内容发布更新时间 : 2025/6/16 19:52:01星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
4 硬件系统设计
4.1 设计原理
本设计主要由单片机、矩阵键盘、液晶显示器和密码存储等部分组成。其中矩阵键盘用于输入数字密码和进行各种功能的实现。由用户通过连接单片机的矩阵键盘输入密码，后经过单片机对用户输入的密码与自己保存的密码进行对比，从而判断密码是否正确，然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者报警电路控制开锁还是报警，实际使用时只要将单片机的负载由继电器换成电子密码锁的电磁铁吸合线圈即可，当然也可以用继电器的常开触点去控制电磁铁吸合线圈。
本系统共有两部分构成，即硬件部分与软件部分。其中硬件部分由电源输入部分、键盘输入部分、密码存储部分、复位部分、晶振部分、显示部分、报警部分、开锁部分组成，软件部分对应的由主程序、初始化程序、LCD显示程序、键盘扫描程序、启动程序、关闭程序、建功能程序、密码设置程序、EEPROM读写程序和延时程序等组成。
复位电路 振荡电路 键盘电路 STC89C52 单片机 显示电路 开锁电路 报警电路
图4-1 组成原理
4.2 电源输入电路
三端集成稳压器LM7805和LM7905是作为固定输出电压的典型应用。正常
工作时，输入、输出电压差为2--3V。电容C为输入稳定电容，其作用是减小纹波，消振、抑制高频和脉冲干扰，它一般为0.1--1uF。电容C为输出稳定电容，其作用是改善负载的瞬态响应，它一般为1uF。使用三端稳压器时要根据输出电流的大小选择加散热器，否则会由于过热而无法工作到额定电流。
图4-2 电源输入电路
4.3 矩阵键盘
由于本设计所用到的按键数量较多而不适合用独立按键式键盘。采用的是矩
阵式按键键盘，它由行线和列线组成，也称行列式键盘，按键位于行列的交叉点上，密码锁的密码由键盘输入完成，与独立式按键键盘相比，要节省很多I/O口。本设计中使用的这个4*4键盘不但能完成密码的输入还能作特别功能键使用，比如清空显示功能等。键盘的每个按键功能在程序设计中设置 。其大体功能（看键盘按键上的标记）及与单片机引脚接法。
图4-3 矩阵键盘
4.4 复位电路
单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC＝0000H，使单片机从第—个单元取指令。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。在复位期间（即RST为高电平期间），P0口为高组态，P1－P3口输出高电平；外部程序存储器读选通信号PSEN无效。地址锁存信号ALE也为高电平。根据实际情况选择如图2-8所示的复位电路。该电路在最简单的复位电路下增加了手动复位按键，在接通电源瞬间，电容C1上的电压很小，复位下拉电阻上的电压接近电源电压，即RST为高电平，在电容充电的过程中RST端电压逐渐下降，当RST端的电压小于某一数值后，CPU脱离复位状态，由于电容C1足够大，可以保证RST高电平有效时间大于24个振荡周期，CPU能够可靠复位。增加手动复位按键是为了避免死机时无法可靠复位。当复位按键按下后电容C1通过R5放电。当电容C1放电结束后，RST端的电位由R11与R15分压比决定。由于R11< 图4-4 复位电路 4.5 晶振电路 STC89C52引脚XTAL1和XTAL2与晶体振荡器及电容C2、C1按下图所示方式连接。晶振、电容C2／C3及片内与非门（作为反馈、放大元件）构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及电容C1、C2的容量有关，但主要由晶振频率决定，范围在0～33MHz之间，电容C2、C3取值范围在30pF左右。根据实际情况，本设计中采用11.0592MHZ做系统的外部晶振。电容取值为33pF。 图4-5 晶振电路 4.6 报警电路 报警部分由陶瓷压电发声装置及外围电路组成，加电后不发声，当有键按下 时，“叮”声，每按一下，发声一次，密码正确时，不发声直接开锁，当密码输入错误时，单片机的P3.3引脚为低电平，三极管T3导喇叭发出噪鸣声报警。 图4-6 报警电路 4.7 显示电路 LCD1602液晶显示屏显示。 图4-7 显示电路 4.8 开锁电路 通过单片机开锁执行机构，发光二极管D1发光以替代达到开锁的目的。 图4-8 开锁电路 开锁原理： 单片机 微控制器 返N 密码正Y P1.0低电平 图4-9 开锁原理 LED4.9 电路总体构成 在确定了选用什么型号的单片机后，就要确定在外围电路，其外围电路包括电源输入部分、键盘输入部分、复位部分、晶振部分、显示部分、报警部分、开锁部分组成，根据实际情况键盘输入部分选择4*4矩阵键盘，显示部分选择LCD1602液晶显示屏来完成。本次设计的各大模块在上述章节中已仔细介绍了，将各大模块融合在一起后组成电子密码锁硬件电路，键盘输入模块和LCD1602液 晶显示屏显示模块是最主要的两大模块，键盘主要是完成密码的输入、修改密码、 消除密码等等任务。而显示模块则是主要完成输入密码的显示以及密码输入正确或者错误的提示。而剩余的就是报警模块、开锁模块以及单片机的最小系统。开锁顾名思义就是密码输入正确后打开大门，而报警主要是为安全着想，当有人非法入侵时便于抓住犯人。单片机最小系统则是单片机正常运行的保障。总的硬件电路如图4-10。