基于单片机IC卡门禁系统的设计与实现(2)

3.2 IC卡读写子程序设计 .................................................................................. 14 3.3 键盘扫描程序的设计 ................................................................................... 15 3.4 LCD1602液晶显示子程序 .......................................................................... 17 3.5 电子锁门禁开关子程序设计 ....................................................................... 18 3.6 报警子程序设计 ........................................................................................... 18 4 系统的焊接与调试 ............................................................................................... 19 4.1 系统硬件焊接与调试 ................................................................................... 19 4.2 系统软件调试 ............................................................................................... 19 结语 ............................................................................................................................. 21 参考文献 ..................................................................................................................... 22 附录一 电路图 ........................................................................................................... 23 附录二、程序源代码 ................................................................................................. 24

1 系统总体方案设计

1.1 系统设计原理

本系统是基于STC89C52单片机设计的IC卡门禁系统。系统由两个部分构成：硬件电路部分和软件部分。硬件部分主要是电路板的设计与制作，软件部分主要是各个模块的驱动及总程序调试与实现。

硬件电路主要由：51单片机最小系统、射频IC卡模块、LCD1602液晶显示模块、报警提示模块、4X4键盘模块、电子锁继电器模块、电源模块等构成。设计硬件电路结构如下图所示。

电源模块 IC卡读卡模块 单片机 STC89C52 LCD1602液晶显示模块 蜂鸣器/LED报警提示模块 4X4键盘模块 电子锁门禁继电器驱动模块 时钟电路 图1.1 系统总体框图

1.2 硬件方案的选择

1.2.1 主控制芯片的选择

方案一：采用ARM9微处理器作为控制器。

ARM9引系列处理器是英国ARM公司设计的主流嵌入式处理器 ARM9内核是0.9MIPS/MHz的三级流水线和冯·诺伊曼结构； ARM9内核是5级流水线，提供1.1MIPS/MHz的哈佛结构。 ARM7没有MMU,ARM720T是MMU的 ,ARM9主要包括ARM9TDMI和ARM9E-S等系列ARM9是有MMU的，ARM940T只有Memory protection unit.不是一个完整的MMU。ARM7是典型的微处理器，体积小、处理能力强、功耗低，但价格昂贵，会照成产品成本增加。

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方案二：采用STC89C52单片机作为为控制

STC89C52单片机是对目前所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。需要注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力。51成本低廉，使用方便，适合与本系统的温度检测与控制。

综上分析，我们采用了第二个方案，即采用STC89C52单片机作为主控制芯片。 1.2.2 显示模块的选择 方案一：采用数码管显示。

数码管显示具有亮度高、显示简单简洁、成本低廉，可靠性高、响应速度快等有点。但如果采用想要显示要想让能见度较远并且醒目的同时又要显示汉字、图片等丰富的信息，则需要的液晶屏就要足够大成本也就很高。电路复杂需器件也高。

方案二：采用LCD1602液晶显示.

LCD128X64 是一种具有4 位/8 位并行、2 线或3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体 中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64, 内置8192 个16*16 点汉字，和128 个16*8 点ASCII 字符 集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。

LCD1602液晶器件与数码管显示模块相比，在硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该器件的价格始终，批量价格更低。而且显示平稳、省电、美观，更容易实现题目要求，对后续的功能兼容性高。软件操作简单，可操作性强。 综上分析，我们采用了第二个方案。 1.2.3 电源电路的比较与选择 方案一：采用USB供电

电脑的电源是通过电脑适配器将220V AC 转换成了12V DC直流，电脑USB接口可以提供稳定的5V直流电压。完全能够满足5V单片机系统的供电需要，并且

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电源稳定、即插即用，功耗低使用非常方便。

方案二：自制直流稳压电源模块。将插线板电源经过变压、整流、滤波、稳压后输出。为系统提供稳定可靠的电源。自制电源会增加硬件成本，同时高压转抵押也带来不稳定等因素，因此不采用此方法。

由于USB供电具有即插即用的特点，方便实用，因此我们选择第一个方案。 1.2.4 键盘输入电路的选泽 方案一：采用独立按键电路输入

独立按键结构简单使用它方便，只需要单片机IO口和地跨接即可，当按下按键时候单片机IO口电压被拉低，单片机就可以检测到此电压的变化，一次来判断是否有按键按下。但缺点是占用较多的IO口资源。本系统需要按键数目较多，因此此方法不可行。

方案二：采用4*4矩阵键盘模块。

在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图1所示。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是不合理的。 综上，本系统设计的门禁系统，需要输入密码至少需要0-9 确认、退出等功能按键，因此举证键盘是最好的选择，故选择方案2。 1.2.5 电子锁门禁驱动电路的选择

方案一：采用S8550三极管、继电器驱动。

S8550是一种常用的普通三极管。 它是一种低电压，大电流，小信号的PNP型硅三极管。三极管驱动具有电路结构简单，成本低廉等特点。

继电器是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

本系统采用S8850三极管增大驱动电流以驱动继电器开关，进而来控制电子锁

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部件。

方案二：采用L298N驱动芯片。

L298N 是一种双H桥电机驱动芯片，其中每个H桥可以提供2A的电流，功率部分的供电电压范围是2.5-48v，逻辑部分5v供电，接受5vTTL电平。LN298内部继承大功率H桥路。具有稳定性高、使用简单，驱动力大等特点。 光耦合器亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换

由于L298N芯片器件成本较高，会大大加大开发成本，同时光耦元件适用于高速低电压的开关场合，因此本方案不可取。 综上分析，我们采用了第二个方案。 1.2.6 数据存储芯片的选泽

方案一：采用单片机自带的EEPROM存储数据。

STC89C52单片机片内自带了2K的EEPROM闪存。改闪存可以反复擦除和读写很多次，使用起来方便快捷、而且不增加成本。 方案二：采用AT24C02存储芯片。

AT24C02是TI公司退出的典型的基于IIC总线协议的DIP8封装的偏外存储芯片。其内部是一个2K位串行CMOS E2PROM， 内部含有256个8位字节。AT24C02支持I2C，总线数据传送协议I2C，总线协议规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器。任何从总线接收数据的器件为接收器。数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。通过器件地址输入端A0、A1和A2可以实现将最多8个AT24C02器件连接到总线上。但此芯片价格昂贵，需要增加外部电路和硬件成本，因此不可取。

综上分析，我们采用了第一个方案。

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