原標題：基于STC單片機STC15W404AS+電平轉換芯片CH340G+74HC595的密碼鎖設計方案

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

一、設計方案概述

本方案旨在設計一個具有多位密碼輸入的電子密碼鎖系統。該系統以STC15W404AS單片機作為主控，通過CH340G實現USB通信，通過74HC595擴展數字管顯示，并且使用按鍵矩陣完成密碼輸入和驗證功能。系統具有操作簡單、顯示直觀、結構簡潔的優點，適合應用在家庭、辦公室、倉庫等場合的安全防護。

二、主要芯片介紹

1. STC15W404AS單片機

型號簡介：STC15W404AS是一款低功耗、功能強大的8位單片機，基于8051內核，具有豐富的I/O接口和外圍設備支持。

參數特點：

• 工作電壓：2.4V-5.5V

• 工作頻率：高達35MHz

• Flash：4KB，帶掉電保護的EEPROM

• 內置看門狗、低電壓復位、ADC等多種功能模塊

• 支持ISP（在線編程）和IAP（在系統編程）

作用：在本設計中，STC15W404AS作為主控芯片，負責完成按鍵掃描、密碼驗證、控制數字管顯示、蜂鳴器報警等核心邏輯。該芯片低功耗的特性，適合應用于對功耗敏感的密碼鎖設計中。

2. CH340G電平轉換芯片

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

參數特點：

• 工作電壓：3.3V-5V

• 波特率支持：50bps至2Mbps

• 支持USB 2.0標準

• 自帶USB通訊控制電路和串行通信控制電路

作用：CH340G主要用于實現主控單片機與上位機的通信，使得密碼鎖可以通過USB接口與PC機相連，實現密碼修改、開鎖記錄上傳等功能。在設計中，將CH340G與STC15W404AS的串口TX/RX相連，實現USB與串口的數據交互。

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，廣泛用于擴展單片機的I/O口，適合驅動LED、數碼管等器件。

參數特點：

• 工作電壓：2V-6V

• 高速：最大移位頻率為20MHz（5V電源下）

• 可串聯多個芯片擴展輸出端口

作用：74HC595在本設計中用于擴展I/O端口，控制多個數碼管的顯示。由于STC15W404AS的I/O資源有限，使用74HC595可以減少占用的單片機I/O口，同時實現密碼鎖的多位數字顯示。

三、硬件電路設計

1. 單片機與按鍵矩陣接口設計

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，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. 數碼管顯示接口設計

在本設計中，通過74HC595擴展數碼管顯示接口。數碼管顯示模塊負責顯示當前輸入的密碼位數及正確或錯誤狀態。多個74HC595芯片串聯擴展，實現多位數碼管的顯示控制。STC15W404AS通過SPI接口控制74HC595的移位輸出，將顯示數據傳輸到數碼管。

3. USB通信接口設計

USB接口使用CH340G芯片，與STC15W404AS的串口連接，完成USB到串口的轉換。通過CH340G，密碼鎖可以與PC機或其他設備連接，實現密碼的管理和數據記錄。PC端可以通過串口軟件讀取密碼鎖數據，也可以設置新密碼并上傳到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。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和鎖的狀態。

四、軟件設計

1. 系統初始化

系統上電時，STC15W404AS初始化I/O口、串口、定時器及中斷系統。初始化后，系統進入待機狀態，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，根據按鍵位置讀取相應的數字，將其存儲在臨時密碼數組中。當用戶按下“確認”鍵時，系統將該密碼與預設密碼進行比較，判定是否開鎖。

3. 密碼驗證與反饋

密碼驗證包括：

• 讀取EEPROM中的預設密碼

• 將用戶輸入的密碼與預設密碼比對

• 若匹配，控制繼電器或電子鎖電路進行開鎖，并響蜂鳴器長聲提示

• 若不匹配，蜂鳴器發出短促錯誤提示音

4. 數碼管顯示

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

5. USB通信實現

CH340G與STC15W404AS串口相連，用戶可以通過USB接口與密碼鎖通信。PC端可以發送指令設置新密碼，單片機接收到新密碼后，更新EEPROM中的數據。

五、系統優勢與應用

1. 功能優勢

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

• 靈活擴展性：采用74HC595擴展數碼管顯示，既節省I/O資源，也可根據需求靈活擴展顯示位數。

• USB數據傳輸：CH340G的加入，使得密碼鎖可以通過USB輕松進行數據管理，滿足個性化需求。

2. 典型應用場景

本設計適用于家庭、辦公室、車庫等需要一定安全防護的場合。通過簡單的硬件設計和完善的軟件邏輯，用戶可以實現密碼輸入、開鎖、數據管理等功能，極大提高了系統的靈活性和應用價值。