毕业设计（论文）-基于单片机的食堂收费系统设计.doc

石家庄铁道大学四方学院毕业设计 基于单片机的饭卡收费系统设计 Sells the food system based on the monolithic integrated circuit cafeteria the application design 20122012 届届 电气工程电气工程 系系 专专 业业 学学 号号 学生姓名学生姓名 指导老师指导老师 完成日期完成日期 20122012 年年 5 5 月月 1515 日日 毕业设计成绩单毕业设计成绩单 学生姓名 学号 班级 专业 毕业设计题目基于单片机的食堂收费系统设计 指导教师姓名陈东阳 指导教师职称副教授 评 定 成 绩 指导教师 得分 评阅人得分 答辩小 组组长 得分 成绩 院长 主任 签字 年 月 日 毕业设计任务书 题 目基于单片机的食堂收费系统设计 学生姓名 学号 班级 专业 承担指导任务单 位 电气工程系 导师 姓名 陈东阳 导师 职称 副教授 一 主要内容 在IC卡插入售饭机后 系统能读出IC卡里面预先存储的金额 并用数码管显示 售饭员 利用键盘输入就餐者选定的食物的金额 售饭机自动用卡中的金额减去应付金额 操作完成 后数码管显示余额 如果就餐者卡中的余额小于预先设定的金额 售饭机则给出报警音 二 基本要求 1 使用SLE4442卡 卡的初始密码为0 xff 0 xff 0 xff 2 IC卡的金额用数码管显示并且消费后的金额用数码管显示 3 卡中金额小于规定值 蜂鸣器报警 4 有读卡状态指示 其他要求 5 电路原理图设计 protel电路图 PCB图设计 6 提出系统设计框图 提出相应的解决方案 7 论文正文不少于1万字 查阅文献资料不少于10篇 其中外文文献2篇以上 翻译与课 题有关的外文资料不少于3000汉字 三 参考及查阅资料 1 protel99se的使用联系 2 51系列单片机及C51程序设计 王建校编著 科学出版社 2002 3 单片机原理与应用教程 傅扬烈主编 电子工业出版社 2002 四 进度计划 第 1 周 第 2 周 开题报告 第 3 周 第 4 周 资料收集 方案设计 第 5 周 第 7 周 系统设计 第 8 周 中期检查 第 9 周 第 12 周 系统调试和论文撰写 第 13 周 第 14 周 论文审核 第 15 周 第 16 周 答辩 教研室主任签字时 间 年 月 日 毕业设计开题报告 题 目基于单片机的食堂收费系统设计 学生姓名 学号 班级 专业 一 研究背景 IC 卡是法国发明的 并首先在法国得到发展 IC 卡最初主要用于安全认证 依靠 IC 卡本 身对持卡人的身份进行验证 电子货币按信息载体分为磁条卡 IC 卡和复合卡三种 法国主 要发行的是在卡表面贴有磁条和同时贴有 IC 芯片的复合卡 用磁条实现持卡人支付结算功能 用 IC 芯片实现持卡人的身份认证功能 法国发行的信用卡以磁条为主 IC 芯片只作为安全认 证 并没有用 IC 卡去实现支付结算功能 主要原因是磁条卡在 IC 卡出现以前已经被社会认可 磁条卡和 IC 卡相结合 使信用卡的风险大大降低 法国发行复合卡以来 信用卡在不联机使 用时信用额度能够得到严格控制 复合信用卡没有出现过伪卡和冒用卡 使信用卡的风险得到 控制 IC 卡在美国和英国等其他欧洲国家的应用 主要做为电子钱包来使用 从 1994 年至 今 IC 卡作为电子钱包功能 在国外不断地进行研究和试点 食堂饭卡系统最早使用于校园 微机食堂售饭系统的研制成功和投入使用开启了食堂管理 的革命 它不仅堵塞了伙食管理中长期存在的 难以根除的漏洞 而且作为一种电脑自动结算 系统 替代了传统的餐劵结算方式 从根本上解决了餐券流通过程中的伪造 丢失 病菌交叉 感染等一系列难以根除的弊端 节省了餐券在印刷 发放 兑换 回笼 清点 保管 负荷等 环节上的大量人力 物力 财力 该系统的全面推广和应用为后勤管理工作向自动化 科学化 方向发展开辟了广辟的前景 二 国内外研究现状 IC 卡是集成电路卡 Integrated CircuitCard 的英文简称 在有些国家也称之为智能卡 智慧卡 微芯片卡等 将一个专用的集成电路芯片镶嵌于符合 ISO7816 标准的 PVC 或 ABS 等 塑料基片中 封装成外形与磁卡类似的卡片形式 即制成一张 IC 卡 当然也可以封装成 纽扣 钥匙 饰物等特殊形状 1993 年 以电子货币应用为重点的 金卡工程 在我国正式启动 IC 卡这种诞生于 20 世纪 70 年代的具有智能性及便于携带的卡片迅速在我国普及 发展 为我国电子信息产业开辟了 广阔的市场 引发了许多经济增长点 IC 卡系统的应用出人意料的在我国有金融业迅速扩展 到诸多领域 与 IC 卡的发源地 欧洲国家相比 我国 IC 卡应用领域还远不够广泛 应用深度 也远不及发达国家 但我国 IC 卡应用领域及深度的发展迅速 随着国家对智能卡行业的支持 和智能卡行业的迅速发展和逐步成熟 国内 IC 卡的生产和应用呈现突飞猛进的发展势头 现 在 IC 卡已广泛应用于金融 电信 交通 商贸 旅游 社会保障 银行账户管理以及公共事 业收费管理等领域 第一代 IC 卡的设想最初是由日本人提出的 1969 年 12 月 日本的有村国孝 KunitakaArimura 提出一种制造安全可靠的信用卡方法 并于 1970 年获得专利 那时叫 ID 卡 IdentificationCard 第二代 IC 卡在 1974 年 法国的罗兰 莫雷诺 RolandMoreno 发明 了带集成电路芯片的塑料卡片 并取得了专利权 这就是早期的 IC 卡 第三代是 1976 年法 国布尔 Bull 公司研制出世界第一枚 IC 卡 第四代 1984 年 法国的 PTT 与国际电工委员 会 的联合技术委员会为之制订了一系列的国际标准 规范 极大推动了 IC 卡的发展 本设计 我要通过对 SLE4442 卡的应用 实现一个简单的食堂饭卡收费系统的设计 给 我们的日常生活带来方便 三 研究内容和预期结果 3 1 研究内容包括 1 搜查 SLE4442 芯片的相关理论资料 2 学习 STC89C52 单片机的编程 3 使用 protel 软件画出原理图 4 根据 protel 图画出 PCB 图 5 根据 PCB 图印制电路板 6 购买元器件并进行焊接 7 实物安装调试 3 2 预期达到的结果 实物实现的功能为 在 IC 卡插入售饭机后 系统能读出 IC 卡里面预先存储的金额 并用 数码管显示 售饭员利用键盘输入就餐者选定的食物的金额 售饭机自动用卡中的金额减去应 付金额 操作完成后数码管显示余额 如果就餐者卡中的余额小于预先设定的金额 售饭机则 给出报警音 指导教师签字时 间 年 月 日 摘 要 饭卡售饭系统最早使用于校园 食堂售饭系统的研制成功和投入使用开启了食 堂管理的革命 作为一种电脑自动结算系统 替代了传统的餐券结算方式 从根本 上解决了一些弊端 节省了人力 物力 财力 该系统为后勤管理工作向自动化 科学化方向发展开辟了广阔的前景 本设计主要是由STC89C52单片机 按键扫描电路 数码管显示电路和SLE4442 电路组成 SLE4442电路通过I2C总线和STC89C52单片机实现通讯 按键扫描电路 运用独立按键扫描 通过列和行逐次判断确定按键 数码管显示电路中 所用的是 四位的数码管 通过段选和位选确定数码管的显示 其中 位选主要是通过控制三 极管的通断来控制选择 单片机接发光二级管 在板子上电时 用于指示 本设计 完成了protel PCB图的绘制 PCB板的制作 电路板的焊接 程序编 译无误 实物符合任务书要求 关键词关键词 STC 单片机 SLE4442 卡 I 2C 总线 Abstract Rice card to sell rice system the first to use on the campus canteen food sold the successful development of the system and put into use open the dining room management revolution as a kind of computer automatic settlement system has replaced the traditional meal vouchers settlement way fundamentally solved some drawbacks save human material and financial resources the system for logistics management to the automation scientific development direction opened up broad prospects This design is mainly composed of STC89C52 SCM key scanning circuit digital tube display circuit and SLE4442 circuit component SLE4442 circuit through the I2C bus and STC89C52 single chip microcomputer communication Key scanning circuit using independent key scan through the column and a line judge determine successive buttons Digital pipe display circuit the use of the four is the digital tube through the period of choose and choose a determined that digital tube Among them a chosen mainly through the control of the transistor hige to control the selection SCM by leds in the board electricity used for instruction This design completed protel PCB drawing PCB production circuit board of welding The program compiled and correct the real commitments to meet requirements Key words STC single chip SLE4442 card I 2 C bus 目 录 第 1 章 绪论 1 1 1 课题研究背景 1 1 2 国内外研究现状 1 1 3 课题研究的主要内容 2 第 2 章 食堂饭卡收费系统硬件设计 4 2 1 售饭机的概念 4 2 2 应用系统结构设计 4 2 3 设备选型及设计电路 4 2 3 1 STC89C52 单片机 4 2 3 2 IC 卡电路设计 6 2 3 3 键盘电路设计 13 2 3 4 显示电路设计 14 2 3 5 蜂鸣报警电路设计 14 第 3 章 系统的软件部分 16 3 1 软件结构设计 16 3 2 系统的操作过程 16 3 2 1 主程序 16 3 2 2 中断程序 16 3 2 3 按键处理程序 16 第 4 章 系统调试 19 4 1 硬件制作 19 4 1 1 PROTEL99SE 的介绍 19 4 1 2 PCB 板的绘制 20 4 1 3 焊接电路板的步骤 20 4 2 硬件调试 21 4 3 软件调试 21 4 4 软件烧入 21 4 5 软硬件调试后结果 22 第 5 章 结论与展望 24 参考文献 25 致 谢 26 附 录 27 附录 A 外文资料 27 附录 B 图纸 35 附录 C 程序 37 附录 D 实物图 45 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 1 第 1 章 绪 论 1 1 课题研究背景 随着科技的飞速发展 目前信息产业得到了比以往更大的发展空间 各种各类 的信息产品正不断的改变着人们的生活 在信息飞速前进的今天 数据采集与获取 作为信息处理的第一步成为了众多专业人士的关注方向 如何改变数据输入现有的 方式 提高数据获取的可靠性 提高数据采集的精度与速度 降低工作人员的劳动 强度 提高工作效率等 成为了亟待解决的问题 在这种背景下就急需一种自动识 别技术 自动识别技术指的是应用一定的识别装置 通过被识别物品与识别装置之间的 接近活动 能够自动获取被识别物品的相关信息 并提供给后台计算机处理系统来 完成相关后续处理的一种技术 经过了几十年时间的技术革新与发展 自动识别技 术已初步形成了一个包括磁条磁卡技术 条码技术 光学字符识别技术 IC 卡技术 声音识别及视觉识别技术 射频技术等集计算机 磁 光 机电 物理 通讯技术 为一体的高科技技术科学 它是当今社会实现信息数据的自动识读 自动输入后台 计算机从而进行数据处理的重要方法 已经广泛应用于社会的各个领域 归结起来 感应式 IC 卡 食堂收费系统方案就实现用电子手段把往常繁琐 海量的有形消费数据转化成能存放在一块小晶体片中的电子信息 再利用电脑的高 速运算 软件的灵活控制 网络通讯的便利对电子消费信息进行快速可靠地处理和 监控 从而把食堂收费管理在简化过程 强化管理 杜绝贪污作假和节省资源各方 面从传统的水平提高到全新的档次 1 2 国内外研究现状 IC 卡是集成电路卡 Integrated CircuitCard 的英文简称 在有些国家也称之为 智能卡 智慧卡 微芯片卡等 将一个专用的集成电路芯片镶嵌于符合 ISO7816 标 准的 PVC 或 ABS 等 塑料基片中 封装成外形与磁卡类似的卡片形式 即制成 一张 IC 卡 当然也可以封装成纽扣 钥匙 饰物等特殊形状 1993 年 以电子货币应用为重点的 金卡工程 在我国正式启动 IC 卡这种诞生 于 20 世纪 70 年代的具有智能性及便于携带的卡片迅速在我国普及 发展 为我国 电子信息产业开辟了广阔的市场 引发了许多经济增长点 IC 卡系统的应用出人意 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 2 料的在我国有金融业迅速扩展到诸多领域 与 IC 卡的发源地 欧洲国家相比 我国 IC 卡应用领域还远不够广泛 应用深度也远不及发达国家 但我国 IC 卡应用领域 及深度的发展迅速 随着国家对智能卡行业的支持和智能卡行业的迅速发展和逐步 成熟 国内 IC 卡的生产和应用呈现突飞猛进的发展势头 现在 IC 卡已广泛应用于 金融 电信 交通 商贸 旅游 社会保障 银行账户管理以及公共事业收费管理 等领域 由于 IC 卡已经向射频识别 RFID 领域发展 RFID 应用示范工程建设正 在稳步进行 如面向工业生产过程与安全生产管理 促进生产力发展 服务于 三农 推进农业 农产品 产业化 重要物品的防伪和动态管理 供应链与现代物流管 理 数字旅游产业与现代服务业等 所以对我们的对 IC 卡读卡器的安全性 保密 性 智能性 提出了更高的要求 未来的 IC 卡读卡器将会向便携式 无线式的方向 发展 第一代 IC 卡的最初设想是由日本人提出来的 1969 年 12 月 日本的有村 国孝 KunitakaArimura 提出一种制造安全可靠的信用卡方法 并于 1970 年获得专 利 那时叫 ID 卡 IdentificationCard 第二代 IC 卡在 1974 年 法国的罗兰 莫雷 诺 RolandMoreno 发明了带集成电路芯片的塑料卡片 并取得了专利权 这就是 早期的 IC 卡 第三代是 1976 年法国布尔 Bull 公司研制出世界第一枚 IC 卡 第四代 1984 年 法国的 PTT Posts Telegraphs andTelephones 将 IC 卡用于电话 卡 由于 IC 卡良好的安全性和可靠性 获得了意想不到的成功 随后 国际标准化 组织 ISO International StandardizationOrganization 与国际电工委员会 IEC Intern ational ElectrotechnicalCommission 的联合技术委员会为之制订了一系列的国际标 准 规范 极大地推动了 IC 卡的研究和发展 本实验 我要通过对 SLE4442 卡的应用 实现一个简单的 IC 卡饭卡收费系统 能够进行扣钱 报警 显示 1 3 课题研究的主要内容 本设计主要学习了 SLE4442 芯片的传输方法 它与单片机之间通过 I2C 总线 进行传输 STC89C52 单片机的编程思路 本设计用 C 语言进行编程 其中包括数 码管显示函数 按键扫描函数 中断函数 主函数 学习使用了 protel 和 PCB 软件 的用法 学习制作了 PCB 板及电路板的焊接 C 语言程序拷入单片机的方法 系统 整体的软硬件调试 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 3 第 2 章 食堂饭卡收费系统硬件设计 2 1 售饭机的概念 下位机即售饭机 是本系统的一个主要组成部分 负责读取和暂时处理卡信息 由通信系统传到管理中心 同时键盘输入每次消费的金额 也传到管理中心 保存 到数据库中 同软件统计 管理 管理中心的数据到下位机通过显示程序显示给消 费者 2 2 应用系统结构设计 根据 IC 卡售饭机的功能特点 售饭机系统需要完成数据的输入 显示和处理三 种功能 整个系统的结构框图如图 2 1 图 2 1 系统的结构框图 2 3 设备选型及设计电路 此设计采用高性能低功耗单片机 STC89C52 作为控制系统的核心 按照图 2 1 所确定系统结构 选择合适的功能部件 以完成完整的系统控制电路设计 控制系 统需要选择 STC89C52 单片机系统 IC 卡单元 键盘单元和显示单元四部分 2 3 1 STC89C52 单片机 STC89C52 是一种低功耗 高性能 CMOS8 位微控制器 具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器 在单芯片上 拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash 使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活 超有效地解决方案 具有以下 标准功能 8K 字节 Flash 512 字节 RAM 32 位 I O 口线 看门狗定时器 内置 4KB 单片机 IC 卡接口 复位电路 数码管显示 键盘 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 4 图 2 2 STC89C52 单片机管脚图 E2PROM MAX810 复位电路 三个 16 位定时器 计数器 一个 6 向量 2 级中断结 构 全双工串行口 另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作 支持 2 种软件可选 择节电模式 空闲模式下 CPU 停止工作 允许 RAM 定时器 计数器 串口 中 断继续工作 掉电保护方式下 RAM 内容被保存 振荡器被冻结 单片机一切工作 停止 直到下一个中断或硬件复位为止 最高运作频率 35Mhz 6T 12T 可选 1 8 脚 通用 I O 接口 P1 0 P1 7 9 脚 RST 复位键 10 脚 RXD 串口输入 11 脚 TXD 串口输出 12 脚 INT0 中断 0 13 脚 INT1 中断 1 14 脚 计数脉冲 T0 15 脚 计数脉冲 T1 16 脚 WR 写控制 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 5 17 脚 RD 读控制输出端 18 19 脚 晶振谐振器 20 脚 地线 21 28 脚 P2 0 P2 7 接口 高 8 位地址总线 29 脚 psen 片外 rom 选通端 单片机对片外 rom 操作时 29 脚输出低电平 30 脚 ALE PROG 地址锁存器 31 脚 EA rom 取指令控制器 高电平片内取 低电平片外取 32 39 脚 P0 7 P0 0 40 脚 电源 5V 在本设计中 P3 0 P3 1 分别与 232 芯片的 R1O R2O 相连 用于串口输入 串口输出 作用是通过电脑上的程序通过 232 拷入单片机中 P3 3 口与蜂鸣器电路 相连 当输出低电平时 蜂鸣器作用 P3 2 P3 4 P3 5 P3 6 分别与 SLE4442 芯 片底座相连 用于 SLE4442 芯片与单片机之间的 I2C 总线的通讯 P0 0 接指示灯 用于上电后 指示灯提醒 P0 1 P0 2 与按键的行接通 P1 0 P1 7 与案件的列接通 行列配合用于按键扫描 P2 0 P2 7 接数码管的段选端 P0 4 P0 7 接数码管的位选 端 位选和段选配合一起控制数码管 2 3 2 IC 卡电路设计 2 3 2 1 SLE4442卡简介 本系统选用西门子SLE4442逻辑加密型IC卡 SLE4442是西门子公司的一款具有 可编程安全代码 PSC 和写保护功能的智能型存储芯片 它有256EEPROM主存储器 不可逆的4个写保护存储器 lB的错误计数器具有3B密码保护功能 SLE4442采用两 线数据传输方式 符合IS07816 3标准 每个字节的写入 擦除时间为2 5豪秒 数据 保存时间10年上 SLE4442具有一个安全逻辑 用以控制存储器的读写操作 在密码成功之前 除3B密码 可编程安全代码 外 数据都可以读出 只有在校验密码成功之后才可以 执行数据的写入动作 2 3 2 2 SLE4442卡的引脚配置 SLE4442IC 卡采用两线数据传输方式 其引脚配置如图 2 3 所示 表 2 1 是 SLE4442IC 卡的管脚功能说明 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 6 图 2 3 SLE4442IC 卡引脚 表 2 1 SLE4442IC 卡的引脚功能 引脚号 标记符号 功能 C1 VCC 5V 电压输入 C2 RST 复位 C3 CLK 串行时钟输入 C4 NC 空 C5 GND 接地 C6 NC 空 C7 I O 串行数据输入 输出 C8 NC 空 2 3 2 3 SLE4442卡的内部结构及存储器编址 SLE4442的内部结构如图2 4所示 SLE4442的存储器采用独立编址 其地址分配如表2 2所示 2 3 2 4 SLE4442卡的指令 SLE4442具有7种指令 包括读 写主存储器 读 写保护存储器 读 写安全 存储器和读 写密码存储器和密码校验指令 每个指令都三字节组成 其格式如表 2 3所示 图2 5是SLE4442的指令模式时序图 1 读存储器 此指令读取存储器从指定地址N N 0 255 开始知道主存储器最后地址的存储区 的内容 每个字节的最低位最先被读出 此指令需要提供足够的脉冲 脉冲数 m 256 N 8 1 主存储器的读取始终是允许的 读存储器的指令格式如表3 4所示 图2 6是读主存器的时序图 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 7 图 2 4 SLE4442 的内部结构 表 2 2 SLE4442 的地址分配 表 2 3 SLE4442IC 卡指令格式 控制字 地址 数据 地址 主存储器 保护存储器 加密存储器 255 数据字节 255 31 数据字节 31 保护位 31 3 数据字节 3 保护位 3 密码字节 3 2 数据字节 2 保护位 2 密码字节 2 1 数据字节 1 保护位 1 密码字节 1 0 数据字节 0 保护位 0 错误计数器 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 8 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 图2 5 SLE4442指令模式时序 表2 4 读主存储器的指令格式 图2 6 读主存储器时序 2 写主存储器 此指令按地址对EEPROM主存储器写入数据 根据所写数据的新老程度 其间 将发生如下几种内部处理模式 即在指令发出之后需要延迟时间 以供芯片进行内部 处理 擦除和写入 5毫秒 相当于255个时钟脉冲 只写不擦 2 5毫秒 相当于124个时钟脉冲 只擦不写 2 5毫秒 相当于124个时钟脉冲 以上为式中频率为50KHZ的情况下 写主存储器的指令格式如表2 5所示 如图2 7是写主存储器的时序图 表2 5 写主存储器的指令格式 Control Address Data B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 A7 A0 D7 D0 Binary 0 0 1 1 0 0 0 0 Address No effect Hexadecimal 0 x30 0 x00 0Xff No effect 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 9 图2 7 写主存储器时序 3 读保护存储器 此指令后连续输入32个时钟脉冲将读出保护存储器的内容 然后额外提供一个 脉冲将I O口变为高阻态 保护存储器始终可读 读保护存储器的指令格式如表2 6 所示 表2 6 读保护存储器的指令格式 4 写保护存储器 此操作包含将输入数据与原数据相比较的过程 如果输入的数据与要保护的数据一 致 则该地址的数据不能再次被改写 否则此次操作无效 SLE4442内部4B 32位 的写保护存储器分别和主存储器的前32B一一对应 写保护存储器即将保护存储器 的对应位由l变为0 写保护存储器的指令格式如表2 7所示 图2 8 读保护存储器时序 表2 7 写保护存储器的指令格式 Control Address Data B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 A7 A0 D7 D0 Binary 0 0 1 1 1 0 0 0 Address Input Data Hexadecimal 0 x38 0 x00 0 xFF Input Data Control Address Data B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 A7 A0 D7 D0 Binary 0 0 1 1 0 1 0 0 No effect No effect Hexadecimal 0 x34 No effect No effect Control Address Data 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 10 5 读安全存储器 此指令是读出4B安全码存储器的内容 与读保护存储器指令类似 32个时钟脉 冲读出了4个字节的数据 只额外提供一个时钟脉冲使I O变为高阻态 在密码校验 成功之前 读取的安全代码存储器的内容除错误计数器外全部为0 错误计数器的初 始值为OX07 读安全代码的指令格式如表2 8所示 表2 8 读安全代码的指令格式 图 2 9 读安全代码存储器时序 6 写安全代码存储器 只有在安全代码校验正确之后才能对安全存储器进行修改 否则只能把错误计 数器的各位由 l 该为 O 所需时间和时钟脉冲与主存储器相同 写安全代码存储器 的指令格式如表 2 9 所示 表 2 9 写安全代码存储器的指令格式 7 校验密码 校验密码指令只有与错误计数器结合使用才有效 指令执行一次比较一个字节 的数据 因此 此指令要连续执行三次 在进入内部处理模式期间 必须提供时钟 脉冲 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 A7 A0 D7 D0 Binary 0 0 1 1 1 1 0 0 Address Input Data Hexadecimal 0 x3c 0 x00 0 x1F Input Data Control Address Data B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 A7 A0 D7 D0 Binary 0 0 1 1 0 0 0 1 No effect No effect Hexadecimal 0 x31 No effect No effect Control Address Data B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 A7 A0 D7 D0 Binary 0 0 1 1 1 1 0 1 Address Input Data Hexadecimal 0 x39 0 x00 0 x03 Input Data 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 11 密码校验的过程如下 首先将错误计数器的低三位的某一位写 0 然后连续校 验三字节的密码 接着再将错误计数器清除 再错误计数器的值 如果低三位都是 l 则校验正确 如果连续三次校验失败 错误计数器的低三位被清零 IC 卡报废 校验密码的指令格式如表 2 10 所示 图 2 10 是校验密码的时序图 表 2 10 校验密码的指令格式 图 2 10 校验密码时序 在本设计中 SLE4442卡与STC89C52的连接如图2 11所示 由于SLE4442是开 漏结构 在I O口必须接上拉电阻以提供高电平 详细的硬件设计如图2 11 Control Address Data B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 A7 A0 D7 D0 Binary 0 0 1 1 0 0 1 1 Address Input Data Hexadecimal 0 x33 0 x00 0 x03 Input Data 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 12 图 2 11 IC 卡电路 2 3 3 键盘电路设计 单片机系统中常用的键盘有以下三种类型 1 独立型按键 独立型按键的一脚通过电阻接电源端或者地 而另一脚接单片机的 口 在 按键被按下和没有按下时 口电平刚好相反 这样通过检测 口的电平状态 即可判断哪个按键被按下了 此类键盘的特点是按键电路配置灵活 按键的状态识 别简单 但是每一个按键需要占用一个 口 资源占用率较高 当按键的数量不 是很多或者系统有睨较多的 口剩余时 可以采用此类设计 2 矩阵扫描键盘 矩阵扫描键盘有行线和列线组成 按键位子行列线的交叉点上 一个3 3的矩阵 结构就可以构成一个含有9个按键的键盘 按键设置在行列线的交叉点上 行列线分 别接到按键开关的两端 行列通过上拉电阻接到 5V上 平时当没有按键按下时 列线处于高电平的状态 而当有键按下时 行列线导通 因此列线的电平状态将由 此相连接 各个按键按下与否影响该键所在的行列线的电平 这样行列线配合起来 进行适当的处理 即可确定按键的位置 此类键盘与独立式键盘相比 要节省很多 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 13 的 口 适用于按键数量较多的场合 3 PS 2接口按键 PS 2接口是由IBM公司开发的一种计算机接口 计算机上的鼠标和键盘使用的 就是这种接口 现在在计算机上更多的是使用USB接口 PS 2键盘为每一个按键分 配唯一的编码 扫描码分为两种不同的类型 通码和断码 当键被按下是 发送的 是通码 当键盘被释放是 发送的是断码 这样通过查找扫描码表就可以确定是哪 一个按键 PS 2的扫描码共有三套 现在广泛使用的是第二套扫描码 PS 2接口 采用双向串行数据传输协议 每个字节为一桢 包含ll位 一位起始位 8位数据位 一位奇偶校验位和一位停止位 此类键盘的特点是集成度高 使用灵活 一个使用 了串行数据传输技术 仅需要使用两个I O端口即可 由于程序设计的原因 其中一 个端口通常薏 要占用一个外部中断端口 但成本较高 而且不易集成在系统内部 IC卡售饭机系统选用的STC单片机STC89C52的I O端口较多 在实际使用中 键盘最好集成在售饭机内以防止由于键盘的滑轮造成售饭员的误操作 综合考虑实 际的使用情况和价格比 本设计采用矩阵扫描键盘进行数据输入 其硬件设计部分 如图2 12 图2 12 按键电路 2 3 4 显示电路设计 IC卡售饭机系统只需要进行数字的显示即可 但需要显示器件具有直观和高亮 度 在此基础上 本设计采用的高亮度红色LED数码管作为显示器件 在显示电路 中 所用到的数码管型号是LD3461BS 它是以共阳极的数码管 当输入为低电平时 数码管亮 同时数码管下面接着三极管 前三个为8550 低电平触发 后面一个为 8050 高电平触发 其电路设计如图2 13 2 3 5 蜂鸣报警电路设计 本设计采用电磁式蜂鸣器作为IC卡出错报警提示 它与单片机STC89C52的连接 如图2 14所示 单片机STC89C52的PD3口通过NPN型三极管驱动蜂鸣器 当PD3输 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 14 出高电平时 三极管导通 蜂鸣器发出报警声 图2 13 显示电路 图2 14 蜂鸣报警器电路设计 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 15 第 3 章 系统的软件部分 3 1 软件结构设计 IC卡售饭机软件系统采用模块化程序设计 从结构上看 系统控制软件主要包 括一个主程序 按键处理程序和其他一些辅助处理程序 从功能上看 系统控制软 件则主要由IC卡控制程序 STC89C52单片机程序等组成 3 2 系统的操作过程 在 IC 卡插入售饭机后 系统能读出 IC 卡里面预先存储的金额 并能在数码管 上显示出金额 售饭员利用键盘输入就餐者选定的食物金额 售饭机自动用卡中的 金额减去应付金额 操作完后屏幕显示应付金额以及卡中的余额 如果 IC 卡中金额 小于预先设定的金额 饭卡机则给出报警 3 2 1 主程序 主程序完成初始化 IC 卡插入检测 读写和键盘输入处理 异常情况的报警处 理等工作 已完成人机交互的功能 系统主流程序的流程图如图 3 1 所示 3 2 2 中断程序 在数码管显示时要用到中断子程序 它主要的设计思路为 由于为 11 0592HZ 的晶振 所以每个时钟脉冲为 100us 当计数器每计够 50 次 即每 5ms 执行一次数码 管显示的语句 中断程序的流程图如图 3 2 所示 3 2 3 按键处理程序 按键处理程序是系统服务程序的一部分 按键处理程序完成按键的识别与处理 工作 在确认有键被按下后 通过查找按键 区分功能键与数字键 从而根据不同 的情况进行相应的处理 按键处理程序的流程如图3 3所示 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 16 开始 初始化 是否卡插入 显示余额 是否有按键按下按键处理 Y N Y N 图 3 1 主程序框图 开始 是否计数 50 次 显示段码 是否位码数为 3 显示位码 返回 等待 位码数归 0 N Y Y N 图 3 2 中断程序流程图 开始 按键处理 是否 r 键按下 是否 号按下 输入数据 是否 号被按下 存储数据 返回 清屏 等待 等待 Y Y N N N Y 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 17 图 3 3 按键处理程序流程图 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 18 第 4 章 系统调试 由于单片机应用系统的日趋复杂 要求所写的代码规范化 模块化 并便于多 人以软件工程的形式进行协同开发 汇编语言作为传统的单片机应用系统的编程语 言 已经不能满足这样的实际需要了 而 C 语言以其结构化和能产生高效代码满足 了这样的需求 成为 C51 系列单片机的主流设计语言 汇编语言有着执行效率高的优点 但是可移植性和可读性差 并且本身就是一 种编程效率低的低级语言 这些都使它的编程和维护不方便 从而导致了整个系统 的可靠性也较差 而使用 C 语言进行单片机应用系统的开发 有着汇编语言不可拟 的优势 1 编程调试灵活方便 C 语言作为高级语言的特点决定了它灵活的编程 方式 当前的很多系列的单片机都有相应的 C 语言级别的仿真调试系统 使它的调 试环境十分方便 2 生成的代码编译效率高 当前较好的 C 语言编译系统的编 译效率已基本达到中高级程序开发人员的水平 尤其是用于开发较为复杂的单片机 应用系统时更具优势 3 完全模块化 一种功能由一个函数模块完成 数据交换 可方便的约定实现 十分有利于多人协同进行大系统项目的合作开发 4 是可移 植性好 一种 C 语言环境下所编写的 C 程序 只需要将部分与硬件相关的地方进行 适度修改 就可以方便的移植到另外的一种系列的单片机上 5 便于项目维护管 理 用 C 语言开发的代码基本上可以避免因开发人员变化而给项目进度或后期维护 升级带来的影响 从而保证了整个系统的高品质 高可靠性及可升级性 4 1 硬件制作 4 1 1 PROTEL99SE 的介绍 Protel 99 se 是电路及印制电路板的一款比较杰出的软件 在我国流行最早 应 用面最宽 Protel 99 SE 较以前的版本功能更强大 它是桌面环境下以设计管理和协 作技术为核心的一个优秀的印制电路板设计系统 Protel 99 SE 软件包括以下几个模 块 原理图设计软件 Protel Advanced Schimatic 99 SE 用于电路板设计软件 Protel Advanced PCB 99SE 用于 PCB 自动布线的 Protel Advanced Route 99 SE 用于可编 程逻辑器件设计的 Protel Advanced PLD 99 SE 用于电路仿真的 Advanced SIM99 和 信号完整性分析的 Advanced Integrity 99 本设计采用 Protel 99SE 进行原理图 电路 设计 印制电路板 PCB 设计 电路原 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 19 理图设计系统 包括用于原理图设计的原理图编辑器 Sch 和用于修改元件或创建新 元件的元件库编辑器 SchLib 系统自身带有大量的元器件库 用户可以方便的调用 或创建设计电路所需的各种电路元件 使电路设计工作变得简单轻松 此外 系统 可以为印制电路板设计提供网络表 并提供完善的打印输出功能 印制电路板设计 系统主要用于印制电路板设计 包括设计电路板的电路板编辑器 PCB 和用于修改或 创建元件封装的元件封装库编辑器 PCBLib 该系统功能十分强大 能提供非常专业 的交互式布线及元件布局 可进行多达 32 层信号层 16 层内部电源 接地层的布 线设计 通过该系统 普通人员也可在短时间内设计出具有专业水准的 PCB 板 4 1 2 PCB 板的绘制 首先要考虑 PCB 尺寸大小 PCB 尺寸过大时 印制线条长 阻抗增加 抗噪声 能力下降 成本也增加 过小则散热不好 且邻近线条易受干扰 电路板的最佳形 状矩形 长宽比为 3 2 或 4 3 位于电路板边缘的元器件 离电路板边缘一般不 小于 2mm 放置器件时要考虑以后的焊接 不要太密集 以每个功能电路的核心元件 为中心 围绕它来进行布局 元器件应均匀 整齐 紧凑地排列在 PCB 上 尽量 减少和缩短各元器件之间的引线和连接 去耦电容尽量靠近器件的 VCC 在高频下 工作的电路 要考虑元器件之间的分布参数 按照电路的流程安排各个功能电路单 元的位置 使布局便于信号流通 并使信号尽可能保持一致的方向 布局的首要原 则是保证布线的布通率 移动器件时注意飞线的连接 把有连线关系的器件放在一 起 尽可能地减小环路面积 以抑制开关电源的辐射干扰 检查布线设计完成后 需 认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则 同时也需确认所制定的规则是否 符合印制板生产工艺的需求 一般检查线与线 线与元件焊盘 线与贯通孔 元件 焊盘与贯通孔 贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理 是否满足生产要求 电源线 和地线的宽度是否合适 在 PCB 中是否还有能让地线加宽的地方 注意 有些错 误可以忽略 例如有些接插件的 Outline 的一部分放在了板框外 检查间距时会出错 另外每次修改过走线和过孔之后 都要重新覆铜一次 复查根据 PCB 检查表 内 容包括设计规则 层定义 线宽 间距 焊盘 过孔设置 还要重点复查器件布局 的合理性 电源 地线网络的走线 高速时钟网络的走线与屏蔽 去耦电容的摆放 和连接等 4 1 3 焊接电路板步骤 掌握好烙铁的温度和焊接时间 选择适合的烙铁头和焊点的接触位置 才可能 得到良好的焊点 我在焊接电路板时用手工焊接来完成 分为以下五个步骤 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 20 1 准备施焊 左手拿焊丝 右手拿烙铁 进入备焊状态 要求烙铁头保持干净 无焊渣等氧 化物 并在表面镀有一层焊锡 2 加热焊件 烙铁头靠在两焊件的连接处 加热整个焊件全体 时间约为 1 2 秒钟 对于在 印制板上焊接元器件来说 要注意使烙铁头同时接触两个被焊物 3 送入焊丝 焊件的焊接面被加热到一定温度时 焊锡丝从烙铁对面接触焊件 4 移开焊丝 当焊丝熔化一定量后 立即向左上 45 度方向移开焊丝 5 移开焊铁 焊锡浸润焊盘和焊件的施焊部位以后 向右上 45 度方向移开烙铁 焊接结束 从第三步到第五步所用时间是 1 2 秒钟 4 2 硬件调试 在硬件制作中 蜂鸣器的声音比较少 原因是在硬件设计中 蜂鸣器前少加了 三极管 对发出的声音没有进行放大 导致蜂鸣器发出的声音过小 另外一个缺陷 是没有设计单片机的开关电源 导致在程序下载时 需要反复的接通和断开 USB 接 口 给设计带来一些不便 4 3 软件调试 软件采用单片机 C51 语言 在 Keil Vision 4 软件开发环境下进行程序的编写和 调试 Keil Vision 4 包含一个器件数据库 device database 可以自动设置汇编器 编译器 连接定位器及调试器选项 来满足用户充分利用特点微控制器的要求 此 数据包含 片上存储器和外围设备的信息 扩展数据指针 extra data pointer 或者 加速器 math accelerator 的特性 图 4 1 程序在 keil uVision4 软件中的编写界面 4 4 软件烧入 程序运行成功之后 将 hex 的文件通过 STC ISP 烧录软件下载到单片机运行 STC ISP 烧录软件的特点是将程序源代码下载进单片机内部 而不用编译 图 4 1 为烧录的界面 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 21 图 4 1 软件调试 4 5 软硬件调试后结果 1 当接通电源后 指示灯亮 2 SLE4442 卡没有插入时 数码管显示 SLE4442 卡插入时 数码管显示 卡中的金额 3 按键按下消费金额 然后按下确认键 系统进行加减运算后 数码管显示 SLE4442 卡中的余额 如果减去的金额小于卡中的金额 蜂鸣器则进行报警 同时 卡中的钱不变 4 拔下卡后 当再次插上卡时 卡中显示上次消费后的金额 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 22 图 4 2 程序烧录 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 23 第 5 章 结论与展望 在本次设计中 运用的是 SLE4442 卡 此卡有 256 字节 E2PROM 32 个保护位 可以对 E2PROM 前 32 字节进行写保护 卡始终可读 写卡必须进行密码校验 3 字 节用户密码 密码错误计算 3 次 当 3 次密码输入错误时 此卡报废 其中 我在 做密码校时 烧过 5 张卡 但是还是对密码校验没有实现 SLE4442 卡与单片机之 间运用 I2C 总线进行通讯 通过时钟 开始信号和停止信号的配合进行数据传输 在本次设计中 数码管用的共阳极数码管 位选端接的是 8550 但由于失误最后一 位接了 8050 所以在程序设计中前三位为低电平选通 第四位为高电平选通 蜂鸣 器在这次设计中 作用是当今额小于 0 元时 蜂鸣器惊醒报警 此块电路在此设计 中已经很完整 在以后的设计中要更加完善密码校验 不断提高系统的安全性能 此外 SLE4442 卡需要插入卡座 不如射频卡省时 在以后的要向射频卡的