【文章內(nèi)容簡介】 降低成本，通常都采 用 SCR將輸出的采樣頻率固定在48kHz，但是 SRC會對音質帶來損害，而且現(xiàn)在的娛樂級聲卡都沒有很好地解決這個問題。 石英晶體振蕩器是一種高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，石英晶體振蕩器也稱石英晶體諧振器，它用來穩(wěn)定頻率和選擇頻率，是一種可以取代 LC諧振回路的晶體諧振元件。石英晶體振蕩器廣泛地應用在電視機、影碟機、錄像機、無線通訊設備、電子鐘表、 單片機 、數(shù)字儀器儀表等電子設備中。為數(shù)據(jù)處理設備產(chǎn)生時鐘信號和為特定系統(tǒng)提供基準信號。 在單片機中為其提供時鐘頻率。 石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結晶體） 的壓電效應制成的一種諧振器件，它的基本構成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個對應面上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。只要在晶體振子板極上施加交變電壓，就會使晶 片 9 產(chǎn)生機械變形振動，此現(xiàn)象即所謂逆壓電效應。當外加電壓頻率等于晶體諧振器的固有頻率時，就會發(fā)生壓電諧振，從而導致機械變形的振幅突然增大。 10 3 硬件系統(tǒng)設計 設計原理 本設計主要由單片機、矩陣鍵盤、液晶顯示器和密碼存儲等部分組成。其中矩陣鍵盤用于輸入數(shù)字密碼和進行各種功能的實現(xiàn)。由用戶通過連接單片機的矩陣鍵盤輸入密碼，后經(jīng)過單片機對用戶輸入的密碼與自己保存的密碼進行對比，從而判斷密碼是否正確，然后控制引腳的高低電平傳到開鎖電路或者報警電路控制開鎖還是報警，實際使用時只要將單片機的負載由繼電器換成電子密碼鎖的電磁鐵吸合線圈即可，當然也可以用繼電器的常開觸點去控制電磁鐵吸合線圈。 本系統(tǒng)共有兩部分構成，即硬件部分與軟件部分。其中硬件 部分由電源輸入部分、鍵盤輸入部分、密碼存儲部分、復位部分、晶振部分、顯示部分、報警部分、開鎖部分組成，軟件部分對應的由主程序、初始化程序、 LCD 顯示程序、鍵盤掃描程序、啟動程序、關閉程序、建功能程序、密碼設置程序、 EEPROM 讀寫程序和延時程序等組成。 圖 電子密碼鎖原理框圖 電路總體構成 在確定了選用什么型號的單片機后，就要確定在外圍電路，其外圍電路包括電源輸入部 分、鍵盤輸入部分、密碼存儲部分、復位部分、晶振部分、顯示部 分、 AT89S51 鍵盤輸入 復位電路 存儲電路 晶振電路 電源輸入 顯示電路 報警電路 開鎖電 路 11 報警部分、開鎖部分組成，根據(jù)實際情況鍵盤輸入部分選擇 4*4 矩陣鍵盤，顯示部分選擇字符型液晶顯示 LCD1602，密碼存儲部分選用 AT24C02 芯片來完成。其原理圖如圖 所示： 圖 電路總體結構圖 電源輸入電路 密碼鎖主要控制部分電源需要用 5V 直流電源供電，其電路如圖 ，而5V 電源輸入時往往伴有雜波，所以加一個 的電容濾波。這樣輸出的電壓一般能滿足要求。 V C C C42 .2 u F12P O W E R2 P I N 圖 電源輸入電路原理圖 12 鍵盤輸入電路 由 于本設計所用到的按鍵數(shù)量較多而不適合用獨立按鍵式鍵盤。采用的是矩陣式按鍵鍵盤，它由行線和列線組成，也稱行列式鍵盤，按鍵位于行列的交叉點上，密碼鎖的密碼由鍵盤輸入完成，與獨立式按鍵鍵盤相比，要節(jié)省很多 I/O 口。本設計中使用的這個 4*4 鍵盤不但能完成密碼的輸入還能作特別功能鍵使用，比如清空顯示功能等。鍵盤的每個按鍵功能在程序設計中設置 。其大體功能（看鍵盤按鍵上的標記）及與單片機引腳接法如圖 所示： 圖 鍵盤輸入原理圖 密碼存儲電路 AT24C02 是 ATMEL 公司的 2KB 字節(jié)的電可擦除存 儲芯片，采用兩線串行的總線和單片機通訊，電壓最低可以到 ，額定電流為 1mA，靜態(tài)電流 10Ua()，芯片內(nèi)的資料可以在斷電的情況下保存 40年以上，而且采用 8 腳的 DIP 封裝，使用方便。其電路如圖 所示 : 圖 密碼存儲電路圖 13 圖中 3 腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址，在 AT89S51 上它們都能接地，第 5 腳和第 8腳分別為正、負電源。 AT24C02 中帶有片內(nèi)地址寄存器，每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加 1，以實現(xiàn)對下一個儲存單元的讀寫，所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。 復位電路 單片機復位是使 CPU 和系統(tǒng)中的其他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，例如復位后 PC＝ 0000H，使單片機從第 — 個單元取指令。無論是在單片機剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復位。在復位期間（即 RST 為高電平期間）， P0 口為高組態(tài)， P1－ P3口輸出高電平；外部程序存儲器讀選通信號 PSEN 無效。地址鎖存信號 ALE 也為高電平。根據(jù)實際情況選擇如圖 所示的復位電路。該電路在最簡單的復位電路下增加了手動復位按鍵，在接通電源瞬間，電容 C1 上的電壓很小，復位下拉 電阻上的電壓接近電源電壓，即 RST 為高電平，在電容充電的過程中 RST 端電壓逐漸下降，當 RST 端的電壓小于某一數(shù)值后， CPU 脫離復位狀態(tài)，由于電容 C1 足夠大，可以保證 RST 高電平有效時間大于 24 個振蕩周期， CPU 能夠可靠復位。增加手動復位按鍵是為了避免死機時無法可靠復位。當復位按鍵按下后電容 C1通過 R5 放電。當電容 C1 放電結束后， RST 端的電位由 R11 與 R15 分壓比決定。由于 R11R15 因此 RST 為高電平，CPU 處于復位狀態(tài)，松手后，電容 C1 充電， RST 端電位下降， CPU 脫離復位狀態(tài)。R11 的作用在于限 制按鍵按下瞬間電容 C1 的放電電流，避免產(chǎn)生火花，以保護按鍵觸電 。 圖 復位電路原理圖 14 晶振電路 AT89C51 引腳 XTAL1 和 XTAL2 與晶體振蕩器及電容 C C1 按圖 所示方式連接。晶振、電容 C2／ C3 及片內(nèi)與非門（作為反饋、放大元件）構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 C3 取值范圍在 5～ 30pF 之間。根據(jù)實際情況，本設計中采用 12MHZ 做系統(tǒng)的外部晶振。電容取值為 33pF。 圖 晶振電路原理圖 顯示電路 為了提高密碼鎖的密碼顯示效果能力。本設計的顯示部分由液晶顯示器LCD1602 取代普通的數(shù)碼管來完成。只有按下鍵盤上的開啟按鍵后，顯示器才處于開啟狀態(tài)。同理只有按下關閉按鍵后顯示器才處于關閉狀態(tài)。否則顯示器將一直處于初始狀態(tài)，當需要對密碼鎖進行開鎖時，按下鍵盤上的開鎖按鍵后利用鍵盤上的數(shù)字鍵 0－ 9 輸入密碼，每按下一個數(shù)字鍵后在顯示器上顯示一個 *，輸入多少位就顯示多少個 *。當密碼輸入完成時，按下確認鍵，如果輸入的密碼正確的話， LCD 上 顯示“ OPEN OK”，單片 機其中 引角會輸出低電平，使三極管 T2 導通，電磁鐵吸合，電子密碼鎖被打開，如果密碼不正確， LCD 顯示屏會顯示“ ERROR”， 輸出的是高電平，電子密碼鎖不能被打開。通過 LCD 顯示屏，可以清楚的判斷出密碼鎖所處的狀態(tài)。其顯示部分引腳接口如圖 所示： 15 圖 顯示電路原理圖 報警電路 報警部分由陶瓷壓電發(fā)聲裝置及外圍電路組成，加電后不發(fā)聲，當有鍵按下時，“?！甭?，每按一下，發(fā)聲一次，密碼正確時，不發(fā)聲直接開鎖，當密碼輸入錯誤時，單片機的 引腳為低電平，三極管 T3 導喇叭發(fā)出 噪鳴聲報警。如圖 所示： 圖 報警電路原理圖 開鎖電路 通過單片機開鎖執(zhí)行機構，電路驅動電磁鎖吸合，從而達到開鎖的目的。其原理如圖 所示 : 16 圖 密碼鎖開鎖機構示意圖 當用戶輸入的密碼正確時，單片機便輸出開門信號，送到開鎖驅動電路，然后驅動電磁鎖，達到開門的目的。其實際電路如圖 所示。 電路由驅動和開鎖兩級組成。由 D R1 Q1組成驅動電路，其中 Q1 可以選擇普通的小功率三極管如 8050、 9018 都可以滿 足要求。 D1 是開鎖指示燈；由 DC5 組成開鎖。其中 D C5 是為了消除電磁鎖可能產(chǎn)生的反向高電壓以及可能產(chǎn)生的電磁干擾。電磁鎖的選用要視情況而定，但是吸合力要足夠且有一定的余量。 在設計中，暫時用發(fā)光二極管代替電磁鎖，發(fā)光管亮，表示開鎖；滅，表示沒有開鎖。 Q18 05 0R 1 21 00D2D IO D ED1L E DV C CC52 0p FP 2. 0123J1K0電磁鎖 圖 開鎖電路原理圖單片機微控制器 密碼正確？ 開鎖驅動電路 電磁鎖 Y N 17 4 軟件程序設計 本系統(tǒng)軟件設計由主程序、初始化程序、 LCD 顯示程序、鍵盤掃描程序、鍵功能程序、密碼設置程序、 EEPROM 讀寫程序和延時程序等組成。 主程序 流程圖 如圖 為主程序流程圖，開始接上電源，程序進行初始化設置，然后在鍵盤上輸入密碼，此系統(tǒng)進行鍵盤掃描，密碼正確，開鎖成功，密碼錯誤 3 次出錯報警，選擇是否修改密碼，若要修改密碼，先輸入舊密碼，密碼正確后設置新密碼，錯誤時報警，需要兩次確認新密碼，確認后，密碼修改成功，否則結束最終返回。然后啟動程序，進行保護，再次在鍵盤上輸入密碼，系統(tǒng)進行掃描，如果和之前一樣，則執(zhí)行相同程序，如不是，則執(zhí)行另一種程序。 圖 主程序流程圖 開始 初始化 次數(shù)加 1 輸入密碼 正確 ? 返回 N Y Y 開鎖程序 開鎖？ N 修改密碼碼？ 次數(shù) 3？ 報警程序 修改程序 Y N N Y 18 按鍵軟件設計 如圖 按鍵功能流程圖，在按鍵當中，有與輸入、開鎖、清除、設置、確認的程序相對應的按鍵，并按順序與輸入的數(shù)相比較，當輸入正確時，進入密碼程序，錯誤時進行清除，輸入兩次新密碼正確時，可進行重新設置密碼，最后確認程序。 圖 按鍵功能流程圖 開始 鍵值＝‘輸入’？ 鍵值＝‘開鎖’？ 鍵值＝‘清除’？ 鍵值＝‘設置’？ 鍵值 =‘ 確認’？ 密碼輸入程序 設置程序 清除程序 開鎖程序 確認程序 Y Y Y Y Y N N N N 返回 N 19 密碼設置軟件設計 如圖 為密碼設置流程圖，開始按下設置鍵，輸入舊密碼，如果錯誤累計三次，進行報警程序。如果輸入正確，可以修改密碼，確認后再次輸入新密碼，如果兩次輸入一樣，則輸入成功。如 果兩次輸入的新密碼不一樣，則修改密碼失敗，重新返回設置新密碼 。 圖 密碼設置流程圖 輸入舊 密碼 N 按下設置鍵 開始 所輸入舊密碼正確？ 輸入次數(shù)加 1 報警程序 N 返回 次數(shù) 3? 輸新密碼 Y 再次輸新密碼碼碼 Y 設置成功 N Y 兩次新密碼輸入相同？ 20 開鎖軟件設計 如圖 開鎖流程圖，開始時按開鎖鍵，輸入密碼，如果輸入正確，則開鎖成功。如果輸入錯誤累計達到三次，則執(zhí)行報警程序。 圖 開鎖流程圖 初始化 按開鎖鍵 輸入密碼 按確認鍵 所輸入密碼正確？ Y 開鎖 開始 輸入次數(shù)加 1 次數(shù) 3? 報警程序 返回 N Y N 21 5 調試與實現(xiàn) 硬件調試 單片機應用系統(tǒng)的硬件調試和軟件調試是分 不開的．許多硬件故障只有通過軟、硬件聯(lián)調才能發(fā)現(xiàn) ,但一般是先排除系統(tǒng)中比較明顯的硬件故障后才和軟件一起聯(lián)調。 常見的硬件故障 ： ① 邏輯錯誤 硬件的邏輯錯誤是由于設計錯誤和 焊接 過程中的工藝錯誤而造成的 ,包括錯線、開路、短路等 ,其中最常見的是短路故障。 ② 元器件錯誤 元器件錯誤的原因有器件損壞或性能不符合要求 ,電解電容、二極管的極性接反或集成塊裝反等。 ③ 電源故障 電源故障包括：電壓值不符合設計要 求、電源功率不足、負載能力差、紋波太重等。 硬件調試 辦 法 ： 脫機調試是在加電前 ,先用萬用表等工具 ,按圖紙仔細核對線路是否正確