第二章 系统方案的设计
2.1 设计说明
确定好明确的设计方案对于整个系统的设计是非常重要的，秉持着严格遵循单片机设计相关原则，尽可能选择合适的方案进行设计，合理的方案对整个系统的综合性调试有帮助。
设计的基于51单片机的多功能数字密码锁的具体功能有：
1、设计的密码位为六位。为了防止密码被窥窃，在输入密码时在液晶显示屏幕上显示号。
2、4×4的矩阵键盘其中包括0-9的数字键用来输入密码和‘’按键作为取消键、‘#’按键作为确认按键、按键D为改密码确认键、A、B、C三个按键是指纹功能所用，数字密码锁按键排布简图如图2.1所示。
图2.1数字密码锁按键排布简图
3、蜂鸣器作为报警提示，LED指示灯的亮灭和继电器的闭合、电磁锁的吸合作为锁的开关。
4、密码可进行修改，有密码保护，密码输入错误超过三次则按键输入失灵且持续报警，可以防止窃锁，有管理员密码以防止忘记密码等。
5、增加无线通讯模块进行远程解锁，增加指纹模块进行指纹解锁。
6、将所有解锁功能集于一个数字锁上，设计出基于51单片机的多功能数字密码锁。
本章将介绍所选的整体设计的各个部分设计的方案的选择，并且总结出整体的设计方案。
2.2 控制芯片方案的设计
在工控领域中，单片机渗透率极高，一个系统用的可能不只一片单片机，甚至几百片共同工作的系统都有。单片机当中其中最具有代表性的是MCS-51单片机，其基本结构都是相差无几的，其基本结构如图2.2所示。
图2.2MCS-51单片机基本结构图
第三章 系统的硬件设计
3.1 设计说明
硬件电路的设计是整个系统设计当中重要的组成部分之一，除此之外，软件设计部分也很重要，硬件电路的合理与否对系统性能有影响，在设计当中，电路的一个细节都可能会导致设计不能达到运行效果。通常情况下，硬件电路的设计可以分成分析设计需求、设计原理图等。
本次设计的硬件电路部分由STC89C52最小系统即主控制芯片、复位电路、晶振电路，AT24C02存储密码电路、矩阵按键输入电路、下载口电路、电源输入电路、屏幕信息显示电路、提示电路、附加的蓝牙解锁和指纹解锁功能电路组成[17]。本设计硬件原理框图如图3.1所示。对于原理图的绘制，需要用到Altium Designer软件[18]，该软件可以绘制原理图、PCB图等，为电路设计提供了效率和保障，绘制出的整个设计系统的原理图如图3.2所示。本章将对整体设计的各个硬件电路部分的设计进行详细的介绍。
图3.1设计系统硬件原理框图
图3.2设计系统的硬件原理图
第四章 系统的软件设计
4.1 设计说明
系统组成部分中，重要组成除了硬件部分，还有一个重要组成部分即软件设计部分，软件设计部分承载了带动硬件的程序控制逻辑。
本次设计的软件设计部分由主程序设计、按键扫描子程序设计、密码设置和开锁子程序、无线通讯单元设计、指纹解锁子程序设计等组成。其中关于LCD1602显示单元、AT24C02存储单元的设计是利用相关资料指令集编辑的一系列写指令、写数据、写地址、初始化等逻辑，程序逻辑相对简单。
本章将对系统的软件设计部分的设计通过流程图等方式进行介绍，其中流程图应用VISIO软件来绘制。
4.2 应用软件环境的介绍
本次设计KeiluVision4软件的相关设计参数值和编译输出结果如图4.1所示。在Target设置界面当中晶振值为11.0592MHz，Memory Model设置为PDATA，其他设置值为默认值。其中PDATA是指单片机的外部扩展RAM的低256个字节，虽然此设置值在C51当中可能会出现BUG，但是如果继续使用常用空间DATA的参数设置值，部分函数就没有存放的空间，编译就会报错。
图4.1Keil4软件的相关设计参数值和编译输出结果
4.4 系统的按键扫描子程序设计
根据矩阵键盘的排布，共四行，一行有四个按键，通过读入水平位置和垂直位置的扫描码来确定按下的按键，即逐行扫描法。逐行扫描法就是通过将矩阵按键所连引脚的高四位即列线电平拉低，若有按键按下，矩阵按键低四位即行线的电平不全为高电平，其中是低电平的那位就是被按下的按键，流程图如图4.5所示。
这里举一个简单例子，本设计中，按键所用的引脚是P1口，定义连接按键的水平线P1.0-P1.3为行线，是输出线；定义连接按键的垂直线P1.4-P1.7为列线，是输入线。按键排布样式就是本设计的排布，当P1.5引脚被拉低，在判断是否有按键按下后，P1.0-P1.3所在行逐一输出低电平，若P1.0输出低电平，P1.1-P1.3引脚输出高电平，则是按键2按下。
图4.5按键扫描子程序流程图
第五章 系统的运行与调试
5.1 说明
在系统的软、硬件部分设计完成后，接着需要将两个部分联合起来，过程也需要进行测试。本章会简单介绍硬件焊接部分的问题，系统的仿真，实物的运行与调试。
5.2 元器件的焊接
5.2.1 焊接的步骤
通过焊接方式将所选的各个硬件及数字元器件连接起来，详细的元器件清单可见附录1，焊接的步骤一般分成四个部分：
（1）准备工作，准备板子和要焊接的数字元器件，并检查器件上是否有影响焊接的杂物，准备锡条，准备硬件设计原理图。
（2）预热电烙铁，根据使用的恒温可调的电烙铁，将温度调到适合的温度并等待几分钟的预热时间。一般温度控制在250-300度之间，温度较低，不利于锡条的融化，温度较高，会造成器件的损坏。
（3）焊接，用电烙铁将锡条融化，点在焊点处，尽量让焊点圆滑、牢固。
（4）检查焊点，焊接后要检查焊点与焊点间是否有短接，肉眼检查的方式不可靠，对于复杂的焊接电路，可以借助万用表的蜂鸣器档来检查两点间的导通情况，若两点间导通，蜂鸣器会发出响声，若没有导通，蜂鸣器不会出声。焊接完成的实物图正、反面分别如图5.1.1和图5.2.2所示。
图5.1.1系统实物的正面
5.3.1 系统的仿真
绘制设计系统的仿真图，需要借助软件进行绘制。本设计使用Proteus8 Professional软件来绘制原理图，整个系统的仿真图如图5.2所示。绘制出原理图后，将软件部分调试完成的代码的HEX文件下载到STC89C52单片机中，下载过程如图5.3所示，图中在Program File中导入代码的HEX文件即可下载，在下载完成后就可对设计系统进行仿真调试。
图5.2设计系统的仿真图
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