【正文】 器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 1）電源引腳 VSS和 VSS ： VSS—— （ 40 腳）接 +5V 電壓； VSS—— （ 20 腳）接地。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。 XTAL2（ 18 腳）接外晶體的另一端。采用外部振蕩器時(shí)，對(duì) HMOS 單片機(jī)，該引腳接外部振蕩器的信號(hào)，即把外部振蕩器的信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端；對(duì) XHMOS，此引腳應(yīng)懸浮。推薦在此引腳與 VSS 引腳之間連接一個(gè)約 的下拉電阻，與 VSS引腳之間連接一個(gè)約 10μ F的電容， 以保證可靠地復(fù)位。當(dāng) VSS主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而 VPD 在其規(guī)定的電壓范圍（ 5177。 ALE/PROG（ 30 腳）：當(dāng)訪問外部存貯器時(shí)， ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。 ALE 端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 8 個(gè) LS 型的 TTL 輸入電路。 PSEN（ 29 腳）：此腳的輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。但在此期間，每當(dāng) 5 訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 EA/VPP（ 引腳）：當(dāng) EA 端保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在 PS（程序計(jì)數(shù) 器）值超過 0FFFH（對(duì) 851/8751/80S51）或 1FFFH（對(duì) 8052）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。對(duì)于常用的 8031 來說，無內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以 EA腳須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲(chǔ)器。 4）控制或與其它電源復(fù)用引腳 RST/Vpd， ALE/PROG， PSEN 和 EA/Vpp。在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器同期的高電平（由低到高跳變），將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG 正常操作時(shí)為 ALE 功能（允許地址錢存），提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。 ALE 端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）八個(gè) LSTTL 電路。 PSEN 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端。 PSEN 同樣可以驅(qū)動(dòng)八個(gè) LSTTL 輸入。當(dāng) EA 為高電平時(shí)，訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ PS 值小于 4K）。對(duì)于 EPROM型單片機(jī)，在 EPROM編程期間，此引腳上加 21VEPROM編程電源（ Vpp）。 P1 口（ 1 腳至 8 腳）：是準(zhǔn)雙向 8 位 I/O 口。 P1 口能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) LS 型的 TTL 負(fù)載。對(duì)EPROM 編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收低 8位地址。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它可以作為擴(kuò)展電路高 8 位地址總線送出高 8 位地址。 P2 可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) LS型的 TTL 負(fù)載。 P3 能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) LS 型的 TTL負(fù)載。作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如表所示。 表 P3 口管腳備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0外部輸入） T1（記時(shí)器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 存儲(chǔ)芯片 AT24C02 如圖 為 AT24C02 的芯片引腳圖。芯片在低壓的工業(yè)與商業(yè)應(yīng)用中進(jìn)行了最優(yōu)化。 SDA 管腳上的數(shù)據(jù)只能在 SCL低期間改變。 開始狀態(tài)：在任何操作之前必須有一個(gè)開始信號(hào) 在 SCL 為高時(shí) SDA 上產(chǎn)生一個(gè)下降沿。在一個(gè)讀的序列之后，停止信號(hào)將讓 EEPROM 進(jìn)入備用電源模式。 1602型 LCD 顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)。 接口信號(hào)說明： 1602 型 LCD 的接口信號(hào)說明如表 所示： 表 LCD1602 接口信號(hào)說明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號(hào) 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 1602 型 LCD 主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量 :162 個(gè)字符 芯片工作電壓 :— 工作電流 :() 模塊最佳工作電壓 : 8 字符尺寸 :(WH)mm 1602 型 LCD 基本操作程序如下表所示： 表 LCD1602 基本操作程序 讀狀態(tài) 輸入 RS=L， R/W=H， E=H 輸出 D0— D7=狀態(tài)字 寫指令 輸入 RS=L， R/W=L， D0— D7=指令碼， E=高脈沖 輸出 無 讀數(shù)據(jù) 輸入 RS=H， R/W=H， E=H 輸出 D0— D7=數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù) 輸入 RS=H， R/W=L， D0— D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖 輸出 無 晶體振蕩器 晶體振蕩器，簡(jiǎn)稱晶振，其作用在于產(chǎn)生原始的 時(shí)鐘頻率 ，這個(gè)頻率經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。如果需要對(duì)這兩種 音頻 同時(shí)支持的話，聲卡就需要有兩顆晶振。 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。為數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和為特定系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號(hào)。 石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結(jié)晶體） 的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡(jiǎn)稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個(gè)電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡(jiǎn)稱為石英晶體或晶體、晶振。只要在晶體振子板極上施加交變電壓，就會(huì)使晶 片 9 產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng)，此現(xiàn)象即所謂逆壓電效應(yīng)。 10 3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)原理 本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)、矩陣鍵盤、液晶顯示器和密碼存儲(chǔ)等部分組成。由用戶通過連接單片機(jī)的矩陣鍵盤輸入密碼，后經(jīng)過單片機(jī)對(duì)用戶輸入的密碼與自己保存的密碼進(jìn)行對(duì)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(bào)警電路控制開鎖還是報(bào)警，實(shí)際使用時(shí)只要將單片機(jī)的負(fù)載由繼電器換成電子密碼鎖的電磁鐵吸合線圈即可，當(dāng)然也可以用繼電器的常開觸點(diǎn)去控制電磁鐵吸合線圈。其中硬件 部分由電源輸入部分、鍵盤輸入部分、密碼存儲(chǔ)部分、復(fù)位部分、晶振部分、顯示部分、報(bào)警部分、開鎖部分組成，軟件部分對(duì)應(yīng)的由主程序、初始化程序、 LCD 顯示程序、鍵盤掃描程序、啟動(dòng)程序、關(guān)閉程序、建功能程序、密碼設(shè)置程序、 EEPROM 讀寫程序和延時(shí)程序等組成。其原理圖如圖 所示： 圖 電路總體結(jié)構(gòu)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(shí)往往伴有雜波，所以加一個(gè) 的電容濾波。 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(shè)計(jì)所用到的按鍵數(shù)量較多而不適合用獨(dú)立按鍵式鍵盤。本設(shè)計(jì)中使用的這個(gè) 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。其大體功能（看鍵盤按鍵上的標(biāo)記）及與單片機(jī)引腳接法如圖 所示： 圖 鍵盤輸入原理圖 密碼存儲(chǔ)電路 AT24C02 是 ATMEL 公司的 2KB 字節(jié)的電可擦除存 儲(chǔ)芯片，采用兩線串行的總線和單片機(jī)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。 AT24C02 中帶有片內(nèi)地址寄存器，每寫入或讀出一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動(dòng)加 1，以實(shí)現(xiàn)對(duì)下一個(gè)儲(chǔ)存單元的讀寫，所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。地址鎖存信號(hào) ALE 也為高電平。該電路在最簡(jiǎn)單的復(fù)位電路下增加了手動(dòng)復(fù)位按鍵，在接通電源瞬間，電容 C1 上的電壓很小，復(fù)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(dāng) RST 端的電壓小于某一數(shù)值后， CPU 脫離復(fù)位狀態(tài)，由于電容 C1 足夠大，可以保證 RST 高電平有效時(shí)間大于 24 個(gè)振蕩周期， CPU 能夠可靠復(fù)位。當(dāng)復(fù)位按鍵按下后電容 C1通過 R5 放電。由于 R11R15 因此 RST 為高電平，CPU 處于復(fù)位狀態(tài)，松手后，電容 C1 充電， RST 端電位下降， CPU 脫離復(fù)位狀態(tài)。 圖 復(fù)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。根據(jù)實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)中采用 12MHZ 做系統(tǒng)的外部晶振。 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。只有按下鍵盤上的開啟按鍵后，顯示器才處于開啟狀態(tài)。否則顯示器將一直處于初始狀態(tài)，當(dāng)需要對(duì)密碼鎖進(jìn)行開鎖時(shí)，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(gè)數(shù)字鍵后在顯示器上顯示一個(gè) *，輸入多少位就顯示多少個(gè) *。通過 LCD 顯示屏，可以清楚的判斷出密碼鎖所處的狀態(tài)。如圖 所示： 圖 報(bào)警電路原理圖 開鎖電路 通過單片機(jī)開鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電路驅(qū)動(dòng)電磁鎖吸合，從而達(dá)到開鎖的目的。其實(shí)際電路如圖 所示。由 D R1 Q1組成驅(qū)動(dòng)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。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。 在設(shè)計(jì)中，暫時(shí)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。 主程序 流程圖 如圖 為主程序流程圖，開始接上電源，程序進(jìn)行初始化設(shè)置，然后在鍵盤上輸入密碼，此系統(tǒng)進(jìn)行鍵盤掃描，密碼正確，開鎖成功，密碼錯(cuò)誤 3 次出錯(cuò)報(bào)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(shè)置新密碼，錯(cuò)誤時(shí)報(bào)警，需要兩次確認(rèn)新密碼，確認(rèn)后，密碼修改成功，否則結(jié)束最終返回。 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(bào)警程序 修改程序 Y N N Y 18 按鍵軟件設(shè)計(jì) 如圖 按鍵功能流程圖，在按鍵當(dāng)中，有與輸入、開鎖、清除、設(shè)置、確認(rèn)的程序相對(duì)應(yīng)的按鍵，并按順序與輸入的數(shù)相比較，當(dāng)輸入正確時(shí)，進(jìn)入密碼程序，錯(cuò)誤時(shí)進(jìn)行清除，輸入兩次新密碼正確時(shí)，可進(jìn)行重新設(shè)置密碼，最后確認(rèn)程序。如果輸入正確，可以修改密碼，確認(rèn)后再次輸入新密碼，如果兩次輸入一樣，則輸入成功。 圖 密碼設(shè)置流程圖 輸入舊 密碼 N 按下設(shè)置鍵 開始 所輸入舊密碼正確？ 輸入次數(shù)加 1 報(bào)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(shè)置成功 N Y 兩次新密碼輸入相同？ 20 開鎖軟件設(shè)計(jì) 如圖 開鎖流程圖，開始時(shí)按開鎖鍵，輸入密碼，如果輸入正確，則開鎖成功。 圖 開鎖流程圖 初始化 按開鎖鍵 輸入密碼 按確認(rèn)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(bào)警程序 返回 N Y N 21 5 調(diào)試與實(shí)現(xiàn) 硬件調(diào)試 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是分 不開的．許多硬件故障只有通過軟、硬件聯(lián)調(diào)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(diào)。 ② 元器件錯(cuò)誤 元器件錯(cuò)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。 硬件調(diào)試 辦 法 ： 脫機(jī)調(diào)試是在加電前 ,先用萬用表等工具 ,按圖紙仔細(xì)核對(duì)線路是否正確 ,并對(duì)元器件的安裝、型號(hào)、規(guī)格等進(jìn)行仔細(xì)檢查 ,特別焊接時(shí)有無走線之間相互短路等。 對(duì)于模塊結(jié)構(gòu)程序．要一個(gè)個(gè)子程序分別調(diào)試。 各程序模塊通過后 ,則可以把相關(guān)功能塊連在一起進(jìn)行總調(diào)。 單步和斷點(diǎn)調(diào)試后 ,還應(yīng)進(jìn)行連續(xù)調(diào)試 ,用以 確定定時(shí)