【文章內(nèi)容簡介】 掃描，使得每個發(fā)光二極管輪流的顯示出來，由于單片機的速度很快，所以我們?nèi)庋鄄⒉荒芸闯鰜怼?shù)碼管價格便宜，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雜的字符，所以在一般需要顯示復雜的電子設備中比較少見。 方案 2 采用液晶 LCD1602 作為顯示器，供電電壓有 和 5V兩種 ，能夠同時顯示16*2 個字符， 16列 2行，其內(nèi)部模塊里面已經(jīng)存儲了 160 多個我們平時很普遍用到的的點陣字符圖形，每一個字符符號都有一個固定的代碼編碼，只需要發(fā)送對應的代碼編號給液晶模塊，就會自動顯示出來對應的字符，共有 16 個引腳，和單片機通信采用的是并行通信方式，即 8個 IO口，該模塊優(yōu)點是可以顯示基本的字符符號，價格便宜。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，和單片機通信需要 8個 IO 口。加上 3個控制引腳，一般都需要用到 11 個 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，當液晶作為并行通信的時候，單片機要連接這 8 個數(shù)據(jù)口，而液晶的 PSB 引腳是選擇并行或者串行的引腳，當?shù)碗娖綍r為串行方式，當高電平時為并行方式。由于串口方式接口更簡單，和單片機通信只需要 2 個IO 口，在電路圖設計中更為方便，所以一般在設計中可選擇該方式。液晶還帶了一個背光的對比度調(diào)節(jié)電位器，可以調(diào)節(jié)字體和背光之間的一個對比度，而現(xiàn)在很多液晶都已經(jīng)出廠時就把這個電阻值定好了，無需在手動去調(diào)節(jié)。 表一 液晶 12864引腳 管腳號 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 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 復位端，低電平有效 18 VOUT LCD 驅(qū)動電壓輸出端 19 A VDD 背光源正端（ +5V） 20 K VSS 背光源負端 圖 6 LCD12864 綜上三個方案對比，最后選擇液晶 12864 作為本次的顯示器模塊 電路設計 最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)一般由晶振電路、復位電路和單片機組成，是整個設計系統(tǒng)中最基本的也是最簡單的電路，只有簡簡單單的幾個元件， 2 個電容和一個晶振連接單片機的 XTAL1 和 XTAL2 引腳，而一個電阻和一個電解電容連著單片機的復位引腳，看似這個電路非常簡單，但這也關(guān)系著整個軟件系統(tǒng)能不能正常工作，只有這個電路正常了，其他電路才有可能繼續(xù)執(zhí)行下去，由這個簡單的電路，加 15 上單片機最簡單的啟動程序，也就是我們平時所說的 bootloader，簡稱為引導程序，這個引導程序是有芯片廠家出廠的 時候就已經(jīng)刷進去的，上電之后芯片會去執(zhí)行這一段程序，包括配置一些寄存器和分頻之類的操作，同時當我們?nèi)龑懗绦虻臅r候，也需要用到這個引導程序，通過 PC 發(fā)送固定碼給芯片，芯片接受到后進進入這個程序開始接受用戶程序，達到升級用戶程序的功能，構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)。單片機正常供電為直接 5V，工作時 RST 復位引腳為低電平，手冊上面說明只要單片機的復位腳超過 2 個機器周期的高電平，單片機就可以正常復位，所以按下復位按鍵，單片機復位。 圖 7 最小系統(tǒng)電路 液晶顯示電路 本設計中，液晶顯示起到一個人機交互的作用，尤其重要，試想如果沒有界面提示的話，整個操作過程將很難去實現(xiàn)全部的功能。液晶 12864 可以顯示 4行，每一行可以顯示 8 個漢字，共可以顯示 32個漢字，對應這個系統(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節(jié)目顯示的方法； 16 12864 液晶跟單片機的通信方式有兩種，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 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 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，而本次的設計過程中采用的是并行方式，跟 LCD 液晶的通信端設置為 P0 端，而單片機的 P0端默認是沒有上拉的，因為也要在電路中給 P0口接上一個 8個電阻的排阻，阻值一般取 1K，而液晶的第三腳作為背光 調(diào)節(jié)亮度，可以接一個電阻器來改變該腳的電壓值從而達到可以調(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 用的指紋識別模塊是集成的模塊，跟單片機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。由于單片機需要外部晶振，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，波特率會有誤差，會造成串口數(shù)據(jù)丟失的情況。 89C52 單片機只有一個串口，所以用串口 1 跟指紋模塊通信，單片機的 RXD 接指紋模塊的 TX，而單片機的 TXD 接指紋模塊的 RX。通過指紋模塊的數(shù)據(jù)手冊，發(fā)送對應的指令給指紋模塊，即可實現(xiàn)錄入指紋、識別指紋、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)動電路 本次設計中，由于需要在錄入指紋和識別指紋中對正確或者錯誤做出判斷，因此在電路設計中加入了蜂鳴器來作為提醒報警響應的作用。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系統(tǒng)運行中需要比較大的電流，51單片機的 IO 口除了 P0口外其他的都有一個弱上拉電阻，但 IO 的驅(qū)動電流也是非常低，不加外部的驅(qū)動電路是很難直接驅(qū)動的。而最常用的就是用普通的三 18 極 管來放大電流驅(qū)動，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。報警提醒電路如圖 10 所示。 按鍵電路 圖 11 按鍵電路 設計中有錄入指紋功能、識別指紋功能、清除指紋庫功能，這些功能的切換都是通過按鍵來實現(xiàn)的，按鍵一般有獨立按鍵，矩陣鍵盤等，由于本次涉及到的按鍵不需要很多個，因此采用獨立按鍵的形式，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，對角的兩個引腳為一對，是 導通的，隨便一個引腳接地，對角 IO 接入單片機，按下按鍵時， 4 個引腳都接通，即與單片機連著的引腳也被拉低，單片機 IO 也響應被拉低，軟件就認為此時按鍵被按下，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 的延時來代替消抖動作。 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 LED 燈來作為系統(tǒng)的提示燈作用，一個為紅色，一個為綠色， LED 作為二極管的一個最典型元件，其兩端也是有一個壓降，一般 左右，根據(jù)電子知識，只要在兩端上有 19 超過這個的壓降，二極管就導通， 為了保險起見，可以在單片機的 IO 口接上一個限流電阻，不至于上電時容易燒壞。 當單片機的 P35 和 P36 高電平的時候， LED 燈就亮，反過來，當為低電平的時候，LED 燈就滅。 圖 12 LED電路 本章小結(jié) 本章介紹了本設計的元器件選型以及各個電路部分的設計和分析。 20 4 軟件設計 系統(tǒng)方框圖 通過第二章的介紹，我們根據(jù)設計的要求采用 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 作為人機交互界面，同時用獨立按鍵來進行各個功能切換，蜂鳴器和 LED 燈作為報警提示，最后根據(jù)設計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，定時器初始化，初始化完成后進入主程序。由于單片機是單線程運行的，所以在主程序中采用一個while 循環(huán)來執(zhí)行整個的主程序。 功能介紹 本系統(tǒng)設計了一個管理員的操作，即出廠時必須錄入一個指紋，該指紋錄入成功后就是該系統(tǒng)的管理員，方可進入主界 面。主界面的功能有識別指紋功能、添加管理員功能、添加普通用戶功能、清空指紋庫功能，而每個功能的選擇 21 是通過按鍵來切換的。 圖 14 主界面 進入主界面之后可以對系統(tǒng)進行一系列的操作，管理員可以有 2 個，當錄入達到 2個時會有提示。而要對系統(tǒng)的指紋進行錄入普通用戶和清空指紋庫指紋都需要管理員驗證。當驗證失敗的時候液晶提示相對應的內(nèi)容，只有驗證成功了才可執(zhí)行下一步操作。 圖 15 管理員驗證 當管理員驗證成 功后就可以錄入普通用戶了，該系統(tǒng)可以錄入多達 400多位的普通用戶，錄入過程中只需要按住手指不放，當錄入完成后液晶提示錄入成功字符同時顯示出對應的指紋 ID號。同樣的錄入失敗也會有同樣的提示。