基于单片机控制的射频ID卡考勤机的设计毕业论文Word文档格式.docx

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2.2系统硬件电路模块 10

2.2.1MCU小系统 10

2.2.2电源模块 12

2.2.3射频识别模块 12

2.2.4预警模块 13

II

2.2.5数据存储模块 13

2.2.6开关控制模块 13

2.2.7液晶显示模块 14

3软件设计 15

3.1主程序流程图 15

3.2各个模块的设计 16

3.2.1显示模块 16

3.2.2时钟模块 18

3.2.3射频识别模块 20

3.2.4数据存储模块 22

3.2.5开关控制模块 25

4系统安装与调试 26

4.1系统硬件的安装 26

4.2系统硬件的调试 26

4.3系统软件的调试 27

4.3.1显示模块的调试 27

4.3.2时钟模块的调试 27

4.3.3射频识别模块的调试 28

4.3.4数据存储模块的调试 28

4.3.5开关控制模块的调试 28

结论 29

致谢 30

参考文献 31

附录1 系统原理图 32

附录2 硬件实物图 33

附录3 系统软件总程序 34

绪 论

单片机正以低廉的成本、强大的功能、较高的可靠性广泛应用于家电设备、仪器仪表、工业控制及城市建设各个领域中。

纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，这些都离不开单片机[1,3]。

随着技术进步，无线通讯和无线网络也迅速在我们日常生活中的各个方面扩展。

而近年来，RFID无线射频识别技术的研究与应用也正飞速发展。

射频识别技术具有很多优势：

通过射频信号自动识别目标对象，无需可见光源；

具有穿透性，可以透过外部材料直接读取数据，保护外部包装，节省开箱时间；

射频产品可以在恶劣环境下工作，对环境要求低；

读取距离远，无需与目标接触就可以得到数据；

支持写入数据，无需重新制作新的标签；

使用防冲突技术，能够同时处理多个射频标签，适用于批量识别场合；

可以对RFID标签所附着的物体进行追踪定位，提供位置信息。

由于RFID芯片的小型化和高性能芯片的实用化，射频识别标签不仅帮助不同领域的管理者追踪物品的位置和搬运情况，还可以实时报告标签上附带的其他信息，比如温度和压力等。

射频标签是通过连接到数据网络上的读写器来提供此类信息的，迄今为止射频识别标签主要作为条码的延伸而应用于工厂自动化或者库存管理等领域。

但最终说来，尺寸更小的射频识别标签将应用于更先进的领域内[17,18]。

本课题的核心在于射频识别，同时也包括数据存储和显示，通过对射频信号的编码和识别记录相关信息并进行数据存储和输出显示，这使我们能够进一步掌握射频识别的原理和设计方法，对其有深入的了解和认识。

并且通过实践，我们对所学过的理论知识有了更深刻的理解。

另外，设计该课题使我掌握了51单片机的软硬件开发工具的使用方法，为今后从事相关行业的工作积累了经验。

目前我国的信息行业发展迅速，无线通信更是在发展的前沿，但同时应该清楚的认识到我国的信息技术虽然发展迅速但和世界先进水平还有一定的差距。

因此本课题不论是对自己的就业还是对我国射频识别技术的发展都有非常现实与积极的意义。

41

1 整体方案设计

1.1系统总体基本构成

本系统以单片机AT89C52为控制核心，由电源模块、射频识别模块、预警模块、数据存储模块、开关控制模块和LCD液晶显示模块组成，它们共同完成射频信号识别，信息读取、记录、查询，报警以及显示输出的任务。

其中电源模块用于稳压；

射频识别模块由RF01D与单片机相连接，射频信号通过触发外部中断与单片机进行通信；

预警模块由蜂鸣器和LED灯构成，用于区分本地卡与对外来卡，并对外来卡进行报警；

数据存储模块是由AT24C16芯片构成，进行刷卡信息的记录和存储；

开关控制模块由4个按键组成，控制刷卡和时间调整；

显示模块由TS12864液晶构成，用来进行刷卡信息的显示[5,7]。

1.1.1系统实现方法

电源模块以稳压芯片为核心，稳定电压的输出；

射频识别模块由天线接收和射频信号解码电路集成用以采集拾取ID卡信息并编码输出；

预警模块是在单片机控制下进行本地卡和外来卡的区分和报警；

数据存储模块可实现对刷卡信息的记录和存储；

开关控制模块主要是用来控制卡片信息的显示、查询和时间的调整；

LCD液晶显示模块可根据单片机的控制显示刷卡的不同信息。

射频识别

模块

MCU

液晶显示

开关控制

小系统

电源

数据存储

1.1.2系统结构

图1-1 系统框图

我所设计的电路基本思想是这样的，天线将刷卡的信息传送到射频识别模块，在单片机控制下经过密码对比区分该卡是本地卡还是外来卡，若为外来卡则预警模

块启动报警；

若为本地卡则预警模块报安全并记录刷卡时间存储在数据存储模块中，同时将结果显示输出在LCD液晶屏上。

通过开关控制模块来查询刷卡记录并进行翻页查询以及时间的校准[8]。

本系统的总体结构如图1-1所示。

1.2 系统工作原理

天线将刷卡信息传送给射频识别模块后输出解码信息给单片机，单片机经密码对比区分卡的类别并将刷卡信息进行存储记录最后送至LCD液晶屏显示。

另外，开关控制模块控制考勤信息的查询和时间的校准。

由于刷卡时需要记录相关信息，而单片机不支持程序操作片内ROM区，因此需要对数据进行片外存储，鉴于89C52单片机的外部接口资源有限，可以采用AT24C16芯片进行串行数据传输[12]。

用开关控制系统进入查询模式或时间校准模式[13]。

在查询模式下，通过按键进行上下翻屏，并从外部数据存储其中调用数据，查询不同卡的多次刷卡信息。

在时间校准模式下，通过按键的组合来调整当时的年份、月份、日期、小时以及分钟以完成时间的调整与校正。

2硬件电路设计

2.1系统硬件主要构成

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。

主要的芯片和集成模块有单片机AT89C52，稳压芯片L7805，射频感应读卡机RF01D，数据存储芯片AT24C16，ST12864点阵液晶屏。

2.1.1单片机AT89C52

（1）概述

AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含8Kbytes

的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器，器件采用

ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系列及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机适用于许多较为复杂的控制应用场合。

单片机89C52引脚图如图2-1所示。

（2）硬件结构

图2-1 单片机AT89C52引脚图

AT89C52提供以下标准功能：

8K字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个

I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

AT89C52的内部结构如图2-2所示。

图2-2 AT98C51内部结构图

端口引脚第二功能

P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 INT0\（外中断0）P3.3 INT1\（外中断1）P3.4 T0（定时/计数器0）P3.5 T1（定时/计数器1）

P3.6 WR\（外部数据存储器写选通）

P3.7 RD\（外部数据存储器读选通）

（3）引脚功能：

表2-1 P3口第二功能

·

Vcc：

电源线接入。

GND：

电源地线接入。

P0口：

8位双向I/O口，即地址/数据总线复用口。

P1口：

8位双向I/O口，内置上拉电阻。

P2口：

P3口：

P3口除了作为一般的I/O口外，还有第二功能，如表2-1所示。

RST：

复位输入。

ALE/PROG\：

地址锁存允许端，用于锁存地址的低8位字节。

PSEN\：

程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号。

EA\/VPP：

外部访问允许。

EA\=0访问外部程序存储器；

EA\=1访问内部程序存储器中的指令。

XTAL1：

振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。

XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端。

2.1.2稳压芯片L7805

L7805（其封装如图2-3所示）为L7800系列产品。

在L7800系列三端阳性调节器可以采用TO-220和TO-220FP，TO-220FM，TO-3

和D2PAK的封装，几个固定的输出电压，使其具有了广泛的应用。

这些调节器可以提

供本地片上调节，消除单点调节相关的分 图2-3 L7805引脚图

配问题。

每种类型采用内部电流限流，热停机和安全区保护，使基本上坚不可摧。

如果提供足够的散热，就可以提供超过1A输出电流。

虽然设计主要是作为稳定电压的稳压器，这些器件可用于外部元件取得可调电压和电流。

2.1.3射频识别集成模块RF01D

RF01D感应式读卡机模块是针对125KHz非接触式RFID晶片而设计的读卡机模块，它能针对目前市面上125KHz非接触式RFID晶片如瑞士μEM公司H4001、4102；

台科TK4001、4102以及凌航科技GK4001晶片或其它规格相近产品进行资料读取与资料判断，使用者可以发展此感应式读卡机建立相关应用系统，产品主要应用范围为人员考勤管理、门禁管制系统、玩具、动物或物品辩识及产品管理，此读卡机模块主要优点有：

独立性高，后段控制规划容易，安装简单；

资料读取稳定性高；

系统安全性高，RFID资料不重复且难以复制可以安全使用；

可规划输出控制标准介面格式（跳线设置）。

感应式读卡机模块硬件结构如图2-4所示。

RF变换处理电路为125KHz解码电路,即用来解码的比较器电路。

当由H4001系列芯片制作的非接触式卡片进入天线（感应线圈）电磁场工作范围内,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 图2-4 感应式读卡机模块硬件结构

波型变化，并送至存储器等候CPU单片机的调用[15]。

由4.000MHz晶体振荡器产生的基频信号，经32分频、放大后，送至天线（感应线圈），用以产生具有一定功率的、频率稳定的125KHz射频信号，处在该射频信号的场强范围内的非接触式卡片，便可以在该场强中获得能量，再利用非接触式卡片内IC电路自带的电源转换处理模块，将电磁场能量转换为直流电源，以提供整个非接触式卡片电路用电。

（3）读卡机模块电器特性

读卡机模块引出脚功能说明（表2-2