基于單片機的學生簽到系統(tǒng)的設計與實現

基于單片機的學生簽到系統(tǒng)的設計與實現題目：基于單片機的學生簽到系統(tǒng)的設計與實現1學生簽到系統(tǒng)分析與設計1.1方案設計具體思路本設計是基于AT89C52單片機設計的學生簽到打卡系統(tǒng)，本系統(tǒng)是由RC522射頻芯片采集射頻卡片數據ID號，然后51單片機通過獲得的ID號查詢錄入的數據庫來判斷是哪個人簽到，同時保存一下打卡時間記錄。日歷時間設置是通過上位機軟件獲取電腦精確時間，并通過串口將日歷更新到板子系統(tǒng)，操作比按鍵設置簡單易懂。同樣通過電腦端軟件發(fā)送串口指令錄入學生信息、修改學生信息、設置日歷、設置簽到上下限時間，同時使用市場上通用的12864液晶顯示屏顯示時間和打卡詳情功能。1.2方案設計總體框圖1.3數據庫設計1.3.1主控制芯片AT89C52的結構在這一塊AT89C52單片機芯片上，集成了一臺微型計算機的主要組成部分，其中包括CPU、存儲器、可編程I/O口、定時器/計數器，各部分通過內部總線相連。下面介紹幾個主要部分。圖1.2為AT89C52單片機的基本組成功能方塊圖。1.3.2AT89C52管腳說明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，有8TTL門電流被腳吸收。當P1管腳寫入1時，就叫做高阻輸入。P0能夠用于外部ROM數據，又叫做數據/地址的第八位。在FLASH編程時，原碼輸入口為PO，當正在校驗時，PO輸出原碼，此時PO外部必須升高。P1口：準雙向通用I/0口。P1口管腳寫入1后，上拉電阻升高，做為輸入，當P1變?yōu)榈碗娖綍r，有電流輸出。P1口作為第八位地址接收，也可以用來進行FLASH的變成和校驗。P2口：準雙向I/0口。P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P3口：P3口為8個上拉電阻雙向I/O接口組成的。當P3口寫入1后，P3口被內部升為高電平，用來輸入。作為輸入，外部下降為低電平，所以P3口會有電流的輸出。P3口管腳還有其他功能，如下：P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0（外部中斷0）P3.3INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器1外部輸入）P3.6（外部數據存儲器寫選通）P3.7（外部數據存儲器讀選通）RST：復位。振蕩器需要復位時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/：地址鎖存信號輸出端/EPROM編程脈沖輸入端。PSEN：外部程序ROM的選通信號端。外部程序取指的時候，僅僅只有兩次的PSEN有效。所以在外部ROM不工作的時候，信號是不會出現的。 /VP：內/外部ROM選擇端.XTAL1：反向振蕩放大器的輸入，內部時鐘電路的輸入。XTAL2：反向振蕩器的輸出。1.4串口電路1.4.1CH374概述CH374是一個USB總線的通用接口芯片，USB-DEVICE/SLAVE設備方式都是支付USB的主機方式。HUB根集線器有3個端口，低速和全速的控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸以及同步/等時傳輸。CH374采用8位數據總線支持讀、寫、片選控制線以及中斷輸出。該電路應用于51單片機和PC端的串口通訊，改串口模塊電路用于設置時間和錄入學生信息和修改學生信2系統(tǒng)實現2.1程序模塊設計本次設計采用的是模塊化程序結構，可以分成以下程序模塊：1、系統(tǒng)初始化程序：實現完成變量的設定、中斷入口的設定、堆棧、輸入輸出口及外部件的初始化工作（如12864、RC522、串口和定時器的初始化）。2、鍵盤掃描程序：定時100ms輪訓按鍵，來判斷是否有按鍵發(fā)生。3、主程序：完成鍵盤掃描、射頻模塊的讀寫、日歷時間的顯示、當有卡片刷卡時顯示刷卡信息，如果超過預設的打卡時間段啟動蜂鳴器報警。4、射頻模塊程序：51單片機通過并口與射頻模塊通訊，定時檢測天線周圍是否有卡片介入，并通過ISO1443卡標準完成讀卡寫卡功能。5、顯示子程序：12864的內部讀寫設定，顯示校名和日歷和顯示刷卡信息狀態(tài)。6、蜂鳴器程序：判斷是否滿足刷卡條件，來控制是否報警。7、日歷程序：年月日時分秒和星期的計算。2.2軟件部分圖2.1系統(tǒng)設計流程圖本次設計采用的是模塊化程序結構，可以分成以下程序模塊：1、系統(tǒng)IO初始化，主要就是MCUIO口的電平設置。InitializeSystem()2、學生卡軟件參數的初始化，主要就是學生卡結構體變量參數賦值和BUF清0操作，以及設置打卡簽到時間。StudentCardInit();3、蜂鳴器的初始化，關閉蜂鳴器操作，防止一上電就長響beep_init();4、日歷結構體參數初始化，主要是設置默認上電日歷時間星期。Calendar_Init();5、定時器初始化，定時器在程序中起了至關重要的做用，主要實現了系統(tǒng)輪訓機制。bsp_InitTimer();6、射頻模塊復位初始化，切記RC500上電后應延時500ms才能可靠初始化，否則有可能射頻模塊初始化失敗，造成不能正常刷卡。Rc500Ready();7、串口任務初始化，設置串口通訊參數波特率為：9600，校驗位：NONE,數據位：8，停止位：1。Creak_UsartTask();8、按鍵任務初始化，主要對按鍵變量參數的初始化，以及硬件軟件設置操作。Creak_KeyTask();9、顯示屏12864初始化，接口為并口通訊方式，在寫數據之前要記得清屏，設置功能、顯示、光標設置等參數設置，設置參數完成之后，顯示學校校名以及歡迎使用簽到機系統(tǒng)頁面。Creak_LCDTask();10、射頻模塊天線設置為關閉狀態(tài)，并啟動射頻模塊輪訓任務，任務間隔時間為500msCreak_CardTask();11、射頻模塊輪訓處理任務，主要負責射頻模塊卡片讀寫操作。并查詢刷到的卡號所對應的學生信息。Card_Task();12、按鍵任務輪訓處理，主要負責檢查三個按鍵是否被按下，如果有按鍵發(fā)生，并做相應的處理操作，按鍵主要觸發(fā)系統(tǒng)查詢簽到遲到的卡片有哪些。Key_TASK();13、串口任務處理，主要是處理接受下來上位機軟件發(fā)過來的數據之后，再來判斷是什么命令，系統(tǒng)再做相應處理（如：更新系統(tǒng)時間、錄入和修改、刪除卡號操作）。UsartTask();14、顯示屏任務處理，主要是用來顯示當前系統(tǒng)狀態(tài)，例如系統(tǒng)刷卡界面包含日歷時間等信息，更新時間成功界面，以及系統(tǒng)查詢遲到界面等等。LCD_TASK();2.3上位機軟件1、界面如下：圖2.2上位機界面2、串口設置如下：圖2.3串口設置圖切記波特率一定要跟下位機串口設置一致。串口號可以在設備管理器中查詢得到，如圖2.4所示圖2.4串口查詢圖3、錄入和修改卡號和學號操作：圖2.5修改界面圖輸入姓名和學號之后，點擊錄入和修改即可。4、刪除學號操作，如圖2.6所示圖2.6刪除學號圖輸入相應要刪除的卡號，點擊刪除即可。5、更新系統(tǒng)時間操作，如圖2.7所示圖2.7系統(tǒng)時間點擊更新時間，下位機時間立即更新為PC端系統(tǒng)時間。2.3.1上位機與下位機通訊協(xié)議如下：幀頭 數據一個字節(jié) N個字節(jié)a)更新系統(tǒng)時間幀頭 數據0Xe0 N個字節(jié)b)錄入和修改幀頭 數據0Xe1 N個字節(jié)c)刪除卡號：幀頭 數據0Xe3 N個字節(jié)圖2.8通訊協(xié)議圖2.4程序下載方法：首先須裝好USB驅動，然后選擇對應的MCU型號”STC89C58RC”，打開程序要燒錄的HEX文件，選擇與您計算機對應的端口，即COM口，先關閉開發(fā)板電源，即開關彈起，當點擊“下載”時提示請給MCU上電時，您再給開發(fā)板供電，即開關按下，燒寫過程可見進度條。圖2.9程序燒錄運行圖2.5整體分析這次畢業(yè)設計從軟件設計到硬件制作過程中，都是以AT89C52單片機為核心設計的，通過芯片的識別來完成學生簽到的過程。將白芯片放入識別區(qū)域，這時在電腦上就可以設定學生的信息，學號，當白芯片錄入進信息后，在指定的識別區(qū)域刷卡，從而完成學生簽到的。當需要修改學生的信息時，將芯片放入識別區(qū)域，用做好的上位機軟件來更新學生的信息，刪除或者修改學生的信息。此外還可以通過按鍵裝置，來查詢遲到的學生。3.系統(tǒng)運用的各個模塊3.1單片機AT89C52外圍晶振電路每一個單片機都含有著晶振，它的全部名稱為晶體震蕩器，晶體振蕩器的作用非常大，因為它不僅僅結合了單片機內部的電路，從而讓單片機產生了必要的時鐘頻率，一直不停的工作，單片機所發(fā)出的所有指令的執(zhí)行都是在晶體振蕩器上建立起來的，它提供的時鐘頻率越高，則單片機運行速度就越快。該課程設計晶振為11.0592MHz，如圖3.1為晶振電路。3.2單片機AT89C52外圍復位電路復位的作用是使中央處理器CPU以及其他功能部件都恢復到一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。AT89C52單片機的復位是靠外部電路實現的，信號由RESET(RST)引腳輸入，低電平無效，在振蕩器工作時，只要RST引腳高電平是兩個周期，就會復位，復位后，PC程序計數器的內容為0000H，片內RAM中的內容不變。本設計采用的復位電路是手動開關復位，圖3.2為手動復位電路。復位電路的第一功能是上電復位。VCC上電時，C充電，在10K電阻上出現電壓，使得單片機復位；在一定時間之后，C充滿，電阻上的電流變?yōu)?，同時電壓也變?yōu)?，從而讓單片機進入工作狀態(tài)。復位電路的第二功能是手動復位電路，在有按鍵按下時，由于電容充電產生一點時間的高電平，就可以使單片機復位。這種情況在工作時間下，撥下S時，C放電。松開S時，C充電，同時電阻出現電壓，然后單片機復位。在一點時間后，單片機進入工作模式。3.3射頻采集電路RC522射頻芯片主要特性：1、模擬電路可以讓卡應答的解調和解碼。2、支持IC和ISO14443A14部分。3、10cm內為有效范圍。4、天線上的緩沖輸出驅動器使用最少數的元件連接的。5、內部非易失性密匙存儲器必須加密并且保護。6、微處理器接口在并行是由內部地址鎖存和IRQ線組成的。7、中斷處理非常靈活。8、芯片采用自主檢驗接口類型。9、方便的發(fā)送64字節(jié)和FIFO緩沖區(qū)的接收。10、消耗功率少的硬件復位。11、軟件可以控制掉電模式。12、定時器是可以編程。13、序列號是唯一的。14、啟動配置是用戶可編程的。15、位和字節(jié)是用定位幀來定位的。16、發(fā)送器部分與數字模擬分別使用自獨立的電源輸入腳。17、13.56MHz石英晶體與內部振蕩器緩沖鏈接從而產生低相位抖動。18、濾波時鐘頻率。19、在短距離的應用，天線驅動器必須為3.3V才可操作。3.4電源電路電源電路選擇最常用的USB口供電，可以通過USB線插到PC的USB口供電也可以插到手機適配器上面，因為板子的供電電壓剛好是5V，也不需要額外的轉換電壓。上面的發(fā)光二極管用于指示電源是否供電。開關是用來控制整個板子的用電開與關。3.5報警電路由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機的I/O口是無法直接驅動蜂鳴器的，所以要利用放大電路來驅動，一般使用三極管來放大電流就可以了。本電路使用了I/O口定時翻轉電平驅動蜂鳴器方式。該報警器主要用來刷卡指示和打卡異常指示。3.6液晶顯示電路12864漢字圖形點陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，顯示內容與技術參數:電源：VDD3.3V到+5V(內部含有升壓電路并且不需要負壓)；顯示內容：128×64顯示顏色：綠色黃色LCD類型：STN和MCU接口：8位或3位串行/4位并行128X64液晶引腳說明：引腳號 引腳名稱 方向 功能說明1 VSS - 電源地2 VDD - 電源的正端3 V0 - LCD的輸入為驅動電壓4 RS(CS) H/L 串行的片選信號5 R/W(SID) H/L 并行讀寫信號；數據口串行6 E(CLK) H/L 使能信號并行；同步時鐘串行7 DB0 H/L 數據08 DB1 H/L 數據19 DB2 H/L 數據210 DB3 H/L 數據311 DB4 H/L 數據412 DB5 H/L 數據513 DB6 H/L 數據614 DB7 H/L 數據715 PSB H/L 接口選擇：H-并行；L-串行16 NC 空腳17 /RET H/L 硬件復位（高電平無效）18 NC 空腳19 LED_A （LED+5V） 背光源的正極20 LED_K （LED-OV） 背光源的負極4.硬件與軟件的檢測與調試4.1硬件電路調試仔細檢查所接電路，按照硬件原理圖接線，理論上是能實現的，如果液晶12864不顯示，則應該檢查液晶屏線路是否正確，或是因為單片機沒有工作，還是晶振沒有起振。如果不能正常刷卡，檢測一下RC522電路部分是否連接正確，看看RC522周圍電路是否存在虛焊問題。蜂鳴器是低電平有效。如果能注意這些問題，電路基本不會出錯。4.2軟