基于RFID技術(shù)的智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)（控制部分

1、基于RFID技術(shù)的智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)（控制部分）摘 要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的飛速發(fā)展，射頻識(shí)別技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用于各種行業(yè)，如：商流、物流、信息和資金等方面，并以前所未有的速度迅猛發(fā)展，引起了許多國家的重視。特別是身份識(shí)別和安防等行業(yè)。門禁系統(tǒng)作為智能建筑的重要單元越來越得到重視。門禁安全管理系統(tǒng)是新型現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，它集自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施為一體。門禁系統(tǒng)可有效管理門的開啟關(guān)閉,對(duì)出入人員進(jìn)行監(jiān)控管理?；赗FID的門禁系統(tǒng)通過對(duì)射頻IC卡的識(shí)別，保證那些持有相應(yīng)證件的人員能自由進(jìn)出，阻止外來人員或無法提供證件的人員進(jìn)入。還有些門禁是利用生物識(shí)別的技術(shù)，通過對(duì)人體某些部位（如眼睛

2、、指紋）的識(shí)別來確認(rèn)來人是否經(jīng)過授權(quán)。這種門禁系統(tǒng)相對(duì)射頻識(shí)別的系統(tǒng)安全系數(shù)有很大提高，但其成本較高，在日常生活中還未廣泛應(yīng)用。文章從門禁技術(shù)的發(fā)展出發(fā)，首先介紹了射頻識(shí)別技術(shù)的概念、分類及工作原理，然后介紹了本次使用的射頻芯片MFRC522。本RFID系統(tǒng)設(shè)計(jì)可分為硬件部分和軟件部分。硬件部分以MFRC522射頻識(shí)別模塊為核心，結(jié)合主控模塊STC89C52設(shè)計(jì)系統(tǒng)的外圍硬件電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻卡的控制與MCU之間的互通。軟件部分采用C語言進(jìn)行系統(tǒng)的下位機(jī)程序的開發(fā)，完成與IC卡之間的通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換功能。關(guān)鍵字： 射頻識(shí)別，門禁系統(tǒng)，MFRC522，STC89C52RFID-based Int

3、elligent Access Control System (Control Part)AbstractAlong with the social economy and the rapid development of science and technology，radio frequency identification technology are becoming more widely used in various sectors， such as trade，logistics，information and capital,etc.And with unprecedente

4、d speed rapid development，many countries have pay much more attention to it. Access control security management system is a new type of modern safety management system, which combines automatic identification technology and modern safety measure.Access control system can control the time to open and

5、 close the door effectively and monitoring and management of personnel access. The RFID-based Intelligent Access control System ensure those people who hold the appropriate documents to the free access and prevent foreigners or those who can not provide documents to enter. And some Access Control is

6、 the use of biometric technology, by identify some parts of human body (such as eyes, fingerprints) to confirm the people whether be authorized.This kind of Access control system is safer than the system based on RFID,but it has not used in our daily life because of its high cost. On the basis of th

7、e development of Entrance Guard Sytem，at first this paer generallyintroduces the RFID technology，including its concepts、categories and works，Then it introducesthe RF chip MFRC522 used in this system. The design of this system can be divided into the hardware and software components. The hardware par

8、t based on the RFID module MFRC522, combined with main control module STC89C52 to design the peripheral hardware circuits, makes the communication between the central control machine come true. The hardware part uses C programming language to design lower computer programme and completed a read/IC c

9、ard issuing device and the communication between the data exchange capabilities.Key words: RFID, Guard Control System, MFRC522, STC89C52目 錄摘要IAbstractII 第1章 緒論11.1 課題研究的背景及意義11.2 課題研究現(xiàn)狀11.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀11.2.2國外研究現(xiàn)狀21.3 門禁系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)31.4 課題設(shè)計(jì)任務(wù)31.5 論文結(jié)構(gòu)3第2章 基于RFID技術(shù)的門禁系統(tǒng)理論基礎(chǔ)42.1射頻識(shí)別技術(shù)概述42.1.1射頻識(shí)別技術(shù)42.1.2射頻識(shí)別技術(shù)

10、的分類42.1.3射頻識(shí)別技術(shù)的典型結(jié)構(gòu)52.1.4射頻識(shí)別技術(shù)的工作原理52.2非接觸式讀卡芯片MFRC52262.2.1 MFRC522概述62.2.2 MFRC522特性62.2.3 MFRC522管腳排列72.3本章小結(jié)7第3章 門禁系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)83.1 STC89C52主控模塊83.1.1 STC89C52簡介83.1.2 STC89C52主要特性93.1.3 STC89C52管腳說明103.3.4 STC89C52最小系統(tǒng)接口電路113.2 LCD12864液晶顯示模塊113.2.1 LCD12864簡介113.2.2 LCD12864分類113.2.3 12864管腳說明123.

11、2.4 LCD12864基本特性123.2.5 12864與89C52接口133.3 按鍵133.4 本章小結(jié)14第4章 門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)154.1 Keil C51開發(fā)系統(tǒng)154.2 LCD顯示程序設(shè)計(jì)164.2.1 LCD初始化164.2.2 LCD顯示174.3 按鍵程序設(shè)計(jì)224.3.1 密碼驗(yàn)證224.3.2 密碼修改244.4 本章小結(jié)27結(jié)論28謝辭29參考文獻(xiàn)30第1章 緒論1.1 課題研究的背景及意義門禁系統(tǒng)，又稱出人口控制系統(tǒng)。在何時(shí)允許某些人進(jìn)出，拒絕某些人進(jìn)出，什么情況下要發(fā)出警報(bào)，記錄人員出入情況，是門禁系統(tǒng)最基本的功能。門禁系統(tǒng)的發(fā)展是隨著人類社會(huì)的發(fā)展一起進(jìn)步的。

12、從原始社會(huì)開始，隨著剩余價(jià)值的產(chǎn)生，人們有了自己的財(cái)產(chǎn)，有的人覬覦他人的財(cái)產(chǎn)而進(jìn)行盜搶等犯罪行為，直接危害了人們的財(cái)產(chǎn)乃至生命安全。為了保護(hù)自己的財(cái)產(chǎn)不受他人的侵犯，人們用木棒或鐵鏈將門鎖起。門禁也就隨之產(chǎn)生了。隨著社會(huì)的發(fā)展和人們安全意識(shí)的提高，產(chǎn)生了鐵鎖和暗鎖等門鎖設(shè)備1。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市面貌發(fā)生了巨大的變化，高樓大廈越來越多，安全隱患也越來越多，出現(xiàn)了更多的高科技的犯罪，直接威脅到每個(gè)人的人身財(cái)產(chǎn)安全。僅僅靠傳統(tǒng)的門鎖和防盜門是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。“智能門禁系統(tǒng)”應(yīng)運(yùn)而生。智能門禁系統(tǒng)是對(duì)樓房中的重要通道進(jìn)行管理。在門口、電梯、等人員來往頻繁或重要的地方安裝控制裝置，例如：讀卡器、鍵盤等

13、，人員要想進(jìn)入，必須有卡且輸入密碼正確，才能通過，大大增強(qiáng)了安全性。而傳統(tǒng)的機(jī)械門鎖僅僅是單純的機(jī)械裝置，無論結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多么合理，材料多么堅(jiān)固，人們總能通過各種手段把它打開。在小區(qū)等人流量大的地方由人來充當(dāng)保安控制和監(jiān)控人員流動(dòng)更是實(shí)際意義不大。智能化門禁管理方便了內(nèi)部管理，而且比傳統(tǒng)的門禁系統(tǒng)的安全性更高?；赗FID技術(shù)的門禁系統(tǒng)作為智能門禁系統(tǒng)中的“骨干”,已經(jīng)成為一項(xiàng)先進(jìn)的高科技技術(shù)防范和管理手段，在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科研、工業(yè)、博物館、酒店、商場(chǎng)、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、銀行、監(jiān)獄等，已成為安防技術(shù)重點(diǎn)研究和開發(fā)的方向。1.2 課題研究現(xiàn)狀 1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀1994年RFID技

14、術(shù)進(jìn)入中國，引發(fā)了中國RFID技術(shù)的應(yīng)用革命。在國內(nèi)，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，涉及到交通、商場(chǎng)、銀行、物流等各多個(gè)領(lǐng)域。智能門禁就是其中一個(gè)重要的組成部分。國內(nèi)從事門禁系統(tǒng)有門吉利、捷順、北京青云等公司。在技術(shù)方面，中國目前也有很多廠家，仿制國外優(yōu)秀的門禁系統(tǒng)，但生產(chǎn)IC卡和讀卡器的關(guān)鍵技術(shù)則被歐美國家和部分亞洲國家所壟斷，并且真正形成大批量生產(chǎn)的廠家還只有美國；德國、英國次之。雖然雖然國內(nèi)已經(jīng)實(shí)行“金卡工程”，并著力于發(fā)展非接觸式IC卡的技術(shù)，但是基于射頻識(shí)別的智能門禁系統(tǒng)的使用在國內(nèi)還處于發(fā)展?fàn)顟B(tài)，因此對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)在門禁系統(tǒng)方面應(yīng)用的理論及實(shí)際可行及實(shí)用性進(jìn)行研究是重中之重 2。2005年的

15、門禁行業(yè)是在整個(gè)安防行業(yè)集成化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的推動(dòng)下不斷完善的一年。隨著中國房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、智能建筑的推廣和智能小區(qū)安全防范工作的加強(qiáng)，門禁應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步拓展，2006年的門禁行業(yè)是高速發(fā)展的一年。雙總線的通訊模式、指紋等生物識(shí)別設(shè)備的集成管理及DVR系統(tǒng)的集成成為2006年門禁系統(tǒng)發(fā)展的亮點(diǎn)。另外，作為蓬勃發(fā)展的生物識(shí)別技術(shù)，隨著其辨別的辨別速度和辨別的準(zhǔn)確度的提高，以及人們對(duì)這類產(chǎn)品的進(jìn)一步了解，若價(jià)格因素能保持了人們可以接受的范圍內(nèi)，那這技術(shù)的應(yīng)用前景將會(huì)是非常廣闊的。1.2.2 國外研究現(xiàn)狀歐美門禁系統(tǒng)市場(chǎng)的發(fā)展已經(jīng)日趨成熟，產(chǎn)業(yè)分工細(xì)化，并且在國際市場(chǎng)上占有較大的份額。國外門禁系

16、統(tǒng)的知識(shí)品牌有美國的休斯(HID)、西屋(WSE)、洛泰克(NTK)，以色列的DDS、英國的集寶等品牌。當(dāng)今世界上非接觸式IC卡主流產(chǎn)品是PhiliPs公司的Miafer技術(shù)，己經(jīng)被制定為國際標(biāo)準(zhǔn)150/IEC14443TypeA標(biāo)準(zhǔn)。歐洲一些IC卡及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)。隨著其產(chǎn)業(yè)化的形成，各大公司由于其財(cái)力的雄厚、技術(shù)的先進(jìn)、市場(chǎng)的導(dǎo)向以及專業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，市場(chǎng)逐漸被壟斷，大公司越做越大，中小公司被淘汰或兼并。從目前全球門禁系統(tǒng)的前端輸入設(shè)備的水平及發(fā)展方向來看，雖然磁卡和接觸式IC卡在門禁系統(tǒng)的應(yīng)用中還有一部分市場(chǎng)，但從發(fā)展趨勢(shì)上看，除賓館鎖外，磁卡和

17、接觸式IC卡己在逐步地退出門禁系統(tǒng)市場(chǎng)。ATMEL公司生產(chǎn)的Temic非接觸式IC卡是一種ID(身份)識(shí)別卡片，信息容量為264位EEPROM，采用125KHz工作頻率，是一種低頻無源卡，操作距離5-10cm。相應(yīng)的讀寫基站芯片為U2270B，此芯片在身份識(shí)別、考勤控制等方面得到了應(yīng)用。瑞士EM公司的H40OI非接觸IC卡，信息容量為64位EEPROM，采用125KHz工作頻率，也是低頻無源卡。美國TI公司的ID卡是一種低頻只讀卡，內(nèi)部有8字節(jié)(64位)ID號(hào)碼，己應(yīng)用在門禁考勤系統(tǒng)中。Philips公司的Mifare IC卡系列產(chǎn)品有三大類:Mifare Standard，Mifare li

18、ght，Mifare PLUS(第一代)和MifarePRO(第二代)。最近又推出一種新型Mifare卡，即Mifare ultralight非接觸式IC卡，有512字節(jié)EEpROM，專用于車票系統(tǒng)，此卡最大的特點(diǎn)是交易時(shí)間只有31.4ms，比其它Mifare卡要短得多3。1.3 門禁系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的門禁被逐漸取代并向智能化發(fā)展?；赗FID的智能門禁系統(tǒng)絕對(duì)是未來的主流，已占據(jù)目前約9成的市場(chǎng)。生物識(shí)別雖然安全性上也許更高些，但其價(jià)格的高昂阻礙了它走入人們的日常生活。在非接觸式IC卡門禁系統(tǒng)銷售額中，卡片和讀卡器占了3成以上，飛利浦的Mifare卡是目前中國市場(chǎng)上最

19、主要產(chǎn)品4。RFID技術(shù)以其更快的響應(yīng)速度和更高的頻率成為目前的潮流。未來國內(nèi)門禁系統(tǒng)發(fā)展方向?yàn)榛诖笕萘縄C卡、基于開放式通道、基于消費(fèi)系統(tǒng)、基于傳統(tǒng)門禁系統(tǒng)、基于LANWAN網(wǎng)絡(luò)管理，真正實(shí)現(xiàn)的一卡通系統(tǒng)。雖然這樣，但不少廠家認(rèn)為，一味地追求新技術(shù)和一卡通的理念實(shí)現(xiàn)，并不能給實(shí)際應(yīng)用帶來成功，反而會(huì)造成資金的浪費(fèi)，造成整個(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。所以，目前中國市場(chǎng)上一卡通標(biāo)準(zhǔn)還不是很規(guī)范，所以需要大家一起來制定標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展5。1.4 課題設(shè)計(jì)任務(wù)智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為兩個(gè)部分:外圍硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)包括射頻系統(tǒng)外圍電路的設(shè)計(jì)；軟件系統(tǒng)包括非接觸式IC卡讀寫程序、LCD顯示程序、密

20、碼驗(yàn)證及重置程序的設(shè)計(jì)編寫。此門禁系統(tǒng)基于RFID射頻識(shí)別技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)IC卡識(shí)別，并可完成顯示IC卡卡號(hào)、進(jìn)行密碼驗(yàn)證、重置密碼的功能。1.5 論文結(jié)構(gòu)第1章：簡要概述了課題研究現(xiàn)狀、課題研究的相關(guān)內(nèi)容和論文主要結(jié)構(gòu)。第2章：介紹基于RFID技術(shù)的門禁系統(tǒng)理論基礎(chǔ)。第3章：基于RFID技術(shù)的門禁系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，主要介紹單片機(jī)STC89C52及LCD12864模塊及其接口電路。第4章：基于RFID技術(shù)的門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。第2章 基于RFID技術(shù)的門禁系統(tǒng)理論基礎(chǔ)2.1 射頻識(shí)別技術(shù)概述2.1.1 射頻識(shí)別技術(shù) 射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification,RFID)技術(shù)是

21、從八十年代逐漸走向成熟的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。射頻識(shí)別是無線電識(shí)別的簡稱，它源于無線電通信技術(shù)，綜合了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)智能控制、智能識(shí)別等高新技術(shù)，順應(yīng)了電子商務(wù)、交通運(yùn)輸、物流管理的發(fā)展需要。是當(dāng)前最受人們關(guān)注的技術(shù)之一。射頻識(shí)別技術(shù)具有非接觸、自動(dòng)完成識(shí)別過程、不易損壞、可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大等優(yōu)點(diǎn)，極大地加速了有關(guān)信息的收集和處理，在近年來獲得了極為迅速的發(fā)展6。2.1.2 射頻識(shí)別技術(shù)的分類RFID系統(tǒng)的分類方法主要有以下幾種：根據(jù)系統(tǒng)采用的頻率不同可分成低頻系統(tǒng)和高頻系統(tǒng)。低頻

22、系統(tǒng)的工作頻率一般小于30MHz，典型的工作頻率有：125KHz、13.56MHz等，其基本特點(diǎn)是成本較低、電子標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量較少、感應(yīng)范圍較?。o源情況，與讀卡器距離約為10cm時(shí)才可感應(yīng)）、電子標(biāo)簽外形多樣（卡狀、環(huán)狀、筆狀），不適合高速運(yùn)動(dòng)的物體等。高頻系統(tǒng)的工作頻率一般大于400MHz，典型的工作頻段有：915MHz、5800MHz等，其基本特點(diǎn)是電子標(biāo)簽及閱讀器成本較高、標(biāo)簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較大、感應(yīng)距離較遠(yuǎn)（可達(dá)幾米至十幾米）、外形一般為卡狀、適應(yīng)物體高速運(yùn)動(dòng)性能好等7。按射頻卡有無電池可分為無源系統(tǒng)和有源系統(tǒng)。有源系統(tǒng)中電子標(biāo)簽內(nèi)裝有電池，一般具有較遠(yuǎn)的閱讀距離，使用壽命取決于

23、電池容量。無源系統(tǒng)中電子標(biāo)簽內(nèi)無電池，一般識(shí)別距離短，但與有源系統(tǒng)相比，對(duì)工作環(huán)境要求不高并且壽命較長。根據(jù)工作方式的不同還可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式。主動(dòng)式系統(tǒng)主要用于有障礙物的應(yīng)用中，距離更遠(yuǎn)(可達(dá)30米)； 被動(dòng)式系統(tǒng)主要在門禁或交通應(yīng)用中。根據(jù)射頻卡讀寫方式的不同可分成可讀寫(RW)卡、一次寫入多次讀出(WORM)卡和只讀(RO)卡。RW卡成本較WORM卡和RO卡相比要高,而且寫入數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時(shí)間要遠(yuǎn)大于讀取數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時(shí)間。用戶可以一次性將信息寫入WORM卡,寫入后數(shù)據(jù)不能改變。RO卡存有一個(gè)唯一的號(hào)碼。只可讀取，不能修改,雖然安全性較高，但用途有限。2.1.3 射頻識(shí)別系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)圖2

24、-1 RFID系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)圖典型RFID系統(tǒng)（如圖2-1所示）由應(yīng)答器（Tag）、讀寫器（Read and Write Device）以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等組成。讀寫器由無線收發(fā)模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成。應(yīng)答器也稱電子標(biāo)簽，它具有可存儲(chǔ)讀寫信息及對(duì)信息進(jìn)行加密的能力，是射頻識(shí)別系統(tǒng)主要的核心。在閱讀器的感應(yīng)范圍之外，電子標(biāo)簽無源無法工作，只有在閱讀器感應(yīng)范圍之內(nèi)，電子標(biāo)簽才是有源的。應(yīng)答器工作所需的能量，是通過讀寫器的耦合單元傳輸給應(yīng)答器的。應(yīng)答器如果是無源系統(tǒng)，即應(yīng)答器內(nèi)不含電池，則應(yīng)答器工作的能量是由讀寫器發(fā)出的射頻脈沖提供8。應(yīng)答器如果是有源系統(tǒng)，即應(yīng)答器內(nèi)含有電池，則應(yīng)答器工作能

25、量和工作壽命有電池決定。2.1.4 射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作原理實(shí)用RFID系統(tǒng)為無源系統(tǒng)，即射頻卡能量由讀寫器發(fā)出的射頻脈沖信號(hào)提供。無源系統(tǒng)的通信優(yōu)劣取決于讀寫器發(fā)出的脈沖信號(hào)能否被射頻卡完整接受。當(dāng)射頻卡進(jìn)入讀卡器接受范圍后，如果接收到讀卡器發(fā)出的射頻信號(hào)，就能憑借產(chǎn)生的感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在卡片中的信息，通過讀卡器的處理，將信息送至信息管理系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理9。2.2 非接觸式讀卡芯片MFRC5222.2.1 MFRC522概述MFRC522是應(yīng)用于13.56MHz 非接觸式通信中高集成度讀寫卡系列芯片中的一員，是NXP公司推出的一款非接觸式讀寫卡芯片。MFRC522利用了先進(jìn)的

26、調(diào)制和解調(diào)的技術(shù)，完全集成了在13.56MHz下所有類型的通信協(xié)議，支持多種工作在13.56MHz下的射頻卡讀寫操作 10。其內(nèi)部發(fā)送器部分可驅(qū)動(dòng)讀寫器天線與射頻卡和應(yīng)答機(jī)的通信，無需其它的電路。2.2.2 MFRC522特性1）高集成度的調(diào)制解調(diào)電路2）支持 ISO/IEC 14443 TypeA 和MIFARE通信協(xié)議3）支持多種工作頻率為13.56M的射頻卡的信息讀寫4）支持在線SPI編程5）雙向數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)424kbit/s6）64字節(jié)的發(fā)送和接收緩沖區(qū)7）靈活的中斷模式8）可編程定時(shí)器9）內(nèi)部振蕩器，晶振頻率為 27.12MHz 10）采用相互獨(dú)立的多組電源供電，提高工作的穩(wěn)定性

27、及安全性11）采用硬件掉電、軟件掉電和發(fā)送器掉電3種節(jié)電模式112.2.3 MFRC522管腳排列MFRC522管腳如圖2-2所示：圖2-2 MFRC522引腳圖2.3 本章小結(jié)本章對(duì)基于RFID技術(shù)的門禁系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)進(jìn)行簡單的介紹，重點(diǎn)講述了RFID技術(shù)概念和原理，并介紹了射頻芯片MFRC522。第3章 門禁系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本電路是由STC89C52 單片機(jī)為控制核心，射頻卡信息由MFRC522模塊讀出，通過MCU在LCD12864上顯示，通過按鍵完成密碼驗(yàn)證和修改密碼的功能。整個(gè)門禁系統(tǒng)框圖如圖3-1所示。 圖3-1 門禁系統(tǒng)框圖 3.1 STC89C52主控模塊 3.1.1 STC89C5

28、2簡介 STC89C52是宏晶科技發(fā)行的一款兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容的51單片機(jī)。傳統(tǒng)的8051系列單片機(jī)只有128-256個(gè)字節(jié)RAM可使用，對(duì)于工程量較大的程序設(shè)計(jì)時(shí)往往會(huì)不夠用。而STC89C52RC系列單片機(jī)擴(kuò)展了256個(gè)字節(jié)RAM，拓展的容量，在應(yīng)用中漸漸取代傳統(tǒng)單片機(jī)被廣泛應(yīng)用。STC89C52還擁有8K字節(jié)在線可編程的Flash存儲(chǔ)器、支持在線SPI編程、32個(gè)雙向數(shù)據(jù)I/O口線、兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和全雙工UART串行通道12。3.1.2 STC89C52主要特性 1）與MCS-51 兼容 2）壽命：1000次擦/寫 3）據(jù)保留時(shí)間

29、：10年 4）全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz 5）512M內(nèi)部RAM 6）32雙向數(shù)據(jù)I/O線 7）兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 8）5個(gè)中斷源 9）可編程串行通道 10）芯片內(nèi)自帶振蕩器和時(shí)鐘電路133.1.3 STC89C52管腳說明 圖3-2 STC89C52管腳圖VCC：電源電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位雙向I/O口，內(nèi)部不提供上拉電阻。連接電路時(shí)需外接上拉電阻。P0口緩沖器能接受輸出8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫入“1”時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠作為外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，暫時(shí)存儲(chǔ)外部輸入數(shù)據(jù)而不需反復(fù)輸入。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，

30、P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。由于內(nèi)部上拉的緣故，P1口管腳寫入“1”后，其管腳電平被上拉電阻拉高，此時(shí)管腳用作輸入。P1口被上拉電阻下拉為低電平時(shí)，此時(shí)管腳作為將輸出電流端口用。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收輸出4個(gè)TTL門電流。由于內(nèi)部上拉的緣故，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳電平被上拉電阻拉高，且作為輸入。P2口被上拉電阻下拉為低電平時(shí)，此時(shí)管腳作為將輸出電流端口用。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口用來接收高八位地址和控制信號(hào)。P3口：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P3口緩沖器可接收輸出4個(gè)TTL門電流。對(duì)P3口管腳寫

31、入“1”時(shí)，其管腳電平被上拉電阻拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。P3口也作為STC89C52的第二功能使用14。具體功能如表3-1所示：表3-1 P3口功能表端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0（外部中斷0）P3.3INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時(shí)器0）P3.5T1（記時(shí)器1）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）RST：復(fù)位輸入，高電平有效。當(dāng)需對(duì)器件進(jìn)行復(fù)位時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG： ALE是地址鎖存允許信號(hào)端，低電平有效。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編

32、程脈沖。PORG為編程脈沖的輸入端。當(dāng)ALE/PROG接上低電平的時(shí)候，單片機(jī)對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取時(shí)，用來鎖住地址線的低位地址。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，在此期間數(shù)據(jù)輸入都存入外部程序存儲(chǔ)器，不管內(nèi)部程序存儲(chǔ)器是否有空間存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及外部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：反向振蕩放大器的輸出及外部時(shí)鐘工作電路的輸出。3.1.4 STC89C52最小系統(tǒng)接口電路單片機(jī)最小系統(tǒng)接口電路如圖3-3

33、所示：圖3-3 最小系統(tǒng)接口圖3.2 LCD12864液晶顯示模塊圖3-3 最小系統(tǒng)接口圖3.2.1 LCD12864簡介帶中文字庫的12864是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有簡體中文字庫的圖形液晶顯示模塊，內(nèi)部含8192個(gè)漢字，其顯示分辨率為12864 15。利用該模塊靈活的接口方式，通過簡單的代碼編寫，可在界面上顯示漢字和圖形。而且由于其工作電壓和功率較同類型顯示圖形漢字的點(diǎn)陣模塊低，且硬件電路和程序都簡單的多，因此LCD12864與同類型點(diǎn)陣相比，有更廣闊的市場(chǎng)。3.2.2 LCD12864分類12864點(diǎn)陣液晶顯示屏有三種控制器，分別是KS0107（KS0

34、108）、T6963C和ST7920。三種控制器主要區(qū)別是：KS0107（KS0108）不帶任何字庫、T6963C帶ASCII碼，使用前兩種LCD若要顯示漢字，則需要通過字模軟件，將漢字取模后進(jìn)行編譯才可顯示，而ST7920自帶國標(biāo)二級(jí)字庫（8千多個(gè)漢字），可自動(dòng)顯示漢字。以此，在需要顯示字的情況下，使用ST7920控制器的12864更受歡迎。3.2.3 12864管腳說明 表3-2 12864管腳功能管腳號(hào)管腳名稱方向管腳功能描述1VSS電源地2VCC電源正3VOLCD驅(qū)動(dòng)電壓輸入端4RS(CS)H/L并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號(hào)；串行的片選信號(hào)5R/W(SID)H/L并行的讀寫選擇信號(hào)；串行的

35、數(shù)據(jù)口6E(SCLK)H/L并行的使能信號(hào)；串行的同步時(shí)鐘7DB0H/L數(shù)據(jù)08DB1H/L數(shù)據(jù)19DB2H/L數(shù)據(jù)210DB3H/L數(shù)據(jù)311DB4H/L數(shù)據(jù)412DB5H/L數(shù)據(jù)513DB6H/L數(shù)據(jù)614DB7H/L數(shù)據(jù)715PSBH/L并串行選擇口：H-并口方式，L-串行方式16NC空腳17/RESETH/L復(fù)位端，低電平有效18NC空腳19AVDD背光源正端（+5V）20KVSS背光源負(fù)端（-0V）LCD連接電路中，兩側(cè)1、2和20、19腳分別接地和+5V。V0為LCD驅(qū)動(dòng)電壓輸入端，與一個(gè)三端滑動(dòng)變阻器相連，這樣通過調(diào)整V0端輸入電壓，可實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD液晶屏對(duì)比度的調(diào)整，它決定了LC

36、D能否正常顯示數(shù)據(jù)及顯示的效果16。3.2.4 LCD12864基本特性（1）顯示分辨率:12864點(diǎn)（2）內(nèi)置128個(gè)168點(diǎn)陣字符（3）內(nèi)部含有繁體、簡體中文字庫，包括含8192個(gè)漢字（4）低電源電壓（VDD:+3.0-+5.5V）（5）2MHZ時(shí)鐘頻率 （6）顯示方式：STN、正顯、半透（7）工作溫度: 0-+55 ,存儲(chǔ)溫度: -20- +60（8）通訊方式：串行、并行（9）內(nèi)置轉(zhuǎn)換電路，無需轉(zhuǎn)換電壓或外加負(fù)壓 173.2.5 12864與89C52接口圖3-4 12864與MCU接口電路3.3 按鍵本系統(tǒng)使用三個(gè)按鍵順序控制而非4*4鍵盤實(shí)現(xiàn)密碼輸入驗(yàn)證及修改功能。三個(gè)按鍵分別接89

37、C52的P3.5、P3.6、P3.7口，通過軟件程序，實(shí)現(xiàn)一個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)+1，多次按壓則多次+1；一個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)-1，多次按壓則多次-1；另一按鍵作為功能鍵，實(shí)現(xiàn)數(shù)位變動(dòng)及確定功能。3.4 本章小結(jié)本章對(duì)系統(tǒng)的外圍電路進(jìn)行了分析。圖3-5為完整的電路圖：圖3-5 總體設(shè)計(jì)圖第4章 門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 Keil C51開發(fā)系統(tǒng)Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。Keil C51軟件以其豐富的庫函數(shù)、強(qiáng)大的開發(fā)功能和超高的代碼生成率成為單片機(jī)C51開發(fā)所用到的主要調(diào)試工具 18。C51有6種編譯時(shí)間庫，支持絕大部分ANSIC-C函數(shù)，它們

38、適用于不同的應(yīng)用存儲(chǔ)模式。6種庫文件如表4-1所示：表4-1 C51六種庫文件庫文件說明C51S.LIB小模式，無浮點(diǎn)計(jì)算C51L.LIB大模式，無浮點(diǎn)計(jì)算C51C.LIB緊湊模式，無浮點(diǎn)計(jì)算C51FPS.LIB小模式，有浮點(diǎn)計(jì)算C51FPL.LIB大模式，有浮點(diǎn)計(jì)算C51FPC.LIB緊湊模式，有浮點(diǎn)計(jì)算Keil C51程序編譯界面： 圖4-1 Keil編譯界面4.2 LCD顯示程序設(shè)計(jì)這里采用8位并行接口方式對(duì)12864進(jìn)行操作，D0-D7與單片機(jī)P0.0-P0.7對(duì)接，由89C52的P0端口作為數(shù)據(jù)的輸入端口。對(duì)RS、PSB等控制引腳進(jìn)行定義：sbit RS = P10;sbit WRD

39、 = P11;sbit E= P12;sbit PSB = P13;sbit RES = P14;4.2.1 LCD初始化圖4-2 LCD初始化流程圖void initinal(void) LCDdelay(40); /大于40MS的延時(shí)程序PSB=1; /設(shè)置為8BIT并口工作模式LCDdelay(1); /延時(shí)RES=0; /復(fù)位LCDdelay(100); /大于100uS的延時(shí)程序TransferData(0x30,0); /Function SetLCDdelay(100); /大于100uS的延時(shí)程序TransferData(0x10,0); /Cursor Display Con

40、trol光標(biāo)設(shè)置LCDdelay(100); /大于100uS的延時(shí)程序TransferData(0x0C,0); /Display Control,D=1,顯示開LCDdelay(100); /大于100uS的延時(shí)程序TransferData(0x01,0); /Display ClearLCDdelay(100); /大于100uS的延時(shí)程序4.2.2 LCD顯示1）BF的判斷bit isbusy(void) / 判斷是否忙？busy=1，表示忙；busy=0，表示不忙；bit busy;RS=0;RW=1;EP=1;delay 1ms(4);Busy=(P1&0x80);EP=0;Ret

41、urn(busy);本程序作用是用來判斷LCD當(dāng)前狀態(tài)，BF狀態(tài)字決定了LCD模塊的工作狀態(tài)，當(dāng)處于忙狀態(tài)時(shí)，此時(shí)模塊不接受外部指令和數(shù)據(jù)，BF=0時(shí),模塊為準(zhǔn)備狀態(tài),可對(duì)外部指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。因此，對(duì)LCD進(jìn)行操作之前，要對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行判斷。2）寫指令和數(shù)據(jù)void writedata(unsighed char dat) /寫數(shù)據(jù)模式while(isbusy()=1); /判斷BF是否忙RS=1;RW=0;EP=0;delay 1ms(2);P1=dat;delay1 ms(5);EP=1;delay 1ms(5);EP=0;void writecode(unsigned char d

42、at) /寫指令模式while(isbusy()=1); /判斷BF是否忙RS=0;RW=0;EP=0;delay 1ms(2);P1=dat;Delay 1ms(5);EP=1;delay 1ms(5);EP=0;在寫數(shù)據(jù)和指令之前，先對(duì)LCD狀態(tài)進(jìn)行判斷。當(dāng)BF=0，即LCD非忙時(shí)，即可進(jìn)行寫入指令和數(shù)據(jù)的操作。寫入指令還是數(shù)據(jù)由RS,RW,EP三個(gè)引腳來確定。當(dāng)三個(gè)引腳分別為1,0,0時(shí)，為寫入數(shù)據(jù)模式；三個(gè)引腳為0,0,0時(shí)，為寫入指令模式。3）顯示圖4-3 LCD顯示流程圖void lcd_mesg(uchar code *adder1)uchar i;TransferData(0x

43、80,0); /Set Graphic Display RAM AddressLCDdelay(100);for(i=0;i32;i+)TransferData(*adder1,1);adder1+;TransferData(0x90,0); /Set Graphic Display RAM AddressLCDdelay(100);for(i=32;i64;i+)TransferData(*adder1,1);adder1+;/*顯示上半屏內(nèi)容設(shè)置for(i=0;i32;i+) / TransferData(0x80 + i),0); /SET 垂直地址 VERTICAL ADDTransf

44、erData(0x80,0); /SET 水平地址 HORIZONTAL ADDfor(j=0;j16;j+)TransferData(*adder,1);adder+; /*顯示下半屏內(nèi)容設(shè)置for(i=0;i32;i+) /TransferData(0x80 + i),0); /SET 垂直地址 VERTICAL ADDTransferData(0x88,0); /SET 水平地址 HORIZONTAL ADDfor(j=0;j16;j+)TransferData(*adder,1);adder+;4）初始畫面顯示uchar code Menu=/0x80ok歡迎您使用本系統(tǒng)/0x88ok

45、 按任意鍵進(jìn)入 /0x90ok=/0x98ok;main() WDT_Disable;EA=1; /單片機(jī)中斷允許WDT_Enable;initinal(); /調(diào)用LCD字庫初始化程序Delay_ms(250);lcd_mesg(Menu); /顯示菜單0系統(tǒng)初始界面如圖4-4所示：圖4-4 系統(tǒng)初始界面5）刷卡界面顯示while(K1=1&K2=1&K3=1) /按任意鍵進(jìn)入WDT_Feed; uchar code Menu_0= 請(qǐng)刷卡 /0x80ok卡號(hào): /0x90ok=/0x88ok密碼: /0x98ok;initinal(); /調(diào)用LCD字庫初始化程序Delay_ms(250)

46、;lcd_mesg(Menu_0); /顯示菜單1圖4-5 刷卡界面4.3按鍵程序設(shè)計(jì) 4.3.1 密碼驗(yàn)證圖4-6 密碼驗(yàn)證流程圖char code Menu_2=歡迎您使用本系統(tǒng)/0x80ok 密碼正確 /0x90ok 是否修改密碼? /0x88ok YES NO /0x98ok;/密碼輸入完畢if(Mode=5)Mode=1;OK_temp=0;S=SSSS_MM0*1000+SSSS_MM1*100+SSSS_MM2*10+SSSS_MM3;/認(rèn)證成功if(S=money)lcd_init_T();Delay_ms(250);lcd_mesg(Menu_2); /顯示菜單2圖4-7 密

47、碼驗(yàn)證顯示圖4.3.2 密碼修改圖4-8 密碼修改流程圖/按下+if(K1=0)write_data(0+SSSS_MM0);write_data(0+SSSS_MM1);write_data(0+SSSS_MM2);write_data(0+SSSS_MM3);lcd_pos(3,2+Mode);K1鍵實(shí)現(xiàn)相加功能，連續(xù)按下實(shí)現(xiàn)0-9之間切換。/按下-if(K2=0)write_data(0+SSSS_MM0);write_data(0+SSSS_MM1);write_data(0+SSSS_MM2);write_data(0+SSSS_MM3);lcd_pos(3,2+Mode);K2鍵實(shí)

48、現(xiàn)相減功能，連續(xù)按下實(shí)現(xiàn)9-0之間切換。/按下功能鍵if(K3=0)Delay_ms(20);while(K3=0)Mode+;lcd_pos(3,2+Mode);K3為功能鍵，前三次按下功能鍵實(shí)現(xiàn)移位功能，光標(biāo)分別切換至1、2、3、4位。第四次按下實(shí)現(xiàn)確定功能，即輸入完畢后將數(shù)據(jù)輸入MCU并進(jìn)行處理。uchar code Menu_3= 請(qǐng)輸入新密碼 /0x80ok卡號(hào): /0x88ok=/0x90ok密碼: /0x98okinitinal(); /調(diào)用LCD字庫初始化程序Delay_ms(10);lcd_init_T();Delay_ms(10);lcd_mesg(Menu_3); /顯示

49、菜單3修改密碼界面如圖4-9所示：圖4-9 輸入新密碼界面圖4-9 修改密碼界面4.4本章小結(jié)本章介紹了系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)。畫出各模塊的框圖，可使整個(gè)設(shè)計(jì)流程一目了然，比如要實(shí)現(xiàn)什么功能，在哪塊還有問題需要解決和改進(jìn)。軟件編寫時(shí)，記的加上注釋，這在以后檢查時(shí)很有幫助。結(jié) 論經(jīng)過三個(gè)多月的努力，終于如期完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)這艱巨的任務(wù)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，出現(xiàn)過很多的難題，但都在老師和同學(xué)的幫助下順利解決了。本系統(tǒng)基本達(dá)到了預(yù)期的要求，可以實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）IC卡進(jìn)行讀?。?）將卡號(hào)信息顯示在LCD上（3）通過按鍵可輸入密碼（4）進(jìn)行密碼驗(yàn)證（5）修改密碼雖然本次設(shè)計(jì)的門禁系統(tǒng)基本完成了設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)想的功能，但由于學(xué)識(shí)及設(shè)計(jì)能力有限，還有許多功能有待開發(fā)，具體可改進(jìn)的設(shè)計(jì)如下：（1）可將按鍵輸入該為4*4鍵盤輸入：可以增加功能，如退鉻、清除；單個(gè)鍵實(shí)現(xiàn)單個(gè)功能，不必一鍵多用。如功能鍵實(shí)現(xiàn)切換、確定。（2）界面修改：增加刷卡、輸入密碼成功后歡迎界面。（3）增加時(shí)鐘：記錄刷卡時(shí)間。（4）上位機(jī)通訊：將刷卡信息通過串口傳給上位機(jī)，對(duì)刷卡人員、時(shí)間等信息進(jìn)行處理，存入數(shù)據(jù)庫，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)刷卡門禁系統(tǒng)的管理。謝 辭經(jīng)過三個(gè)多月的努力，終于完成了這次的畢業(yè)設(shè)