毕业设计论文—基于单片机控制的射频ID卡考勤机的设计-精品 - 图(4)

表2-5 TS12864引脚功能

引脚号 1 2 3 4 5 6 7-14 15 16 17 18 19 20 名称 VSS VDD VO RS R/W E DB0-DB7 PSB NC /RES NC LED(+) LED(-) 接电源地线 接电源正极 提供LCD驱动电压 H:显示数据；L:显示指令 H:读信号；L:写信号 使能信号端 数据总线 模式选择。H:并行数据；L:串行数据 悬空 复位信号端 悬空 LED背光灯正极 LDE背光灯负极 功能描述 2.2 系统硬件电路模块

整个系统硬件主要由MCU小系统、电源模块、射频识别模块、预警模块、开关控制模块、数据存储模块及显示模块组成[2,4]。其中MCU小系统以AT89C52为核心配以复位电路和振荡电路构成；电源模块以L7805为核心构成整个系统的稳压电源部分；射频识别模块包含天线部分和射频识别集成电路部分；预警模块由LED灯和蜂鸣器组成；开关控制模块由4个独立按键组成；数据存储模块以AT24C16芯片为核心，对数据进行片外存储；显示模块为ST12864点阵液晶屏。 2.2.1 MCU小系统

（1） 单片机AT89C52

AT89C52作为主芯片对整个系统进行控制。 （2） 复位电路

在上电或复位过程中，控制CPU的复位状态：这段时间内让CPU保持复位状态，

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而不是一上电或刚复位完毕就工作，防止CPU发出错误的指令、执行错误操作，也可以提高电磁兼容性能。

单片机复位电路设计的好坏,直接影响到整个系统工作的可靠性。许多用户在设计完单片机系统,并在实验室调试成功后,在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等现象,这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。

单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。51系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。

1手动按钮复位 ○

手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平（图2-7所示）。一般采用的办法是在RST端和正电源VCC之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则VCC的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。

2上电复位 ○

上电复位电路（如图2-8所示），只要在RST复位输入引脚上接一电容至VCC端，下接一个电阻到地即可。对于CMOS型单片机，由于在RST端内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至1μF。上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着VCC对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平

图2-8 上电复位电路

图2-7 手动复位电路

持续时间取决于电容的充电时间。为了保证系统能够可靠地复位，RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。

上电时，VCC的上升时间约为10ms，而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶

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振频率为10MHz，起振时间为1ms；晶振频率为1MHz，起振时间则为10ms。在图2的复位电路中，当Vcc掉电时，必然会使RST端电压迅速下降到0V以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“l”态。如果系统在上电时得不到有效的复位，则程序计数器PC将得不到一个合适的初值，因此，CPU可能会从一个未被定义的位置开始执行程序[1,4,7]。

（3） 振荡电路

每个单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振的作用非常大，他结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。

振荡电路（如图2-9所示）的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用

图2-9 振荡电路

一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。 2.2.2 电源模块

电源模块以L7805芯片为核心，辅以相关电路构成，其主要作用就是对外部电压进行转换，输出稳定的+5V电压对系统进行供电[16]（其电路如图2-10所示）。 2.2.3 射频识别模块

图2-10 电源模块电路图

U2VCCCLKDATCPSW1SW2SW3SW4LEDGND12P3.23P3.3456789P3.410RF01D125KHZU47805INGND123OUTJ1CON3J2CON31235V+9VC410uFC510uF+5V射频识别模块是将从天线部分拾取的刷卡信

INDUCTOR息进行编码变换，即非接触式卡片进入天线（感应线圈）电磁场工作围内,引起电场振幅变化时,RF变换处理电路将这种振幅变化处理成脉冲波型变化，并送至存储器等候单片机微控制器的调用。其编码方式选用的是韦根编码。其硬件连

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L1A1ANTA2ANT 图2-11 射频识别电路连接图

123+5V

接如图2-11所示。将SW2设为高电平，SW3设为低电平，在这种模式下，射频识别模块编码输出方式为Wiegand 26；将CLK和DAT分别接单片机的外部中断引脚P3.2和P3.3采用中断触发单片机记录信息，可避免查询方式造成的信息丢失。 2.2.4 预警模块

预警模块是由2个LED灯（1个红色的，1个绿色的）和1个蜂鸣器以及相关的电路组成的。其作用是对刷卡的卡片进行卡类识别后的报警。其具体响应是：当识别为本地卡时，绿色

[9]

P3.0D1redR10470+5VP3.1D2greenLED灯闪亮提示安全通过；当识别为外来卡时，红色LED灯闪亮，同时蜂鸣器发出声音提示报警。整个模块的电路如图2-12所示。

对于LED灯的电路设计我原先的设计是用单片机的高电平驱动点亮，但实际上电运行时发现灯的亮

P3.5U6R8R91K30KBUZZERQ1R791K9013 图2-12 预警电路

度较暗，经研究发现是由于电路设计不够合理，导致电流较大，如此设计很有可能会对单片机的内部电路造成损伤，改正设计方案后问题就得到了解决。 2.2.5 数据存储模块

该模块的核心部分是AT24C16芯片，完成对数据的片外存储。因为单片机要对刷卡信息进行实时记录，因此数据不能存储于单片机内部，只能进行片外存储，考虑到51系列单片机的资源不是足够丰富，因此不能进行并行数据存储，选择串行数据传输更为合理。串行数据存储只占用单片机的2个引脚，其缺点在于时序有些复杂，对软件编写要求比较高。 2.2.6 开关控制模块

开关模块由4个独立的按键组成，分别分配给单片机的P2.5-P2.7以及P1.0端口。开关模块的作用是控制屏幕的内容显示和时间的校准，其电路图如图2-13所示。

当按键按下时，对应的单片机引脚高电平会被拉低，当检测到某引脚为低电平时就执行

图2-13 开关控制模块电路图

S2P2.5S3P2.6S4P2.7S5P1.0+5VR31KR41KR51KR61K相应的功能。开关控制模块的具体功能是：当S5偶数次按下时进入查询模式，即对

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刷卡信息进行查询，S2是向下翻屏，S3是向上翻屏；当S5奇数次被按下时就进入时间校准功能，即用按键S2-S4进行时间调节，其时间校准时的真值表如表2-6所示。

表2-6 开关控制模块时间校准真值表 S4 0 0 0 0 1 1 1 1 S3 0 0 1 1 0 0 1 1 S2 0 1 0 1 0 1 0 1 功能描述 无 调整年份 调整月份 调整日期 无 调整时针 调整分针 无 另外，由于键盘在执行的时候是有抖动延时的，在电子设计之中都会在硬件设置一个大约10毫秒的延时来解决键盘防抖动的问题。这部分我采用软件延时的方法解决。

2.2.7 液晶显示模块

U11234567891011121314151617181920P1.0(T2)P1.1(T2EX)P1.2P1.3P1.4P1.5(MOSI)P1.6(MISO)P1.7(SCK)RSTP3.0(RXD)P3.1(TXD)P3.2(INT0)P3.3(INT1)P3.4(T0)P3.5(T1)P3.6(WR)P3.7(RD)XTAL2XTAL1GNDVCCP0.0(AD0)P0.1(AD1)P0.2(AD2)P0.3(AD3)P0.4(AD4)P0.5(AD5)P0.6(AD6)P0.7(AD7)EA/VPPALE/PROGPSENP2.7(A15)P2.6(A14)P2.5(A13)P2.4(A12)P2.3(A11)P2.2(A10)P2.1(A9)P2.0(A8)AT89S52TS12864是尺寸为128x64的点阵液晶屏，可以显示4行，每行8个中文字（16个英文字母或字符）。由于刷卡后要查询信息，此液晶屏比多位数码管显示更为直观。

TS12864液晶显示模块是采用控制芯片ST7920来控制显示的。该显示+5V40393837363534333231+5V302928P2.727P2.626P2.52524232221U3+5V2019181716151413121110987654321LED(-)LED(+)NCRSTNCPSBDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0ER/WRS(D/I)VOVDDVSSST12864A-3器能够使用串口和并口两种接线方式。并口可以选择4线和8线两种。为了方

图2-14 液晶模块电路图

便软件部分的处理，我选择并口8线的连接方式，其电路如图2-14所示。

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