智能門禁系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)畢業(yè)論文

1、南 京 工 程 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)作 者： 院 系： 計算機工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 題 目： 智能門禁系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 指導(dǎo)者： 評閱者： 2013年5月 南 京畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中文摘要智能門禁安全管理系統(tǒng)是新型現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，它集微機自動識別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施為一體，它涉及電子，機械，光學(xué)，計算機技術(shù)，通訊技術(shù)，生物技術(shù)等諸多新技術(shù)。它是解決重要部門出入口實現(xiàn)安全防范管理的有效措施。本文完整的描述了以at89c52為核心的單片機控制方案來實現(xiàn)智能門禁系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，通過軟件與硬件的結(jié)合，在protel、keil、protues3款軟件的結(jié)合下，使智能

2、門禁系統(tǒng)完成開鎖、修改密碼、報警等等一系列的功能。關(guān)鍵字：智能門禁、at89c52、protel、keil畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）外文摘要title intelligent entrance guard systemabstractintelligent entrance guard and safety management system is a new type of modern safety management system, which combines the microcomputer automatic identification technology with the m

3、odern safety management practices into an organic whole. it contains lots of new technologies such as the electronic, mechanical, optical, computer technology, communication technology, biotechnology, and so on. it is an effective measures to achieve the goal of implementing safety management at the

4、 inward and outward of important departments. this paper describes a control programs of scm as the core of at89c52 to achieve the design and implementation of the intelligent entrance guard system, through a combination of software and hardware,and the combine of some softwares as protel, keil and

5、protues, wo can complete a series of functions as opening the lock, changing passwords, alarmming of the intelligent entrance guard system.keywords: intelligence, at89c52、protel、keil目錄第一章 緒論.11.1 課題背景.11.2 最新發(fā)展.21.3 課題設(shè)計目標(biāo).4第二章 開發(fā)環(huán)境與系統(tǒng)方案論證.62.1 開發(fā)環(huán)境.62.2 主控部分的選擇.82.3 密碼輸入方式的選擇.9第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計和主要芯片介紹.113

6、.1 系統(tǒng)總體設(shè)計.113.2 主要芯片介紹.11第四章 系統(tǒng)硬件構(gòu)成.204.1 系統(tǒng)整體電路圖.204.2 單片機最小系統(tǒng)原理圖.214.3 電源輸入部分.214.4 鍵盤輸入部分.224.5 密碼存儲部分.244.6 顯示部分.264.7 報警部分.27第五章 軟件的設(shè)計與實現(xiàn).305.1 設(shè)計原理.305.2 主程序與分部程序流程圖.305.3 系統(tǒng)使用方法.335.4 課程設(shè)計實物圖及調(diào)試圖.33第六章 結(jié)束語.326.1 畢業(yè)設(shè)計的難點與創(chuàng)新.326.2 畢業(yè)設(shè)計的收獲.33致 謝.38參考文獻.39 附錄1：英文技術(shù)資料翻譯.40 附錄2：課程設(shè)計核心代碼.52第一章 緒論本章主

7、要對不斷發(fā)展的智能門禁系統(tǒng)進行介紹，并對當(dāng)前各種各樣的門禁系統(tǒng)進行簡單的介紹。1.1 課題背景智能門禁系統(tǒng)是最貼近這個科技不斷發(fā)展的社會的一種安全管理系統(tǒng)，它將當(dāng)代的安全管理措施與微機自動識別技術(shù)緊密的融合為一體，智能門禁系統(tǒng)涉及到了計算機的多項技術(shù)，生物類技術(shù)，光學(xué)，通訊技術(shù)，機械學(xué)等各種當(dāng)代流行的高新技術(shù)。它是徹底解決一些重要部門出入口實現(xiàn)安全防范管理的最有效的措施之一。適用各種非常重要的部門，如、機房、軍械庫、銀行、賓館、機要室、智能化小區(qū)，工廠辦公間等等。 在數(shù)字技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展的今天，門禁系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展。門禁系統(tǒng)早已超越了最古老的門道及鑰匙管理，它已經(jīng)慢慢發(fā)展成為一套非常完

8、整的出入管理系統(tǒng)。它在人事考勤管理、工作環(huán)境安全等行政管理工作中發(fā)揮著理想的作用。在門禁系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加相應(yīng)的輔助設(shè)備可以進行保安巡檢管理、餐飲收費管理、物業(yè)消防監(jiān)控、電梯控制、車輛進出控制等，真正的實現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)一卡智能管理。 門禁系統(tǒng)又被叫做出入管理控制系統(tǒng)(access control system) . 它是一種管理人員出入的智能化管理系統(tǒng). 簡單來說就是：管理什么時間什么人可以進出那些門，并提供事后的查詢工作等等，常見的門禁系統(tǒng)有 : 指紋虹膜掌型生物識別門禁系統(tǒng)， 密碼門禁系統(tǒng) , 非接觸卡門禁系統(tǒng) 等，門禁系統(tǒng)在當(dāng)代發(fā)展迅速，被廣泛應(yīng)用于各種管理控制系統(tǒng)中。1.2 最新發(fā)展出入口門

9、禁系統(tǒng)簡單意義上來說就是對出入口通道進行管理的系統(tǒng)，它是在傳統(tǒng)的門鎖基礎(chǔ)上逐漸演化而來的。傳最原始的機械門鎖僅僅是單單的機械裝置，不管它的材料有多么堅固，結(jié)構(gòu)設(shè)計有多么合理，人們總是能可以通過各種方法把它打開。在出入人很多的通道（象酒店客房，辦公室）鑰匙的管理非常麻煩，如果鑰匙沒了或者人員變化都要把鎖和鑰匙一起替換掉。為了解決這些問題，就出現(xiàn)了電子密碼鎖，電子磁卡鎖，這兩種鎖的現(xiàn)世在一定程度上提高了人們對于出入口通道的管理程度，使通道管理進入了嶄新的電子時代，不過，隨著這兩種電子鎖的不斷應(yīng)用，這兩種鎖的本身的毛病就逐漸暴露出來，磁卡鎖的毛病是它的信息容易被復(fù)制，卡片和讀卡機之間的磨損比較大，故

10、障率很高，安全系數(shù)變得很低。密碼鎖的最重要的問題是密碼容易泄露，然而卻又根本無法解決，所以安全系數(shù)就變得很低。還有，這個時期的產(chǎn)品因為大多采用控制部分與讀卡部分交接在一起安裝在門外，很容易就會被貪婪的人在室外打開。所以，這個時段的門禁系統(tǒng)還停留在早期科技不發(fā)達的階段，所以，這個時候的門禁系統(tǒng)往往被人叫做電子鎖，應(yīng)用也不普遍。隨著年代的變更，隨著感應(yīng)卡技術(shù)還有生物識別技術(shù)等高技術(shù)的發(fā)展，門禁系統(tǒng)得到了質(zhì)的發(fā)展，進入了成熟期，因此出現(xiàn)了虹膜門禁系統(tǒng)，面部識別門禁系統(tǒng)，感應(yīng)卡式門禁系統(tǒng)，指紋門禁系統(tǒng)，亂序鍵盤門禁系統(tǒng)等各種技術(shù)的系統(tǒng)，它們在方便性，易管理性還有安全性等方面都各有不一樣的特長，門禁系統(tǒng)

11、的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越寬廣。門禁系統(tǒng)的功能主要概括有以下幾點。1) 管理通道進出的權(quán)限 進出通道的權(quán)限簡單意思就是設(shè)置通道的權(quán)限，比如說哪些人可以進出，哪些人不能進出。進出通道的方式就是對已經(jīng)獲得進出此通道的人進行進出方式的管理，常見的進出方式一般都有密碼輸入進出門禁系統(tǒng)、讀卡（生物識別）進出門禁系統(tǒng)還有就是讀卡（生物 識別）進出門禁系統(tǒng)這三種方式進出通道的時間就是操作者或者管理人員設(shè)置此系統(tǒng)在什么時間范圍內(nèi)關(guān)閉門禁系統(tǒng)的部分功能，讓進出人員可以不需密碼而隨意進出。2) 實時監(jiān)控的功能門禁系統(tǒng)的管理人員可以通過計算機隨時都可以查看每處門禁系統(tǒng)處的人員的進出情況（同時有照片或者視頻來清晰的顯示）、每

12、個門禁系統(tǒng)處的狀態(tài)（包括門的開與關(guān)的狀態(tài)還有各種非正常性狀態(tài)的不明報警等等），另外也可以在緊急狀態(tài)比如人員大爆發(fā)或者發(fā)生地震等不安因素下由管理人員在計算機旁就可以打開或關(guān)閉所有的門禁系統(tǒng)。3) 出入記錄還有出入查詢的功能 門禁系統(tǒng)可以儲存所有人員的進出記錄、狀態(tài)記錄等到計算機里面，并且可以按照不同的查詢條件（比如時間等）進行查詢，所以如果一個公司或者一些重要部門要是配備相關(guān)的考勤軟件的話，完全可實現(xiàn)考勤、門禁一卡通的功能。4) 異常報警功能 在不正常的情況下操作者可以實現(xiàn)計算機的報警或門禁系統(tǒng)中的報警器報警，比如：有不法人員非法侵入或者門禁系統(tǒng)本該關(guān)閉但是卻沒能正常關(guān)閉等。當(dāng)然，依據(jù)系統(tǒng)的各種

13、不一樣的門禁系統(tǒng)還可以實現(xiàn)以下的一些特殊功能：1、 網(wǎng)絡(luò)設(shè)置管理監(jiān)控功能：大多數(shù)的門禁系統(tǒng)由于操作者在多方面的考慮因素下，只能使用一臺計算機來管理其門禁系統(tǒng)，然而技術(shù)比較發(fā)達的系統(tǒng)卻可以在網(wǎng)絡(luò)上隨便一個由操作者已經(jīng)授權(quán)的位置對整個門禁系統(tǒng)進行設(shè)置監(jiān)控查詢這樣的管理，也可以通過internet網(wǎng)上進行異地設(shè)置管理監(jiān)控查詢。2、 消防報警監(jiān)控聯(lián)動功能：當(dāng)門禁系統(tǒng)附近了出現(xiàn)火警時，門禁系統(tǒng)可以像有專門人員一樣自動的打開所有門禁系統(tǒng)上的電鎖，讓里面的人趕緊逃生，而不用再輸入密碼這樣的浪費了時間的事。一般與監(jiān)控聯(lián)動通常是指監(jiān)控系統(tǒng)自動將有人刷卡時，不管是有效還是無效錄下，當(dāng)時的情況，另外，同時系統(tǒng)也也將

14、門禁系統(tǒng)出現(xiàn)報警時的所有情況包括圖片、聲音以致錄像等都可以錄下來以供查閱。5）邏輯開門功能：概括來說，就是一個門禁系統(tǒng)需要好幾個人同時刷卡或者同時按下指紋或者每個人都只有部分按鍵密碼并依順序按下，才能打開門禁系統(tǒng)的電鎖?？梢哉f，門禁系統(tǒng)的功能非常重要，尤其是現(xiàn)實社會中，更是被應(yīng)用于方方面面。如果在公司在公司門口安裝了門禁系統(tǒng)的話，可以很好的阻止其他公司的推銷人員的到來，免去了公司的秩序被打擾的麻煩,另外，安裝門禁系統(tǒng)可以使得社會的閑雜人等進入公司的破壞,這樣，既可以很好的保障公司的財務(wù)、機密等等被盜竊，更可以進一步的提高了公司的形象，而且管理層可以通過門禁系統(tǒng)來知道公司人員的出勤情況，進而更好

15、的做好考情工作。省去了以往的佩戴工作證的麻煩。如果在公司的重要領(lǐng)域比如經(jīng)理辦公室、研發(fā)部門、會計部門等安裝門禁系統(tǒng)，可以極大的提高保密性和安全性。而一般的小區(qū)，都是安裝了各種防盜門、柵欄門等等，這樣根本防不住如今的小偷等的危害，被盜事件屢見不鮮，而如果在小區(qū)安裝門禁系統(tǒng)，可以極大的保障小區(qū)的安全性，也省去了小區(qū)的業(yè)務(wù)主管不斷的增添保安來保護小區(qū)人員的人身和財產(chǎn)的安全，畢竟再認真的保安也會有疏漏的地方，更不用說小區(qū)的業(yè)務(wù)主管還要支付保安的食宿工資等方面。因此，在小區(qū)安裝門禁系統(tǒng)是勢在必行的舉措，如此，不僅可以提高小區(qū)物業(yè)的檔次還有促于樓盤的銷售，畢竟設(shè)備越現(xiàn)代化越能得到大眾的青睞。門禁系統(tǒng)還可以

16、應(yīng)用在醫(yī)院的急診室里面，防止患者家屬因心情的激動而擅闖急診室，在政府大樓中應(yīng)用的話，可以更好保證政府人員的工作安全問題。還有，很多的移動、電信還有供電局等都有一些屬于自己的基站，而且不少都是一直無人值守的，如果在這些地方安裝了門禁系統(tǒng)，可以很好的保障這些幾站不受非法人員的破壞、偷竊的問題，主站方面還可以通過遠程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控來操作與檢查。當(dāng)代的電梯也可以安裝門禁系統(tǒng)，比如在一座大樓中，有那么一兩層是重要人員才能進去的，只有在電梯內(nèi)輸入正確的密碼才可以成功到達，否則外來人員根本沒有這個權(quán)限，這極大的保障了安全問題。隨著社會的進不，國民的收入越來越多，全球化進一步發(fā)展，科技更是不斷進步，安防行業(yè)的領(lǐng)域不

17、斷被擴大了。作為監(jiān)控系統(tǒng).門禁系統(tǒng)和安防系統(tǒng)，其中都離不開報警系統(tǒng)，也可以說它是這些系統(tǒng)最重要的一個模塊。對于監(jiān)控和報警，這兩種人們早就明白，但這對于現(xiàn)代進不的社會已經(jīng)有點不適應(yīng)了。而門禁系統(tǒng)則不一樣，它從根本上杜絕了這些問題，所以比起上述兩種有著無與倫比的好處。1.3 課題設(shè)計目標(biāo)設(shè)計本課題時構(gòu)思的方案：本設(shè)計采用以at89c2052為核心的單片機控制方案來實現(xiàn)智能門禁系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，其主要內(nèi)容如下：1、密碼的顯示 ：為了防止密碼被他人得知，液晶顯示屏顯示時，并不會直接顯示操作者在按鍵上按下的具體數(shù)字，而是以一個操作者選定的字母符號來暗示操作者是否有按鍵被按下，并在系統(tǒng)的報警模塊會發(fā)出“滴

18、”的一聲提示有按鍵按下。當(dāng)操作者按下矩陣按鍵時，液晶顯示屏?xí)@示出字符 “*”，如果沒有按鍵被按下，則液晶顯示屏不會顯示字符。如此，既可以很好的提醒了操作者，又保護了系統(tǒng)的密碼，這是本設(shè)計可靠性優(yōu)點之一。2、密碼的變更 ：當(dāng)操作者覺得之前的密碼不好記憶或者察覺密碼被別人得知時，可以重新設(shè)置理想的8位密碼，密碼通過矩陣按鍵輸入，當(dāng)按下變更密碼的功能鍵時，操作者需要先輸入兩遍之前的密碼，當(dāng)密碼正確后，操作者可以重新輸入一個新的密碼，最并在操作者記好后按下確認鍵，重復(fù)2次后即變更了新的密碼。3、系統(tǒng)的開鎖 ：當(dāng)操作者輸入正確的密碼后，再按下確認鍵，系統(tǒng)便會自動開鎖。然而，操作者輸入密碼時應(yīng)該注意，數(shù)

19、字與數(shù)字之間的間隔時間為30秒，例如密碼為87654321，當(dāng)鍵入第一個數(shù)字8后應(yīng)在30秒內(nèi)鍵輸入第二個數(shù)字7，不然的話之前的操作就會被視為無效。如果輸入完密碼后不按確認鍵時系統(tǒng)將會在規(guī)定的時間內(nèi)清理操作者已經(jīng)輸入數(shù)字，并且液晶顯示屏?xí)匦嘛@示無數(shù)字狀態(tài)。4、報警系統(tǒng) ：當(dāng)操作者輸入的密碼錯誤時，門禁系統(tǒng)便會發(fā)出報警信號，由蜂鳴器發(fā)出報警聲“嘀嘀嘀”。當(dāng)連續(xù)三次顯示密碼錯誤后，那么系統(tǒng)將在很長一段時間內(nèi)持續(xù)報警。這時，操作者必須按下復(fù)位按鍵才可停止。這是保障系統(tǒng)的安全而設(shè)計的一個重要措施。5、時間鎖定系統(tǒng)：如果操作者需要設(shè)定系統(tǒng)在固定的時間段內(nèi)不需要密碼，即在人流量較大、安全情況下等，操作者可

20、以讓門禁系統(tǒng)在規(guī)定的時間內(nèi)門禁關(guān)閉，所有人可以自由出入，然而當(dāng)不在規(guī)定的時間時，系統(tǒng)將自動恢復(fù)智能門禁系統(tǒng)的所有功能。第二章 開發(fā)環(huán)境與主要技術(shù)2.1 開發(fā)平臺本課程設(shè)計的開發(fā)平臺為：操作系統(tǒng)：microsoft windows xp程序語言：c制 圖 ：protel 99 se程序編程：keil uvision3仿 真：protues關(guān)于本系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境安裝配置過程比較簡單，在此不再贅述。下面介紹下本系統(tǒng)設(shè)計的三款軟件。2.1.1 protel 99 se在上世紀(jì)80年代末，美國實力公司向世界推銷了一款極具跨時代的cad軟件，它的名字就是protel 99 se。當(dāng)代社會，電子行業(yè)尤其是那些

21、需要做出模型、實物的產(chǎn)品類的公司，或多或少的都需要用到cad軟件，它是電子技術(shù)人員必不可少的一項專業(yè)技能，而protel則在眾多的eda軟件中脫穎而出。當(dāng)這款軟件出世后，全世界都在爭相使用，在中國也是被廣泛推廣，許多大公司還有大學(xué)都在學(xué)習(xí)和使用它，更不用說不少大公司在招收人員時都要新進的人員會很好的使用這款軟件。 下圖為protel軟件的部分截圖：圖2-1 protel軟件的部分截圖2.1.2 keil uvision3keil c51是美國keil software公司出品的51系列兼容單片機c語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。keil提供了包括連接器、庫管理、c編譯器、宏匯編和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在

22、內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。運行keil軟件需要win2000、winxp、win98、nt等操作系統(tǒng)。如果電子技術(shù)員想用c語言編程，那么keil幾乎就是電子技術(shù)員的首選，即使技術(shù)員不使用c語言而僅用匯編語言編程，其方便且簡單的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會讓電子技術(shù)員事半功倍。下圖為keil軟件的部分截圖：圖2-2 keil軟件的部分截圖2.1.3 protues在上世紀(jì)90年代后期，英國的labcenter electronics公司隆重推出了它的新產(chǎn)品，它就是領(lǐng)軍eda各種軟件的protues。protues這款軟件具有其他種類的eda軟件的通用的功

23、能，比如仿真等，還有一些特別之處，因為它可以仿真各種系統(tǒng)的外圍的器件，更是包括單片機，所以，綜合這些特點，protues是當(dāng)今社會實用性和功能性方面最好的eda軟件。在現(xiàn)實社會中，protues軟件廣泛的應(yīng)用于大學(xué)的電子類學(xué)院的課程教程，具有科研產(chǎn)品的一些大型電子公司，還有一些對單片機有著濃厚興趣的電子愛好者。由于protues軟件在原理圖的布局，仿真的代碼的調(diào)試還有其他外圍器件的仿真做到了非常好的協(xié)調(diào)，以至于它在當(dāng)今科技不斷發(fā)展的潮流中立于不敗之地。下圖為rrotues軟件的部分截圖：圖2-3 protues軟件的部分截圖2.2 主控部分的選擇2.2.1 采用數(shù)字電路控制如果采用數(shù)字電路來控

24、制本次設(shè)計的主控部分，雖然表面上設(shè)計將更加簡單，成本也將降低，但是考慮到這是門禁系統(tǒng)，其控制方面的靈活性、準(zhǔn)確性、實用性方面將大打折扣，畢竟數(shù)字電路是用雙jk觸發(fā)器構(gòu)成，密碼是保存在jk觸發(fā)器里面的，輸入密碼時，系統(tǒng)判斷輸入的密碼與以雙jk觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路做比較來實現(xiàn)門禁系統(tǒng)的開啟與關(guān)閉。 2.2.2 采用以單片機為核心的控制單片機具有資源豐富、速度快、編程容易等優(yōu)點。利用單片機內(nèi)部的隨機存儲器和只讀存儲器及其引腳資源，外接液晶顯示，鍵盤輸入等實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理傳輸和顯示功能，基本上可以實現(xiàn)本次設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)，因此，考慮到安全、實用性等方面，本次設(shè)計最好選用單片機來作為系統(tǒng)的核心部件。2.

25、3 密碼輸入方式的選擇2.3.1 指紋輸入識別指紋識別技術(shù)主體涉及到了四個功能：保存數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)比對、讀取指紋圖像、提取特征。通過讀取指紋的設(shè)備讀取到人體指紋的圖像，然后要對讀取到的圖像進行第一步的處理，使院士圖像更加清晰明了，然后再通過辨識指紋的軟件建立指紋的特征數(shù)據(jù)。軟件會從指紋上找到被稱為節(jié)點（minutiae）的數(shù)據(jù)點，即指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標(biāo)位置，這些點同時具有七種以上的唯一性特征。一般每個人的手指上平均具有70個節(jié)點，所以這種方法將要產(chǎn)生接近490個數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)，一般被叫做模板。通過計算機比較模糊的方法，把兩個指紋的模板進行對比，從而計算出它們的相似程度，最終得到兩個指

26、紋的匹配結(jié)果，從而判斷輸入結(jié)果的是否正確。而作為一個普遍的門禁系統(tǒng)，考慮到本方案軟硬件有點復(fù)雜，而且成本也高，所以我不選擇指紋輸入這個方案。2.3.2 矩陣鍵盤輸入識別這個方案是由16位按鍵組成的矩陣鍵盤，每條行線和列線都對應(yīng)著一條i/o口線，每個按鍵都設(shè)在了行線和列線的交叉點，每當(dāng)操作者按下按鈕時，就會有一條行線與一條列線相接觸，系統(tǒng)只要辨認出接觸的是哪兩條線，即哪兩個i/o口線，就可以確定哪一個鍵被操作者按下。行線被制成上拉口線，剛開始時被置為高電位，列線是懸空的，初始置低電位。通過不斷讀行線口線，或者中斷方式觸發(fā)鍵位掃描。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有按鍵被按下時，將列線逐一置低，而其他列線則置高，讀行線

27、口線。當(dāng)某條列線置低時，其對應(yīng)的行線也會被拉低，這樣便確定了這兩條線的交點處的按鈕被按下。每個按鍵都可通過操作者的程序來給它相應(yīng)的功能，從而完成密碼識別。這個方案比較上面的方案簡單，所以我選擇了這個方案。2.3.3 紅外遙控識別專用的紅外編碼芯片種類各種各樣，紅外編碼芯片一般集載波震蕩、編碼、發(fā)射于一體，它有很強大的抗干擾能力，使用很方便，而且外圍電路比較簡單，另外價格也比較低，所以一般的遙控器上大多使用了這種專用芯片，大大的節(jié)約了成本。但是，專用芯片也有很大的弊端，專用芯片的內(nèi)部編碼及技術(shù)數(shù)據(jù)早已經(jīng)公開化，這將會產(chǎn)生很大的安全漏洞。第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計和主要芯片介紹3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計本次畢

28、業(yè)設(shè)計主要由at89c52單片機、矩陣鍵盤、液晶顯示器和密碼存儲等部分組成。矩陣鍵盤作為門禁系統(tǒng)的密碼輸入模塊，用于輸入數(shù)字密碼和實現(xiàn)清除已有操作（輸入了錯誤密碼并且尚未按下確認鍵）、修改密碼等功能。當(dāng)操作者在按鍵上輸入密碼后，系統(tǒng)通過各種連接將按鍵與at89c52和at24c02，經(jīng)過系統(tǒng)的運行，將輸入的密碼與存儲在at24c02存儲器中保存的密碼對比，來判斷密碼是否正確，并通過液晶顯示屏led清晰的向操作者展示，并進行進一步操作，通過報警功能模塊來給操作者以聽覺驗證。系統(tǒng)整體框圖如圖3.1所示。 at89c52 電源電路 at24c02密碼保護 鍵盤輸入電路 顯示電路 報警電路 圖3-1

29、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖各模塊功能如下：1矩陣鍵盤輸入模塊：此模塊包括2個部分，一個是密碼輸入按鍵，一個是幾個功能按鍵，兩個部分分開和合作來用于完成門禁系統(tǒng)的輸入、修改、確定、取消的等功能。2顯示模塊：通過液晶顯示屏以完成操作者對系統(tǒng)現(xiàn)在的狀態(tài)顯示還有操作的提示功能。3報警電路：通過蜂鳴器和其他的器件組成的模塊來完成密碼錯誤、3次錯誤還有單個按下按鈕的提示音的警報和提示功能。4密碼存儲模塊：通過at24c02存儲器來完成系統(tǒng)的突然斷電或者線路故障時的存儲功能，如此，修改還有保存過的密碼在斷電后仍能保存，而不需要重新和初始化那樣的狀態(tài)。5電源模塊：本設(shè)計通過usb線來對門禁系統(tǒng)的電路提供穩(wěn)定的+5v的直流電

30、壓。本次課程設(shè)計鎖需要的元器件清單如下：1、9x15cm面包板 1片2、51單片機+ic座 1套 （at24c02+ic座） 1套3、led1602液晶顯示屏 1個 4、開關(guān)按鍵 18只5、12m的晶振 1只6、33p瓷片電容 2只8、dc電源座 1只9、4.7k、電阻 5只10、5v的6引腳的繼電器 1只11、發(fā)光二極管 紅1只12、精密的可調(diào)節(jié)電位器 1只13、單排座 1條14、單排針 1條15、若干 導(dǎo)線16、usb電源線 1條17、ss8550三極管 2只18、10k的 排阻 1只19、10u 電解電容 1只20、 蜂鳴器 1只21、4.7k的排阻 1只本次課程設(shè)計的電路焊接圖如下：圖

31、3-2 電路焊接圖3.2 主要芯片介紹3.2.1 at89c52at89c52是美國公司生產(chǎn)的低電壓，高性能cmos8位單片機，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（perom）和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），at89c52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線。at89c52使用的內(nèi)核是最經(jīng)典的mcs-51的，并對其做出了很大的改進，所以使得這種芯片比其他芯片多出了許許多多的功能。在at89c52芯片中，由于它的cpu打到了8位，并且可以在系統(tǒng)中編程flash，所

32、以這種芯片為眾多的嵌入式的應(yīng)用系統(tǒng)提供了許多便利，比如超高的靈敏度，最有效的解決方法等等。主要功能特性：兼容mcs51指令系統(tǒng)。8k可反復(fù)擦寫(1000次)flash rom，32個雙向i/o口，256x8bit內(nèi)部ram，時鐘頻率0-24mhz，可編程uart串行通道。3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷，2個外部中斷源，2個串行中斷，2個讀寫中斷口線，共6個中斷源。at89c52的引腳排列圖如下圖3.2：圖3-3 at89c52的引腳排列引腳功能如下：vcc：電源電壓gnd：地p0口：p0口是一組8位漏極開路型雙向i/o口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個

33、ttl邏輯門電路，對端口p0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。p1口：p1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（iil）。p2口：p2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對端口p2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端

34、口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（iil）。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行movxri指令）時，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。flash編程或校驗時，p2亦接收高位地址和一些控制信號。p3口：p3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口。p3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對p3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上位電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的p3口將用上拉電阻輸出電流（iil）。p3口除了作為一般的i/o口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表3.1所示：表3-1 p3口的第

35、二功能端口引腳第二功能p3.0rxd（串行輸入口）p3.1txd（串行輸出口）p3.2int0（外中斷0）p3.3int1（外中斷1）p3.4t0（定時/計數(shù)器0）p3.5t1（定時/計數(shù)器1）p3.6wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） rst：復(fù)位輸入 。當(dāng)振蕩器工作時，rst引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片復(fù)位。ale/prog：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ale仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將

36、跳過一個ale脈沖。ea/vpp：外部訪問允許。欲使cpu僅訪問外部程序存儲器（地址為0000hffffh），ea端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存ea端狀態(tài)。如ea端為高電平（接vcc端），cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。flash存儲器編程時，該引腳加上+12v的編程允許電源vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12v編程電壓vpp。xtal1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.2.2 存儲模塊at24c02at24c02是美國atmel公司生產(chǎn)的一款低功耗cmos型eprom，它的內(nèi)部含有256

37、8位存儲空間，它的特點有許多，比如寫入速度快(小于10 ms)、工作電壓寬(2.55.5 v)、抗干擾能力強、擦寫次數(shù)多(大于10000次)、體積小、數(shù)據(jù)不易丟失等。而且他是采用了ic總線式進行數(shù)據(jù)讀寫的串行器件，占用的資源及其少和i/o線，而且這種模塊是支持在線編程的，所以當(dāng)它進行數(shù)據(jù)實時的存取十分快捷。at24c02中帶有的片內(nèi)地址寄存器，每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加1，以實現(xiàn)對下一個存儲單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時間，一次操作可寫入多達8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。i2c總線是一種用于ic器件之間連接的二線制總線。他通過sda(串行數(shù)據(jù)線)及scl(串行

38、時鐘線)兩根線在 連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個器件。 at24c02正是運用了ic規(guī)程，使用主/從機雙向通信，主機(通常為單片機)和從機(at24c02)均可工作于接收器和發(fā)送器狀態(tài)。主機產(chǎn)生串行時鐘信號(通過scl引腳)并發(fā)出控制字，控制總線的傳送方向，并產(chǎn)生開始和停止的條件。無論是主機還是從機，接收到一個字節(jié)后必須發(fā)出一個確認信號ack。at24c02的控制字由8位二進制數(shù)構(gòu)成，在開始信號發(fā)出以后，主機便會發(fā)出控制字，以選擇從機并控制總線傳送的方向。管腳描述： scl 為串行時鐘：串行時鐘輸入管腳用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘這是一個輸入管腳。sdl 為串行數(shù)據(jù)/

39、地址：雙向串行數(shù)據(jù)/地址管腳用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收sdl，是一個開漏輸出管腳可與其它開漏輸出或集電極開路輸出進行線或。a0、a1、a2 為器件地址輸入端：當(dāng)使用24c02 時最大可級聯(lián)8個器件，如果只有一個24c02被總線尋址，這三個地址輸入腳a0、a1、a2可懸空或連接到vss。 wp為寫保護：如果wp 管腳連接到vcc 所有的內(nèi)容都被寫保護只能讀當(dāng)wp, 管腳連接到vss 或懸空,允許器件進行正常的讀/寫操作12。管腳圖如圖3.3所示。 圖3-4 at24c02引腳圖3.2.3 顯示電路（led1602）lcd1602:所謂的1602即是16字符*2行的字符型lcd顯示器，它由32個

40、字符點陣塊組成，每個字符點陣塊由57或510個點陣組成，可以顯示ascii碼表中的所有可視的字符。它內(nèi)置了字符產(chǎn)生器rom(cgrom)、字符產(chǎn)生器ram(cgram)和顯示數(shù)據(jù)ram（ddram）。cgrom中內(nèi)置了192個常用字符的字模，cgram包含8個字節(jié)的ram，可存放操作者自定義的字符，ddram就是用來寄存待顯示的字符代碼。1602液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用1602引腳及其具體功能如下表：表3-2 1602引腳及功能編號符號引腳說明編號符號引腳說明1vss電源地9d2data i/o2vdd電

41、源正極10d3data i/o3vl液晶顯示偏壓信號11d4data i/o4rs數(shù)據(jù)/命令選擇端（h/l）12d5data i/o5r/w讀/寫選擇端(h/l)13d6data i/o6e使能信號14d7data i/o7d0data i/o15bla背光源正極8d1data i/o16blk背光源負極lcd1602基本操作時序 1） 讀操作時序圖 圖3-5 讀操作時序圖2） 寫操作時序圖圖3-6 寫操作時序圖3）時序參數(shù)表表3-3 時序參數(shù)表時序參數(shù)符號極限值單位測試條件最小值典型值最大值e信號周期tc400-ns引腳ee脈沖寬度tpw ,tf150-nse上升/下降沿時間tr-25ns地

42、址建立時間tsp130-ns引腳e、rs、r/w地址保持時間thd110-ns數(shù)據(jù)建立時間（讀操作）td-100ns引腳db0db7數(shù)據(jù)保持時間（讀操作）thd220-ns數(shù)據(jù)建立時間（寫操作）tsp240-ns數(shù)據(jù)保持時間（寫操作）thd210-ns表3-4 狀態(tài)字說明sta7d7sta6d6sta5d5sta4d4sta3d3sta2d2sta1d1sta0d0注意：對控制器每次進行讀寫操作之前，都必須進行讀寫檢測，確保sta7=0數(shù)據(jù)控制控制器內(nèi)部設(shè)有一個數(shù)據(jù)地址指針，操作者可通過它們來訪問內(nèi)部的全部80字節(jié)ram。1） 數(shù)據(jù)指針設(shè)置如表3-5表3-5 數(shù)據(jù)指針設(shè)置指令碼功能80h+地址

43、嗎（0-27h,40-67h）設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針2） 其他設(shè)置如表3-6表3-6 其他設(shè)置指令碼功能01h顯示清屏：1.數(shù)據(jù)指針清零 2.所有顯示清零02h顯示回車：1.數(shù)據(jù)指針清零lcd初始化顯示設(shè)置為：第 一 步：初始化過程（復(fù)位過程）第 二 步：延時15ms 第 三 步：寫指令38h(不檢測忙信號) 第 四 步：延時5ms第 五 步：寫指令38h(不檢測忙信號) 第 六 步：5延時5ms 第 七 步：寫指令38h(不檢測忙信號) 第 八 步：寫指令38h: 顯示模式設(shè)置第 九 步：寫指令08h：顯示關(guān)閉 第 十 步：寫指令01h：顯示清屏 第十一步：寫指令06h：顯示光標(biāo)移動設(shè)置 第十二步

44、：寫指令0ch：顯示開及光標(biāo)設(shè)置。第四章 系統(tǒng)硬件系統(tǒng)4.1 系統(tǒng)整體電路圖此次畢業(yè)設(shè)計門禁系統(tǒng)的硬件電路是由at89c52單片機、存儲器at24c02和lcd1602液晶顯示、鍵盤輸入以及輸出控制報警5個模塊組成的。具體的設(shè)計整體電路圖如下4.1所示:圖4-1 整體電路圖4.2 單片機最小系統(tǒng)原理圖本設(shè)計的最小系統(tǒng)模塊由at89c52，復(fù)位電路，時鐘產(chǎn)生電路組成。其原理圖如下：圖4-2 最小系統(tǒng)電路原理圖4.3 電源輸入部分當(dāng)代的門禁系統(tǒng)大多還是220v來提供穩(wěn)定的電壓，然而本次畢業(yè)設(shè)計為了將真正的門禁系統(tǒng)模擬化，所以我選擇以5v直流電壓來為自己的電路板供電。此電路板不僅需要穩(wěn)定的5v電壓，

45、還要有固定的頻率50hz，所以需要將家用220v電壓通過變壓器的調(diào)節(jié)來適應(yīng)本設(shè)計的電路板。當(dāng)然，為了電壓的穩(wěn)定和經(jīng)濟性，本設(shè)計沒有考慮用5v的電池作為供電模塊，而是選擇了usb線來為電路板供電。本設(shè)計選擇直流電壓供電，所以一般的交流電源必須經(jīng)過整流電路來實現(xiàn)交流電壓和直流電壓的相互轉(zhuǎn)化。 4.4 鍵盤輸入部分為了操作的實用性和方便性，并且考慮產(chǎn)品的成本，本設(shè)計并沒有選擇ic卡式輸入和紅外遠程控制輸入，所以本設(shè)計選擇了矩陣式按鍵鍵盤，矩陣式按鍵由行線和列線組成，也稱行列式鍵盤，按鍵位于行列的交叉點上，門禁系統(tǒng)的密碼輸入由操縱者在鍵盤上的輸入來完成門的開啟與關(guān)閉，畢竟當(dāng)代大部分的小區(qū)、公司、超市等

46、等的門禁還是按鍵模式的。本設(shè)計使用了4*4的鍵盤，16個按鍵足夠操作者來實現(xiàn)一個門禁系統(tǒng)該有的各項功能，比如密碼的輸入、操作錯誤時的清除已經(jīng)輸入的錯誤密碼、重新修改密碼的按鍵，還有密碼輸入完成后的確認鍵，當(dāng)然，每一個按鍵的具體功能都與操作者的門禁系統(tǒng)的代碼有關(guān)。本設(shè)計的按鍵功能通過代碼或者電路板的標(biāo)注可以查看，當(dāng)然如果操作者覺得不方便，可由操縱者在代碼中自由編譯來實現(xiàn)。本設(shè)計的鍵盤輸入模塊的引腳接法如圖4.3所示：圖4-3 鍵盤輸入原理圖將按鍵值編碼為數(shù)值的代碼如下：unsigned char coding(unsigned char m) unsigned char k;switch(m)c

47、ase (0x18): k=1;break;case (0x28): k=2;break;case (0x48): k=3;break;case (0x88): k=a;break;case (0x14): k=4;break;case (0x24): k=5;break;case (0x44): k=6;break;case (0x84): k=b;break;case (0x12): k=7;break;case (0x22): k=8;break;case (0x42): k=9;break;case (0x82): k=c;break;case (0x11): k=*;break;ca

48、se (0x21): k=0;break;case (0x41): k=#;break;case (0x81): k=d;break;return(k);4.5 密碼存儲部分為了不再每次開啟門禁系統(tǒng)密碼被忘記，本次設(shè)計用at24c02芯片來存儲密碼。at24c02內(nèi)含2568位存儲空間，具有工作電壓寬、擦寫次數(shù)多、寫入速度快、抗干擾能力強、數(shù)據(jù)不易丟失、體積小等特點。而且他是采用了i2c總線式進行數(shù)據(jù)讀寫的串行器件，占用很少的資源和io線，并且支持在線編程，進行數(shù)據(jù)實時的存取十分方便。at24c02中帶有的片內(nèi)地址寄存器。每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加1，以實現(xiàn)對下一個存儲單元

49、的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時間，一次操作可寫入多達8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。i2c總線是一種用于ic器件之間連接的二線制總線。他通過sda(串行數(shù)據(jù)線)及scl(串行時鐘線)兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個器件。at24c02正是運用了i2c規(guī)程，使用主從機雙向通信，主機(通常為單片機)和從機(at24c02)均可工作于接收器和發(fā)送器狀態(tài)。主機產(chǎn)生串行時鐘信號(通過scl引腳)并發(fā)出控制字，控制總線的傳送方向，并產(chǎn)生開始和停止的條件。無論是主機還是從機，接收到一個字節(jié)后必須發(fā)出一個確認信號ack。at24c02的控制字由8位二進制數(shù)構(gòu)成，在開始信號發(fā)出以后，主機便會發(fā)出控制字，以選擇從機并控制總線傳送的方向 。其接線如圖4.4所示： 圖4-4 密碼存儲電路原理圖將密碼存儲在at24c02中代碼：wrtorom(temppassword,0,8);/將新密碼寫入24c02存儲reinputen=0