单片机原理及接口技术论文侯凯.doc

1、 单片机原理及接口技术论文题 目： 门禁系统设计学 校： 辽宁石油化工大学班 级： 学 号： 姓 名 ：侯凯目录一、 系统设计1. 系统方案的比较（1 ）选题论证（2 ）方案选择2. CPU 的选择3. 关于射频卡的选择二、 硬件电路的设计1. 基本原理：2. 资源分配：3. 最小系统设计：4. 各部分电路原理：1) 门控锁电路：2) 蜂鸣器电路：3) 控制工作指示灯：4) 出门按钮：5) 读卡模块：6) 显示模块：三、 软件设计1. 流程图：2. 程序清单：3. 子程序分析：1) 显示程序：2) 延时程序：四、 实现功能五、 创新性六、 结束语七、 参考文献八、 附录1. 元件清单：门禁系统

2、设计摘要：门禁系统采用 89S52 单片机作为控制核心，外围加蜂鸣器控制电路、开门指示灯电路、电控锁控制电路以及 8 位数码管显示电路等。门禁系统主要组成：由 CPU、复位电路、电源指示、工作指示、振荡电路、蜂鸣器电路、门控锁电路、出门按钮、读卡模块、显示模块等组成。采用射频卡完成刷卡进门，按钮出门功能。其门禁系统的工作原理：当刷卡时，蜂鸣器响一下，如卡权限获得允许，显示模块显示卡号，同时继电器动作将门锁打开，指示灯点亮，延时一段时间后继电器再次动作将门锁锁闭，指示灯熄灭。当按下出门按钮时，继电器动作将门锁打开，指示灯点亮，延时一段时间后继电器再次动作将门锁锁闭，指示灯熄灭。程序中增加了射频卡

3、权限判断，当遇到合法卡时显示卡号，门锁打开，延时 10s自动关闭，非法卡不显示卡号门锁不开。本系统设计简单、性能优良，具有一定的实用性。关键词：门禁；电控锁；控制一、系统设计1.系统方案的比较（1）选题论证在现今社会，随着人们对门禁系统各方面要求的不断提高，门禁系统的应用范围越来越广泛，因此门禁系统的研发已成为现代科技领域的一个热门课题。目前，门禁系统已成为安全防范系统中极其重要的一部分，在一些发达国家，门禁系统正以远远高于其它类安防产品的进度迅猛发展；门禁系统之所以能在众多安防产品中脱颖而出，根本原因是因为其改变了以往安防产品，如：闭路监控，防盗报警等被动的安防方式，以主动的控制替代了被动监

4、视的方式，通过对主要通道的控制，大大的防止了罪犯从正常通道的侵入，并且可以在罪案发生时通过对通道门的控制限制罪犯的活动范围，制止犯罪或减少损失。此外，人们对门禁系统的应用已不局限在单一的出入口控制，而且还要求它不仅可应用于智能大厦或智能社区的门禁控制、考勤管理、安防报警、停车场控制、电梯控制、楼宇自控等，还可与其它系统联动控制等多种控制功能。也正是由于门禁系统实用性强，市场需求大，应用广泛，我们便选此作为研究设计的课题。（2）方案选择门禁系统有许多种方案：主要有联网和不联网型。联网型：结构图如图示联网型门禁系统的优点：1) 实时联网2) 刷卡后立即把数据传输到主机上；3) 便于查询并能生成报表

5、；缺点：1) 计算机要求 24 小时开机；2) 计算机或管理机万一有故障系统瘫痪；计算机管理机刷卡机 刷卡机 刷卡机 N3) 有问题影响面大。不联网型门禁系统的优点：单台刷卡机就能工作，不用布线，操作简单方便。缺点：不便于查询。根据以上分析，我们的课题选择了不联网型。因为此设计简单，提交作品方便，易操作。2CPU 的选择我们在这个课题的设计上采用了 51 单片机系统，之所以采用单片机系统是由于成本较低，功能完全可以满足，发展也比较成熟且完善。而 DSP、ARM 系统虽然科技含量高于 51单片机系统，但是其价格昂贵并且发展尚未成熟。因此，根据我们学的知识和市面上的应用，经过比较我们选择了技术成熟

6、、价格便宜、设计简单、使用方便的单片机平台。我们在达盛科技提供的 E-PLAY-89S51X 系列电子竞赛创新设计套件的基础上，自己设计了外围硬件电路、画原理图、制作 PCB，然后焊接、编程调试、实现了设计需要的功能。3.关于射频卡的选择目前市面上的卡有很多种类：条码、磁卡、接触式 IC 卡，非接触式 IC 卡等，条码和磁卡，在超市和银行方面应用的比较多，接触式 IC 卡，以前在公共电话中用的比较多，但接触式 IC 卡，芯片外露易坏、易折，而非接触式 IC 卡既射频卡，它把芯片和线圈封装卡片内，不容易损坏、不怕恶劣的环境，现在社会上很流行，可靠性也高。根据卡的分析，我们选择目前流行最广，可靠性

7、高，成本低的只读卡，即采用 EM4000 型的 ID 卡。二、硬件电路的设计1.基本原理：门禁系统主要组成：由 CPU、复位电路、电源指示、工作指示、振荡电路、蜂鸣器电路、门控锁电路、出门按钮、读卡模块、显示模块组成。如图 1门禁系统的工作原理：当刷卡时，蜂鸣器响一下，如卡权限获得允许，显示模块显示卡号，同时继电器动作将门锁打开指示灯点亮，延时一段时间后继电器再次动作将门锁锁闭指示灯熄灭。当按下出门按钮时，继电器动作将门锁打开指示灯点亮，延时一段时间后继电器再次动作将门锁锁闭指示灯熄灭。当非法卡刷卡时，没有任何动作。2.资源分配：软、硬件设计是设计中不可缺少的，为了满足功能和指标的要求，资源分

8、配如下：1晶振采用 11.0592MHZ2内存分配P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P3.0显示 音响 锁 显示 灯 门态 出门 读卡0 响 0 开 0 不亮 0 有效1 不响 1 不开 1 亮3、计算：因为射频卡的读卡头选用 EM4000 型，读卡频率是 11.0592MHZ，所以最小系统晶振，必须用 11.0592MHZ 才能读卡。1) 定时控制字确定：选用定时器 T1，方式 2，所以 TMOD 是 20H。2) 计算初值 X = 256 -（foxc*（SMOD+1） ）/384*波特率= 256 -（11.0592 *10 6 *（0+1）

9、 ）/384*9600 = 253TH1= 0FDH TL1= 0FDH3.最小系统设计：门禁系统数控部分采用 89S52 单片机作为控制核心，其内部组成包括：一个8 位的微处理器 CPU 及片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接；片内数据存储器 RAM 低 128 字节，存放读/ 写数据；高 128 字节被特殊功能寄存器占用；片内程序存储器 4KB ROM；四个 8 位并行 I/O（输入/输出）接口P3 -P0，每个口可以用作输入，也可以用作输出；两个定时/计数器，每个定时/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实

10、现计算机控制；五个中断源的中断控制系统；一个全双工 UART（通用异步接收发送器）的串行 I/O 口。89S52 单片机外部有 32 个端口可供用户使用，其功能如下：在 89S52 单片机的基础上，外围增加蜂鸣器控制电路、开门指示灯电路、电控锁控制电路以及 8 位数码管显示电路等，构成了门禁系统的控制电路。图 1 门禁系统原理图4.各部分电路原理：1）门控锁电路：门控锁电路如图 2以 Q16 的基极作为门控信号的输入端与 P1.3 口相连，此电路由 12V 继电器、限流二极管、5.1K 偏置电阻以及 9014 与 8050 两个三级管复合成的驱动电路组成。在这里用到复合管的优点：是为了用低电平

11、控制，考虑到由于 AT89S52 的I/O 口输出高电平时的驱动能力可能会不足，所以本电路采用复合三级管就可以避免驱动能力不足的情况发生。工作原理：当 P1.3 口输出高电平时 Q16 导通，Q6 截止，此时继电器的控制线圈为开路，继电器不动作。门锁接于继电器常闭端，门锁闭合，门处于锁死状态。当 P1.3 口输出低电平时 Q16 截止，Q6 导通，此时继电器的控制线圈闭合，继电器动作。继电器常闭端断开，门锁打开，门处于打开状态。图 2 控制锁电路2）蜂鸣器电路：电路组成如图 3：以 Q1 的基极作为蜂鸣器控制信号的输入端与 P1.2 口相连，主要由蜂鸣器、9013 与 9014 两个三极管及

12、5.1K 偏置电阻组成。工作原理：当 P1.2 输出高电平时，Q1 导通，Q2 截止，蜂鸣器回路开路，蜂鸣器不响。当 P1.2 输出高电平时，Q1 截止，Q2 导通，蜂鸣器回路闭合，蜂鸣器发出响声。图 3 蜂鸣器电路3）控制工作指示灯：电路组成如图 4：以 Q5 的基极与 P1.5 口相连，由三极管 9013、发光二极管、限流电阻组成。工作原理：当 P1.5 口输出高电平时，Q5 导通，发光二极管点亮。当 P1.5 口输出低电平时，Q5 截止，发光二极管熄灭。图 4 工作指示灯电路4）出门按钮：当按下时，给 P1.7 口输入低电平。图 5 出门开关电路5）读卡模块：设计上我们采用 ID 射频卡

13、读卡器。EM9913BF 125KHz 感应式读卡模组是针对 125KHz 非接触式 RFID 晶片而设计的读卡模组，它能针对目前市面上 125KHz非接触式 RFID 晶片如凌航科技 GK4001 晶片或其它规格现相近产品进行资料读取与资料判断，使用者可以一次开发感应式读卡及相关应用系统，该模块主要范围为互动式玩具、门禁管制系统、人员考勤管理、动物或物品辨识及产品管理，此读卡模组主要优缺点叙述如下：优点：1、独立性高，二次开发容易，安装简单2、资料读取稳定性高3、系统安全性高，RFID 资料不重复且难以复制4、 可选择数据输出格式缺点：电脑必须 24 小时开机，便于数据传送。硬件/软件功能：

14、125KHz 感应式读卡机系统图示如下：使用 EM9913BF 模块，在 5-15cm 距离内读取 GK4001 的时间不超过 70ms。感应式读卡系统电源 DC 5V，感应线圈（Antenna）为系统必需，感应线圈可以与系统分开放置，亦可设计与系统中，为防止感应电磁场干扰，请勿将金属板置于感应线圈前后。软件功能模组：1、Manchester 码解码 2、组织输出格式 3、相应输入控制信号 4、控制信号输入 5、卡片数据输出感应线圈 读卡器模组RS232outpu接 CPU3.0图 6 读卡器示意图硬件/软件规则：1、读卡模块硬件结构RF 电路为 125KHz 解码比较电路，当 EM 格式卡片

15、进入电磁场范围，引起感应电压振幅变化（amplitude modulation）时，用以解码。内部微控制器依据 Manchester 码的规则将这些方波信号转成 16 进制码。2、读卡模块软件功能组成（1） 卡片进入感应范围，触发读卡模块进入读卡状态。（2） 读卡模块读入资料整理成输出格式。（3） 读卡模块将读入资料整理成输出格式（4） 读卡模块将数据按 RS232 和 Wiegand26 格式输出。3、读卡模块资料输入/输出引脚Number Name I/O Description1 DC 5V 输入 +5V 直流输入2 ANT 输入 线圈引脚输入3 NC 空引脚4 GND 输入 接地5 NC 空引脚6 ENLED 输入 指示灯控制线，低电平使用7 ENBEEP 输入 蜂鸣器控制线，低电平使用8 OK_SD 输出 Wiegand 26 数据输出指示9 BZ 输出 蜂鸣器信号线10 D0 输出 Wiegand 26 数据 DATAO 输出11 D1 输出 Wiegand 26 数据 DATA1 输出12 LED 输出 指示灯信号输出13 TXD 输出 RS232 数据输出