1、. . . . 編號： 畢業(yè)設(shè)計說明書題 目：門禁控制系統(tǒng)的研制學(xué) 院：機電工程學(xué)院專 業(yè)： 電氣工程與其自動化 學(xué)生： 黃 鼎 權(quán) 學(xué) 號：0600120312指導(dǎo)教師： 郭 福 力 職 稱： 工 程 師 題目類型：理論研究實驗研究工程設(shè)計工程技術(shù)研究軟件開發(fā)2010年5月 21 日55 / 61摘 要本論文介紹了一種基于非接觸式IC卡的門禁管理系統(tǒng)，非接觸式IC卡是IC卡領(lǐng)域的一項新興技術(shù)，它是射頻識別技術(shù)和IC卡技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。射頻識別(Radio Frequency identification，簡稱RFID)技術(shù)是最近幾年發(fā)展起來的一門新的自動識別技術(shù)。它利用射頻方式在非接觸式IC

2、卡和讀卡器之間進行無線雙向通信，完成目標(biāo)識別和數(shù)據(jù)交換。而卡上電路的工作電源由讀卡器發(fā)出的電磁波能量提供。由于非接觸式IC卡具有操作快捷、防碰撞能力強、工作距離遠、安全性高、便于“一卡多用”等特點，在身份識別、自動收費和電子錢包等領(lǐng)域具有接觸式IC卡所無法比擬的優(yōu)越性，具有廣闊的市場前景?；趯嶋H應(yīng)用項目的需要，本課題開發(fā)了一種讀寫距離為100mm的非接觸式IC卡門禁系統(tǒng)。從門禁技術(shù)的發(fā)展出發(fā)，首先介紹了非接觸式IC卡的特點、種類、組成以與國際標(biāo)準(zhǔn)。然后介紹非接觸式IC卡門禁系統(tǒng)所涉與的技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，論文詳細地闡述了非接觸式IC卡門禁系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計，讀卡器的硬件設(shè)計包括蜂鳴器驅(qū)動電路

3、、RS232通信電路、TX522讀卡模塊；軟件設(shè)計包括讀卡器和外圍電路的應(yīng)用程序設(shè)計和主程序設(shè)計三個部分，并介紹了上位機界面設(shè)計。根據(jù)以上的研究工作，設(shè)計了一個基于非接觸式IC卡的門禁系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：非接觸式IC卡；射頻識別；讀卡器；門禁系統(tǒng)AbstractThis article introduces a kind of Entrance Guard System that is based on Radio Frequency Identification cards. Contactless IC Card is one kind of new technology in the fiel

4、d of IC card，which is the combination of Radio Frequency Identification technology and IC card technology. Radio Frequency Identification technology is a new technology of auto identification in recent years. Wireless and bidirectional communication between reader and contactless card is their commu

5、nication mode to identify the goal and to swap data by radio frequency identification. The power of IC card circuit is supplied by the power of electromagnetic wave from reader. Because contactless IC card has some advantages over common IC card such as its high working speed，good anti-collision qua

6、lity and long working distance，there will be a good prospect for it in many fields，such as automatic pricing，identify distinguishing，electric wallet and so on. The contactless IC card reader is one of the key devices of a contactless IC card system. We developed one kind of contactless IC card Acess

7、 control system，which is one part of a project and has about 100mm working distance.On the basic of the development of Entrance Guard System，at first this paper generally introduces the contactless IC card，including its feature，type，composing and international standard. Then it introduces the techno

8、logy of Entrance Guard System. Based on these，the paper discusses the design of the contactless IC card reader in detail，including the circuit design and software design. The readers circuit is made up of buzzer drive circuit，RS232 communication circuit，TX522 card reader module and antenna circuit.

9、The software design includes programming of other circuit and programming of main program. At last the paper introduces the interface design for host computer.According to the study above,designed a access control system based on the contactless IC card.Key words： Contactless IC card；Radio Frequency

10、 Identification； Reader device；Acess control system 目 錄引言11緒論21.1課題研究背景和意義21.2國外情況21.2.1 國外研究現(xiàn)狀21.2.2 國研究的現(xiàn)狀31.3系統(tǒng)設(shè)計主要容42方案設(shè)計52.1設(shè)計要求52.2方案的論證52.3方案的確定52.4硬件設(shè)計62.4.1 AT89S51單片機62.4.2 報警模塊設(shè)計82.4.3 顯示模塊設(shè)計82.4.4串口通信模塊設(shè)計92.4.5射頻模塊設(shè)計103下位機程序設(shè)計113.1 單片機模塊程序設(shè)計113.1.1 顯示模塊程序設(shè)計113.1.2 RS232串口通信模塊程序設(shè)計133.1.3

11、蜂鳴器驅(qū)動程序設(shè)計143.2讀卡模塊程序設(shè)計144通信協(xié)議234.1讀卡模塊串口通信協(xié)議234.1.1 控制字符定義234.1.2 協(xié)議使用方法234.2單片機與PC機通信協(xié)議255上位機程序設(shè)計275.1串口通信的實現(xiàn)275.2控件MSComm使用方法285.3界面設(shè)計295.4數(shù)據(jù)庫設(shè)計315.5ADO連接訪問數(shù)據(jù)庫316系統(tǒng)調(diào)試326.1硬件調(diào)試326.2軟件調(diào)試33結(jié)論34辭35參考文獻36附錄37附錄I37附錄II39附錄III48引言隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，人們對工作，生活的自動化水平也提出了越來越高的要求，“智能門禁管理系統(tǒng)”就是為了滿足人們對現(xiàn)代化辦公和生活場所的更高層次安全管

12、理的需要應(yīng)運而生的。目前智能門禁管理系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工廠、學(xué)校、寫字樓宇、物業(yè)小區(qū)、商店、金融系統(tǒng)、電信系統(tǒng)、軍事系統(tǒng)、賓館等多種場合，大大提高了整體的工作效率與系統(tǒng)安全管理需求。傳統(tǒng)的方法是工作人員對出入人員進行登記放行，這種方法費事、費力又容易出錯，而且管理不嚴(yán)格。因而智能、安全、高效的現(xiàn)代化門禁管理已經(jīng)成為社會發(fā)展的必然趨勢，同時它也是現(xiàn)代化智能建筑的一個重要組成部分。 非接觸式門禁系統(tǒng)采用個人識別卡方式工作，給每個有權(quán)出入的人發(fā)放一非接觸式個人識別卡，相當(dāng)于一把鑰匙。系統(tǒng)根據(jù)該卡的卡號和當(dāng)前時間等信息，判斷該卡持有人是否可以進出，如果可以，則系統(tǒng)自動開門，否則，不開門。對于工廠、機關(guān)等

13、需要考勤的場所，門禁系統(tǒng)還可以記錄每個職工是否按時上下班。門禁系統(tǒng)的另一優(yōu)點是可以隨時增加和刪除某一卡。而不必擔(dān)心某一卡丟失后造成什么損失。 門禁系統(tǒng)是一套現(xiàn)代化的、功能齊全的門禁系統(tǒng),不止是作為進出口管理使用，而且還有助于部的有序化管理。它將時刻自動記錄人員的出入情況,限制部人員的出入?yún)^(qū)域,出入時間,禮貌地拒絕不速之客.同時也將有效的保護您的財產(chǎn)不受非法侵犯，并可以與PC機通信，方便管理。本文正是通過智能卡，單片機，讀卡器等專門為小區(qū)開發(fā)了一套門禁系統(tǒng)。論文首先簡單介紹了智能門禁系統(tǒng)的組成、功能和國外發(fā)展現(xiàn)狀，然后通過對Ic卡射頻技術(shù)技術(shù)的研究，設(shè)計了包含微處理模塊、RS232通信電路、顯示

14、電路等的門禁系統(tǒng)。經(jīng)過軟件編程以與串口通信協(xié)議實現(xiàn)了門禁系統(tǒng)的各種功能。1 緒論1.1 課題研究背景和意義在IC卡應(yīng)用日益廣泛的今天，IC卡門禁系統(tǒng)以其管理的安全、可靠、高效、靈活和方便逐步取代其它現(xiàn)有各類門鎖成為目前門禁系統(tǒng)的主流方式。門禁控制系統(tǒng)是一種新型智能化的安全管理系統(tǒng)，它集自動識別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施為一體，涉與電子、機械、光學(xué)、計算機技術(shù)和通訊技術(shù)等諸多方面。它是解決重要部門出入口便捷控制和實現(xiàn)安全防管理的有效措施。適用各種機要部門，如銀行、賓館、機房、辦公大樓、智能化小區(qū)、工廠、軍械庫、機要室等。在數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，門禁系統(tǒng)也得到了迅猛發(fā)展。門禁系統(tǒng)已由早期單

15、純的門道與鑰匙管理，發(fā)展為一套完整的出入管理系統(tǒng)，并且通過采用先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使整套系統(tǒng)的操作和自身資源的使用不再受時間和地域的限制。非接觸式IC卡門禁管理系統(tǒng)讀卡器是以非接觸IC卡射頻識別技術(shù)為核心，使用戶使用方便和管理方便為目的，具有高安全性、高可靠性的管理系統(tǒng)。當(dāng)要開門時，只要將Ic卡在讀卡器前一劃，讀寫器就會識別出該卡是否對應(yīng)此門，當(dāng)密碼正確則打開門，并自動準(zhǔn)確記錄下卡號和開門時間等信息。先進的門禁系統(tǒng)涉與保安、防盜與系統(tǒng)安全等重大問題。由于目前國尚未成功開發(fā)出可與國外著名廠商的門禁系統(tǒng)相抗衡且技術(shù)先進的產(chǎn)品。所以盡管目前的門禁市場上產(chǎn)品眾多，但一般被國外品牌所壟斷，但我們認為它們存在

16、著以下幾方面的缺陷：首先是價格高：第二是產(chǎn)品設(shè)計不夠靈活，國外品牌的門禁系統(tǒng)產(chǎn)品一般只針對大型用戶，而中國很多客戶需要的是中小型門禁系統(tǒng)，這種情況如果采用國外的產(chǎn)品，無疑造成巨大的浪費；第三是國外產(chǎn)品面向的是不同國家的用戶，它們多數(shù)采用英文的顯示平臺。這給廣大的中國用戶帶來諸多不便；第四是國外品牌的產(chǎn)品為了其廠家的商業(yè)利益，對其產(chǎn)品進行了大量的加密措施，在硬件上采用專用大規(guī)模集成器件，在軟件上使用軟件狗，即使用戶發(fā)現(xiàn)某一方面不合適，也束手無策。IC卡門禁系統(tǒng)以其門禁管理的安全、可靠、高效、靈活、方便，已逐步取代其他現(xiàn)有各類門鎖，成為目前門禁系統(tǒng)的主流方式本論文專門為小區(qū)開發(fā)了一套門禁系統(tǒng)，使用

17、該系統(tǒng)，可以方便地管理和控制應(yīng)用場所的人員進出情況，驗明出入人員的身份和出入權(quán)限，防止非法行為的發(fā)生，使戶主的人身以與財產(chǎn)得到更好的保護，其研究結(jié)果具有深切的實際意義。1.2 國外情況1.2.1 國外研究現(xiàn)狀目前歐美門禁系統(tǒng)市場正逐漸進入成熟階段，其產(chǎn)業(yè)的分工已進入細分階段，生產(chǎn)卡和讀卡器的廠家就只生產(chǎn)卡和讀卡器，如美國的HMD公司、h1-dala公司、德國的Destle公司。生產(chǎn)控制器的公司只研究生產(chǎn)控制器和軟件，如美國的Northem Computer公司、CSI公司。隨著其產(chǎn)業(yè)化的形成，各大專業(yè)公司由于其財力的雄厚、技術(shù)的先進、市場的先導(dǎo)以與專業(yè)人員的積累，壟斷勢頭不斷呈現(xiàn)出來。正是由于

18、市場的不斷成熟，人們在普遍接受門禁系統(tǒng)的觀念之后，在采購方面就可以很方便地分別從不同公司采購到各部分設(shè)備，自己進行系統(tǒng)集成安裝成整套系統(tǒng)。從目前全球門禁系統(tǒng)的前端輸入設(shè)備的水平與發(fā)展方向來看，雖然磁卡和接觸式IC卡讀卡器在門禁系統(tǒng)的應(yīng)用中還有一部分市場，但從發(fā)展趨勢上看，除賓館鎖外，磁卡和接觸式Ic卡讀卡器已在逐步地退出門禁系統(tǒng)市場。國外對IC卡的研究和應(yīng)用較早，特別是在美國和歐洲，但非接觸式IC卡方面的研究使用也只是近幾年的事。非接觸式Ic卡和讀卡器的關(guān)鍵技術(shù)掌握在歐美國家和部分亞洲國家中，但真正形成大批量生產(chǎn)的廠家只有美國：德國、英國次之：日本、新加坡處于同一檔次。當(dāng)今世界上非接觸式Ic卡

19、主流產(chǎn)品是Philips公司的Mifare技術(shù)，己經(jīng)被制定為國際標(biāo)準(zhǔn)ISOIEC 14443 Type A標(biāo)準(zhǔn)。歐洲一些IC卡與讀卡器制造商大都以Mifare技術(shù)為標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展自己的IC卡事業(yè)。Philips公司的Mifare IC卡系列產(chǎn)品有三大類：Mifare Standard，Mifare light，Mifare PLUS(第一代)和Mifare PRO(第二代)。最近又推出一種新型Mifare卡，即Mifare ultralight非接觸式Ic卡，簡稱為MFO IC U1，有512字節(jié)EEPROM，專用于車票系統(tǒng)，MFO卡最大的特點是交易時問只有314ms，比其它Mifare卡要短得多。

20、此外還有一種MF3 ICD40卡，密碼機制更加完善，不是按塊而是按文件操作，波特率高達106424Kbps，有防撕扯功能、值文件功能等28種用途。Philips半導(dǎo)體公司的MIFARE非接觸式智能卡技術(shù)誕生于1990年，到1994年這項技術(shù)被推向全球市場，1995年，第一個利用MIFARE技術(shù)生產(chǎn)的裝置開始應(yīng)用在英國、法國、加拿大、澳大利亞、芬蘭與捷克等國的公共交通系統(tǒng)上。從那以后，Philips半導(dǎo)體公司不斷地開發(fā)、改進MIFARE結(jié)構(gòu)平臺。至今，已經(jīng)擁有了許多系列的智能卡集成電路、讀卡機集成電路。Philips半導(dǎo)體公司的MIFARE非接觸智能卡在非接觸卡應(yīng)用領(lǐng)域占有全球80%的市場份額，

21、是目前非接觸智能卡的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于公共交通、路橋收費、電子機票、付費、付費電視等領(lǐng)域，特別是在門禁系統(tǒng)的應(yīng)用上。1.2.2 國研究的現(xiàn)狀隨著國廠商硬件技術(shù)的成熟，國市場已表現(xiàn)出向成長期迅速發(fā)展的明顯趨勢。我國政府在1993年制定的“金卡工程實施計劃”與全國圍的金融卡網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)10年規(guī)劃，是一個旨在加速推動我國國民經(jīng)濟信息化進程的重大國家級工程。它的實施，推動了金融電子化、商業(yè)和流通領(lǐng)域電子化的步代，使我國銀行業(yè)務(wù)得到迅速發(fā)展，并逐漸在電信、公安、石油、海關(guān)、工商管理、稅收征管、衛(wèi)生醫(yī)療、交通管理、公共事業(yè)、社會保障等各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用，并帶動了讀寫機器和各類應(yīng)用產(chǎn)品與系統(tǒng)的開發(fā)、生產(chǎn)和推

22、廣應(yīng)用，初步形成了從芯片設(shè)計、COS開發(fā)、模塊生產(chǎn)、制卡、讀寫機具與應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)的完整體系。如2000年12月份在推出的社會保障卡，存儲了持卡者的指紋、照片、工作單位、婚姻狀況等信息，真正做到了個人信息電子化。但目前我國非接觸式Ic卡的制卡技術(shù)與其相應(yīng)的讀、寫卡設(shè)備技術(shù)仍處于相對落后狀態(tài)，這種要求有極高安全性和性的金融行業(yè)制約了我國金卡工程的實施和發(fā)展。也正因為如此，許多軟硬件企業(yè)也紛紛瞄準(zhǔn)這一新的IC卡領(lǐng)域進行生產(chǎn)與開發(fā)，相信非接觸式IC片的廣泛應(yīng)用前景必將帶來這一市場越來越激烈的競爭和更快的發(fā)展。1.3 系統(tǒng)設(shè)計主要容本文設(shè)計的門禁控制系統(tǒng)，能對出入人員實現(xiàn)有效的控制，可以設(shè)定使用的

23、IC 卡，只有設(shè)定的IC卡才能打開門, 并記錄卡號和時間，同時把紀(jì)錄的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C，以供管理員查詢。門禁系統(tǒng)設(shè)計主要分為兩個部分：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)包括硬件電路功能的構(gòu)造和芯片的選擇；軟件系統(tǒng)包括非接觸式IC卡讀寫操作、程序的編寫和串口通信程序的編寫，以與應(yīng)用操作界面的設(shè)計。（1） 硬件問題 門禁控制系統(tǒng)的硬件主要有四部分：微處理模塊，讀卡模塊，顯示模塊，串口通信模塊。讀卡模塊是智能門禁系統(tǒng)的核心，在系統(tǒng)中負責(zé)讀卡、與PC機通信、向控制器發(fā)送控制信號等工作。串口通信模塊主要由串行接口芯片組成，能實現(xiàn)串口與PC機的通信。（2） 軟件問題軟件設(shè)計是本次設(shè)計的重點。因為所有的控制都是基

24、于單片機控制。主要涉與到單片機控制和串口通信協(xié)議。讀卡器讀取卡的信息，系統(tǒng)將卡的信息傳輸?shù)絇C機，并將數(shù)據(jù)保存到PC機，以供查詢。2 方案設(shè)計設(shè)計就是根據(jù)題目的要求而對硬件和軟件進行規(guī)劃，并選擇最合適的硬件電路和軟件程序來達到目的。硬件設(shè)計是通過對設(shè)計要求的分析，對各種元器件的了解，而得出分立元件與集成塊的某些連接方法，以達到設(shè)計的功能要求。并且把這些元器件焊接在一塊電路板上。它包括對各種元器件的功能和接法的了解，以與對各種元器件的選擇和設(shè)計方案的選擇。軟件設(shè)計是分析設(shè)計的硬件用程序?qū)崿F(xiàn)其功能，并且調(diào)試優(yōu)化產(chǎn)品功能。2.1 設(shè)計要求設(shè)計的門禁系統(tǒng)需要實現(xiàn)以下功能：（1）、可以設(shè)定使用的IC 卡

25、，只有設(shè)定的IC卡才能打開門, 并記錄卡號和時間。 （2）、可以通過計算機設(shè)定門禁系統(tǒng)參數(shù)。（3）、可以把紀(jì)錄的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C。2.2 方案的論證根據(jù)卡的種類分為接觸卡門禁系統(tǒng)（磁條卡 條碼卡）和非接觸卡（又叫感應(yīng)卡 射頻卡）門禁系統(tǒng)。接觸卡門禁系統(tǒng)由于 接觸而是的卡片容易磨損，使用次數(shù)不多，卡片容易損壞等，使用的圍已經(jīng)越來越少了，只在和銀行卡（磁條卡）有關(guān)的場合被使用，例如：銀行VIP通道門禁系統(tǒng)，無人值守取款機門禁系統(tǒng)等局部行業(yè)性領(lǐng)域還在使用。非接觸IC卡可用以存儲數(shù)字、字母編碼信息，具有智能讀寫和加密通信的功能，卡中存儲需要識別、交互的數(shù)據(jù)可以隨時寫入、更改或擦除。它通過無線電波與讀寫

26、設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換，不需要電氣觸點，操作時無需接觸不會磨損，芯片封裝在卡片，不會被腐蝕，所以經(jīng)久耐用。由于其耐用性，性價比好，讀取速度快，安全性高等優(yōu)勢，是當(dāng)前門禁系統(tǒng)的主流。本文正是采用非接觸式IC卡來設(shè)計門禁控制系統(tǒng)，主要探討了通過Philips公司的Mifare射頻卡，微處理電路設(shè)計和軟件程序設(shè)計，串口通信，上位機出入門管理軟件來實現(xiàn)門禁系統(tǒng)的控制。2.3 方案的確定本系統(tǒng)使用AT89S51單片機來實現(xiàn)控制，1602顯示模塊來顯示時間，蜂鳴器模塊作為報警模塊，RS232模塊作串口通信與上位機進行通信。當(dāng)有人刷卡時，如果刷卡成功則蜂鳴器報警，表示開門信號。同時上位機通過調(diào)用系統(tǒng)時間并把信息傳

27、輸給單片機，利用單片機來控制1602顯示屏來顯示時間和卡號，同時上位機保存刷卡記錄。如果刷卡不成功，蜂鳴器則不響。2.3.1門禁機模塊設(shè)計（1） 非接觸式IC卡讀寫頭部分 讀頭部分采用非接觸TX522讀寫模塊，由讀卡器讀入數(shù)據(jù)并加以保存，讀寫頭的讀寫距離在0-10厘米左右。（2） 門禁機主控模塊 智能門禁機主控模塊是智能門禁機系統(tǒng)的核心部分，主要包括MCU、顯示、時鐘，有精確時間記時和顯示。2.3.2管理模塊設(shè)計（1） 系統(tǒng)管理主控模塊設(shè)計設(shè)計門禁主控模塊，其主要實現(xiàn)的功能是管理員對一般用戶發(fā)卡，能對丟失的卡進行掛失，對找回的卡進行解掛。（2） 系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)管理設(shè)計 運用編程，制作數(shù)據(jù)管理軟

28、件。采集下位機的數(shù)據(jù)并保存，然后管理采集到的數(shù)據(jù)。2.3.3數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計通過RS232與串口完成中央控制電腦與門禁模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸。2.4 硬件設(shè)計門禁系統(tǒng)包括主控模塊、外圍電路，通信模塊，射頻模塊。系統(tǒng)采用Philips公司的非接觸智能IC卡Mifare 1卡，以M1卡作為用戶卡，以用戶卡的序列號SN（全球唯一）為依據(jù)控制門的開啟。通過AT89S51對TX522模塊的控制達到對卡的讀寫。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,成本較低且具有信息量大和安全性好等特點。外圍配有RS232接口能與PC機互相連，可以完成讀卡、顯示卡號和出入時間、身份識別以與保存和上傳出入記錄等功能。本系統(tǒng)選擇單片機時考慮到幾個問題：

29、處理能力、存儲器空間的大小、兼容性、系統(tǒng)整體設(shè)計與性價比，以與系統(tǒng)的通信速度和通信方法(包括與PC機通信以與與射頻模塊通信)等。選取了ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S51單片機作為讀卡器的控制模塊。2.4.1 AT89S51單片機AT89S51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。其主要特性：（1） 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 （2） 壽命：1000寫/擦

30、循環(huán) （3） 數(shù)據(jù)保留時間：10年 （4） 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz （5） 三級程序存儲器鎖定 （6） 128*8位部RAM （7） 32可編程I/O線 （8） 兩個16位定時器/計數(shù)器 （9） 5個中斷源 （10）可編程串行通道 （11）低功耗的閑置和掉電模式 （12）片振蕩器和時鐘電路圖2.1 AT89S51單片機引腳圖由上圖可知AT89S51的部結(jié)構(gòu)主要包括有ALU部件、定時和控制部件、并行IO接口、串行IO接口、定時器部件、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器等七個部分。部分引腳的功能為：VCC:電源；GND:地； RST:復(fù)位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復(fù)位。

31、在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用；XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。（1）、時鐘電路單片機部有一個高增益反向放大器，輸入端為芯片引腳，輸出端為引腳。而在芯片外部和 之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。這里使用震蕩頻率為12MHz的石英晶體。需要注意的是：設(shè)計電路板時，振蕩器和電容應(yīng)盡量安裝得與單片機靠近，以減小寄生電容的存在更好的保障振蕩器穩(wěn)定、可靠的工作電路圖如圖2.2所示：圖2.2 振蕩電路（2）復(fù)位電路單片機的復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位方式：按鍵復(fù)位：程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為了擺脫困境，也需按

32、復(fù)位鍵以重新啟動。RST引腳是復(fù)位信號的輸入端，復(fù)位信號是高電平有效。圖2.3 復(fù)位電路2.4.2 報警模塊設(shè)計報警指示模塊：選用晶體管組成晶體管驅(qū)動電路。在每次讀合法卡成功時讀卡器都會發(fā)出指示音，否則不響。如圖2.4圖2.4報警模塊2.4.3 顯示模塊設(shè)計本系統(tǒng)要求門禁在不打卡時具備顯示當(dāng)前時間,打卡時顯示該卡卡號與打卡時間。為此，選用了具有有良好的顯示界面的1602液晶顯示器。圖2.5為液晶與AT89S51接口電路。圖2.5液晶與MCU接口電路2.4.4串口通信模塊設(shè)計讀卡器用串行接口芯片MAX232通過標(biāo)準(zhǔn)的DB9直接與PC機相連。MAX232是MAXIM公司生產(chǎn)的專用串行接口芯片，包括

33、2路接收器和驅(qū)動器，我們只用其中一路收發(fā)器。芯片部有一個電源電壓變換器可把輸入的+5V電源電壓變換為RS232輸出電平所需的10V電壓(負邏輯)。所以使用此接口芯片的串行通信系統(tǒng)只需單一的+5V電源。在本設(shè)計中硬件上采用3線制(RXD、TXD、GND)軟握手的零MODEM方式，即將PC機和單片機的發(fā)送數(shù)據(jù)線(TXD)與接收數(shù)據(jù)(RXD)交叉連接，二者的地線(GND)直接相連，而其它信號線如握手信號線均不用，而采用軟件握手，這樣即可以實現(xiàn)預(yù)定的任務(wù)又可以簡化電路設(shè)計，節(jié)約了成本。MAX232的電路連接如圖2.6所示圖2.6 MAX232電路連接圖2.4.5射頻模塊設(shè)計TX522B是一個簡單的串行

34、讀寫模塊，用于與常用的微處理器。通過單片機向TX522B模塊發(fā)送命令來對TX522B進行讀寫控制。下圖為單片機與TX522模塊接線圖。圖2.7 TX522BT與MCS51單片機接口圖3 下位機程序設(shè)計第二章詳細敘述了系統(tǒng)的硬件設(shè)計，但一個只有硬件系統(tǒng)的只是一個“裸機”系統(tǒng)。一個控制系統(tǒng)性能的好壞除了跟硬件設(shè)計有關(guān)外，更重要的是系統(tǒng)軟件。軟件是一個系統(tǒng)的“靈魂”，本章將詳細介紹系統(tǒng)的各個模塊的軟件設(shè)計。3.1 單片機模塊程序設(shè)計3.1.1 顯示模塊程序設(shè)計顯示是人與計算機系統(tǒng)打交道所必不可少的部分，要求門禁在不打卡時具備顯示當(dāng)前時間,打卡時顯示該卡卡號與打卡時間。HD61202U一共可以有七條指

35、令，從作用上可分為兩類。第一條和第二條指令為顯示狀態(tài)設(shè)置類；其余指令為數(shù)據(jù)讀/寫操作指令，見表3.1表3.1 HD61202U的指令一覽表指令名稱控制信號控制代碼D/IR/WD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0顯示開關(guān)設(shè)置000 0 1 1 1 1 1 D顯示起始行設(shè)置001 1 L5 L4 L3 L2 L1 L0頁面地址設(shè)置001 0 1 1 1 P2 P1 P0列地址設(shè)置000 1 C5 C4 C3 C2 C1 C0讀取狀態(tài)字01BUSY 0 on/off reset 0 0 0 0寫顯示數(shù)據(jù)10數(shù)據(jù)讀顯示數(shù)據(jù)11數(shù)據(jù) 下面是各個指令的功能：（1）讀狀態(tài)字（Status Read

36、）BUSY0ON/OFFRESET0000狀態(tài)字是計算機了解HD61202U當(dāng)前狀態(tài)，或是HD61202U向計算機提供其部狀態(tài)的唯一信息渠道。狀態(tài)字為一個字節(jié)，其中僅有3位有效位，它們是：BUSY：表示當(dāng)前HD61202U接口控制電路運行狀態(tài)。BUSY=1表示HD61202U正在處理計算機發(fā)來的指令或數(shù)據(jù)。此時接口電路被封鎖，不能接受除讀狀態(tài)字外的任何操作。BUSY=0表示HD61202U接口控制電路已處于”準(zhǔn)備好”狀態(tài)，等待計算機的訪問。ON/OFF：表示當(dāng)前HD61202U的工作狀態(tài)，即反映RST端的電平狀態(tài)。當(dāng)RST為低電平狀態(tài)時，HD61202U處于復(fù)位工作狀態(tài)，REST=1。 當(dāng)RS

37、T為高電平狀態(tài)時，HD61202U為正常工作狀態(tài)，RESET=0。在指令設(shè)置和數(shù)據(jù)讀寫時要注意狀態(tài)字中的BUSY標(biāo)志。只有在BUSY=0時，計算機對HD61202U的操作才能有效。因此計算機在每次對HD61202U操作之前，都要讀出狀態(tài)字判斷BUSY是否為”0”。若不為 ” 0 ”，則計算機需要等待，直至BUSY=0為止。HD61202U操作的流程如圖3.3。圖3.3 61202操作的流程（2）顯示開設(shè)置（Display on/off）0000000D 該指令設(shè)置顯示開/關(guān)觸發(fā)器的狀態(tài)，由此控制顯示數(shù)據(jù)鎖存的工作方式，從而控制顯示位為開/關(guān)的控制位。當(dāng)D=1為顯示設(shè)置，顯示數(shù)據(jù)鎖存器正常工作，

38、顯示屏上呈現(xiàn)所需的顯示效果。此時在狀態(tài)字中ON/OFF=1。當(dāng)D=0為關(guān)顯示設(shè)置，顯示數(shù)據(jù)鎖存器被置零，顯示存儲器并沒有被破壞，在狀態(tài)字中ON/OFF=0。（3）顯示起始行設(shè)置（Display Start Line）11L5L4L3L2L1L0該指令設(shè)置了顯示起始行寄存器的容。HD61202U有64行顯示的管理能力，該指令中L5L0顯示起始行的地址，取值在0 3FH (164行)圍，它規(guī)定了顯示屏上最頂一行所對應(yīng)的顯示存儲器的容，則顯示屏將呈現(xiàn)顯示容向上或向下平滑滾動的顯示效果。（4）頁面地址設(shè)置 （Set Page (X address) ）10111P2P1P0該指令設(shè)置了頁面地址：X地址

39、寄存器的容。HD61202U將顯示存儲分成8頁，指令代碼中P2P0就是要確定當(dāng)前所要選擇的頁面地址，取值圍為0007H，代表顯示第18頁。該指令規(guī)定了以后的讀/寫操作將在哪一個頁面上進行。（5）列地址設(shè)置（Set Y address）01C5C4C3C2C1C0該指令設(shè)置了Y地址計數(shù)器的容，C5C0=03FH（164)代表某一頁面上的某一單元地址，隨后的一次讀或?qū)憯?shù)據(jù)將在這個單元上進行。Y地址計數(shù)器具有自動加1功能經(jīng)，在每一次讀/寫數(shù)據(jù)后它將自動加1，所以在連續(xù)進行讀/寫數(shù)據(jù)時，Y地址計數(shù)器不必每一次都設(shè)置一次。 頁面地址的設(shè)置和列地址的設(shè)置將顯示存儲單元唯一確定下來，為后來的顯示數(shù)據(jù)的讀/寫

40、作了地址選通。（6）寫顯示的數(shù)據(jù)（Write Display Data）10數(shù)據(jù)該操作將8位數(shù)據(jù)寫入先前已確定的顯示存儲器的單元。操作完成后列地址計數(shù)器自動加一。（7）讀顯示的數(shù)據(jù)（Read Display Data） 11數(shù)據(jù)該操作是將HD61202U接口部分的輸出到寄存器容讀出，然后列地址自動加一。MCU通過P2.6控制CSA，P2.7控制CSB,以選通液晶顯示屏上各區(qū)的控制器HD61202U。另外，MCU的P2.1接液晶顯示模塊的R/W，用來控制數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)流向；用P2.0接液晶顯示模塊的RS，用來區(qū)分是數(shù)據(jù)還是指令；用P2.4接液晶顯示模塊的E，控制模塊的使能；P0口直接與液晶顯示模

41、塊的雙向數(shù)據(jù)/地址端相連。為了加強P0口的驅(qū)動能力和減少外界的干擾，該口全部外接了上拉電阻。3.1.2 RS232串口通信模塊程序設(shè)計由于RS-232串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口使用方便、接線少而且傳輸距離可達到15m，足以滿足監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)要求，因此選用RS-232的串口通信方式。ATMEL的89S51單片機通過普通I/O口與 PC機 RS-232串口實現(xiàn)通信的硬件接口電路，如圖4所示。由于 PC系列微機串行口為RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口，與輸入、輸出均為TTL電平的AT89S51單片機在接口規(guī)上不一致，因此TTL電平到RS-232接口電平的轉(zhuǎn)換采用 MAX232標(biāo)準(zhǔn) RS-232接口芯片，該芯片可以用單電壓

42、(+5 v)實現(xiàn)RS-232接口邏輯“1”（-153V）和邏輯“0”(315 v)的電平轉(zhuǎn)換。RS232的程序流程圖如下：初始化設(shè)置通信速率，數(shù)據(jù)位，校驗位串口中斷處理握手信號？ Y N 開始通信圖3.4 RS232串口通信程序流程圖首先初始化，設(shè)置通信速率，以與串口數(shù)據(jù)位，停止位和效驗位，停止位。然后中斷處理，然后驗證是否符合握手協(xié)議，如果符合就開始通信，否則返回。 SCON = 0x50; / 0101,0000 8 位數(shù)據(jù)位， 無奇偶校驗 T2CON = 0x34; /由T2作為波特率發(fā)生器 RCAP2L = 0xD9;/9600波特率RCAP2H = 0xFF; RCAP2L = 0x

43、D9; ES = 1; / 允許串口中斷TXD_dat();/將收到的數(shù)據(jù)發(fā)送出去3.1.3 蜂鳴器驅(qū)動程序設(shè)計蜂嗚器發(fā)出聲音的條件是晶體管不斷ONOFF交互變化，也即是P11不斷的輸出“1”電位與0電位，如果P35輸出一直是“1”或輸出一直是0電位，則蜂鳴器無法產(chǎn)生聲音。本設(shè)計用蜂鳴器產(chǎn)生聲音來表示刷卡成功，并開門。3.2 讀卡模塊程序設(shè)計本系統(tǒng)采用Mifare S50卡作為IC卡，使用 TX522射頻模塊來實現(xiàn)讀卡功能。復(fù)位應(yīng)答操作將通知TX522模塊在天線的有效工作圍尋找Mifare卡片。如果有Mifare卡片存在，這一操作將分別與每一Mifare卡片進行通信，讀取MIFARE卡片上的卡

44、片類型號TAGTYPE(兩個字節(jié))，由TX522模塊傳遞給MCU，進行識別處理。如果有多余一的Mifare卡片在讀卡器天線的有效工作圍，必須執(zhí)行防重疊操作，返回一卡片的序列號，作為本次操作的對象。而其它卡片處于等待狀態(tài)。在成功執(zhí)行防重疊操作之后，或在任何時候當(dāng)程序員想實際地與已知序列號的卡片進行通信時，必須執(zhí)行選擇卡片操作，以建立與所選卡片的通信，同時返回該卡片的size(容量)字節(jié)。為了保證對卡片操作的合法性，在對卡片進行操作之前必須在卡片和讀卡器之間進行認證操作。讀卡器對任何一Mifare卡片進行任何操作都要經(jīng)過上述幾個步驟，之后就可以具體地對卡片進行相應(yīng)的讀、寫等操作。讀卡器對Mifar

45、e卡片的操作流程如圖3.1所示：復(fù)位應(yīng)答防重疊選擇卡片認證寫卡讀卡圖3.1讀卡器對MIFARE卡片的操作流程圖讀卡器主程序框圖如圖3.2所示：有卡讀卡合法開始初始化尋卡NY防沖突選擇卡片驗證N Y 開門結(jié)束圖3.2讀卡器主程序框圖讀卡器軟件編程實現(xiàn)對射頻卡的一系列操作，主要有：防碰撞程序、卡片的讀寫程序以與對卡片block(數(shù)據(jù)塊)的操作等。讀卡程序的設(shè)計思想是在上電初始化后，射頻場一旦檢測有Mifare 1卡進入射頻天線的有效圍，讀卡程序按順序啟動防碰撞程序和認證程序，驗證成功后最后操作卡片讀寫程序。TX522是一個簡單的串行讀寫模塊，符合ISO14443A標(biāo)準(zhǔn)，可支持Mifare系列非接觸

46、式智能卡。通過單片機向TX522模塊發(fā)送命令來對TX522進行讀寫控制。其管腳圖如圖3.3。圖3.3 TX522系列模塊管腳圖非接觸式IC卡讀寫模塊，TX522射頻模塊采用最新PHILIPS高集成ISO14443讀卡芯片MF RC522，能讀寫RC522EEPROM，提供三線SPI接口，并具有控制線輸出口，能與任何MCU接口。如下表所示J1 為與天線的接口，J2 為與MCU 的接口, J3為用戶接口。表 3.2 外接天線接口J1接 口管 腳符 號IO類型功能描述J1(1)2J1-1TX1輸出/O天線發(fā)送端1J1-2GND地/Power地J1-3TX2輸出/O天線發(fā)送端2J1-4GND地/Pow

47、er地表3.3 與用戶MCU接口J2接 口管腳符 號IO類型功能描述上電后的狀態(tài)J2(1)J2-1CTRL輸出/O控制信號輸出1J2-2BZ輸出/O外部蜂鳴器驅(qū)動電路控制信號，需要串電阻1J2-3INT_OUT輸出/O自動尋卡中斷輸出，低電平有效1J2-4VCC電源/Power電源正極J2-5NC空閑腳J2-6GND地/Power地J2-7RXD輸入/IUART接收端1J2-8TXD輸出/OUART發(fā)送端1J2為模塊與控制器的接口。 可將自動尋卡配置為尋到卡后自動回發(fā)，然后用UART接收中斷，就可以不使用INT_OUT管腳。但使用UART接收中斷而不使用中斷管腳時，程序中的關(guān)中斷時間不能大于2

48、0ms，因為TX522B模塊在尋到卡后，主動向主機發(fā)送請求STX，如果在20ms得不到應(yīng)答就直接發(fā)送數(shù)據(jù)。表3.4用戶接口J3接 口管 腳符號IO類型功能描述J3J3-0+3.3V地/Power3.3V電源輸出，最大提供70mA電流J3-1NC-預(yù)留未來使用J3-2NC-預(yù)留未來使用J3-3NC-預(yù)留未來使用J3-4AutoDet_en輸入上電主動回發(fā)卡號使能管腳，和GND短接時使能，懸空時為1J3-5GND地/Power地（1）初始化用TX_Config命令對模塊進行初始化。初始化成功后，模塊上的指示燈將點亮，此時天線發(fā)射載波信號，任何進入天線感應(yīng)區(qū)的卡可得電進入IDLE狀態(tài)，可使用任一函數(shù)

49、對卡進行操作。此時讀卡芯片完全被激活，所消耗的電流最大。模塊上電后，模塊部會自動執(zhí)行初始化，指示燈將點亮，因此上電后，可不用執(zhí)行該函數(shù)，而直接進行其它操作。該函數(shù)可用于不上電情況下的重新初始化。 注意：對模塊的配置需要大約2.5ms的時間，因此調(diào)用該函數(shù)后需要等待2.5ms以上才能進行其他操作。函數(shù)原型：uchar TX_Config(void); 函數(shù)返回：TX522B執(zhí)行命令后的狀態(tài)，可能的狀態(tài)值如下：OK，QUIT，COMM_ERR。（2）尋卡請求uchar TX_Request( )用于檢查在TX522B有效圍是否有卡存在?？ㄆM入天線區(qū)域后，能獲能能量，從而得電復(fù)位處于IDLE模塊，

50、TX_Request函數(shù)可用ALL或IDLE任意一種模式進行請求，卡片均能響應(yīng)，并返回卡片類型號TagType（2個字節(jié)）。在選擇一新的卡時必須調(diào)用該函數(shù)。若對某一卡成功進行了掛起操作（TX_Halt命令），卡片將進入Halt狀態(tài)，此時的卡只能響應(yīng)ALL模式的請求，除非該卡離開天線區(qū)域然后再重新進入。輸入: ReqMode：請求模式 ReqMode取值為1或0 ReqMode0，請求天線圍IDLE狀態(tài)的卡（HALT狀態(tài)的除外） ReqMode1，請求天線圍的所有卡輸出: *TagType：2個字節(jié)的卡片類型，*TagType低字節(jié) *(TagType+1)高字節(jié)， 對于mifare 1卡，返回

51、類型為0x0004,則*TagType 0x04 ，(TagType+1)0x00 當(dāng)發(fā)生錯誤時，不返回任何容（Len=0）。數(shù)據(jù)塊格式描述： 主機TX522 命令模式）： SEQNR： 0 （可自定義） COMMAND： 0x41 LENGTH： 1 DATA0： ReqCode表3.5請求天線圍所有的卡的數(shù)據(jù)幀STX SEQNR CMD Length DATA BCC ETX 0x20 0x00 0x41 0x01 0x01 0xBE 0x03 TX522主機（響應(yīng)模式）： SEQNR： 0 STATUS： OK，QUIT，NO_TAG_ERR，BIT_COUNT_ERR，COMM_ERR

52、 中某一個 LENGTH： 2 (當(dāng)發(fā)生錯誤時，不返回任何容（LENGTH=0）) DATA0： tagtype (低字節(jié)) DATA1： tagtype (高字節(jié)) 表3.6 S50卡返回的數(shù)據(jù)幀STX SEQNR Status Length DATA BCC ETX 0x20 0x00 0x00 0x02 0x04 0x00 0xF9 0x03 TX_Request (IDLE)的使用是很重要的，它可以防止TX522多次選擇同一卡片。當(dāng)某一卡片在天線的有效的工作圍（距離），TX_Request (IDLE)指令在成功地讀取這一卡片之后，將一直等待卡片的使用者拿走這一卡片，直到有新一的卡片進

53、入天線的有效的工作圍。（3）防沖突uchar TX_Casc_Anticoll（）用于可選級數(shù)的防碰撞操作。該函數(shù)必須在調(diào)用TX_Request命令后立即調(diào)用。當(dāng)多個卡片位于天線區(qū)域時，執(zhí)行函數(shù)后，能得到序列號最大的那個卡片的序列號中的4個字節(jié)?？ǖ男蛄刑栭L度有三種：4字節(jié)、7字節(jié)和10字節(jié)。4字節(jié)的只要用一級防碰撞即可得到完整的序列號，如Mifare1 S50 S70等；7字節(jié)的要進行二級防碰撞才能得到完整的序列號，前一級所得到的序列號的最低字節(jié)為級聯(lián)標(biāo)志0x88，在序列號只后3字節(jié)可用，后一級防碰撞能得到4字節(jié)序列號，兩者按順序連接即為7字節(jié)序列號，如UltraLight和DesFire等；需要進行二級防碰撞操作，可通過修改參數(shù)Select_Code來實現(xiàn)。第一級使用Select_Code0x93，第二級使用Select_Code0x95,對于現(xiàn)在所有得Mifare卡，不需要進行三級防碰撞，因為所有Mifare卡的序列號最大為7個字節(jié)。當(dāng)知道了所要選擇卡的序列號后，就沒有必要執(zhí)行該TX_AntiColl函數(shù)。此時，調(diào)用TX_Request后，直接調(diào)用TX_Select函數(shù)即可。（4）選擇卡片uchar TX_Casc_Select（）用于選擇某一個序列號的卡，與之建立通信連接，并返回是否選擇成功的應(yīng)答*Sa