【正文】 圖12 數(shù)字密碼鎖電路方案采用數(shù)字密碼鎖電路的好處就是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。用以74LS112雙JK觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設(shè)了9個(gè)用戶輸入鍵，其中只有4個(gè)是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，若按下干擾鍵，鍵盤輸入電路自動(dòng)清零，原先輸入的密碼無效，需要重新輸入；如果用戶輸入密碼的時(shí)間超過40秒（一般情況下，用戶不會(huì)超過40秒，若用戶覺得不便，還可以修改）電路將報(bào)警80秒，若電路連續(xù)報(bào)警三次，電路將鎖定鍵盤5分鐘，防止他人的非法操作。方案二：采用以AT89S51為核心的單片機(jī)控制方案，其原理如圖1－3所示。 圖13 單片機(jī)控制方案 單片機(jī)：本部分的功能包括寫入和讀取各種控制命令及數(shù)據(jù)處理，同時(shí)還要對(duì)各執(zhí)行單元進(jìn)行控制。單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心及數(shù)據(jù)處理核心。鍵盤部分：本部分由用戶通過鍵盤輸入各種信息送入到單片機(jī)進(jìn)行處理。顯示部分：本部分完成的是單片機(jī)處理后的數(shù)據(jù)和信息的顯示以及系統(tǒng)提示信息的顯示。語(yǔ)音對(duì)講部分：本部分通過與單片機(jī)的協(xié)作完成來訪者與房主的語(yǔ)音對(duì)講。密碼存儲(chǔ)部分：本部分完成存儲(chǔ)原始密碼和用戶更改密碼數(shù)據(jù)的功能。其它部分：本部分的目的是為了提高系統(tǒng)的可用性和實(shí)用性。主要包括電源部分、復(fù)位部分、晶振部分、開鎖部分和報(bào)警部分。電源部分主要的功能是為單片機(jī)提供適當(dāng)?shù)墓ぷ麟娫?，同時(shí)也為其它的部分提供電源。復(fù)位部分功能是使單片機(jī)在出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行成功的復(fù)位。晶振部分功能是給單片機(jī)提供時(shí)鐘。開鎖部分主要是根據(jù)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果驅(qū)動(dòng)繼電器控制開鎖的操作[10]。報(bào)警部分主要的功能就是在錯(cuò)誤操作下實(shí)現(xiàn)蜂鳴器叫和發(fā)光二級(jí)管亮的報(bào)警信號(hào)。本方案利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的IO端口，及其控制的準(zhǔn)確性，不但能實(shí)現(xiàn)基本的門禁系統(tǒng)功能，還能添加掉電存儲(chǔ)、聲光提示等功能。通過比較以上兩種方案，單片機(jī)方案有較大的活動(dòng)空間，不但能實(shí)現(xiàn)所要求的功能而且能在很大的程度上擴(kuò)展功能，而且還可以方便的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，所以我們采用后一種方案。 門禁系統(tǒng)單片機(jī)硬件資源的分配～?！?、?！?第2章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中，選用Ateml公司的51系列單片機(jī)AT89S51芯片作為門禁系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理及操作控制芯片。只有單片機(jī)芯片是無法完成數(shù)據(jù)處理及控制功能的，必須有附加的電路，使單片機(jī)芯片組成一個(gè)可運(yùn)行的系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)其功能，由AT89S51單片機(jī)連同附加電路構(gòu)成的單片機(jī)最小系統(tǒng)作為主控[11]。單片機(jī)最小系統(tǒng)，或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對(duì)51系列單片機(jī)來說，最小系統(tǒng)包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。單片機(jī)AT89S51引腳如圖21所示。 AT89S51簡(jiǎn)介 ◇ 與MCS51 兼容 ◇ 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ◇ 壽命：1000寫/擦循環(huán) ◇ 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 ◇ 全靜態(tài)工作：0Hz24Hz ◇ 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ◇ 128*8位內(nèi)部RAM ◇ 32可編程I/O線 ◇ 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 ◇ 5個(gè)中斷源 ◇ 可編程串行通道 ◇ 低功耗的閑置和掉電模式 圖21 單片機(jī)AT89S51引腳圖◇ 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 引腳功能說明:P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I／0口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在F1ash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1口：Pl 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／O口，Pl的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“l(fā)”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL），F(xiàn)lash編程和程序校驗(yàn)期間，Pl接收低8位地址。P2 口：P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I／O 口，P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL），在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX@Ri 指令）時(shí)，P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不改變。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。 P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I／0 口。P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL邏輯門電路。P3口除了作為一般的I／0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)[12]。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFR AUXR的DISRT0 位（地址8EH）可打開或關(guān)閉該功能。DISRT0位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。 XTAL 1：接外部晶體的微調(diào)電容的另一端。在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。若需采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖如圖22所示。圖22 外部時(shí)鐘電路的引腳連接圖XTAL2：接外部晶體和微調(diào)電容的一端。在內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率。要檢查單片機(jī)的振蕩電路是否正確工作，可用示波器查看XTAL2端是否有脈沖信號(hào)輸出[13]。 單片機(jī)晶振電路AT89S51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖23所示，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路?！?2MHz之間選擇，電容值在5～30pF之間選擇，電容值的大小可對(duì)頻率起微調(diào)的作用。 單片機(jī)復(fù)位電路RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期(即二個(gè)機(jī)器周期)以上。若使用頗率為6MHz的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過4us才能完成復(fù)位操作。復(fù)位電路如圖24所示。 圖23 晶振電路 圖24 復(fù)位電路 鍵盤電路使用矩陣鍵盤，所以本設(shè)計(jì)就采用行列式鍵盤，同時(shí)也能減少鍵盤與單片機(jī)接口時(shí)所占用的I/O線的數(shù)目，在按鍵比較多的時(shí)候，通常采用這樣方法。其原理如圖25所示。圖25 系統(tǒng)鍵盤電路每一條水平（行線）與垂直線（列線）的交叉處不相通，而是通過一個(gè)按鍵來連通，利用這種行列式矩陣結(jié)構(gòu)只需要N條行線和M條列線，即可組成具有NM個(gè)按鍵的鍵盤。在這種行列式矩陣鍵盤非鍵盤編碼的單片機(jī)系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認(rèn)有無按鍵按下的程序段。當(dāng)確認(rèn)有按鍵按下后，下一步就要識(shí)別哪一個(gè)按鍵按下。對(duì)鍵的識(shí)別通常有兩種方法：一種是常用的逐行掃描查詢法；另一種是速度較快的線反轉(zhuǎn)法。對(duì)照?qǐng)D25所示的44鍵盤，說明線反轉(zhuǎn)個(gè)工作原理[14]。首先辨別鍵盤中有無鍵按下，有單片機(jī)I/O口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來判斷。方法是：向行線輸出全掃描字00H，把全部列線置為低電平，然后將列線的電平狀態(tài)讀入累加器A中。如果有按鍵按下，總會(huì)有一根行線電平被拉至低電平從而使行線不全為1。判斷鍵盤中哪一個(gè)鍵被按下使通過將列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)的。方法是：依次給列線送低電平，然后查所有行線狀態(tài)，如果全為1，則所按下的鍵不在此列；如果不全為1，則所按下的鍵必在此列，而且是在與零電平行線相交的交點(diǎn)上的那個(gè)鍵[15]。 顯示電路 數(shù)碼管簡(jiǎn)介數(shù)碼管顯示也稱為L(zhǎng)ED顯示，是一種主動(dòng)發(fā)光的信息顯示方式，它的每一個(gè)字段由一個(gè)發(fā)光的二極管組成，其外形和引腳如圖26所示。 圖26 數(shù)碼管外形及引腳 驅(qū)動(dòng)芯片簡(jiǎn)介 門禁系統(tǒng)顯示部門的驅(qū)動(dòng)模塊由74LS247和74LS138構(gòu)成，其引腳如圖27所示。圖27 74LS2474LS138的引腳圖74LS247和74LS138的真值表如表21和22所示。表21 74LS247的真值表表22 74LS138的真值表 顯示電路設(shè)計(jì)門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)的顯示電路是為了給使用者以提示而設(shè)置的，門禁系統(tǒng)的顯示采用串行顯示的方式，只使用單片機(jī)的一個(gè)串行口，利用74LS247驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管發(fā)光顯示數(shù)碼和74LS138控制位選信號(hào)，就可以完成單片機(jī)的顯示功能，—，B，C，D四端口，74LS247的輸出口接LED的七段顯示；—，B，C三個(gè)輸入口，74LS138的輸出口接LED的位顯示。通過軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字和位控制[16]。用74LS247可以控制輸出什么字型。74LS247的邏輯功能表如表21，用74LS138控制位循環(huán)顯示，其邏輯功能表如表22，顯示電路的電路原理圖如圖28所示。圖28 系統(tǒng)顯示電路 語(yǔ)音電路 MC34118的簡(jiǎn)介本系統(tǒng)的語(yǔ)音電路選取MC34118，MC34118是MOTOROLA免提式電話機(jī)專用集成電路，工作在半雙工狀態(tài)的轉(zhuǎn)換芯片。由放大器、電平檢測(cè)器、衰減器、監(jiān)聽器、濾波器及控制單元組成。