【文章內容簡介】 圖 結構框圖 STC89C52 鍵盤輸入 復位電路 晶振電路 顯示電路 報警電路 開鎖電路 7 工作原理， 從鍵盤輸入一組密碼，微控制器把改密碼和預先設置的密 碼比較，對則將鎖打開， 并通過蜂鳴器的聲音來演示密碼鎖的狀態(tài) 否則累計三次輸入錯誤則啟用報警 。 單元電路的設計 單元電路包括輸入電路 、 復位電路 、 晶振電路 、 顯示電路 、 報警電路和開鎖電路， 系統(tǒng)的實物圖見附錄四，總設計圖見附錄三。 以 下將逐一介紹這些單元電路的設計方法。 主控芯片介紹 MCS51 系列中的各種芯片引腳是互相兼容的，其中 STC89C52 單片機是高性能的單片機，它具有 8位微處理器， 128bit 片內 RAM， 8K的片內 ROM， 4個八位的并行 I/O 接口 P0P3，兩個定時 /計數器及五個中斷源的中 斷控制系統(tǒng)。再不接任何外圍電路的情況下可以實現大部分較為復雜的邏輯控制功能，進行外部 RAM 擴展還可以用于數據采集，點陣顯示屏控制等方面應用。對于存儲量要求不高的實際應用， STC89C52 是一種不可多得高性能的單片機，被廣泛應用于各個領域。 STC89C52 單片機的每個端口都是 8 位準雙向口，每一條 I/O 線都能獨立的用作輸入或輸出。每個端口都包括一個鎖存器，一個輸出驅動器和輸入緩沖器。再無片外擴展存儲器系統(tǒng)中，這四個端口都可以作為準雙向 I/O 口使用。再具有片外擴展存儲器的系統(tǒng)中， P2 口送出高 8位地址 P0口位雙向 總線，送出低八位地址和數據的輸入 /輸出； P3 口是一個多功能端口各個引腳具有第二功能。（ 為串行口輸入， 位串行口輸入， 為外部中斷 0 輸入， 為外部中斷 1輸入， 為定時器 0 的外部輸入， 為定時器 1 的外部輸入， 位片外數據存儲器“寫選通控制”輸出， “讀選存儲器”輸出）。芯片引腳排列如圖 所示 。 STC89C52 引腳功能說明： Vcc：電源電壓 GND：地 P0 口： P0口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數據總線復用口，作為輸出 口 用 時，每位能驅動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端口。在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低 8 8 位）和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在 Flash 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 P1 口： P1是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O口， P1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流） 4個 TTL邏輯門電路。對端口寫“ 1” ,通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外 部信號校驗期間， P1 接收低 8 位地址。 圖 單片機及其外圍電路 P2 口： P2是一個帶有內部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2的輸出緩沖級可驅動 4 個 TTL邏輯門電路。對端口寫“ 1” ,通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 I。在訪問８位地址的外部數據存儲器（如執(zhí)行： MOVX @Ri 指令）時， P2 口線上的內（也即特殊功能寄存器，在整個訪問期間不改變。 Flash 編程或校驗時， P2 也接收高位地址和其它控制信號。 P3 口： P3口是一組帶有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O口。 P3 口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3口寫入“ 1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端口時，被外部拉低的 P3口將用上拉電阻輸出電流 I。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能。 RST：復位輸入。當振蕩工作時， RST 引腳出現兩個機器周期上高電平將使單 9 片機復位。 WDT 益出將使該引腳輸出高電平，設置 SFR AUXR 的 DISRTO 位（地址8EH）可打開或關閉該功能。 DISRTO 位缺省為 RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。 ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的1/6 輸出的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目地，要注意的是：第當訪問外部數據存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位禁位后，只有一條 MOVX 和 MOVC指令 ALE才會被激活。此外，該引腳伎被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置 ALE無效。 PSEN：程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 STC89C52由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。當訪問外部數據存儲器，高有兩次有效的 PSEN 信號。 EA/VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 公訪問外部程序存儲器（地址 0000H－FFFFH）， EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1被編程，復位時內部會鎖存 EA端狀態(tài)。如 EA端為高電平（接 Vcc端）， CPU 則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。 Flash 存儲器編程時 ,該引 腳加上＋ 12V 的編程電壓 Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放大器及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 鍵盤輸入電路 鍵盤輸入電路采用的是 4 4 的矩陣鍵盤，因為本設計所用到的按鍵數量較多而不適合用獨立按鍵式鍵盤因此采用的是矩陣式按鍵鍵盤，它由行和列組成，也稱行列式鍵盤，按鍵位于行線和列線的交叉點上，密碼鎖的密碼輸入由鍵盤輸入完成，與獨立式按鍵鍵盤相比，要節(jié)省很多 I/O 口。本設計中使用的這個 4X4 鍵盤不但能完成密碼的輸入還能作特別功能鍵使用，設置功能等。鍵盤的每個按鍵功能 在程序設計中設置。 平時無按鍵按下時，行線電平狀態(tài)將由與此電平相連的列線電平決定。列線電平如果為低，則行線電平為低；列線電平為高，則行線電平也為高。這是識別矩陣鍵盤是否被按下的關鍵所在。由于矩陣鍵盤中的行、列為多鍵公用，各按鍵均影響該按鍵所在行和列的電平，因此，各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將行列線信號配合起來，并作適當的處理，這樣才能決定閉合鍵的位置。 其 按鍵結構 及與單片機引腳接法如圖 所示 。 10 圖 鍵盤電路接法 密碼存儲電路 由于 51單片機掉電后會丟失數據存儲器里的數據，因此必須 外加掉電 存儲電路。 并由 AT24C02 芯片 來實現。 AT24C02 芯片的管腳圖如圖 所示。 11 圖 AT24C02 芯片的管腳圖 本設計采用的是美國 Atmel 公司生產的 AT24C02。 AT24C02 是一個 2K 位串行CMOS 型 E2PROM， 內部含有 256 個 8 位字節(jié)， CATALYST 公司的先進 CMOS 技術實質上減少了器件的功耗。 AT24C02 有一個 16字節(jié)頁寫緩沖器。該器件通過 IIC總線接口進行操作，有一個專門的寫保護功能 。 AT24C02 支持 IC，總線數據傳送協議 IC，總線協議規(guī)定任何將數據傳送到 總線的器件作為發(fā)送器。任何從總線接收數據的器件為接收器。數據傳送是由產生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數據（發(fā)送或接收）的模式，通過器件地址輸入端 A0、 A1 和 A2 可以實現將最多 8 個AT24C02 器件連接到總線上。 開鎖電路 電磁鎖的原理圖如圖 所示， 電磁鎖由電路驅動和開鎖兩級組成。 圖 電磁鎖電路 由 D R T10組成驅動電路，其中 T10以選擇普通的小功率三極管如 9019018都可以滿足要求。 D5作為開鎖的 提示；由 D C2 T11組成。其中 D C24是為了消除電磁鎖可能產生的反向高電壓以及可能產生的電磁干擾。 T11可選用中功率的三極管如 8050，電磁鎖的選用要視情況而定，但是吸合力要足夠且由一定的余量。 12 在本設計中為了節(jié)省成本和原材料，在市場中現成的電磁鎖非常多因此也沒必要用一個實物電磁鎖，因此就用蜂鳴器來表示電磁鎖的狀態(tài)。 報警電路 報警電路由一個蜂鳴器驅動電路來實現的，包括以下幾個部分：一個蜂鳴器、一個三極管、一個連續(xù)流二極管和一個電阻。 蜂鳴器的作用：用來發(fā)聲，在其兩端加 直流電壓（有源蜂鳴器）或者方波（無源蜂鳴器）就可以發(fā)聲，其主要參數是外形尺寸、發(fā)聲方向、工作電壓、工作頻率、驅動方式（直流 /方波）等。這些都可以根據需要來選擇。 連續(xù)流二極管的作用：蜂鳴器本質上是一個感性元件，其電流不能瞬變，因此必須有一個連續(xù)流二極管提供連續(xù)流。否則，在蜂鳴器兩端會產生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅動三極管，并干擾整個電路系統(tǒng)的其他部分。 三極管：三極管起開關作用，其基極的高電平使三極管飽和導通，使蜂鳴器發(fā)聲，而基極低電平則使三極管關閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。 報警電路 如圖 。 圖 報警電路 顯示電路 為了節(jié)省成本以及考慮到操作的難易性，本設計的顯示部分由共陰極的八段數碼管取代液晶顯示器 LCD1602 來完成。 顯示電路圖 附錄一 所示。 通 常 LED 有 7段或 8 段和“米”字段之分。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。共陰極 LED 顯 13 示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此共陰極接地。當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應的段被顯示。 同樣的，共陽極 LED 顯示器的工作原理也一樣。在本設計中數碼管的顯示采用動態(tài)掃面的方式。當多位 LED顯示時，通常將所有的段選線相應的并聯在一起，由 一個 8 位 I/O口控制 ,形成段選線的多路復用。而各位的共陰 極或共陽極分別由相應的 I/O 口控制，實現位選時各位分時選通。其中位選線占用一個 8 位 I/O 口，在本設計中有 8 個數碼管，也就是說點亮數碼管要占用兩個 8 位的 I/O 口，這樣就有點浪費了，為了節(jié)省 I/O口，外接了芯片 74HC138。 如圖 所示 。 圖 74HC138 譯碼器 引腳及外圍電路 74HC138 譯碼器可接受 3 位二進制加權地址輸入（ A0, A1 和 A2），并當使能時，提供 8 個互斥的低有效輸出（ Y0 至 Y7）。 74HC138 特有 3 個使能輸入端：兩個低有 效（ E1 和 E2）和一個高有效（ E3）。除非 E1 和 E2置低且 E3 置高，否則74HC138 將保持所有輸出為高。利用這種復合使能特性，僅需 4片 74HC138 芯片和1 個反相器，即可輕松實現并行擴展，組合成為一個 132（ 5線到 32線）譯碼器。任選一個低有效使能輸入端作為數據輸入，而把其余的使能輸入端作為選通端，則 74HC138 亦可充當一個 8 輸出 多路分配器，未使用的使能輸入端必須保持綁定在各自合適的高有效或低有效狀態(tài)。 因此當利用 8 位 I/O 口中的 3 位即可實現 8 個數碼管的位選。 如何確定 LED 不同位顯示的時間間隔，例如 對 8 位 LED 顯示器，假若顯示一位保持 1ms的時間響應，則顯示完所有的 8位后，只需 8ms。上述保持 1ms 的時間響應根據實際情況而定。不能太短，因為發(fā)光二極管從導通到發(fā)光有一定的延時， 14 導通時間太短，發(fā)光太弱人研究無法看清；但也不能太長，因為畢竟要受限于臨界閃爍頻率，而且時間越長，占用 CPU 時間也就越多。另外，顯示位的增多，也將占用大量的 CPU 時間，因此動態(tài)顯示的實質是以犧牲 CPU 的時間來換取元件的減少。在設計時只有接通電源后，數碼管才處于開啟狀態(tài)。否則數碼管將一直處于初始狀態(tài)，當需要對密碼鎖進行開鎖時，按下開關 鍵按鍵后利用鍵盤上的數字鍵 0－ F 輸入密碼，每按下一個數字鍵后在數碼管上顯示一個數字，當輸入六位密碼正確則打開電子鎖，若輸入密碼不正確次數達三次則啟動報警。 串口通信電路 串口通信采用 MAX232， MAX232 芯片是美信公司專門為電腦的 RS232 標準串口設計的單電源電平轉換芯片 ,使用 +5v 單電源供電。 如圖 所示。 第一部分是電荷泵電路。由 6 腳和 4只電容構成。功能是產生 +12v 和 12v兩個電源，提供給 RS232 串口電平的需要。 第二部分是數據轉換通道。由 1 1 1 14 腳構成兩個數據通道。 其中 13腳（ R1IN）、 12腳（ R1OUT）、 11腳（ T1IN）、 14腳（ T1OUT）為第一數據通道。 8 腳（ R2IN）、 9腳（ R2OUT）、 10腳（ T2IN）、 7 腳（ T2OUT）為第二數據通道。 TTL/CMOS 數據從 T1IN、 T2IN輸入轉換成 RS232數據從 T1OUT、T2OUT 15 圖 MAX232 引腳及外圍電路 送到電腦 DB9 插頭； DB9 插頭的 RS232 數據從