原标题：基于STC单片机STC15W404AS+电平转换芯片CH340G+74HC595的密码锁设计方案

以下是一个基于STC15W404AS单片机、CH340G电平转换芯片、74HC595移位寄存器设计密码锁的详细方案，涵盖所用芯片的功能、作用以及设计思路。希望这个方案能满足您的需求。

一、设计方案概述

本方案旨在设计一个具有多位密码输入的电子密码锁系统。该系统以STC15W404AS单片机作为主控，通过CH340G实现USB通信，通过74HC595扩展数字管显示，并且使用按键矩阵完成密码输入和验证功能。系统具有操作简单、显示直观、结构简洁的优点，适合应用在家庭、办公室、仓库等场合的安全防护。

二、主要芯片介绍

1. STC15W404AS单片机

型号简介：STC15W404AS是一款低功耗、功能强大的8位单片机，基于8051内核，具有丰富的I/O接口和外围设备支持。

参数特点：

• 工作电压：2.4V-5.5V

• 工作频率：高达35MHz

• Flash：4KB，带掉电保护的EEPROM

• 内置看门狗、低电压复位、ADC等多种功能模块

• 支持ISP（在线编程）和IAP（在系统编程）

作用：在本设计中，STC15W404AS作为主控芯片，负责完成按键扫描、密码验证、控制数字管显示、蜂鸣器报警等核心逻辑。该芯片低功耗的特性，适合应用于对功耗敏感的密码锁设计中。

2. CH340G电平转换芯片

型号简介：CH340G是一种常用的USB转串口芯片，用于实现USB接口与串口的通信，支持全速USB通信。

参数特点：

• 工作电压：3.3V-5V

• 波特率支持：50bps至2Mbps

• 支持USB 2.0标准

• 自带USB通讯控制电路和串行通信控制电路

作用：CH340G主要用于实现主控单片机与上位机的通信，使得密码锁可以通过USB接口与PC机相连，实现密码修改、开锁记录上传等功能。在设计中，将CH340G与STC15W404AS的串口TX/RX相连，实现USB与串口的数据交互。

3. 74HC595移位寄存器

型号简介：74HC595是一种8位串行输入、并行输出的移位寄存器，广泛用于扩展单片机的I/O口，适合驱动LED、数码管等器件。

参数特点：

• 工作电压：2V-6V

• 高速：最大移位频率为20MHz（5V电源下）

• 可串联多个芯片扩展输出端口

作用：74HC595在本设计中用于扩展I/O端口，控制多个数码管的显示。由于STC15W404AS的I/O资源有限，使用74HC595可以减少占用的单片机I/O口，同时实现密码锁的多位数字显示。

三、硬件电路设计

1. 单片机与按键矩阵接口设计

密码输入部分采用4x4按键矩阵。STC15W404AS通过I/O口轮询按键状态，获取用户输入的密码信息。将按键矩阵的行列分别连接到STC15W404AS的I/O口，通过扫描法判定按键位置。

2. 数码管显示接口设计

在本设计中，通过74HC595扩展数码管显示接口。数码管显示模块负责显示当前输入的密码位数及正确或错误状态。多个74HC595芯片串联扩展，实现多位数码管的显示控制。STC15W404AS通过SPI接口控制74HC595的移位输出，将显示数据传输到数码管。

3. USB通信接口设计

USB接口使用CH340G芯片，与STC15W404AS的串口连接，完成USB到串口的转换。通过CH340G，密码锁可以与PC机或其他设备连接，实现密码的管理和数据记录。PC端可以通过串口软件读取密码锁数据，也可以设置新密码并上传到STC15W404AS的EEPROM。

4. 蜂鸣器与LED指示

密码锁还配备了蜂鸣器和LED指示灯，用于反馈操作状态。蜂鸣器用于提示用户输入错误或开锁成功，LED灯用于指示电源状态和锁的状态。

四、软件设计

1. 系统初始化

系统上电时，STC15W404AS初始化I/O口、串口、定时器及中断系统。初始化后，系统进入待机状态，等待按键输入。

2. 按键扫描与密码存储

通过定时扫描按键矩阵，STC15W404AS判断是否有按键按下。一旦检测到按键按下，根据按键位置读取相应的数字，将其存储在临时密码数组中。当用户按下“确认”键时，系统将该密码与预设密码进行比较，判定是否开锁。

3. 密码验证与反馈

密码验证包括：

• 读取EEPROM中的预设密码

• 将用户输入的密码与预设密码比对

• 若匹配，控制继电器或电子锁电路进行开锁，并响蜂鸣器长声提示

• 若不匹配，蜂鸣器发出短促错误提示音

4. 数码管显示

通过SPI接口控制74HC595移位寄存器，将需要显示的数字信息传递给数码管。显示部分动态刷新，根据输入的密码长度逐位显示输入的数字。

5. USB通信实现

CH340G与STC15W404AS串口相连，用户可以通过USB接口与密码锁通信。PC端可以发送指令设置新密码，单片机接收到新密码后，更新EEPROM中的数据。

五、系统优势与应用

1. 功能优势

• 低功耗高可靠：STC15W404AS单片机的低功耗特性，适合长时间运行。

• 灵活扩展性：采用74HC595扩展数码管显示，既节省I/O资源，也可根据需求灵活扩展显示位数。

• USB数据传输：CH340G的加入，使得密码锁可以通过USB轻松进行数据管理，满足个性化需求。

2. 典型应用场景

本设计适用于家庭、办公室、车库等需要一定安全防护的场合。通过简单的硬件设计和完善的软件逻辑，用户可以实现密码输入、开锁、数据管理等功能，极大提高了系统的灵活性和应用价值。