【文章內(nèi)容簡介】 的浪費。 矩陣式鍵盤 行列式鍵盤又叫矩陣式鍵盤 。 用 I/O 口線組成 行列結(jié)構(gòu)，按鍵位于行河北大學 本科畢業(yè)論文 13 列的交點位置上。矩陣式鍵盤電路原理如圖 所示： 圖 矩陣式鍵盤電路原理圖 本次設計中電子密碼 鎖的鍵盤中，出去 09的數(shù)字鍵外，還需要一些輔助的功能鍵，總體上來說按鍵的數(shù)量是相當?shù)亩嗟?。采用獨立式按鍵的方案，會對單片機的 I/O 口造成很大的浪費；采用矩陣式的按鍵方案就比較的適用于本次設計。 顯示 方案比較 設計中常用的輸出顯示設備有兩種：數(shù)碼管和 LCD LCD顯示 方案 LCD是一種被動式的顯示器，利用液晶能改變光線通過方向的特性，來達到顯示的目的。 LCD 顯示清晰美觀，具 有功能低、抗干擾能力強的優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表、控制系統(tǒng)等。液晶顯示器的驅(qū)動方式 由 電極引線的選擇方式確定，選擇了液晶顯示器之后便無法改變驅(qū)動的方式。 當 LCD 顯示筆端上兩個電極電壓相位相同時，兩電極之間的電位差為0，該字段就不顯示；當兩個電極電壓的相位相反時，兩電極之間的電位差為兩倍的方波電壓，該字段顯示。 其原理電路如圖 所示： 河北大學 本科畢業(yè)論文 14 圖 原理電路 數(shù)碼管 顯示方案 七段數(shù)碼管顯示器是有 8個發(fā)光二極管組成的 (a,b,c,d,e,f,g)， LED七段數(shù)碼管的顯示即相應的發(fā)光二極管導通或者是截斷 ,不同的 組合等到的字符顯示不一樣的。 數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)內(nèi)容比較的直觀，一個數(shù)碼管可以顯示一位，多個數(shù)碼管就可以顯示多位，且程序設計和外圍電路設計都十分的簡單。數(shù)碼管 顯示的每一位都需要有一個 8位輸出口控制，當需要較多的數(shù)碼管顯示的時候，單片機如果要直接控制各個數(shù)碼管的顯示是不可能的，因為沒有足夠的 I/O 口線進行控制。通常采用串口發(fā)送數(shù)據(jù)，然后用串行輸入并行輸出的移位寄存器來驅(qū)動數(shù)碼顯示器。實際應用中， 簡單的可以使用三極管來驅(qū)動，但是本設計為了使顯示更加的穩(wěn)定， 采用的是 74HC164串行移位寄存器來驅(qū)動。 本次設計，顯示 的東西不需要很復雜，信息也較少，用數(shù)碼管 顯示 完全可以滿足要求，而使用 LCD 顯示成本可能會比較的高，所以采用 數(shù)碼管 顯示。 河北大學 本科畢業(yè)論文 1 3 電子密碼鎖的硬件 設計 本部分主要 介紹基于 AT89S52單片機的電子密碼鎖的硬件設計。系統(tǒng)的硬件部分由 鍵盤輸入部分、密碼存儲部分、顯示部分、電源輸入部分、復位部分、晶振部分、報警部分、開鎖部分組成 。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)以 AT89S52單片機作為數(shù)據(jù)和控制部分；以矩陣鍵盤輸入作為鍵盤輸入部分的方式；數(shù)碼管顯示作為數(shù)據(jù)輸出顯示部分；由繼電器控制 電磁閥動作 的開鎖電路作為開鎖部分；蜂 鳴器作為報警部分，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 ： 圖 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖 AT89S52 鍵盤輸入 復位電路 密碼存儲電路 晶振電路 電源輸入 顯示電路 報警電路 開鎖電路 河北大學 本科畢業(yè)論文 2 主控部分 本次設計中，選用 Ateml公司的 51系列單片機 AT89S52 芯片作為電子密碼鎖的數(shù)據(jù)處理及操作控制芯片。只有單片機芯片 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，使單片機芯片組成一個可運行的系統(tǒng)才能實現(xiàn)其功能。 本次設計，由 AT89S52 單片機連同附加電路構(gòu)成的單片機最小系統(tǒng)作為主控。 電路圖如圖 ： 圖 最小系統(tǒng) 顯示部分 電子密碼鎖采用數(shù)碼管進行顯示， 經(jīng)過單片機處理過的數(shù)據(jù)信息都由數(shù)碼管進行顯示。單片機 數(shù)據(jù)傳輸采用串行方式，數(shù)據(jù)通過單片機的串河北大學 本科畢業(yè)論文 3 行數(shù)據(jù)口 （ RXD）進行發(fā)送，接著應用 74HC164 串行移位寄存器把串行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 8位的并行數(shù)據(jù)，驅(qū)動 LED 數(shù)碼管。 74HC164 芯片中，沒有數(shù)據(jù)鎖存器，使串行數(shù)據(jù)每到達一位，直接就被送到數(shù)碼管中，造成數(shù)據(jù)顯示不穩(wěn)定。為了使數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定，在移位寄存器和數(shù)碼管之間加入數(shù)據(jù)鎖存器，來穩(wěn)定數(shù)碼管的數(shù)據(jù)顯示。 顯示部分如圖 所示： 圖 顯示部分電路圖 鍵盤輸入部分 在電子密碼鎖中各種信息的輸入都是通過鍵盤輸入部分完成的 。 把單個按鍵按照 4*4組成鍵盤，四條行線連接到單片機的 I/O河北大學 本科畢業(yè)論文 4 口線上， 四條列線連接到單片機的 四條 I/O 口線上，運行的時候，單片機通過控制 P1 口得高低電平，然后根據(jù)變化進行判斷。單片機向行線輸入高電平，向列線輸入低電平，按鍵未被按下之前保持電平給定不變，按鍵按下，行線的高電平變成低電平。同樣對列線進行判定，即可判斷所輸入的信息。鍵盤部分的電路連接如圖 所示： 圖 鍵盤部分電路圖 密碼存儲部分 在電子密碼鎖中，存入的密碼是需要永久的保存的。在設計中采用了在掉電的情況下依然能夠保存數(shù)據(jù)的 EEPROM 存儲芯片 24C02 存儲密碼。設計的密碼鎖因為只需要存儲 6位密碼，數(shù)據(jù)量很小，所以 24C02 的地河北大學 本科畢業(yè)論文 5 址選擇端口直接接地，時鐘輸入端口（ SCK）和數(shù)據(jù)輸入端口（ SDA）和單片機的相連即可。電路連接如圖 ： 圖 密碼存儲部分電路圖 電源部分 密碼鎖主控制部分電源需要用 5V直流電源供電，把頻率為 50Hz、有效值為 220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定的 5V直流電壓。其主要原理是把 交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。 由于輸入電壓為電網(wǎng)電壓，一般情況下所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而電源變壓器的作用顯現(xiàn)出來起到降壓作用。降壓后還是交流電壓，所以需要整流電路把交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會影響到負載電路河北大學 本科畢業(yè)論文 6 的正常工作。需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動和負載電阻變化的影響，從而獲得穩(wěn)定性足夠高的直流電壓。 為了防止停電情況的發(fā)生，本電路后備了 UPS電源，它包括市電供電電路，停電檢測電路，電子 開關切換電路，蓄電池充電電路和蓄電池組成。 主電源如圖 所示： 圖 主電路圖 220V市電通過變壓器降壓成 12V的交流電 ,再經(jīng)過 整流橋整流 ,7805穩(wěn)壓到 5V 送往電子切換電路，由于本電路功耗較少，所以選用 10W的小型變壓器。 由 R2， R3， R4， R5 及 J1構(gòu)成電壓比較器，正常情況下， V+V J1輸出高電平，繼電器的常閉觸點和市電相連；當市電斷開， V+V J6 時 ，由 Q1， Q2 構(gòu)成的達林頓管使繼電器 K1開啟，將其常開觸電將蓄電池和電路相連，實現(xiàn)市電和蓄電池供電的切換，保證電子密碼鎖的正常工作（視電池容量而定持續(xù)時間 ）。 Q3， Q4 構(gòu)成的蓄電池自動充電電路，它在電池充滿后自動停止充電，其中 D5 亮為正在充電， D7 為工作指示。河北大學 本科畢業(yè)論文 7 由 R8， R11， Q4構(gòu)成電壓檢測電路，蓄電池電壓低，則 Q3， Q4導通，實現(xiàn)對其充電；充滿后， Q3， Q4 截止，停止充電，同時 D5 熄滅，電路中C6 的作用是濾除干擾信號。 如圖 、 所示： 圖 停電檢測及電子開關切換電路 圖 蓄電池自動充放電電路 其它功能部分 密碼鎖系統(tǒng)中主要的為以上的幾個部分，但是為了使系統(tǒng)更加的完善，還需要一些附加的部分。 河北大學 本科畢業(yè)論文 8 復位部分 單片機復位是使 CPU 和系統(tǒng)中的其它功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，單片機剛開始接上電源，斷電或者是發(fā)生故障時都需要復位。單片機的復位輸入 RST 腳持續(xù)兩個機器周期高電平將使單片機復位。復位部分如圖 所示： 圖 復位部分電路 報警部分 報警部分是由陶瓷壓電發(fā)聲裝置及外圍電路組成。當密碼輸入不正確是會發(fā)出警報。報警電路如圖 所示： 圖 報警電路 晶振部分 本部分是為單片機提供時鐘控制信號，采用的電路是外接晶振和電容組成的并聯(lián)諧振回路。 AT89S52 引腳 XTAL1 和 XTAL2 與晶體振蕩器及電容 C C1 按圖 47所示方式連接。晶振、電容 C C2 及片內(nèi)與非門河北大學 本科畢業(yè)論文 9 （作為反饋、放大元件）構(gòu)成了電容三點式振蕩器，振蕩信號頻率與晶振頻率及電容 C C2的容量有關，但主要由晶振頻率決定，范圍在 0～33MHz之間，電容 C C2取值范圍在 5～ 30pF 之間。根據(jù)實際情況，本設計中采用 12MHZ做為系統(tǒng)的外部晶振。電容取值為 20pF。 如圖 所示： 圖 晶振部分電路 開鎖部分 當輸入正確的密碼 的時候，單片機的其中一個引腳線發(fā)出信號，經(jīng)過三極管放大后，由繼電器驅(qū)動電磁閥動作將鎖打開。同時綠色的指示燈將會點亮。 開鎖電路如圖 ： 圖 開鎖電路 河北大學 本科畢業(yè)論文 10 電子密碼鎖的 電路 原理圖 根據(jù)系統(tǒng)所需要實現(xiàn)的功能，進行的原