摘 要
世界在不断发展，人们的追求也在不断提高。传统的家庭防盗锁不再能满足人们的需求，因为其的构造与制作比较简单，安全性能不能得到很好的保障。现在的电子产品已经更趋向于安全化、智能化、小型化。因此在这个行业内只要谈及到控制芯片，那么首先想到的就是单片机。传统的机械式系统已经不能符合当今时下的发展需求，已经逐渐被安全性能强、体积小的电子式系统所取代。
本系统所采用的控制器是单片机，型号是 STC89C52单片机，采用的指纹存储系统是通过自购实现的。比对流程和结果则通过液晶显示出来，开锁的动作需要用到直流继电器与发光二极管来模拟。本系统摒弃了传统系统体积大、性价比低、传输速度慢等缺点，非常适合家庭或者公司使用。
结果表明，本设计制造由于结构简单，所以成本较低，性能也十分优良。通过软件与硬件方面的调试并进行仿真实验，在技术上完全可行。预期功能可以全部实现，本设计很好地实现了指纹密码锁在生活中的应用，也可以做出很好的推广。
关键词：指纹；芯片；单片机
1 总体方案设计
本设计采用的核心处理器为STC89C52单片机，其是一种直流供电电压的8位微控制器单片机，电压为2.0V至3.8V，内部具有大存储量的内存空间。其在原有基础上进行了许多改进，相较于传统的51单片机单位时间内消耗功率更少。STC89C52单片机是许多嵌入式控制系统的理想选择，因为其的效率和灵活度都较高，具有平滑的8位CPU和可编程闪存系统。总体框图如图1.1
图1.1 系统总体框架图
1.1 设计要求
1）开机，按下开机键以后，根据显示屏的指示，我们将手指进行放入。这里需特别注意，在本系统中识别成功的标志是绿灯亮起。如果没有识别成功，则绿灯不会亮起，需要进行第二次识别。
2）管理员模式：正确输入六位数的密码方可进入到管理员模式，如果密码不正确则不能进入管理员模式。管理员模式是帮助用户在初始状态下录入指纹，以及在必要时候删除或更改指纹。本系统还具备修改密码的功能。同时，管理员模式还可以进行危急情况下的应急开锁功能。
1.2 方案比较与论证
方案一：控制数字电路
本法的优势就是设计简单，经济实惠。一共需要输入十六个按键，但是其中有十二个按键是有效的密码按键。当其他人输入密码错误三次以上，则系统会自己锁定。同时还有备用电源，备用电源的作用就是当停电时，备用的电源可以支持系统正常的工作。
其如图1.2所示：
图1.2 数字密码锁方案
2 硬件介绍和设计
2.1 单片机及最小系统
该系统中最小的模块是单片机的最小系统如图2.1所示。
图2.1单片机最小系统
2.1.1 STC89C52单片机介绍
单片机就是将各个方面的集成电路进行集合，并且具有自我计算能力的集成电路。它其中有中央处理功能，有存储功能，还有输入和输出功能。
STC89C52单片机的特点是能耗低、简单实用、经济价值高。内部存储空间大，并且可以随意编程，出现错误可以进行随意改变。
2.1.2 外部晶振的设计
该种振荡器在系统中的作用十分重要。振荡的频率越快，则单片机运行的
速度越快；振荡的频率越慢，则单片机运行的速度越慢。普通的已经可以在本设计中使用，更高级别的暂时在本次设计中还用不到。
在该系统中本设计选择的是电容值为30PF的振荡器。时钟电路如图2.2所示。
图2.2外部晶振电路
本设计所选择的晶振频率是可以满足单片机进行正常使用的，所以该设计十分合理。它的振荡周期是约为1us。
3 系统软件设计
3.1 系统程序工作分析
本系统中所采用的控制器是单片机，其连接两个模块，一个是按键的程序。另一个是指纹的程序。其模式主要是主程序能够随时调用作为子程序的C语言函数（指纹识别模块和液晶）。在本文所设计的程序中，对单片机进行编程的方式是利用到了Keil单片机软件开发环境。首先将源程序拆分成几个模块分别进行编写，最后整理成一个最终文件，这刚好符合模块化的程序设计。我们可以比较大限度地进行程序的编写和调试，代码文件通过后可以下载到单片机，这都得力于开发环境的宽松，可以对软件进行仿真调试。主程序的初始化工作应该伴随着单片机的上电完成。主程序需要对液晶初始化，同时要检测按键，这都是基于电路的功能要求。
3.2 主程序流程图
下图3.1所示为根据分析后所制订的主程序设计流程。
若要对程序进行巡检，第一个模块首先会进行初始化状态设置，之后系统会判断是否有按键进行按下以及哪个按键进行按下。
液晶、通讯子程序、按键程序是构成主程序的重要组成部分。若要完成一个完整的主程序工作，首先则要对各种硬件功能模块进行初始化。（这其中包括液晶显示、键盘扫描、指纹模块）
图3.1 主程序流程图
3.3 LCD显示模块程序设计流程
这个模块的主要功能就是为了在液晶屏幕上显示收到指令的程序数据内容。程序流程如图3.2所示
图3.2 程序流程图
4 硬件调试
4.1 电路的焊接
4.1.1 焊前准备
如果想要做好引线成型等装配前的准备工作，同时要熟悉焊接的先后顺序。并且按照图纸严格的进行焊接，不允许超过图纸自己焊接。程序所遵循的顺序就是先焊电阻，后焊电容。之后才是二极管，三极管等等，主要就是先小后大，先易后难。在焊接电容时，我们要清楚的一点是不要搞错电容的正负极。在焊接二极管时，不要搞错二极管的阴阳极，同时时间也不要超过太长，大概是一秒钟左右为最好。焊接三极管时不要搞错三个引线的位置，同时焊接的时间要最短，为的是加快散热。对于集成电路的焊接，一定要严格按照图纸来进行焊接，各个型号和引脚的位置都要符合图纸中所出示的位置。多余的引脚不要保留，应该用剪刀将它剪去。
4.1.2 注意事项：
1）为了让屏幕能够正常显示、保持完好，不能对正在处理机械振动的模块施加外力。
2）为了保护屏幕的完整光滑，不能用手或坚硬工具划、按压、磨擦显示屏。
3）如果发生意外情况导致屏幕碎裂，液晶化学材料流出，要严禁皮肤与液晶接触，如果不慎接触要即刻用酒精和水清洗。
4）如果显示屏有异物，可以用棉球蘸取少量的石油苯来轻轻擦拭屏幕，不能使用对偏光片不利的可溶有机体来清洗显示屏。
5）要注意高压静电，其中放出的电流将损坏模块中的CMOS电路。
6）模块的放置环境对温度和湿度都有严格的要求，温度不能过高，保持在35度一下，湿度也要保证好，如果湿度多大，很多的元器件将会失灵。
7）模块的存储环境要远离太阳直射的地方。
4.2 程序的烧写
本设计采用的是STC-ISP，该软件的特点是操作简单易于学习，编程发现错误以后可以尽快的修改，因此应用十分广泛。烧写程序如图4.1所示。
图4.1烧写程序
4.4 液晶的调试
首先我们导入测试程序，并且对该系统进行通电。通过调节液晶显示器后面的调节按钮。这时在屏幕的正中央出现了一个小方格，这是液晶显示屏出现了一定问题，所以不能正常地接收和发出指令。可以按照标准化的步骤对其进行调试如图4.2所示。
图4.2调试过程
4.5 指纹模块、按键的调试
首先将之前所编写好的程序进行导入。
1）打开电源，观察电源的指示灯是否亮起。
2）按“*”键，等待液晶显示屏上出现让用户输入指纹的指示。方法就是当有人把手指放到上面的时候，小灯也会正常的亮起。
3）如果指纹被系统识别成功，则灯亮起以后使用者可以打开。如果用户的指纹没有被识别成功，此时则需要重新进行输入，三次输入失败以后系统将会进行报警。
4）该系统还可以进行输入密码、删除密码以及管理员进行操作的模式。
5）进入管理员模式，此时我们可以进行密码的输入。密码是由六位数字进行组成，如果我们输错可以进行删除。
6）对于已经录入的密码，如果我们想要删除这个密码，进入管理员模式以后也可以对其进行相应的删除。
如果以上步骤不符合要求需要重新检查程序，直到实物可以正常工作为止。
如满足上述要求时，实物就算调试完成，达到设计要求。
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