【文章內(nèi)容簡介】 用時必須加上適當(dāng)?shù)碾娖睫D(zhuǎn)換電路。常用的電平轉(zhuǎn)換器：如 MC148 MC148 MAX232等。 MAX232是單電源雙 RS232發(fā)送 /接收芯片，如圖 57所示 ，采用單一 +5V電源供電，外接只需 4個電容，便可以構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的RS232通 信接口，硬件接口簡單，所以被廣泛采用 。因此在此將選用型號為 MAX232的 電平轉(zhuǎn)換器 。 [10,11] 顯示設(shè)備的介紹 八段 LED數(shù)碼管顯示器由 8個發(fā)光二極管組成?；?7個長條形的發(fā)光管排列成 “日 ”字形，另一個賀點(diǎn)形的發(fā)光管在 數(shù)碼管顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，它能顯示各種數(shù)字及部份英文字母。 LED數(shù)碼管顯示器有兩種不一樣的形式：一種是 8個發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極 LED數(shù)碼管顯示器；另一種是 8個發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極 LED數(shù)碼管顯示器。如下圖所示。 ` 在本次設(shè)計中我們采用發(fā)光二極管顯示器作為顯示設(shè)備。其并借著其低廉的價格，優(yōu)良的性能。是現(xiàn)今的電子設(shè)備的重要組成部分。發(fā)光二極管顯示器，簡稱 LED（ Light Emitting Diode） ， LED有 7段和 8段之分， 其 中 7個長條形的發(fā)光管排列成 “ 日 ” 字形，另一個賀點(diǎn)形的發(fā)光管在數(shù)碼管顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，它能顯示各種數(shù)字及部份英文字母。 同樣也有共陰和共陽之分，如圖 45所示。 一種是 8個發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極 LED數(shù)碼管顯示器；另一種是 8個發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極 LED數(shù)碼管顯示器。 共陰極 LED顯示塊的發(fā)光二極管的陰極連在一起，通常此公共陰極接地，當(dāng)圖 3－ 4 MAX232電平轉(zhuǎn)換器 電路 第三章 主要元器件介紹 11 某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)段給被現(xiàn)實如圖 45所示。同樣共陽極 LED顯示塊的發(fā)光二極管的陽極連在一起，通常此公共陽極接正電壓。某 個發(fā)光二極管的陰極接低電平的，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被現(xiàn)實，如圖 45所示。兩個顯示塊都有 dp顯示段。 圖 3－ 4 LED原理及外形引腳圖 七段字型碼見下表，由于只有 8個段，多以字型碼為一個字節(jié) 顯示字符 共陰極碼 共陽極碼 顯示字符 共陰極碼 共陽極碼 0 3FH C0H C 39H C6H 1 06H F9H D 5EH A1H 2 5BH A4H E 79H 86H 3 4FH B0H F 71H 8EH 4 66H 99H P 73H 8CH 5 6DH 92H U 3EH C1H 6 7DH 82H Y 6EH 91H 7 07H F8H H 76H 89H 8 7FH 80H L 38H C7H 9 6FH 90H 亮 FFH 00H A 77H 88H 滅 00H FFH B 7CH 83H 考慮到本此設(shè)計的成品是指紋防盜鎖，而 LED顯示屏僅僅起到提示的作用，并不直接參與解鎖的行動，所以在設(shè)計中對 LED顯示屏并不做過多的設(shè)計和要求。只是采用單片的 8段 LED顯示屏，只用單位的數(shù)字或字母提示操作已能滿足操作的要求。這樣一來減少的屏的數(shù)量，降低了成本，可以免去了與 8為鎖存器和譯碼器的線路連接，同樣可以降低成本更重要的是減少了線路的連接，降低了線路的復(fù)雜程度，為加工制造和程序的編寫提供了極大的便利。 經(jīng)過選擇我們采用由 深圳市盈輝光電套件有限公司 生產(chǎn)的 型號為 YFS5121的數(shù)碼管。該產(chǎn)品有如下特點(diǎn)： （ ） 。 使用芯片發(fā)光顏色多種 。 。 。已 廣泛應(yīng)用于家用電器領(lǐng)域如空調(diào)，熱水器，冰箱，液晶屏與熒光屏等 。 [12] 輸入設(shè)備的介紹 因為我們有密碼開鎖的設(shè)計要求，我們將采用鍵盤輸入的方式。鍵盤 是計算機(jī)不可或缺的輸入設(shè)備，是實現(xiàn)人機(jī)對話的紐帶。其結(jié)構(gòu)形式，鍵盤可分為非編 碼鍵盤和編碼鍵盤，前者用軟件方法產(chǎn)生鍵碼，而后者則用硬件方法產(chǎn)生鍵碼。在單片機(jī)中使用的大部分都是非編碼鍵盤，因為非編碼鍵盤結(jié)構(gòu)成本低廉。按鍵形式有獨(dú)立式和矩陣式兩種。 獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個按鍵各接一根輸入線，每根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易的判斷哪個按鍵按下。 矩陣式按鍵就是鍵盤上的鍵按行列構(gòu)成矩陣，在行列的交叉點(diǎn)上都對應(yīng)有一個鍵。所謂的實際上是一個機(jī)械彈 性開關(guān)，被按下時其交點(diǎn)的行線和列線接通。鍵盤接口技術(shù)的主要內(nèi)容就是如何確定被按鍵的行列位置，并據(jù)此產(chǎn)生鍵碼。這就是所謂的識別問題。 由上我們可已考慮到經(jīng)濟(jì)成本的因素，要滿足設(shè)計要求的條件下，盡可能的降低成本，因此用硬件方法產(chǎn)生鍵碼的編碼鍵盤，要采用增加硬件的使用方式，對成本的要求較高，不予考慮。我們選擇非編碼鍵盤。 矩陣式非編碼鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場合。其工作原理是按鍵設(shè)置在行列焦點(diǎn)上，行列現(xiàn)分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。行線通過上拉電阻接到 +5V上。無按鍵動作時，行線處于高電平，當(dāng)有鍵按下時，行線電平狀態(tài) 將由與此行線相連的列電平?jīng)Q定。 流線電平為低，在行線電平為低；列線電平為高，則行線電平為高。這一點(diǎn)是識別矩陣鍵盤按鍵是否被按下的關(guān)鍵。而此種方法的接線見下圖 35。 圖 3－ 5 矩陣式非編碼鍵盤接線 圖 獨(dú)立式非編碼鍵盤（又稱小鍵盤），是指直接用一條 I/O 接口線 對應(yīng)連接（一鍵一連）的鍵盤電路。由于每個按鍵單獨(dú)占用一條 I/O 接口線，所以該接口線的狀態(tài)只能反映該按鍵是否按下，不會影響其他 I/O 接口線的狀態(tài)。因此，獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但在按鍵數(shù)量較多時，需要的 I/O 接口線也較多。獨(dú)立式按鍵電路如 圖 36 所示。當(dāng)某一按鍵閉合時，相應(yīng)的 I/O 接口線變?yōu)榈碗娖健? 第三章 主要元器件介紹 13 圖 3－ 5 獨(dú)立式 非編碼鍵盤接線 圖 因為密碼的輸入 8 位已經(jīng)基本可以滿足設(shè)計要求，而且我們可以在線路上一個接口做多個按鍵的迷惑處理。更加重要的是 獨(dú)立式非編碼鍵盤 接線較為簡單，對于程序的設(shè)計又簡化的作用。因此我們考慮采用 獨(dú)立式非編碼鍵盤 的鍵盤錄入方式進(jìn)行密碼開鎖。 [5,6] 報警 設(shè)備的介紹 我們所設(shè)計的是指紋防盜鎖，我們對鎖具的安全性能要有所保證，對于擁有開鎖信息的人要使鎖具正常開啟，對于沒有開鎖信息的人，要堅決的不予開啟。但是如果我們單 純的知在鎖的性能上下功夫，而忘記了人的作用，這將是我們的大錯誤。所以我們加入報警設(shè)備，對非法的開鎖操作進(jìn)行報警是十分必要的。不但可以提醒安保人員注意安全情況沒有可以對不法人員進(jìn)行警示與恐嚇，維護(hù)我們的財產(chǎn)及人身安全。 但是我們也必須考慮到，對于指紋開鎖，由于人的指紋的清晰程度，氣候，濕度，人的用力程度，手指的清潔程度的不同，在指紋采集的時候出現(xiàn)比對的錯誤是十分正常及常見的，我們不應(yīng)當(dāng)對每次的指紋識別失敗都進(jìn)行報警。但是如果我們進(jìn)行密碼開鎖的時候，我們不應(yīng)當(dāng)多次輸入錯誤，因此我們應(yīng)當(dāng)對密碼輸入錯誤三次時進(jìn)行報 警，并且警報長 鳴 不止進(jìn)行提示，直到我們進(jìn)行了正確的指紋開鎖。 所以我們的報警設(shè)備應(yīng)當(dāng)更加針對密碼開鎖時。 現(xiàn)在市面上的報警設(shè)備很多，價錢從高到低不一而足，而我們的設(shè)計當(dāng)中的報警設(shè)備我們選擇的是 蜂鳴器， 首先 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。 其次是我們的設(shè)計需要較高的性價比，而 蜂鳴器 的價格十分便宜，一般在幾塊錢左右，價格十分便宜。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。 壓電式蜂鳴 器，用的是壓電材料，即當(dāng)受到外力導(dǎo)致壓電材料發(fā)生形變時壓電材料會產(chǎn)生電荷。同樣，當(dāng)通電時壓電材料會發(fā)生形變。電磁式蜂鳴器，主要是利用通電導(dǎo)體會產(chǎn)生磁場的特性，用一個固定的永久磁鐵與通電導(dǎo)體產(chǎn)生磁力推動固定在線圈上的鼓膜。 由于 上面 2 種蜂鳴器發(fā)音原理不同，壓電式結(jié)構(gòu)簡單耐用但音調(diào)單一音色差，適用于報警器等設(shè)備。而電磁式由于音色好，所以多用于語音、音樂等設(shè)備。 經(jīng)過比較我們將選選擇壓電式 蜂鳴器 ，經(jīng)過我們在市場上的調(diào)查，將選用型號為 JN3015 的 壓電式 蜂鳴器 ，該器材 現(xiàn)形尺寸： 35mm*15mm，內(nèi)置驅(qū)動電路，音質(zhì) 脆聲音大；穩(wěn)定性好 ， 屬于壓電式直流蜂鳴器 。 廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車、 空調(diào)、冰箱、音響、電腦、驗鈔機(jī)、功能飲水機(jī)等各種電器電子產(chǎn)品。 已能很好的滿足我們的設(shè)計要求，而且價格低廉，極大的節(jié)約了成本。 第四章 硬件電路的設(shè)計 15 第四章 硬件 電路 的設(shè)計 電路的設(shè)計是整個 設(shè)計的實質(zhì)部分。將每一部分按照總體框圖的要求設(shè)計好，才能保證整體電路的質(zhì)量。 為我們下面的程序設(shè)計，打下堅實的基礎(chǔ)。 單元電路的設(shè)計步驟分為以下 三 步。 [12] 第一步：根據(jù)總體方案對單元電路的要求，明確單元電路的功能、性能指標(biāo)。注意各單元電路之間 的輸入輸出信號的邏輯關(guān)系和時序關(guān)系，盡量避免使用電平轉(zhuǎn)換電路。 第二步：選擇設(shè)計單元電路的結(jié)構(gòu)形式。通常選擇學(xué)過的熟悉的電路，或者通過查閱資料選擇更合適的、更先進(jìn)的電路，在此基礎(chǔ)上高度改進(jìn)，使電路的結(jié)構(gòu)形式最佳。 在選擇電路時充分考慮經(jīng)下幾個問題： （ 1）電路的功能滿足要求。 （ 2）電路的結(jié)構(gòu)簡單、成本低 （ 3）電路的性能穩(wěn)定、通用性強(qiáng)。 第 三 步：畫出單元電路電路圖。 系統(tǒng)電源的設(shè)計 首先我們來完成最基本，最必須的電源部分的設(shè)計，任何電路都離不開電源部分，單片機(jī)系統(tǒng)也不例外，而且我們應(yīng)該高度重視 電源部分，不能因為電源部分電路比較簡單而有所忽視，其實有將盡一半的故障或制作失敗都和電源有關(guān)，電源部分做好才能保證電路的正常工作。 在上一章中我們對硬件的選擇上可以發(fā)現(xiàn)從單片機(jī)到 LED 顯示屏都是需要用 +5v 直流電源的。因此我們對電源的設(shè)計就是要給系統(tǒng)提供合理的電源供給。我們生活工作中最常見的電源是 220v 交流電源 ， 是目前我國居民最常用的標(biāo)準(zhǔn)電壓的有效值（我們常用的各種家用用電器上所標(biāo)注的電壓值 220V 即為有效值）。我國交流電頻率為 50Hz。 所以我們要以 220v 交流電源為基礎(chǔ)，供給 +5v 直流電源。 我們所設(shè)計 的電 路實現(xiàn)的功能是， 輸入家用 220v 交流電，經(jīng)過全橋整流，穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定的 5v 直流電。 而且我們設(shè)計的電路要有 方便實用，輸出電壓穩(wěn)定，最大輸出電流為 1A，電路能帶動一定的負(fù)載 等特點(diǎn)。 我首先 翻閱 了參考書，復(fù)習(xí)了整流穩(wěn)壓的一些電路知識，然后設(shè)計出一個實現(xiàn)電路如下圖 41 所示。 圖 4－ 1 電源設(shè)計接線 圖 從圖上看 ,變壓器輸入端經(jīng)過一個保險連接電源插頭 ,如果變壓器或后面的電路發(fā)生短路，保險內(nèi)的金屬細(xì)絲就會因大電流引發(fā)的高溫溶化后斷開。變壓器后面由 4 個二極管組成一個橋式整流電路，整流后就得到一個電壓波動很大的直流電 源，所以在這里接一個 330uF/25V 的電解電容。變壓器輸出端的 9V 電壓經(jīng)橋式整流并電容濾波，在電容 C1 兩端大約會有 11V 多一點(diǎn)的電壓，假如從電容兩端直接接一個負(fù)載，當(dāng)負(fù)載變化或交流電源有少許波動都會使 C1 兩端的電壓發(fā)生較大幅度的變化，因此要得到一個比較穩(wěn)定的電壓，在這里接一個三端穩(wěn)壓器的元件。三端穩(wěn)壓器是一種集成電路元件，內(nèi)部由一些三極管和電阻等構(gòu)成，在分析電路時可簡單的認(rèn)為這是一個能自動調(diào)節(jié)電阻的元件，當(dāng)負(fù)載電流大時三端穩(wěn)壓器內(nèi)的電阻自動變小，而當(dāng)負(fù)載電流變小時三端穩(wěn)壓器內(nèi)的電阻又會自動變大，這樣就能保 持穩(wěn)壓器的輸出電壓保持基本不變。 因為我們要輸出 5V 的電壓，所以選用 7805， 7805 前面的字母可能會因生產(chǎn)廠家不同而不同。 LM7805最大可以輸出 1A 的電流，內(nèi)部有限流式短路保護(hù)，短時間內(nèi)，例如幾秒鐘的時間，輸出端對地（ 2 腳）短路并不會使 7805 燒壞，當(dāng)然如果時間很長就不好說了，這跟散熱條件有很大的關(guān)系。三端穩(wěn)壓器后面接一個 105 的電容，這個電容有濾波和阻尼作用。最后在 C2 兩端接一個輸出電源的插針，可用于與其它用電器連接 ,比如 MP3 等。 雖然 7805 最大電流是一安培，但實際使用一般不要超過500mA,否則 會發(fā)熱很大，容易燒壞。一般負(fù)載電有 200mA 以上時需要散熱片。因為 80C51 單片機(jī)的電流很小一般只有幾毫安，而 SB2021M 指紋識別模塊的電流為 190mA， 可以得出該線路可以滿足設(shè)計的要求。 [14] 系統(tǒng)的備用電源的設(shè)計 備用電源的供給設(shè)計 由于我們的設(shè)計當(dāng)中主電源選擇的是家用交流 220v 轉(zhuǎn)直流 5v，雖然我國的電力行業(yè)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展壯大，在經(jīng)濟(jì)能力和技術(shù)水平上已達(dá)到世界一流水平，但是我們無法保證電力供應(yīng)當(dāng)中不存在意外的發(fā)生，而且停電時間是我們的工作生活當(dāng)中時常會遇見的事情。因此我們必須考 慮到在停電時我們的指紋鎖的系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。 第四章 硬件電路的設(shè)計 17 備用電源是主要是為了防止 單片機(jī)及其相應(yīng)模塊 產(chǎn)品在長時間使用過程中發(fā)生斷電或是沒電的條件下所備用的電源 ，使其可以在斷電的情況下繼續(xù)工作，不會因為沒電無法開門，影響我們的工作生活，帶來不必要的損失。 在停電時 220v 電源不法提供電能