单片机原理与应用技术：硬件方案及组成

1.硬件组成

I²C总线器件的密码门禁电路见图8-39.以单片机芯片U1为控制核心，串行E²PROM器件U2作密码不失性保留，4行3列矩阵键盘作密码设置和识别的键入操作，晶体管V2和V3驱动继电器对门禁机构实行启/闭控制，晶体管V1作蜂鸣器的发声驱动，指示灯VL1、VL2和VL3作相应工作状态的指示，按键（开关）S2作读/写操作模式的转换，按键（开关）S1作系统复位。

图8-39 I²C总线器件的密码门禁电路

2.电路原理

图8-39电路设有两种工作模式，即设置密码模式和开启操作模式。系统上电或复位后，读/写键S2处于不按动的断开状态时，电路执行的是开门操作；与之相反，只要上电或复位后读/写键S2被检测到处于闭合状态，程序便转入密码设置（编码）模式，由VL1常亮作提示。4×3矩阵键盘与单片机P1口连接，采用键盘反极法（见5.1.2节）确定按键的键值（伴以键按下发声、键释放消声作操作提示）。电路初次使用时需先选择密码设置模式，矩阵键盘上的任何键可作密码键入（设定为6位），单片机U1通过由读/写线（P3.7和P3.6）模拟的I²C总线，把6个密码字节（键值）写入串行E²PROM器件U2，作不失性密码保留，编码过程完成后由VL1熄灭作提示，然后转为开启操作模式。开启模式是从键盘键入6位密码，U1通过模拟的I²C总线读取U2中存放的6位密码，并与键入的密码逐个字节进行比较，如果完全相符，则VL3发亮，P3.4口送出低电平，晶体管V2和V3导通，驱动继电器使触点S吸合，开门机构启动（由“模拟负载”绿色大直径LED点亮来替代，图中未画出）；如果密码不符，则继电器不动作，由P0.0口驱动VL2闪亮和P3.0口驱动蜂鸣器断续发声，提示需重新键入密码。(www.xing528.com)

要着重说明的细节是，继电器作为V3的集电极负载的这种接法，能最大幅度地提供扣除集-射间饱和压降后的全部电源电压，使继电器工作稳健；但因单片机上电或复位后P3.4口为高电平，如果直接用来控制V3的基极，继电器就会因V3导通而发生误动作，所以需加入PNP型极性的晶体管V2来与V3进行复合，改变成PNP型极性，使继电器在系统复位时不动作，只有在执行程序时才发生动作响应；二极管VD1用来消除继电器截流时出现的反向感生电压，保护V3免受击穿。

图8-40 I²C总线器件的密码门禁电路装置

3.主要器件

U1为AT89C51（40脚DIP封装），U2为24C04，键盘采用4行3列矩阵结构成品，或用12个双触点式按键开关构建。继电器为5V直流继电器，所示型号（OJE-SH-105DM）为常开单触点，容量为5AAC250V/DC30V，可根据具体负载选定所需触点容量的型号。V1和V2为PNP型晶体管9015，V3为NPN型晶体管9013，蜂鸣器为自振型TMB12A05。VL1为黄色LED，VL2为红色LED，VL3为绿色LED，“模拟负载”为绿色大直径LED。S1和S2为常开触点按键（开关）。I²C总线器件的密码门禁电路装置见图8-40。