【正文】 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)控制器、并行I/O口，全雙工串行口及OSC時(shí)鐘電路。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)方塊圖如下： 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)方塊圖I2C（Inter－Integrated Circuit）總線是由荷蘭的PHILIPS公司開發(fā)的兩線式的串行總線，用以連接微控制器及其外圍設(shè)備。是一種微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種總線標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式，具備有接口線少，控制方式簡單，以及器件封裝形式小，和通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)涉及使用了I2C總線擴(kuò)展技術(shù)，用了P3口的第二功能,于是這里著重講一下P3口的結(jié)構(gòu)與功能。P3口的第一功能就是作為通用的I/O口使用，第二功能就是作為控制和特殊功能口使用，這時(shí)8條端口線所定義的功能各不相同。P3口能帶3個(gè)或4個(gè)TTL負(fù)載（即輸出端連接的是使用雙極晶體管的數(shù)字電路）。P3口第二功能的定義如下圖所示。 串行輸入口(RXD)串行輸出口(TXD)外部中斷0(INT0)外部中斷1(INT1)定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的外部輸入口(T0)定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的外部輸入口(T1)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通(WR) 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通(RD) P3口各個(gè)引腳的第二功能(2) 外部時(shí)鐘芯片DS1307DS1307是I2C總線接口實(shí)時(shí)的時(shí)鐘芯片，可獨(dú)立于CPU工作，同時(shí)計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，還有備用電池引腳以防主電源掉電情況下無法工作的情況，有產(chǎn)生年月日時(shí)分秒的功能，閏年還可自動(dòng)調(diào)整，內(nèi)部還具有集成一定容量、具有斷電保護(hù)特性的RAM，可以保存一些關(guān)鍵的數(shù)據(jù)。I2C總線是飛利浦公司專用的一種二線專利技術(shù)，它用兩根線SDA串行數(shù)據(jù)線和SCL串行時(shí)鐘線連接多個(gè)具有I2C總線接口的外圍設(shè)備器件，每個(gè)I2C器件都有唯一確定的地址。 DS1307硬件電路(3) 擴(kuò)展芯片PCF8574PCF8574是一款帶I2C總線,具有CMOS電路的芯片，是PHILIPS公司推出的?？墒勾蠖鄶?shù)MCU實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程I/O口擴(kuò)展，該器件包含一個(gè)8位準(zhǔn)雙向口和一個(gè)I2C總線接口，PCF8574電流消耗很低，且口輸出鎖存具有大電流驅(qū)動(dòng)能力，可直接驅(qū)動(dòng)LED。它還帶有一條中斷接線INT可與MCU的中斷邏輯相連。通過INT發(fā)送中斷信號遠(yuǎn)端I/O口不必經(jīng)過I2C總線通信就可通知MCU即單片機(jī)是否有數(shù)據(jù)從端口輸入，這意味著PCF8574可以作為一個(gè)單被控器。 PCF8574功能框圖2. 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)(1) 系統(tǒng)基本框架 快遞包裹取件柜系統(tǒng)框架如圖所示，以AT89C52為硬件電路核心控制的芯片，12位矩陣鍵盤作為系統(tǒng)輸入，輸出則用液晶LCD12864顯示屏，使用電控鎖控制柜門的開關(guān)，硬件檢測電路來模擬檢測門柜是否關(guān)好，柜內(nèi)是否有物體已放入，揚(yáng)聲器負(fù)責(zé)非法操作發(fā)生時(shí)的報(bào)警電路，GSM模塊負(fù)責(zé)發(fā)送驗(yàn)證碼短信給取件人，以及搭載的外部存儲(chǔ)SD卡，和對必要信息的記錄。該系統(tǒng)大致工作流程如下：工作人員在存件時(shí)，進(jìn)入管理者界面，輸入快遞包裹取件柜的密碼，進(jìn)入存件界面后，工作者通過液晶顯示屏界面輸入單位編號及取件者的手機(jī)號碼，單片機(jī)會(huì)在接收到命令后，掃描系統(tǒng)中是否有空柜，如果未存滿則會(huì)打開一個(gè)空箱，存入物件后手動(dòng)關(guān)閉，隨后單片機(jī)會(huì)自動(dòng)生成四位隨機(jī)整數(shù)，結(jié)合著箱柜號生成的六位驗(yàn)證密碼，密碼將會(huì)以短信的信息來通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給取件人，然后內(nèi)部存儲(chǔ)器將會(huì)記錄保存過程中的必要信息，方便日后信息查詢以及之后的密碼驗(yàn)證。取件人在取物時(shí)，按“取物”鍵，進(jìn)入用戶的界面，通過鍵盤輸入短信驗(yàn)證密碼，使相應(yīng)的箱子打開，取走物件。若連續(xù)三次發(fā)送密碼輸入錯(cuò)誤的情況，則揚(yáng)聲器報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)報(bào)警，同時(shí)一定時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)進(jìn)行鎖定，無法進(jìn)行輸入操作。(2) 電源電路設(shè)計(jì) 電源內(nèi)部電路硬件電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中采用的電源主要是5V電壓，所以采用7805芯片（是常用的三端穩(wěn)壓器件）使輸出電壓為5v。電源電路采用了變壓器進(jìn)行變壓，變壓比設(shè)置為1:12，則是將220V變?yōu)?8V左右的，經(jīng)過變壓器再經(jīng)過橋式整流，將交流電源變?yōu)橹绷麟娫?，再通過濾波電容C1和C3進(jìn)行濾波,同時(shí)起到分壓作用，最后通過7805進(jìn)行穩(wěn)壓輸出5V電壓，電容C2的作用是保護(hù)電路。(3) 外部時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 外部時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 外部時(shí)鐘電路采用的是上文中提到的DS1307芯片，該芯片使用了I2C總線技術(shù)擴(kuò)展的SCL的AA線和SDA的AB線，分別并聯(lián)了P3口擴(kuò)展芯片的SCL端線和SDA端線，達(dá)到了記錄日期，時(shí)分秒的目的。(4) 電控鎖裝置電路設(shè)計(jì) 電控鎖硬件電路設(shè)置，由于仿真了四個(gè)柜子，故本設(shè)計(jì)有四個(gè)電控鎖以供分別使用。采用了G2RL14ECFDC12型的功率放大器，可承受250V的交變電壓以及16A的電流。該電控鎖一般處于關(guān)閉的狀態(tài)代表著快遞包裹取件柜的鎖是閉合的，電流經(jīng)過三極管放大器的作用將會(huì)使RL1導(dǎo)通，于是電磁鐵L1吸和，此時(shí)電控鎖處于開的狀態(tài)，可進(jìn)行物品存放，或方便管理者檢查判斷物體。二極管D主要起到了保護(hù)的作用。(5) 液晶顯示LCD裝置電路設(shè)計(jì)液晶顯示模塊LCD在便攜式儀器中有廣泛使用, LCD12864含有兩個(gè)液晶驅(qū)動(dòng)器，有著畫面顯示清晰, 能耗小，成本低廉, 能顯示8*4個(gè)漢字，或者是16*4的符號及數(shù)字，其各引腳功能如下。 LCD各引腳功能使用P2口作為數(shù)據(jù)的傳輸端口與LCD12864的DB0～DB7引腳相連，控制端與P3口引腳相接，，讀寫選擇端R/，根據(jù)LCD12864通信協(xié)議，采用單片機(jī)C語言來編寫程序達(dá)到控制LCD顯示的預(yù)期效果。 LCD液晶顯示電路(6) I2C外圍擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 擴(kuò)展I2C端口引腳電路PCF8574芯片在之前已經(jīng)提及過，本次設(shè)計(jì)電路中使用了兩片PCF8574芯片，與另外一個(gè)芯片的SDA和SCL并聯(lián)使用，然后A0到A2選接不同的地址確保各芯片地址不會(huì)沖突，分別選擇了000和100，擴(kuò)展了16個(gè)引腳端口，解決了本設(shè)計(jì)出現(xiàn)的I/O引腳不夠用的情況。 (7) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片電路設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路本設(shè)計(jì)電路采用了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片24C系列的24C32A，用來存儲(chǔ)一些關(guān)鍵信息，SCK和SDA并聯(lián)連接I2C擴(kuò)展芯片的SCL端線和SDA端線。由于地址不能與PCF8574的兩個(gè)芯片地址相同，故選取地址111。(8) 12位矩陣式鍵盤電路本設(shè)計(jì)所需輸入按鍵較多，本系統(tǒng)采用了常用的12位矩陣式鍵盤，工作方式采用的是軟件編程掃描矩陣鍵盤。在系統(tǒng)開始運(yùn)行后不間斷的掃描按鍵，來確保不會(huì)錯(cuò)過輸入，軟件主要思路為：單片機(jī)會(huì)依次的給行線輸出低電平，每次保持其中一行為低電平，其余都為高電平，然后立即檢測列線是否有低電平，若存在則我們就可判斷出是哪一行的那一列的按鍵被按下，用同樣方法進(jìn)行輪流給各行送低電平，再開始檢測列是否存在低電平，由此掃描全部的按鍵，判斷是否有存在鍵的按下，單片機(jī)給不同的鍵設(shè)置了不同的鍵值，根據(jù)鍵值來執(zhí)行不同的程序模塊，由此完成設(shè)計(jì)任務(wù)的前提下，節(jié)約了大量I/O口資源，以便于其他模塊的電路進(jìn)行連接。如圖10所示，該系統(tǒng)即快遞包裹取件柜的用戶鍵盤輸入提供了0到9十個(gè)數(shù)字鍵，以及“存”和“取”兩個(gè)功能鍵，共十二個(gè)鍵來完成信息輸入，由于單片機(jī)I/O口的珍貴，故采用12位行列式矩陣鍵盤方式，完全做到了節(jié)省I/O口的使用。鍵盤模塊共需要用到7個(gè)I/O口。 12位矩陣式鍵盤電路(9) 檢測模塊硬件電路（物品是否在柜內(nèi)或者門是否關(guān)緊）本設(shè)計(jì)在檢測裝置模塊，共有兩大功能分類：一個(gè)是用來檢測快遞包裹取件柜內(nèi)部是否有物品，另外一個(gè)是用來檢測快遞包裹取件柜的門有沒有關(guān)好，同樣的都采用了運(yùn)算放大器中的比較放大器將模數(shù)量轉(zhuǎn)變成了開關(guān)量，由于仿真了四個(gè)快遞包裹取件柜的柜子，所以也都設(shè)計(jì)了4個(gè)。A）快遞包裹取件柜內(nèi)物體是否存在 檢測物體是否存在硬件電路首先說本電路的目的就是設(shè)計(jì)一個(gè)硬件電路檢測物品是否存在，由于力敏電阻在proteus仿真中并沒有找到，所以使用了熱敏電阻進(jìn)行代替，但使用了力敏符號FSR來表明，其實(shí)際為力敏電阻。本電路高電平時(shí)，即快遞包裹取件柜內(nèi)不存在物體；低電平時(shí)，單片機(jī)工作，意味著取件柜里存在物體。本電路原理就是當(dāng)有物體存于快遞包裹取件柜時(shí)，力敏電阻會(huì)隨著感受到物體的壓力而降低阻值，由此運(yùn)算放大器TL034的3端電壓升高，由此輸出一個(gè)高電壓，由于LM393比較放大器采用的是是反相接入，此時(shí)LM393的電壓3端小于2端的電壓，輸出了一個(gè)低電平,單片機(jī)工作，低電平則表示物體存在。電路中的R2電阻值較R1小一些，是為了更容易的檢測出輕的物品；一般情況，電阻的標(biāo)稱值與真實(shí)值不等，所以需要在R20上串聯(lián)一個(gè)小阻值的可調(diào)電阻。運(yùn)算放大器TL034的作用就是放大電壓，確保有物品時(shí)可以檢測得到，比較放大器LM393則是將模擬量信號轉(zhuǎn)化成了開關(guān)量。 B）快遞包裹取件柜柜門是否關(guān)好 檢測取件柜門是否關(guān)好顯然，這部分的檢測模塊是為了檢測快遞包裹取件柜的門有沒有關(guān)好，在沒有關(guān)好的情況下，電路處于低電平，通過程序控制觸發(fā)揚(yáng)聲器報(bào)警電路來鳴響做到提醒的作用。電路工作原理大致為：當(dāng)光敏傳感器LDR有光照時(shí)，電阻自然會(huì)隨著光照而降低，通過運(yùn)算放大器放大電路將模擬信號放大，隨后通過比較放大器3端與比較放大器的2端進(jìn)行比較，滑動(dòng)變阻器RV的作用與之前的檢測電路一樣，是為了使感光變化值更加明顯。本電路中的三極管的作用相當(dāng)于上個(gè)電路的運(yùn)算放大器，由于三極管起到放大電流的作用，三極管放大器要想有放大作用必須處在其工作狀態(tài)，在本設(shè)計(jì)中使用的三極管Q5是PNP型的，故要保證發(fā)射極電壓大于基極電壓，基極電壓大于集電極電壓，所以在電源到基極的電路之間并聯(lián)了電阻起到分壓作用，使得發(fā)射極電壓大于基極電壓。(10) GSM模塊接口電路本系統(tǒng)采用了的是西門子TC35系列的TC35i。這種無線模塊功能可以與TC35兼容，同時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，用戶產(chǎn)品的尺寸大大縮小。TC35i與RS232數(shù)據(jù)接口、GSM2/2兼容、雙頻（GSM900/GSM1800），該模塊及射頻電路可以和基帶做成一體，給用戶提供了標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，短消息、傳輸數(shù)據(jù)、語音和傳真等快速、可靠、安全，用戶使用該模塊的的應(yīng)用開發(fā)以及設(shè)計(jì)都是極為方便的。下圖是 TC35 模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原理框圖 ,它主要是包含了GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、ZIF連接器、閃存、供電模塊(ASIC) 、天線接器六大部分?；鶐幚砥魇?TC35i核心的模塊 ,主要用來負(fù)責(zé)處理GSM終端內(nèi)的語音和數(shù)據(jù)信號,并且還涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有包含的模擬和數(shù)字功能 ,結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行完全符合了GSM協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)還可以在不加入外接硬件電路的情況下 ,支持FR、EFR和FIR等的語音信道編碼。通過GSM 模塊上的40針ZIF連接器與移動(dòng)設(shè)備連接，ZIF連接器上連接設(shè)有數(shù)據(jù)、電源線、音頻信號、控制及移動(dòng)設(shè)備用來組成人機(jī)接口 ,與GIM模塊的串口通信則通過ZIF連接器來實(shí)現(xiàn)。 TC35內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理框圖TC35i模塊主要由GSM基于處理器、GSM射頻模塊、閃存、天線接口、供電模塊、ZIF連接器六大部分組成[12]。其內(nèi)部已設(shè)有SIM卡與GSM模塊的連接電路，設(shè)置了對應(yīng)卡槽，單片機(jī)只需要將52單片機(jī)的RXD和TXD兩個(gè)串行口， 和GSM_TXD連接，完成數(shù)據(jù)之間的傳輸，另外在TC35i的15腳IGT上，至少維持100ms的低電平變成高電平，才能正常啟動(dòng)TC35i模塊。在單片機(jī)與TC35i模塊之間需接上7407芯片進(jìn)行TTL電平的轉(zhuǎn)換。TC35i與AT89C52的硬件接口電路如圖所示。 TC35i與C52的接口電路硬件設(shè)計(jì)目前，發(fā)送短消息基本上為Text模式以及PDU(Protocol Data Unit，指協(xié)議數(shù)據(jù)單元)模式共兩種。使用Text模式進(jìn)行收發(fā)短信的代碼編程簡單，實(shí)現(xiàn)起來相對十分容易，但是其主要缺陷為不能發(fā)送中文形式的文本短信，只能發(fā)送英文短信；而PDU模式不僅可以發(fā)送英文短信，同時(shí)也支持中文短信的發(fā)送。故一般使用PUD模式編碼，但是由于proteus仿真并不方便進(jìn)行本部分模塊仿真，無法實(shí)現(xiàn)用短信方式發(fā)送消息到手機(jī)上，故本設(shè)計(jì)在這個(gè)模塊只是介紹原理，在軟件編程方面，仿真過程時(shí)，會(huì)在存件人輸入取件人手機(jī)號碼后自動(dòng)的生成隨機(jī)碼來進(jìn)行。(11) SD卡的接口電路設(shè)計(jì) SD卡的接口電路硬件設(shè)計(jì) 上圖則表示為SD卡的接口電路，由于proteus中無法實(shí)現(xiàn)插入真正的卡，故選擇了一個(gè)卡套來模擬SD卡。，，卡套的作用主要負(fù)責(zé)電平的調(diào)節(jié)與匹配，使得單片機(jī)的輸出TTL電平保持和SD卡的數(shù)據(jù)讀寫的電平一致，由于Proteus仿真效果確實(shí)無法看出SD卡模塊實(shí)際效果，本設(shè)計(jì)中不進(jìn)行SD卡的實(shí)際仿真。(12) 揚(yáng)聲器報(bào)警電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)電路會(huì)在快遞包裹取件柜存在非法操作時(shí)工作，考慮到由于單片機(jī)各個(gè)端口的驅(qū)動(dòng)能力都較弱，電流極小,就算是帶有強(qiáng)上拉功能的單片機(jī),一般也就只能夠有20mA的驅(qū)動(dòng)能力,所以很難做到把一個(gè)揚(yáng)聲器的聲音驅(qū)動(dòng)的很響亮,于是在該電路設(shè)計(jì)過程中，大家一般都是選擇外加三極管,MOS管（半導(dǎo)體管）甚至是用更加專業(yè)芯片來對揚(yáng)聲器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。該電路只用了一個(gè)接口，設(shè)計(jì)采用的三極管也是對電流進(jìn)行放大的作用，當(dāng)單片機(jī)端口給出低電平時(shí)，電路工作，這時(shí)便能夠驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器報(bào)警系統(tǒng)，同時(shí)LED燈也會(huì)亮與蜂鳴器同時(shí)進(jìn)行提示。 非法操作時(shí)報(bào)警裝置以上就是本系統(tǒng)硬件電路的各個(gè)控制電路的設(shè)計(jì)電路，總體概括來說，P1口主要接了電控鎖和仿真SD卡電路，P3口采用I2C總線進(jìn)行了端口擴(kuò)展，擴(kuò)展的端口用于了檢測模塊接口電路的連接，同時(shí)也是液晶顯示LCD的接口電路端口，P2則是單片機(jī)最小系統(tǒng)電路，內(nèi)部時(shí)鐘和復(fù)位電路，以及鍵盤的輸入和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片的接口，這里不再贅言，系統(tǒng)加上軟件編程，使