简易门禁控制器设计论文luomi.doc

简易门禁控制器设计论文院 校： 湖南工业职业技术学院系 部： 电 子 信 息 系 专 业： 电子信息工程技术 姓 名： 郭 启 良 学 号： 0801031138 时 间： 2011年9月 目 录一、引言1二、硬件设计11.主要器件介绍 12.主要电路分析 5三、软件设计71.软件设计框图 72.主要程序分析 7四、功能调试10五、附录 11 1.电路图 11 2.说明书 12福建信息职业技术学院电子工程系一、引言在科学技术发达的今天，门禁系统已发展为一套现代化的、功能齐全的管理系统，它对出入门和通道的管理也早已超出了单纯的对门锁及钥匙的管理。它不止是作为进出口管理使用，而且还能有助于内部的有序化管理。同时也将有效的保护您的财产不受非法侵犯。门禁管理系统已成为安全防范系统中极其重要的一部分，在一些发达国家中，它正以远远高于其它类安防产品的进度迅猛发展，广泛应用在智能大厦、智能小区、办公室、宾馆等各种房间门、大门、人行通道的管理方面；在国内，门禁系统也已悄然兴起，包括邮电系统，供电系统，银行系统，住宅小区，度假村等各种类型的场所都已有使用门禁系统的范例，并且呈现出高速发展的态势。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，以主动地控制替代了被动监视的方式，通过对主要通道的控制大大地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。电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。其性能和安全性已大大超过了机械锁。其特点如下：1保密性好，编码量多，远远大于弹子锁。随机开锁成功率几乎为零。2无活动零件，不会磨损，寿命长。3使用灵活性好，不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁。4电子密码锁操作简单易行。二、硬件设计1.主要元器件介绍（1）STC89C52单片机STC89C52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8K Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用宏晶公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的STC89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。STC89C52具有如下特点：40个引脚，8K Bytes Flash片内程序存储器，256Bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，片内时钟振荡器。此外，STC89C52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。 STC89C52引脚图VCC：电源电压GND：地RST：复位输入。当振荡工作时，RST引脚出现两个机器周期上高电平将使单片机复位。ALE/：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不再访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目地，要注意的是：当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置禁位后，只有一条MOVX 和MOVC指令ALE才会被激活。此外，该引脚被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。：程序储存允许（）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，高有两次有效的信号。/VPP：外部访问允许。欲使CPU访问外部程序存储器（地址0000HFFFFH），端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存端状态。如端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时,该引脚加上12V的编程电压VPP。P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口，作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端口。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号校验期间，P1接收低8位地址。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流I。在访问位地址的外部数据存储器（如执行：MOVX Ri 指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器），在整个访问期间不改变。Flash 编程或校验时，P2也接收高位地址和其它控制信号。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端口时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流I。（2）74LS47译码器74LS47是BCD-7段译码器/驱动器，是数字集成电路，用于将BCD码转化成数码块中的数字，然后我们就能看到从0-9的数字。 译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用 74LS47管脚图74LS47功能表（3）AT24C02存储芯片CAT24WC02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主器件和从器件都可以作为发送器或接收器但由主器件控制传送数据发送或接收的模式通过器件地址输入端A0 A1 和A2 可以实现将最多8 个24WC02 器件SCL 串行时钟CAT24WC02串行时钟输入管脚用于产生器件所有数据发送或接收的时钟这是一个输入管脚SDA 串行数据/地址CAT24WC02双向串行数据/地址管脚用于器件所有数据的发送或接收SDA 是一个开漏输出管脚可与其它开漏输出或集电极开路输出进行线A0 A1 A2 器件地址输入端这些输入脚用于多个器件级联时设置器件地址当这些脚悬空时默认值为0。当使用24WC02 时最大可级联8 个器件如果只有一个24C02 被总线寻址这三个地址输入脚A0 A1 A2 可悬空或连接到Vss WP 写保护如果WP 管脚连接到Vcc 所有的内容都被写保护只能读当WP 管脚连接到Vss 或悬空允许器件进行正常的读/写操作2.主要电路分析（1）矩阵按键由于本设计所用到的按键数量较多而不适合用独立键盘。采用的是矩阵键盘，它由行线和列线组成，也称行列式键盘，按键位于行列的交叉点上，密码锁的密码由键盘输入完成，与独立键盘相比，要节省很多I/O口。键盘的每个按键功能在程序设计中设置。其大体功能看键盘按键上的标记及与单片机引脚接法如下图所示：单片机与矩阵键盘的连接（2）数码管显示数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。而且电路采用74LS47芯片驱动，可以节约单片机的I/O口，并且使程序更加简单，方便控制。 数码管和74LS47芯片的连接图（3）继电器控制开锁控制电路的功能是当输入正确的密码后将锁打开。系统使用单片机其中一引脚线发出信号，经三极管放大后，由继电器驱动电磁阀动作将锁打开。当输入密码正确时继电器吸合以后带动马达转动，完成本次开锁。开锁以后，单片机自动清除掉由用户输入的这个密码。继电器驱动电路三、软件设计1.软件设计框图初始化开始主函数 while（1）；矩阵扫描显示触发中断如上图所示，上电后程序开始执行整个系统的初始化并打开中断。然后进入主函数，主函数里不执行任何指令，等待20毫秒触发定时器中断开始执行矩阵键盘的扫描和数码管的显示，然后再回到主函数等待下一次的定时器中断的触发。2.主要程序分析（1）程序运行模式程序使用了中断扫描和中断延时的方式，使程序更加灵活，并且更加容易控制。void Init()EEPROM_Init();Sys_Init();System_Init();PW_Init();Timer_Init();void main()Init();while(1)；void Timer1() interrupt 1TH0=(65536-20000)/256; TL0=(65536-20000)%256;OS_Delay();OS_Jump();Display();主函数中执行了初始化以后就一直延时等待，不执行然后指令。把程序都放到了中断中来处理。（2）按键扫描方式采用了矩阵键盘的反转扫描法，提高了按键的灵敏度，并且大幅度减少了程序。Uchar KeyScan()Uchar Cord_h,Cord_l;/行列值P2=0x0f;/行线输出全为0Cord_h=P2&0x0f;/读入列线值if(Cord_h!=0x0f)/先检测有无按键按下Counter+;Cord_h=P2&0x0f;/读入列线值P2=Cord_h|0xf0;/输出当前列线值Cord_l=P2&0xf0;/读入行线值return(Cord_h+Cord_l);/键盘最后组合码值return(0xff);/返回该值按键每按一下都会有一个数值产生，这样只要把得到的数值进行处理就行了。（3）密码的比对if(PassWord1-10000)=MM)&(DO=1)OP=0;BU=0;ER=1;Flag=251;elseBU=0;ER=2;Flag=252;把按键读出来的数值进行处理后再和放到内存中的密码进行对比，一样的话就发送一个开门的信号然后返回，如果比对错误的话就直接返回。（4）密码的设置if(PassWord1=PassWord0)&(PassWord0!=10000)BU=0;ER=5;Flag=251;elseBU=0;ER=6;Flag=252;正确输入系统密码后可以进行密码的修改，并且密码必须输入两次，两次输入的密码完全一致以后再把修改后的密码放到24C02中，完成密码的修改。（5）密码的存储这是24C02的写数据函数void EEPROM_Write(Uchar Address,Uchar Dat,Uchar Datt)EEPROM_Start();EEPROM_Write_Byte(0xa0);EEPROM_Respons();EEPROM_Write_Byte(Address);EEPROM_Respons();EEPROM_Write_Byte(Dat);EEPROM_Respons();EEPROM_Write_Byte(Datt);EEPROM_Respons();EEPROM_Stop();然后等待接到密码修改成功的指令后就执行MM=PassWord1-10000;EEPROM_Write(1,MM/100,MM%100);四、功能调试0.0.1 程序完成了使用密码开门和设置开门密码和设置系统密码的基本功能。并实现了密码掉电不丢失。0.0.2 对程序空间（ROM）进行大幅度减肥0.0.3 再次对程序空间(ROM)进行减肥0.0.4 对内存（RAM）进行优化和小部分程序空间（ROM）进行精简0.0.5 改变按键的扫描方式为中断扫描使按键更加灵敏和改变程序的延时方式为使用中断进行延时，提高了CPU使用率。增加了设置锁控时间的设置项。增加了忘记密码的功能。0.0.6 修改了在开门状态使用密码还可以继续开门的BUG。屏蔽密码0000时的BUG。增加了在设置状态和输入密码状态长时间无操作30后返回待机状态。0.0.7 把出门按钮也加到中断里面进行扫描提高其灵敏度。修改了设置锁控时间的时候不进行任何操作直接保存导至保存的锁控时间乱码的BUG。五、附录电路图说明书操作说明：1、通电，按下“出门按钮”，继电器1动作，出门指示灯（绿色）亮且状态灯（红色）亮，延时X秒出门指示灯灭，处于开门状态；再按下“出门按钮”，继电器2动作，关门指示灯亮且状态灯（红色）灭，延时X秒关门指示灯灭，处于关门状态。2、密码开门：在关门状态下，按一下“密码”键，数码管显示“cccc”输入开门密码（默认开门密码为“8888”），再按“确认” 键， 继电