【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 信號(hào)說(shuō)明本次設(shè)計(jì)中單片機(jī)和LCD之間數(shù)據(jù)的交換使用的是串口方式，所以D0~D7的引腳是懸空的，復(fù)位采用高電平，所以17腳也是懸空的，去除本身未定義的兩個(gè)空腳16和18，剩下的本次設(shè)計(jì)都會(huì)用到。 控制器接口說(shuō)明RS/RW的四種工作模式如表23。表23 RS/RW的四種工作模式 指令說(shuō)明當(dāng)單片機(jī)向模塊發(fā)送指令前，必須先檢測(cè)模塊此時(shí)是否正在執(zhí)行其他命令，即確認(rèn)模塊當(dāng)前處于空閑狀態(tài)。通過(guò)讀取BF標(biāo)志位來(lái)判斷，當(dāng)BF=0，說(shuō)明模塊處于非忙碌狀態(tài)可以接受指令，當(dāng)BF=1，說(shuō)明模塊處于忙碌狀態(tài)，需要延時(shí)等待。由于實(shí)際中液晶的反應(yīng)要比單片機(jī)的快，可以不用延時(shí)，不過(guò)為了可靠期間，還是規(guī)范操作，即檢測(cè)是否出于忙碌狀態(tài)或者進(jìn)行延時(shí)。通過(guò)設(shè)置RE可以選擇到底使用基本指令集還是擴(kuò)充指令集，設(shè)置好RE的狀態(tài)后，如果之后使用同一種指令集時(shí)，就不用再去修改RE的值了。具體指令介紹如表24所示。 表24 LCD常用指令介紹 12864與單片機(jī)連接圖12864與單片機(jī)的連接比較簡(jiǎn)單，其中引腳3和引腳19之間的電位器用來(lái)調(diào)節(jié)LCD12864的背光亮度，RS、RW、EN用來(lái)和單片機(jī)進(jìn)行通訊時(shí)選擇通訊方式（并行還是串行，本次設(shè)計(jì)使用串行通訊）以及讀寫(xiě)命令和數(shù)據(jù)操作，集體設(shè)計(jì)圖如圖28所示。圖28 LCD12864電路原理圖 按鍵控制部分電路按鍵處于閉合還是斷開(kāi)狀態(tài)可以通過(guò)檢測(cè)電平來(lái)判斷，具體高低電平到底對(duì)應(yīng)哪種開(kāi)關(guān)狀態(tài)完全可以自行定義，本次設(shè)計(jì)中使用“0”表示閉合（即按鍵被按下），“1”表示斷開(kāi)狀態(tài)。微動(dòng)開(kāi)關(guān)實(shí)物圖如圖29所示。圖29 微動(dòng)開(kāi)關(guān)實(shí)物圖微動(dòng)開(kāi)關(guān)封裝尺寸及其引腳之間的關(guān)系如圖210所示。圖210 引腳封裝尺寸圖 但是由于矩陣鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)采用的是微動(dòng)開(kāi)關(guān)，按鍵按下之后并不會(huì)鎖死。所以微小的振動(dòng)則可能使按鍵的開(kāi)關(guān)在極短時(shí)間內(nèi)閉合而造成干擾，微動(dòng)開(kāi)關(guān)的內(nèi)部構(gòu)造如圖211所示。圖 211 按鍵與觸點(diǎn)示意圖為了排除單片機(jī)每次檢測(cè)到反應(yīng)按鍵閉合狀態(tài)的電平都實(shí)實(shí)在在有被按下的，即有效電平，而不會(huì)是其他的抖動(dòng)或者干擾造成的，需要對(duì)檢測(cè)到的按鍵狀態(tài)進(jìn)行延時(shí)處理，即第一次檢測(cè)到按鍵按下時(shí)，延時(shí)等待一段時(shí)間再次進(jìn)行檢測(cè)，如果按鍵狀態(tài)依然是閉合，則說(shuō)明按鍵的確是被按下，是有效的。這種方法叫延時(shí)去抖，本次設(shè)計(jì)次用軟件延時(shí)去抖來(lái)排除干擾因素。按鍵按下時(shí)電平的抖動(dòng)狀態(tài)如圖212所示。 圖212 按鍵閉合及斷開(kāi)前后的電壓按鍵設(shè)計(jì)應(yīng)用場(chǎng)合不同分為兩種，分別是獨(dú)立式按鍵和矩陣式按鍵。本次設(shè)計(jì)兩種都有使用到，獨(dú)立式用在手動(dòng)復(fù)位電路，而矩陣式用在用戶(hù)輸入密碼上。 獨(dú)立按鍵獨(dú)立式按鍵每個(gè)鍵各占用一個(gè)引腳，只要檢測(cè)該引腳的電平就可以判斷按鍵的狀態(tài)。這種設(shè)計(jì)方法每個(gè)按鍵需占用單片機(jī)的一個(gè)引腳，本次復(fù)位電路中用到的正是這種設(shè)計(jì)方法。需要說(shuō)明的是盡管微動(dòng)開(kāi)關(guān)有四個(gè)引腳，但是在實(shí)際原理圖設(shè)計(jì)過(guò)程中只要連接其中上下任何一個(gè)即可使得開(kāi)關(guān)正常工作。因此原理圖庫(kù)中開(kāi)關(guān)的原理圖只有兩個(gè)引腳，這一點(diǎn)可以從矩陣鍵盤(pán)電路中看到。 矩陣按鍵本次設(shè)計(jì)的數(shù)字及字母按鍵數(shù)量較多，至少需要13個(gè)，也就是說(shuō)如果采用獨(dú)立按鍵的方式需要占用單片機(jī)13個(gè)引腳，浪費(fèi)大量I/O資源，而其他的模塊也需要適應(yīng)I/O，這樣會(huì)導(dǎo)致I/O不夠用的情況，因此采用了4*4的矩陣式鍵盤(pán)設(shè)計(jì)方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。矩陣式鍵盤(pán)的每個(gè)按鍵都有兩個(gè)腳，一個(gè)腳接行線(xiàn)，另一個(gè)腳接列線(xiàn)，同一行的腳連在一個(gè)行線(xiàn)上，同一列的腳連在一個(gè)列線(xiàn)上，4*4的鍵盤(pán)則需要8根線(xiàn)，即占用單片機(jī)的8個(gè)引腳。行線(xiàn)和列線(xiàn)相交處就是按鍵的位置。當(dāng)鍵被按下時(shí)，相交的行線(xiàn)和列線(xiàn)上的電平發(fā)生線(xiàn)與關(guān)系，線(xiàn)與其實(shí)就是相交的行線(xiàn)和列線(xiàn)上的電平進(jìn)行邏輯與操作。單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)行或列線(xiàn)上的電平變化可以確定哪個(gè)按鍵被按下。線(xiàn)與的規(guī)則如下，其中1表示高電平，0表示低電平。00=0； 01=0；10=0； 11=1矩陣鍵盤(pán)的檢測(cè)方法有行列掃描、反轉(zhuǎn)掃描、中斷掃描等多種方式。本次設(shè)計(jì)中采用第一種方式實(shí)現(xiàn)按鍵檢測(cè)。完整步驟如下：1　 檢測(cè)是否有按鍵按下。讓鍵盤(pán)的所有行線(xiàn)為輸出線(xiàn)，即信號(hào)從單片機(jī)輸出且全部設(shè)置為0；然后讓4條列線(xiàn)為輸入線(xiàn)，將列線(xiàn)上的電平信號(hào)輸入到單片機(jī)，只要單片機(jī)檢測(cè)到列線(xiàn)上有0電平，則說(shuō)明有鍵按下，而且肯定是該列線(xiàn)上4個(gè)按鍵的其中一個(gè)。2　 判斷被按下按鍵所在的具體位置。因?yàn)樵?步驟中已經(jīng)知道按鍵在哪一列，究竟是該列的哪一行按鍵被按下，具體方法是依次將每根行線(xiàn)設(shè)置為輸出線(xiàn)，并設(shè)置為0，剩余的行線(xiàn)都設(shè)置為1，然后將4根列線(xiàn)也置1，不斷檢測(cè)列線(xiàn)如果有0出現(xiàn)，則住說(shuō)明被按下的按鍵的位置就在該列線(xiàn)與設(shè)置為0的行線(xiàn)相交的地方。3　 確認(rèn)按鍵具體位置后，就需要給按下的鍵進(jìn)行編碼，即每一個(gè)鍵被按下都有一個(gè)確定的值與這個(gè)件唯一對(duì)應(yīng)，然后再將這個(gè)編碼值轉(zhuǎn)換為我們自己定義的鍵值，如a、b、c等。矩陣按鍵的與單片機(jī)的連接方式如圖213所示。圖213 矩陣式鍵盤(pán)電路圖 指紋模塊 指紋模塊簡(jiǎn)介指紋模塊里面主要是以高性能高速DSP處理器為核心，結(jié)合光學(xué)指紋傳感器，上電之后自動(dòng)與單片機(jī)建立連接，指紋模塊會(huì)自動(dòng)檢測(cè)是否有手指放在光學(xué)采集窗口，當(dāng)采集到有手指存在時(shí)自動(dòng)采集指紋圖像，對(duì)圖像進(jìn)行算法處理，提取特征信息做成特征文件，合成模板并存儲(chǔ)至指紋庫(kù)，每次采集指紋后會(huì)自動(dòng)在模板庫(kù)中搜索并比對(duì)特征信息。指紋模塊具體的工作過(guò)程為：1　 指紋采集：通過(guò)光學(xué)組件可以清晰獲得手指的指紋圖像，像照相機(jī)給手指指紋拍照一樣。如圖214所示：圖214 指紋圖2　 特征生成：根據(jù)指紋的生物特征（紋路、斷點(diǎn)、交叉的不同），通過(guò)指紋算法進(jìn)行模糊處理提取這種特征，轉(zhuǎn)換為0和1序列，做成特征文件。FM70的每個(gè)特征文件大小是256 Bytes，3　 模板存儲(chǔ)：兩個(gè)特征文件會(huì)合成一個(gè)指紋模板，大小為512 Bytes。然后將模板存儲(chǔ)到指紋模塊的Flash中作為模板庫(kù)使用。后續(xù)的指紋對(duì)比和指紋搜索都是基于存儲(chǔ)在flash中的指紋模板進(jìn)行的。比如指紋識(shí)別的過(guò)程：先采集一次指紋，提取特征文件后會(huì)和指紋模板進(jìn)行匹配，成功則會(huì)返回該指紋模板對(duì)應(yīng)的編號(hào)，單片機(jī)以此來(lái)判斷指紋是否為授權(quán)的指紋，進(jìn)而決定是否打開(kāi)密碼鎖。本次設(shè)計(jì)指紋模塊型號(hào)是FM70，其主要技術(shù)指標(biāo)為。 指紋模塊引腳接法指紋模塊和處理器的通訊采用串口完成。接口引腳功能如表25所示。表25指紋模塊引腳定義注：in：表示輸入到模塊， out：表示從模塊輸出。指紋模塊的硬件接口電路如圖215所示。圖215 指紋模塊接口圖 指紋模塊命令指紋模塊和單片機(jī)的通訊過(guò)程通過(guò)串口RXD和TXD引腳進(jìn)行，單片機(jī)和指紋模塊建立正確的連接后通過(guò)TXD引腳發(fā)送命令給指紋模塊的RXD引腳，指紋模塊將命令執(zhí)行后的返回碼通過(guò)TXD引腳回傳給單片機(jī)的RXD進(jìn)行判斷。上電時(shí)自動(dòng)與指紋模塊建立連接，確?？梢哉Ｍㄓ崱Ｃ钊缦?。驗(yàn)證口令和應(yīng)答包的格式如表26和27所示。表26 驗(yàn)證指令包格式表27應(yīng)答包格式1　 指紋生成要經(jīng)歷四個(gè)步驟：指紋采集、特征生成、模板合成、模板存儲(chǔ)。指紋圖像采集指令和應(yīng)答的包格式如表28和29所示。表28 指令包格式表29 應(yīng)答包格式2　 特征生成指令I(lǐng)mg2Tz和應(yīng)答的包格式如表210和211所示。表210 指令包格式表211 應(yīng)答包格式3　 模板合成指令RegMode1和應(yīng)答的包格式如表212和213所示： 功能說(shuō)明：將兩個(gè)緩沖區(qū)CharBuffer1與CharBuffer2中的特征文件合成一 個(gè)模板文件。表212 指令包格式表213 應(yīng)答包格式4　 存儲(chǔ)模板指令Store和應(yīng)答的包格式如表214和215所示。表214 指令包格式表215應(yīng)答包格式通過(guò)上述的步驟可以完成一個(gè)指紋從采集、處理到存儲(chǔ)的整個(gè)流程，按照次步驟，依次錄入需要授權(quán)的指紋到指紋庫(kù)。指紋識(shí)別和采集不在一個(gè)模式下進(jìn)行，所以進(jìn)行識(shí)別時(shí)要切換到識(shí)別模式，該模式下會(huì)自動(dòng)檢測(cè)指紋采集窗口是否有手指存在，如果有則采集指紋并與模板庫(kù)里的指紋信息進(jìn)行匹配，如果匹配上則返回該指紋對(duì)應(yīng)的編號(hào)。指紋模塊會(huì)自動(dòng)檢測(cè)是否有指紋存在，如果有則發(fā)送Search指令。搜索指紋指令Search和應(yīng)答的包格式如表216和217所示。表216 指令包格式表217應(yīng)答包格式 存儲(chǔ)芯片AT24C02 AT24C02是一個(gè)2K串行CMOS EEPROM，具有非易失性，即斷電不丟失。內(nèi)部含有256個(gè)8位字節(jié)。可以用來(lái)存儲(chǔ)一些需要長(zhǎng)久保存的數(shù)據(jù)，本次設(shè)計(jì)用來(lái)保存管理員用戶(hù)進(jìn)入后臺(tái)模式的密碼，在管理員每次輸入密碼時(shí)都會(huì)從AT24C02中讀取這個(gè)預(yù)設(shè)的初始密碼進(jìn)行對(duì)比。 AT24C02工作原理24C02芯片的管腳配置如圖216所示。圖216 AT24C02管教配置圖其中：A0、AA2代表器件的選擇地址，比如一個(gè)IIC總線(xiàn)上掛載了多個(gè)24C02器件，單片機(jī)在讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候就需要選擇究竟從哪個(gè)24C02設(shè)備上去讀取，選擇的方法正是通過(guò)A0、AA2的值來(lái)判斷。每個(gè)引腳都有0和1兩種值，三個(gè)引腳組合就有8種可能，也就是說(shuō)IIC總線(xiàn)上可以同時(shí)掛在8個(gè)24C02這樣的存儲(chǔ)設(shè)備，如下217所示。圖217 IIC掛載多個(gè)AT24C02器件圖當(dāng)只有一個(gè)24C02器件被IIC總線(xiàn)尋址時(shí)，這三個(gè)地址輸入腳A0、AA2可以選擇懸空也可以全部接入到GND。本次設(shè)計(jì)中AT24C02硬件電路與單片機(jī)的具體的連接如下218所示：圖218 AT24C02電路圖217中各個(gè)引腳的功能為。GND：接地VCC：電源電