原標(biāo)題：基于STC單片機(jī)STC15W404AS+電平轉(zhuǎn)換芯片CH340G+74HC595的密碼鎖設(shè)計方案

以下是一個基于STC15W404AS單片機(jī)、CH340G電平轉(zhuǎn)換芯片、74HC595移位寄存器設(shè)計密碼鎖的詳細(xì)方案，涵蓋所用芯片的功能、作用以及設(shè)計思路。希望這個方案能滿足您的需求。

一、設(shè)計方案概述

本方案旨在設(shè)計一個具有多位密碼輸入的電子密碼鎖系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STC15W404AS單片機(jī)作為主控，通過CH340G實現(xiàn)USB通信，通過74HC595擴(kuò)展數(shù)字管顯示，并且使用按鍵矩陣完成密碼輸入和驗證功能。系統(tǒng)具有操作簡單、顯示直觀、結(jié)構(gòu)簡潔的優(yōu)點，適合應(yīng)用在家庭、辦公室、倉庫等場合的安全防護(hù)。

二、主要芯片介紹

1. STC15W404AS單片機(jī)

型號簡介：STC15W404AS是一款低功耗、功能強(qiáng)大的8位單片機(jī)，基于8051內(nèi)核，具有豐富的I/O接口和外圍設(shè)備支持。

參數(shù)特點：

• 工作電壓：2.4V-5.5V

• 工作頻率：高達(dá)35MHz

• Flash：4KB，帶掉電保護(hù)的EEPROM

• 內(nèi)置看門狗、低電壓復(fù)位、ADC等多種功能模塊

• 支持ISP（在線編程）和IAP（在系統(tǒng)編程）

作用：在本設(shè)計中，STC15W404AS作為主控芯片，負(fù)責(zé)完成按鍵掃描、密碼驗證、控制數(shù)字管顯示、蜂鳴器報警等核心邏輯。該芯片低功耗的特性，適合應(yīng)用于對功耗敏感的密碼鎖設(shè)計中。

2. CH340G電平轉(zhuǎn)換芯片

型號簡介：CH340G是一種常用的USB轉(zhuǎn)串口芯片，用于實現(xiàn)USB接口與串口的通信，支持全速USB通信。

參數(shù)特點：

• 工作電壓：3.3V-5V

• 波特率支持：50bps至2Mbps

• 支持USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)

• 自帶USB通訊控制電路和串行通信控制電路

作用：CH340G主要用于實現(xiàn)主控單片機(jī)與上位機(jī)的通信，使得密碼鎖可以通過USB接口與PC機(jī)相連，實現(xiàn)密碼修改、開鎖記錄上傳等功能。在設(shè)計中，將CH340G與STC15W404AS的串口TX/RX相連，實現(xiàn)USB與串口的數(shù)據(jù)交互。

3. 74HC595移位寄存器

型號簡介：74HC595是一種8位串行輸入、并行輸出的移位寄存器，廣泛用于擴(kuò)展單片機(jī)的I/O口，適合驅(qū)動LED、數(shù)碼管等器件。

參數(shù)特點：

• 工作電壓：2V-6V

• 高速：最大移位頻率為20MHz（5V電源下）

• 可串聯(lián)多個芯片擴(kuò)展輸出端口

作用：74HC595在本設(shè)計中用于擴(kuò)展I/O端口，控制多個數(shù)碼管的顯示。由于STC15W404AS的I/O資源有限，使用74HC595可以減少占用的單片機(jī)I/O口，同時實現(xiàn)密碼鎖的多位數(shù)字顯示。

三、硬件電路設(shè)計

1. 單片機(jī)與按鍵矩陣接口設(shè)計

密碼輸入部分采用4x4按鍵矩陣。STC15W404AS通過I/O口輪詢按鍵狀態(tài)，獲取用戶輸入的密碼信息。將按鍵矩陣的行列分別連接到STC15W404AS的I/O口，通過掃描法判定按鍵位置。

2. 數(shù)碼管顯示接口設(shè)計

在本設(shè)計中，通過74HC595擴(kuò)展數(shù)碼管顯示接口。數(shù)碼管顯示模塊負(fù)責(zé)顯示當(dāng)前輸入的密碼位數(shù)及正確或錯誤狀態(tài)。多個74HC595芯片串聯(lián)擴(kuò)展，實現(xiàn)多位數(shù)碼管的顯示控制。STC15W404AS通過SPI接口控制74HC595的移位輸出，將顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)碼管。

3. USB通信接口設(shè)計

USB接口使用CH340G芯片，與STC15W404AS的串口連接，完成USB到串口的轉(zhuǎn)換。通過CH340G，密碼鎖可以與PC機(jī)或其他設(shè)備連接，實現(xiàn)密碼的管理和數(shù)據(jù)記錄。PC端可以通過串口軟件讀取密碼鎖數(shù)據(jù)，也可以設(shè)置新密碼并上傳到STC15W404AS的EEPROM。

4. 蜂鳴器與LED指示

密碼鎖還配備了蜂鳴器和LED指示燈，用于反饋操作狀態(tài)。蜂鳴器用于提示用戶輸入錯誤或開鎖成功，LED燈用于指示電源狀態(tài)和鎖的狀態(tài)。

四、軟件設(shè)計

1. 系統(tǒng)初始化

系統(tǒng)上電時，STC15W404AS初始化I/O口、串口、定時器及中斷系統(tǒng)。初始化后，系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待按鍵輸入。

2. 按鍵掃描與密碼存儲

通過定時掃描按鍵矩陣，STC15W404AS判斷是否有按鍵按下。一旦檢測到按鍵按下，根據(jù)按鍵位置讀取相應(yīng)的數(shù)字，將其存儲在臨時密碼數(shù)組中。當(dāng)用戶按下“確認(rèn)”鍵時，系統(tǒng)將該密碼與預(yù)設(shè)密碼進(jìn)行比較，判定是否開鎖。

3. 密碼驗證與反饋

密碼驗證包括：

• 讀取EEPROM中的預(yù)設(shè)密碼

• 將用戶輸入的密碼與預(yù)設(shè)密碼比對

• 若匹配，控制繼電器或電子鎖電路進(jìn)行開鎖，并響蜂鳴器長聲提示

• 若不匹配，蜂鳴器發(fā)出短促錯誤提示音

4. 數(shù)碼管顯示

通過SPI接口控制74HC595移位寄存器，將需要顯示的數(shù)字信息傳遞給數(shù)碼管。顯示部分動態(tài)刷新，根據(jù)輸入的密碼長度逐位顯示輸入的數(shù)字。

5. USB通信實現(xiàn)

CH340G與STC15W404AS串口相連，用戶可以通過USB接口與密碼鎖通信。PC端可以發(fā)送指令設(shè)置新密碼，單片機(jī)接收到新密碼后，更新EEPROM中的數(shù)據(jù)。

五、系統(tǒng)優(yōu)勢與應(yīng)用

1. 功能優(yōu)勢

• 低功耗高可靠：STC15W404AS單片機(jī)的低功耗特性，適合長時間運行。

• 靈活擴(kuò)展性：采用74HC595擴(kuò)展數(shù)碼管顯示，既節(jié)省I/O資源，也可根據(jù)需求靈活擴(kuò)展顯示位數(shù)。

• USB數(shù)據(jù)傳輸：CH340G的加入，使得密碼鎖可以通過USB輕松進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，滿足個性化需求。

2. 典型應(yīng)用場景

本設(shè)計適用于家庭、辦公室、車庫等需要一定安全防護(hù)的場合。通過簡單的硬件設(shè)計和完善的軟件邏輯，用戶可以實現(xiàn)密碼輸入、開鎖、數(shù)據(jù)管理等功能，極大提高了系統(tǒng)的靈活性和應(yīng)用價值。