【文章內(nèi)容簡介】 掃描，使得每個(gè)發(fā)光二極管輪流的顯示出來，由于單片機(jī)的速度很快，所以我們?nèi)庋鄄⒉荒芸闯鰜?。?shù)碼管價(jià)格便宜，使用簡單，但是只能顯示基本的數(shù)字，并不能顯示一些比較復(fù)雜的字符，所以在一般需要顯示復(fù)雜的電子設(shè)備中比較少見。 方案 2 采用液晶 LCD1602 作為顯示器，供電電壓有 和 5V兩種 ，能夠同時(shí)顯示16*2 個(gè)字符， 16列 2行，其內(nèi)部模塊里面已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 多個(gè)我們平時(shí)很普遍用到的的點(diǎn)陣字符圖形，每一個(gè)字符符號(hào)都有一個(gè)固定的代碼編碼，只需要發(fā)送對應(yīng)的代碼編號(hào)給液晶模塊，就會(huì)自動(dòng)顯示出來對應(yīng)的字符，共有 16 個(gè)引腳，和單片機(jī)通信采用的是并行通信方式，即 8個(gè) IO口，該模塊優(yōu)點(diǎn)是可以顯示基本的字符符號(hào)，價(jià)格便宜。但是也有其不足的地方，就是不能顯示中文，而且只能是顯示 2行，和單片機(jī)通信需要 8個(gè) IO 口。加上 3個(gè)控制引腳，一般都需要用到 11 個(gè) IO 口。 13 圖 5 液晶 1602 方案 3 采用液晶 12864， 顯示器 12864 液晶，可以顯示中文，并且是自帶字庫，字庫中有幾千個(gè)常用的漢字，用起來基本是可以滿足的，接口也是比較靈活，可以選擇并行或者串行接法，串行接法只需要用到兩根線。液晶的引腳圖如下圖所示。液晶的 D0~D7 是數(shù)據(jù)引腳，當(dāng)液晶作為并行通信的時(shí)候，單片機(jī)要連接這 8 個(gè)數(shù)據(jù)口，而液晶的 PSB 引腳是選擇并行或者串行的引腳，當(dāng)?shù)碗娖綍r(shí)為串行方式，當(dāng)高電平時(shí)為并行方式。由于串口方式接口更簡單，和單片機(jī)通信只需要 2 個(gè)IO 口，在電路圖設(shè)計(jì)中更為方便，所以一般在設(shè)計(jì)中可選擇該方式。液晶還帶了一個(gè)背光的對比度調(diào)節(jié)電位器，可以調(diào)節(jié)字體和背光之間的一個(gè)對比度，而現(xiàn)在很多液晶都已經(jīng)出廠時(shí)就把這個(gè)電阻值定好了，無需在手動(dòng)去調(diào)節(jié)。 表一 液晶 12864引腳 管腳號(hào) 管腳名稱 電平 管腳功能描述 1 VSS 0V 電源地 2 VCC ~+5V 電源正 3 V0 對比度（亮度）調(diào)整 4 RS(CS） H/L RS=“H”,表示 DB7——DB0 為顯示數(shù)據(jù) RS=“L”,表示 DB7——DB0 為顯示指令數(shù)據(jù) 5 R/W(SID) H/L R/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到 DB7——DB0 R/W=“L”,E=“H→L”, DB7 ——DB0 的數(shù)據(jù)被寫到 IR 或 DR 6 E(SCLK) H/L 使能信號(hào) 7 DB0 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 14 8 DB1 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 9 DB2 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 10 DB3 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 11 DB4 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 12 DB5 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 13 DB6 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 14 DB7 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 15 PSB H/L H： 8 位或 4 位并口方式， L：串口方式 16 NC 空腳 17 /RESET H/L 復(fù)位端，低電平有效 18 VOUT LCD 驅(qū)動(dòng)電壓輸出端 19 A VDD 背光源正端（ +5V） 20 K VSS 背光源負(fù)端 圖 6 LCD12864 綜上三個(gè)方案對比，最后選擇液晶 12864 作為本次的顯示器模塊 電路設(shè)計(jì) 最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)一般由晶振電路、復(fù)位電路和單片機(jī)組成，是整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中最基本的也是最簡單的電路，只有簡簡單單的幾個(gè)元件， 2 個(gè)電容和一個(gè)晶振連接單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2 引腳，而一個(gè)電阻和一個(gè)電解電容連著單片機(jī)的復(fù)位引腳，看似這個(gè)電路非常簡單，但這也關(guān)系著整個(gè)軟件系統(tǒng)能不能正常工作，只有這個(gè)電路正常了，其他電路才有可能繼續(xù)執(zhí)行下去，由這個(gè)簡單的電路，加 15 上單片機(jī)最簡單的啟動(dòng)程序，也就是我們平時(shí)所說的 bootloader，簡稱為引導(dǎo)程序，這個(gè)引導(dǎo)程序是有芯片廠家出廠的 時(shí)候就已經(jīng)刷進(jìn)去的，上電之后芯片會(huì)去執(zhí)行這一段程序，包括配置一些寄存器和分頻之類的操作，同時(shí)當(dāng)我們?nèi)龑懗绦虻臅r(shí)候，也需要用到這個(gè)引導(dǎo)程序，通過 PC 發(fā)送固定碼給芯片，芯片接受到后進(jìn)進(jìn)入這個(gè)程序開始接受用戶程序，達(dá)到升級(jí)用戶程序的功能，構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)。單片機(jī)正常供電為直接 5V，工作時(shí) RST 復(fù)位引腳為低電平，手冊上面說明只要單片機(jī)的復(fù)位腳超過 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平，單片機(jī)就可以正常復(fù)位，所以按下復(fù)位按鍵，單片機(jī)復(fù)位。 圖 7 最小系統(tǒng)電路 液晶顯示電路 本設(shè)計(jì)中，液晶顯示起到一個(gè)人機(jī)交互的作用，尤其重要，試想如果沒有界面提示的話，整個(gè)操作過程將很難去實(shí)現(xiàn)全部的功能。液晶 12864 可以顯示 4行，每一行可以顯示 8 個(gè)漢字，共可以顯示 32個(gè)漢字，對應(yīng)這個(gè)系統(tǒng)來說，是足夠的，一般出現(xiàn)不夠行的情況下，大 都是采用切換到第二個(gè)節(jié)目顯示的方法； 16 12864 液晶跟單片機(jī)的通信方式有兩種，一種是并行 ，一種是串行，對于串行來說，電路是比較簡單不需要那么多的 IO 口，只需要兩個(gè) IO 就行，一發(fā)一收，但速率就比并行比較慢，而并行由于 8個(gè) IO一起發(fā)送數(shù)據(jù)，因此要比較快，對于顯示刷新頻率要求不高的話，可以考慮用串行方式，畢竟電路簡單， IO 少，而本次的設(shè)計(jì)過程中采用的是并行方式，跟 LCD 液晶的通信端設(shè)置為 P0 端，而單片機(jī)的 P0端默認(rèn)是沒有上拉的，因?yàn)橐惨陔娐分薪o P0口接上一個(gè) 8個(gè)電阻的排阻，阻值一般取 1K，而液晶的第三腳作為背光 調(diào)節(jié)亮度，可以接一個(gè)電阻器來改變該腳的電壓值從而達(dá)到可以調(diào)節(jié)亮度的效果，由于沒有現(xiàn)成的電位器，因此該引腳懸空操作，液晶也可以正常顯示。 圖 8 液晶 12864電路圖 指紋通信電路 本文采 用的指紋識(shí)別模塊是集成的模塊，跟單片機(jī)通信采用的是串口方式，波特率是 57600,8 位數(shù)據(jù)，一位停止位，無校驗(yàn)。由于單片機(jī)需要外部晶振，所以在需要用到串口的電路中，該晶振都必須是為 的倍數(shù)，如果采用 12M的話，波特率會(huì)有誤差，會(huì)造成串口數(shù)據(jù)丟失的情況。 89C52 單片機(jī)只有一個(gè)串口，所以用串口 1 跟指紋模塊通信，單片機(jī)的 RXD 接指紋模塊的 TX，而單片機(jī)的 TXD 接指紋模塊的 RX。通過指紋模塊的數(shù)據(jù)手冊，發(fā)送對應(yīng)的指令給指紋模塊，即可實(shí)現(xiàn)錄入指紋、識(shí)別指紋、清空指紋等操作。 17 圖 9 指紋通信電路 蜂鳴器電路 圖 10 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路 本次設(shè)計(jì)中，由于需要在錄入指紋和識(shí)別指紋中對正確或者錯(cuò)誤做出判斷，因此在電路設(shè)計(jì)中加入了蜂鳴器來作為提醒報(bào)警響應(yīng)的作用。采用的是直流電壓5V供電的有源蜂鳴器，但是一般的蜂鳴器在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中需要比較大的電流，51單片機(jī)的 IO 口除了 P0口外其他的都有一個(gè)弱上拉電阻，但 IO 的驅(qū)動(dòng)電流也是非常低，不加外部的驅(qū)動(dòng)電路是很難直接驅(qū)動(dòng)的。而最常用的就是用普通的三 18 極 管來放大電流驅(qū)動(dòng)，該三極管在電路中的作用是開關(guān)電路并且放大電流， P37高電平為蜂鳴器響，低電平蜂鳴器停止。報(bào)警提醒電路如圖 10 所示。 按鍵電路 圖 11 按鍵電路 設(shè)計(jì)中有錄入指紋功能、識(shí)別指紋功能、清除指紋庫功能，這些功能的切換都是通過按鍵來實(shí)現(xiàn)的，按鍵一般有獨(dú)立按鍵，矩陣鍵盤等，由于本次涉及到的按鍵不需要很多個(gè)，因此采用獨(dú)立按鍵的形式，簡單方便易操作，而按鍵電路用的是直接練到單片機(jī)的 IO上面，通過對該 IO口電平讀取不同的值來區(qū)別按下還是彈開，按鍵用的是 4腳按鍵，對角的兩個(gè)引腳為一對，是 導(dǎo)通的，隨便一個(gè)引腳接地，對角 IO 接入單片機(jī)，按下按鍵時(shí)， 4 個(gè)引腳都接通，即與單片機(jī)連著的引腳也被拉低，單片機(jī) IO 也響應(yīng)被拉低，軟件就認(rèn)為此時(shí)按鍵被按下，執(zhí)行按下操作，由于按下過程中有電壓毛刺，所以軟件一般采用 10MS 的延時(shí)來代替消抖動(dòng)作。 LED 電路 LED 作為電子電路中最常用的指示作用，本次中也用到了兩個(gè) LED 燈來作為系統(tǒng)的提示燈作用，一個(gè)為紅色，一個(gè)為綠色， LED 作為二極管的一個(gè)最典型元件，其兩端也是有一個(gè)壓降，一般 左右，根據(jù)電子知識(shí)，只要在兩端上有 19 超過這個(gè)的壓降，二極管就導(dǎo)通， 為了保險(xiǎn)起見，可以在單片機(jī)的 IO 口接上一個(gè)限流電阻，不至于上電時(shí)容易燒壞。 當(dāng)單片機(jī)的 P35 和 P36 高電平的時(shí)候， LED 燈就亮，反過來，當(dāng)為低電平的時(shí)候，LED 燈就滅。 圖 12 LED電路 本章小結(jié) 本章介紹了本設(shè)計(jì)的元器件選型以及各個(gè)電路部分的設(shè)計(jì)和分析。 20 4 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)方框圖 通過第二章的介紹，我們根據(jù)設(shè)計(jì)的要求采用 STC89C52 作為主控芯片，F(xiàn)M180 則作為本次最重要的指紋傳感器，液晶 12864 作為人機(jī)交互界面，同時(shí)用獨(dú)立按鍵來進(jìn)行各個(gè)功能切換，蜂鳴器和 LED 燈作為報(bào)警提示，最后根據(jù)設(shè)計(jì)要求做出的方框圖圖下圖所示： 圖 13 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)上電之后，經(jīng)過一系列的初始化，比如串口初始化，定時(shí)器初始化，初始化完成后進(jìn)入主程序。由于單片機(jī)是單線程運(yùn)行的，所以在主程序中采用一個(gè)while 循環(huán)來執(zhí)行整個(gè)的主程序。 功能介紹 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)管理員的操作，即出廠時(shí)必須錄入一個(gè)指紋，該指紋錄入成功后就是該系統(tǒng)的管理員，方可進(jìn)入主界 面。主界面的功能有識(shí)別指紋功能、添加管理員功能、添加普通用戶功能、清空指紋庫功能，而每個(gè)功能的選擇 21 是通過按鍵來切換的。 圖 14 主界面 進(jìn)入主界面之后可以對系統(tǒng)進(jìn)行一系列的操作，管理員可以有 2 個(gè)，當(dāng)錄入達(dá)到 2個(gè)時(shí)會(huì)有提示。而要對系統(tǒng)的指紋進(jìn)行錄入普通用戶和清空指紋庫指紋都需要管理員驗(yàn)證。當(dāng)驗(yàn)證失敗的時(shí)候液晶提示相對應(yīng)的內(nèi)容，只有驗(yàn)證成功了才可執(zhí)行下一步操作。 圖 15 管理員驗(yàn)證 當(dāng)管理員驗(yàn)證成 功后就可以錄入普通用戶了，該系統(tǒng)可以錄入多達(dá) 400多位的普通用戶，錄入過程中只需要按住手指不放，當(dāng)錄入完成后液晶提示錄入成功字符同時(shí)顯示出對應(yīng)的指紋 ID號(hào)。同樣的錄入失敗也會(huì)有同樣的提示。