |= 0x40; // PB6高电平，红灯不亮
} else {
    PORTB &= ~0x40; // PB6低电平，红灯亮
    PORTB |= 0x20; // PB5高电平，绿灯不亮
    PORTB |= 0x10; // PB4高电平，黄灯不亮
}
```

根据重量值控制相应的指示灯。当重量低于30克时，黄灯亮；重量在30克到150克之间时，绿灯亮；重量超过150克时，红灯亮。

通过以上功能模块的合理设计和实现，可以完成电子称重器的主要功能，包括时间显示与调整、重量测量与显示以及重量报警指示。

## 资源

```
https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?u=bdf8eeb84961492ba2b62f7bfee641ea&tab=BB08J2
```

【TB作品】体重监控系统，ATMEGA16单片机，Proteus仿真

题2:温湿度监控系统设计





功能要求:

1)开机显示时间(小时、分)、时分可修改;

2)用两个滑动变阻器分别模拟温度传感器(测量范

围0-100度)与湿度传感器(0-100%),通过按键

可以在数码管切换显示当前温度值、湿度值;

3)当温度低于20度时,红灯长亮;

4)当湿度高于70%时,黄灯长亮;

5)当湿度正常时,绿灯亮;温度正常时蓝灯亮。

硬件调试:实现以上功能


![在这里插入图片描述](/static/img/images/01862.png)

### 温湿度监控系统设计实验报告

---

#### 一、实验背景及目的

本实验旨在设计一个温湿度监控系统，通过模拟温度和湿度传感器来测量环境参数，并根据设定的阈值控制不同颜色的指示灯。同时，系统还具备时间显示与修改功能，以满足基本的时钟需求。

---

#### 二、系统功能需求

1. **时间显示与修改**：系统开机后显示当前时间（小时、分钟），并允许用户通过按键修改时间。

2. **温湿度显示**：通过两个滑动变阻器分别模拟温度传感器（0-100度）和湿度传感器（0-100%），用户可通过按键在数码管上切换显示当前温度值和湿度值。

3. **指示灯控制**：

   - 温度低于20度时，红灯长亮。

   - 湿度高于70%时，黄灯长亮。

   - 湿度在正常范围（≤70%）时，绿灯亮。

   - 温度在正常范围（≥20度）时，蓝灯亮。

---

#### 三、系统设计原理

##### 1. **硬件设计**

系统硬件主要由微控制器、数码管显示模块、滑动变阻器、按键矩阵和指示灯组成。

- **微控制器**：负责读取传感器数据、处理逻辑并控制显示和指示灯。

- **数码管显示模块**：用于显示时间、温度和湿度值。

- **滑动变阻器**：模拟温度和湿度传感器，通过AD转换获取模拟量值。

- **按键矩阵**：用于用户输入，修改时间和切换显示内容。

- **指示灯**：根据温湿度值进行指示。

##### 2. **软件设计**

软件设计主要分为以下几个模块：

1. **初始化模块**：初始化各个端口、设置定时器、初始化显示内容。

2. **按键检测模块**：检测用户按键输入，并对时间进行修改或切换显示模式。

3. **AD转换模块**：获取滑动变阻器的模拟量值，转换为温度和湿度值。

4. **显示模块**：根据当前模式，显示时间、温度或湿度值。

5. **指示灯控制模块**：根据温湿度值，控制对应的指示灯状态。

---

#### 四、电路原理



- **数码管**连接到微控制器的输出端口，用于显示数值。

- **滑动变阻器**连接到AD转换器通道，用于模拟传感器输入。

- **按键矩阵**连接到微控制器的输入端口，用于用户交互。

- **指示灯**通过微控制器的输出端口控制，显示当前环境状态。

---

#### 五、程序原理

程序采用C语言编写，主要功能模块说明如下：

##### 1. **初始化模块**

初始化各个端口、设置定时器并初始化显示内容：

```c
void main( void ) {
    DDRA = 0XFF - 0X03;
    DDRC |= 0X03;
    DDRD = 0XFF;
    DDRB = 0X00;
    disp[0] = LED_Disbuf[rtc_hour % 100 / 10];
    disp[1] = LED_Disbuf[rtc_hour % 10];
    disp[2] = LED_Disbuf[rtc_min % 100 / 10];
    disp[3] = LED_Disbuf[rtc_min % 10];
    SREG = 0x80;
    TIMSK |= (1 << TOIE0);
    TCCR0 = 0x03;
    TCNT0 = 0;
    while (1) {
        // 主循环
    }
}
```

##### 2. **按键检测模块**

检测用户按键输入，用于修改时间和切换显示模式：

```c
int get_key( void ) {
    if (PINB != 0XFF) {
        if (PINB == 0xff - 0x01) return(1);
        if (PINB == 0xff - 0x02) return(2);
        // 检测其他按键
    }
    return(0);
}
```

##### 3. **AD转换模块**

获取滑动变阻器的模拟量值，并转换为温度和湿度值：

```c
void AD_GetData( void ) {
    ADMUX = (1 << REFS0);
    ADCSRA |= (1 << ADEN) | (1 << ADPS2) | (1 << ADPS1);
    ADCSRA |= (1 << ADSC);
    while (!(ADCSRA & (1 << ADIF)));
    ADCSRA |= (1 << ADIF);
    ADData0 = ADC;
    ADData0 = ((long) ADData0 * 5010 / 1024) / 50;
    // 处理湿度传感器数据
}
```

##### 4. **显示模块**

根据当前模式，显示时间、温度或湿度值：

```c
if (mode == 0) {
    disp[0] = LED_Disbuf[rtc_hour % 100 / 10];
    disp[1] = LED_Disbuf[rtc_hour % 10];
    disp[2] = LED_Disbuf[rtc_min % 100 / 10];
    disp[3] = LED_Disbuf[rtc_min % 10];
} else if (mode == 1) {
    disp[1] = LED_Disbuf[ADData0 / 100];
    disp[2] = LED_Disbuf[ADData0 % 100 / 10];
    disp[3] = LED_Disbuf[ADData0 % 10];
} else if (mode == 2) {
    disp[1] = LED_Disbuf[ADData1 / 100];
    disp[2] = LED_Disbuf[ADData1 % 100 / 10];
    disp[3] = LED_Disbuf[ADData1 % 10];
}
```

##### 5. **指示灯控制模块**

根据温湿度值，控制指示灯的状态：

```c
if (ADData0 < 20) {
    PORTA &= ~0x10;  // 红灯亮
    PORTA |= 0x20;   // 蓝灯灭
} else {
    PORTA &= ~0x20;  // 红灯灭
    PORTA |= 0x10;   // 蓝灯亮
}
if (ADData1 > 70) {
    PORTA &= ~0x40;  // 黄灯亮
    PORTA |= 0x80;   // 绿灯灭
} else {
    PORTA &= ~0x80;  // 黄灯灭
    PORTA |= 0x40;   // 绿灯亮
}
```

---

#### 六、实验结果

通过调试和运行，系统实现了预期的功能。开机后显示当前时间，并能通过按键修改时间；模拟温度和湿度传感器的数据，并能在数码管上切换显示当前温度和湿度值；根据温湿度值控制指示灯的状态，温度低于20度红灯长亮，湿度高于70%黄灯长亮，湿度正常绿灯亮，温度正常蓝灯亮。

---

#### 七、总结

本实验通过设计一个温湿度监控系统，结合了AD转换、按键检测、数码管显示和指示灯控制等多项技术，全面锻炼了硬件和软件设计能力。系统在实际运行中表现稳定，达到了预期效果。

#### 资源

```
https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?u=bdf8eeb84961492ba2b62f7bfee641ea&tab=BB08J2
```

【TB作品】温湿度监控系统设计，ATMEGA16单片机，Proteus仿真

4个数码管+1个独立的数码管+键盘





1 键盘输入一个密码后数码管就显示一个密码，再输一个数码管就第二个显示，依次往后推。

2 *号键可以删除之前的一个输入的密码，#号键可以清除所有输入。

3 输入4个后，单片机自动比对密码（无需确认键），密码正确 小灯点亮。

4 密码错误三次后，蜂鸣器响起来。三次后不能进行任何输入，只能重新打开仿真。

5 输入正确一次，即可清空之前有的错误次数。

6 单独的那个数码管显示的就是剩余可犯错次数，犯错3次就不能再次输入了。

7 按键盘的A按键可以修改密码，无需输入原密码，直接按4个密码进去就完成修改。（从简的设计）


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# 实验报告

## 实验名称

数码管密码锁系统设计与实现

## 实验目的

1. 掌握基于ATMEGA16单片机的数码管显示和矩阵键盘输入技术。

2. 设计并实现一个具有密码输入、验证和错误提示功能的数码管密码锁系统。

3. 学习蜂鸣器报警和LED指示灯的控制。

## 实验设备

1. ATMEGA16单片机

2. 矩阵键盘

3. 数码管（4个共阳极数码管+1个独立的数码管）

4. LED灯

5. 蜂鸣器

6. Proteus仿真软件

## 系统功能

1. 键盘输入密码，数码管依次显示输入的密码。

2. “*”键用于删除上一个输入的密码，“#”键用于清除所有输入。

3. 输入4位密码后自动比对，如果密码正确，点亮指示灯；密码错误三次后，蜂鸣器报警且锁定系统。

4. 独立数码管显示剩余错误次数，三次错误后系统锁定，无法继续输入。

5. 按键“A”用于修改密码，无需输入原密码，直接输入新密码完成修改。

6. 输入正确一次，即可清空之前的错误次数。

## 系统原理

### 硬件原理

1. **矩阵键盘：** 采用4行4列的矩阵键盘，通过扫描方式获取按键值。

2. **数码管显示：** 采用共阳极数码管，使用段选信号控制显示内容，位选信号控制具体显示哪个数码管。

3. **LED指示灯：** 通过单片机IO口控制，表示密码输入正确。

4. **蜂鸣器：** 通过单片机IO口控制，表示密码错误三次后的报警。

5. **独立数码管：** 显示剩余错误次数。

### 软件原理

1. **键盘扫描：** 通过行列扫描法检测按键输入，根据按键值查找键盘映射表获取实际按键。

2. **密码存储与比对：** 通过数组存储系统密码和用户输入的密码，输入4位后进行比对。

3. **数码管显示：** 根据输入的密码和剩余错误次数更新数码管显示内容。

4. **错误处理：** 记录密码错误次数，三次错误后锁定系统，蜂鸣器报警。

5. **密码修改：** 通过按键“A”进入密码修改模式，直接输入4位新密码更新系统密码。

## 电路设计

1. **矩阵键盘接口：** 矩阵键盘的行线和列线分别连接到单片机的IO口，通过设置行线和检测列线电平变化来识别按键。

2. **数码管接口：** 数码管的段选信号连接到单片机的一个端口，位选信号通过NPN三极管驱动，由单片机的另一组端口控制。

3. **LED与蜂鸣器接口：** LED和蜂鸣器分别通过限流电阻连接到单片机的IO口，通过控制IO口电平实现开关控制。

## 程序设计

### 键盘扫描函数
```c
int getKeyBoardValue(void)
{
    // 键盘扫描代码，返回按键值
}
```

### 显示函数
```c
void display_pwd(char *pwdptr, unsigned char length)
{
    // 根据输入的密码和剩余错误次数更新数码管显示内容
}
```

### 主程序
```c
int main(void)
{
    // 系统初始化
    // 主循环，处理键盘输入、密码比对、数码管显示等逻辑
}
```

## 实验步骤

1. 连接硬件电路，完成矩阵键盘、数码管、LED、蜂鸣器的连接。

2. 编写并烧录程序到ATMEGA16单片机。

3. 使用Proteus仿真，测试系统功能，验证各项功能是否正确实现。

## 实验结果

1. 输入密码，数码管正确显示输入的数字。

2. 密码输入正确，LED指示灯点亮。

3. 密码错误三次后，蜂鸣器报警，系统锁定。

4. 按键“A”可以进入密码修改模式，重新设置系统密码。

5. 独立数码管显示剩余错误次数，错误三次后锁定输入。

## 总结

本实验通过设计和实现一个基于ATMEGA16单片机的数码管密码锁系统，掌握了矩阵键盘输入、数码管显示、LED和蜂鸣器控制等技术，系统功能完善，达到了预期的实验目标。在实际应用中，该设计可以进一步优化，例如增加密码保护机制，增强系统安全性。

## 资源

```
https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?u=bdf8eeb84961492ba2b62f7bfee641ea&tab=BB08J2
```

【TB作品】密码锁，数码管，ATMEGA16单片机，Proteus仿真

智能台灯





1 adc检测光强光敏电阻  显示电压

2 光强太高 也就是高于临界值   就关闭小灯  

3 光强太低 也就是低于临界值 就打开小灯

3 按键修改临界值 显示

![在这里插入图片描述](/static/img/images/01908.png)


# 实验报告：基于ATMEGA16单片机的智能台灯设计与Proteus仿真

## 1. 实验背景

智能台灯是一种能够根据环境光强自动调节亮度的灯具，广泛应用于节能和智能家居系统中。本实验利用ATmega16单片机和光敏电阻，通过AD转换测量环境光强，结合LCD1602显示屏和按键，实现对环境光强的检测和临界值的设置，从而控制小灯的亮灭。通过Proteus仿真平台，可以直观地验证设计的功能和效果。

## 2. 实验目的

1. 掌握AD转换的基本原理和使用方法。

2. 熟悉LCD1602显示屏的控制与数据输出。

3. 实现环境光强的自动检测和小灯的自动控制。

4. 提高单片机系统设计和调试能力。

## 3. 系统概述

### 3.1 系统组成

1. **ATmega16单片机**：核心控制器，负责AD转换、数据处理和显示控制。

2. **光敏电阻**：用于检测环境光强。

3. **LCD1602显示屏**：用于显示环境光强和临界值。

4. **按键**：用于设置光强临界值。

5. **小灯**：根据光强临界值自动控制亮灭。

### 3.2 系统原理

1. **AD转换**：通过光敏电阻检测环境光强，AD转换模块将模拟信号转换为数字信号。

2. **数据处理**：单片机根据AD转换的结果计算当前光强，并判断是否超过设定的临界值。

3. **显示与控制**：LCD1602显示屏实时显示当前光强和临界值。根据光强和临界值的比较结果，自动控制小灯的亮灭状态。

4. **按键设置**：通过按键可以调整光强的临界值，以适应不同的环境需求。

## 4. 硬件设计

### 4.1 硬件连接

1. **光敏电阻**：连接到ATmega16的ADC0通道，用于检测环境光强。

2. **LCD1602显示屏**：数据线和控制线连接到单片机的PORTD和其他I/O口。

3. **按键**：两个按键分别连接到单片机的PB0和PB1，用于增加和减少光强临界值。

4. **小灯**：连接到单片机的PD0，通过I/O口控制其亮灭。

### 4.2 硬件配置

1. **I/O口配置**：

   - ADC0通道设置为输入口，高阻态，用于接收光敏电阻的模拟信号。

   - PORTB配置为输入，用于接收按键输入。

   - PORTD配置为输出，用于驱动LCD显示屏和控制小灯。

2. **AD转换配置**：

   - 设置ADC参考电压为AVcc，ADC结果右对齐，选择通道ADC0。

   - 使能AD转换，设置ADC时钟为64分频。

## 5. 软件设计

### 5.1 功能模块

1. **初始化模块**：初始化LCD显示屏、AD转换模块和I/O口。

2. **AD转换模块**：获取光敏电阻的AD值，并转换为电压值。

3. **显示模块**：在LCD1602显示屏上显示当前光强和临界值。

4. **控制模块**：根据光强和临界值的比较结果，自动控制小灯的亮灭状态。

5. **按键设置模块**：通过按键调整光强的临界值。

### 5.2 系统流程

1. **系统初始化**：初始化LCD显示屏、AD转换模块和按键输入。

2. **光强检测**：通过AD转换获取光敏电阻的电压值，计算当前光强。

3. **光强显示**：将当前光强和设定的临界值显示在LCD1602显示屏上。

4. **自动控制**：根据光强和临界值的比较结果，控制小灯的亮灭。

5. **临界值调整**：通过按键输入调整光强的临界值。

## 6. 详细实现

### 6.1 AD转换原理

AD转换器用于将光敏电阻检测到的模拟信号转换为数字信号。通过设置ADC参考电压和通道选择，启动AD转换，等待转换完成后读取ADC值。具体过程如下：

1. **初始化AD转换模块**：设置ADC参考电压为AVcc，选择ADC0通道，启用ADC并设置时钟分频。

2. **获取AD转换结果**：启动AD转换，等待转换完成后读取ADC值，并将其转换为电压值。

### 6.2 数据处理与显示

1. **光强计算**：通过公式将AD转换的结果转换为电压值（单位为mV）。

2. **显示光强和临界值**：将当前光强和设定的临界值转换为字符串，并显示在LCD1602显示屏上。

### 6.3 自动控制与按键设置

1. **自动控制**：根据当前光强和临界值的比较结果，控制小灯的亮灭状态。若光强高于临界值，则关闭小灯；反之，则打开小灯。

2. **按键设置**：通过按键输入调整光强的临界值。按键1用于增加临界值，按键2用于减少临界值，每次调整100mV。

### 6.4 主程序流程

1. **初始化**：初始化LCD显示屏、AD转换模块和按键输入。

2. **循环检测**：在主循环中，持续进行光强检测和显示，判断是否需要调整临界值，并控制小灯的亮灭状态。

## 7. 总结

通过本实验，我们成功设计并实现了一个基于ATmega16单片机的智能台灯系统。该项目不仅加深了对AD转换、LCD显示和按键输入的理解，还展示了单片机在智能控制系统中的应用。通过Proteus仿真平台，我们可以直观地验证设计的功能和效果，提高了系统设计和调试的能力。该项目对于学习单片机应用和智能控制系统设计具有重要意义。

## 资源

```
https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?u=bdf8eeb84961492ba2b62f7bfee641ea&tab=BB08J2
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【TB作品】智能台灯，ATMEGA16单片机，Proteus仿真

我是一个专注技术分享的博主,尤其爱搞深度学习和单片机电子。你现在看到的是我的个人博客网站。