單片機控制的快遞柜管理系統(tǒng)核心硬件電路設計案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u13598單片機控制的快遞柜管理系統(tǒng)核心硬件電路設計案例概述 147291.1單片機最小系統(tǒng)電路設計 179421.1.1外部晶振設計 1169481.1.2復位電路設計 266791.2LCD1602液晶 2149341.2.11602液晶引腳功能 3238901.2.21602指令說明及時序 3140531.2.31602液晶內(nèi)存地址映射和標準字體表 5147221.2.41602液晶一般初始化（復位過程） 6160931.3矩陣鍵盤輸入電路 655441.4GSM模塊電路設計 8290221.5繼電器電路設計 91.1單片機最小系統(tǒng)電路設計1.1.1外部晶振設計通常情況下，為了達到把時鐘信號提供給系統(tǒng)的目的，我們一般采用的方法是將單片機晶振添加到設計的系統(tǒng)中。同時，為了避免出現(xiàn)所涉及的各部分的工作運行速度不一致的情況，大多情況下，可以通過在我們所設計的系統(tǒng)中共同使用晶振的方法來實現(xiàn)。當然，如果出現(xiàn)一些特殊情況，比如說是通信系統(tǒng)的基本頻率和射頻頻率使用的晶振不相同，為了避免出現(xiàn)所涉及的各部分的工作運行速度不一致的情況，我們也可以通過采用調(diào)整電子的頻率來實現(xiàn)。同時，如果我們能夠進行采用將鎖相環(huán)電路和晶振一起使用的方法，這樣也能夠達到我們獲取的時鐘頻率是系統(tǒng)需要的這一目的。當然我們也可以做得到的是，如果時鐘信號的工作頻率出現(xiàn)不一致的情況，那么這些時鐘信號便能夠被不同的子系統(tǒng)獲取到，具體的操作方法是使用相同的晶體振蕩器和不同的相位回路。STC89C52振蕩器的源，通常使用1的是頻率為1.0592MHz的晶體發(fā)生器。考慮到振蕩電路通常在單片機內(nèi)部這個情況，所以我們一般采用的方法是將結(jié)晶發(fā)生器連接到外部的兩個電容器。STC89C52內(nèi)部的振蕩器通常由強化的反相放大器構(gòu)成。反饋部件由從XTAL1和XTAL2外部收集的晶體構(gòu)成，與C1和C2形成并行諧振電路，形成自動發(fā)生器?？紤]到容量設定，本次設計我們采用30pF。圖2-2是這種順序的外部晶體振蕩器的具體連接方法。圖3-1外部晶振電路注意STC89C52的頻率范圍從0到24兆赫不等。所以我們選擇了頻率大小數(shù)據(jù)為11.0592兆赫茲的石英晶體。1微秒大約是它的一個振蕩周期，0.1微秒大約是它的一個機械周期。綜上所述，本設計選擇晶體振蕩器能夠滿足系統(tǒng)的需要。1.1.2復位電路設計在某種狀態(tài)下，鏈初始化函數(shù)主要由單變量的設定和重構(gòu)構(gòu)成。原則上，單片機的重啟方案可以首先將狀態(tài)機變?yōu)榭諣顟B(tài)。但是，在單片機中，重新構(gòu)造這個過程主要進行的操作是將一部分寄存器和存儲設備配置到制造商預先定義好的相關數(shù)值中去。單片機復位電路的原理大致可以描述成：將外置的相關電阻和電容放入到垂直引腳RST上，這樣便能夠做到單片機實現(xiàn)重新啟動。復位水平連續(xù)超過2個循環(huán)的話，那個就有效了。根據(jù)RC切入的時間常數(shù)，可以計算出那個是什么樣的值。復位電路由按鍵復位和電源復位兩部分組成。圖3-2所表示的是本次設計中系統(tǒng)所采用的復位電路。圖3-2復位電路1.2LCD1602液晶液晶是一種高分子的材料?？紤]到它各種的特殊性質(zhì)，從20世紀中期以來，輕薄顯示器廣泛采用液晶。液晶分子所產(chǎn)生的點、線、面和燈的反面這些部分能夠進行將對應的畫面顯示出來是液晶顯示的主要原理。為了描述簡單，通常把各種液晶顯示器都直接稱為液晶?？紤]到液晶使用的溫度范圍比較窄，本次設計采用的液晶型號是LCD1602。1.2.11602液晶引腳功能1602液晶各個引腳接口說明如下表所示：表3-11602液晶引腳功能1.2.21602指令說明及時序一般情況下，會有11條各不相同的控制指令出現(xiàn)在1602液晶模塊內(nèi)部的控制器中，下表是我根據(jù)本次設計所枚舉出的各項指令的具體說明：表3-21602指令說明及時序與HD44780能夠做到被同時接受容納的芯片時序表如下：表3-3與HD44780相兼容的芯片時序讀寫操作時序如圖所示：圖3-4讀操作時序圖3-5寫操作時序1.2.31602液晶內(nèi)存地址映射和標準字體表考慮到液晶顯示模塊是一種慢速顯示的設備這一情況。所以我們采取的措施是在執(zhí)行每條指令之前，都需要由系統(tǒng)確認該模塊的忙號是不是低電平，如果是低電平，那么表示系統(tǒng)表示不忙，反之，則表示忙。圖3-6表示的是1602的內(nèi)部顯示地址。圖3-61602LCD內(nèi)部顯示地址在液晶模塊的初始化操作中，我們首先要做的事情就是確定保證系統(tǒng)的顯示模式是已經(jīng)設置完成好的。同時，每次在我們進行將各項指令輸入到對應地址的這一操作之前，都需要做的一件事情是判斷該時刻的液晶模塊是否正處在忙的這個狀態(tài)。1.2.41602液晶一般初始化（復位過程）1.3矩陣鍵盤輸入電路電壓的高、低電平主要是通過按鍵的關閉來反映的。當出現(xiàn)高電平的情況，那么說明按鍵是斷開了的，低電平的時候說明按鍵合上了。我們可以通過采取增加消除電平震顫的這一措施，進行這個措施的目的是為了確定保證CPU能夠做到只確認一個鍵動作一次的操作，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)的功能是防止有干擾信號對系統(tǒng)產(chǎn)生影響。按鍵抖動的畫面可以由下圖3-7顯示出來。消除震顫的主要方法有硬方法和軟方法這兩種方法。同時，我們可以采用雙穩(wěn)態(tài)電路或濾波器消除電路這兩個方法來將電平震顫的這個現(xiàn)象消除。當一個密鑰被第一次檢測到時，軟件可以通過執(zhí)行一個延遲程序的操作來確認這個密鑰是否仍然處于關閉的狀態(tài)。如果出現(xiàn)按鍵仍處于關閉狀態(tài)這一情況，那么軟件將能夠做到確認按鍵已經(jīng)被按下，這個方法主要是用來達到消除抖動和干擾影響的目的。按鍵界面的設計主要有獨立按鍵和矩陣鍵盤兩種方法。每個鍵都是獨立的，并且每個鍵都連接到一個輸入線。我們只要進行對輸入行電平的檢測，就可以達到識別密鑰狀態(tài)的目的。考慮到IO的設計會產(chǎn)生浪費資源這一缺點，同時，由于按鍵設計可選的方案還是比較多的，綜合考慮到要盡可能的提高系統(tǒng)的可靠性以及要盡可能地把設計出來的鍵盤簡單化，所以矩陣按鍵是最符合本設計的要求的。圖3-7所表示是本次設計系統(tǒng)的關鍵電路。有鍵按下有鍵按下前沿抖動按鍵確定后沿抖動圖3-7按鍵閉合及斷開前后的電壓矩陣鍵盤主要的構(gòu)成要素有兩個部分，分別是行行和列行，同時行和列的交點的地方就是鍵的位置。當我們按下鍵時，相應的線與線便會連通，相應的線或線會產(chǎn)生水平方向的變化。此時，單片機便可以通過檢測線路或線路的電平變化來確定具體哪個鍵被按下。矩陣鍵盤常見的檢測方法有逐點掃描、逐行掃描和全局掃描等。在本文中，考慮到各方面的因素，我們決定采用漸進掃描的方法來實現(xiàn)關鍵檢測，其中P1.4-P1.7為列線,

P1.1-P0.3為行線。識別過程如下:確定鍵盤上是否有按鈕被按下。每當列中的級別較低時，就表示該鍵已被按下。如果所有列中的級別都是高的，這意味著沒有按下鍵盤。判斷所按按鈕的位置。在確認有按鈕被按下之后，接著是確定此次動作具體按下了哪個按鍵，方法如下：設置每行為輸出出口，將低電平輸出，然后一次檢查每行的電平狀態(tài)。在確定鍵的位置后，需要對矩陣鍵盤中的每個鍵進行編號。在程序設計中，一般有計算算法和查找表法兩種鍵的編碼方式。圖3-8按鍵電路1.4GSM模塊電路設計GSM(GlobalSystemforMobileCommunications)移動通信系統(tǒng)主要由三個部分組成，它們分別是交換網(wǎng)絡子系統(tǒng)、無線基站子系統(tǒng)以及移動終端設備。驗證客戶身份所需要的各種信息都包含在SIM卡中，同時一些與安全和機密有關的重要信息也可以由SIM卡來執(zhí)行，從而避免出現(xiàn)未經(jīng)授權的客戶非法訪問網(wǎng)絡的情況?？紤]到這么樣的一個情況：在一些偏僻遙遠的地區(qū)接收到由中國移動運營方給用戶提供的無線信號會比其他地方所能夠接收到的信號質(zhì)量要好很多。所以本次設計用來采集移動信息的設備是全球SIM卡。一般情況下，1.4V~2.4V是VBAT模塊的電壓輸入范圍。綜合考慮了各種因素，本次設計決定采用2.0V的電壓。本設計采用100JF鉭電容與1uF~10uF陶瓷電容(CB)并聯(lián)。同時，為了能夠達到有效地減小甚至消除高頻干擾的目的，我們通過采用并聯(lián)增加33pF和10pF電容的方法。與此同時，為了達到防止芯片被浪涌損壞的目的，本次的設計采用的方案是將3.1V/500MW齊納二極管運用到了模塊的VBAT引腳上。當進行PCB布局的過程時，我們要做到的一件事情是盡量保證電容和齊納二極管與模塊的VBAT引腳之間的距離能小就小。GSM實物如圖所示。圖3-9GSM實物圖1.5繼電器電路設計考慮到單片機是屬于弱電類的器件，它的工作電壓通常小于等于5V。其驅(qū)動電流低于mA水平。同時，繼電器的驅(qū)動是屬于典型的、簡單的一個環(huán)節(jié)。因此，為了達到滿足單片機等大功率負載接口的需要，我們可以采用繼電器驅(qū)動的方法來實現(xiàn)。綜合各個方面，PNP型的三極管放大電路是本設計的最優(yōu)選擇，主要結(jié)構(gòu)如圖3-10所示，三極管能夠做到給線圈的兩端提供相應電流的功能。當出現(xiàn)低電壓通過單片機控制端發(fā)送到三極管的B極這個情況的時候，會使得三極管能夠?qū)?，有電流通過繼電器的線圈，從而會使得繼電器能夠被拉起。相反，當電流通過單片機控制端流向晶體管的B極時，晶體管就會關閉。由于沒有電流通過線圈繼電器，繼電器將被關閉。一件非常重要的事情是我們要確定保證一個二極管連