1、課程設計報告 課程： 嵌入式系統(tǒng)課程設計 學期： 班號： 學號： 姓名： 教師： 成績： 電子與信息工程學院2016年6月題目：基于STM-32刷卡考勤系統(tǒng)設計基本功能：1. 讀卡功能：本系統(tǒng)的讀卡模塊可以識別基于國際標準ISO/IEC 14443的IC卡，可以讀取IC的卡號。2. 考勤功能：本系統(tǒng)通過對IC卡的識別來統(tǒng)計出勤信息，統(tǒng)計出應到人數(shù)。實到人數(shù)，實現(xiàn)考勤功能。3. 顯示功能：對于考勤的相關(guān)信息，可以通過液晶顯示屏來進行顯示。擴展功能：對于數(shù)據(jù)庫中存在的持卡人信息進行顯示，并響鈴提示通過；對于數(shù)據(jù)庫中不存在的持卡人信息進行報警警告教師評語：評審教師：日期：第一章 引言1.1研究目的及

2、意義隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，愈來愈多的管理者認識到管理與效益是息息相關(guān)的，實現(xiàn)數(shù)據(jù)規(guī)范化、自動化的管理，是一個管理規(guī)范、運作高效的企事業(yè)單位的必然要求。現(xiàn)在的市場競爭是知識的競爭，管理手段的競爭。誰有先進的技術(shù)設備和管理手段，誰就有成功的先機。企業(yè)或單位對于方便、快捷的考勤系統(tǒng)有迫切的需求。而一些當前的刷卡考勤系統(tǒng)主要是基于計算機控制的聯(lián)網(wǎng)型系統(tǒng)，不僅價格昂貴，體積龐大、笨重，而且需要網(wǎng)絡的連接，不利于廣泛的用于小范圍的考勤管理。為了可以滿足日常的方便快捷的考勤，本文設計了基于單片機的刷卡考勤系統(tǒng)。刷卡考勤系統(tǒng)將射頻識別技術(shù)和現(xiàn)代管理結(jié)合起來。在企業(yè)中，刷卡考勤系統(tǒng)可以以節(jié)省大量的人力物力，簡化日

3、常管理的繁瑣程序，提高企業(yè)的管理效率。在高校中，刷卡考勤系統(tǒng)對加強學生的教學管理，促進教學改革也有著非常重要的意義。本系統(tǒng)的可能創(chuàng)新點是通過進一步完善軟件環(huán)境使本系統(tǒng)與“一卡通”系統(tǒng)的兼容，實現(xiàn)了“校園一卡通”作為考勤卡的作用，拓展了本校“一卡通”的適用范圍。通過讀取IC卡號，根據(jù)各個部門的數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲內(nèi)容調(diào)出相應信息。例如學校的圖書館學生借閱管理、學校微機機房的記時考勤記錄、學校操場或?qū)W生宿舍的門禁管理、學校食堂的收費等。1.2 發(fā)展趨勢目前，非接觸式IC卡中的主流為PHILIPS公司的Mifare技術(shù)，并且已經(jīng)被制定為國際標準：ISO/IEC 14443 TYPE A標準。歐洲一些較大的I

4、C射頻卡制造商和IC射頻卡讀寫設備制造商以及IC射頻卡軟件設計公司等大都把Mifare技術(shù)作為技術(shù)標準，而發(fā)展和推進IC卡行業(yè)快速的向標準化發(fā)展。而對于非接觸式IC智能射頻卡方面的研究則代表了整個大行業(yè)的發(fā)展方向。非接觸式IC卡和接觸式IC卡相比，它繼承了接觸式IC卡的容量大、安全性高的特點，同時也克服了以接觸方式工作的IC卡所無法避免的缺點，如觸點磨損、污染、靜電以及插卡不便的讀寫過程，使非接觸式IC卡的使用更加自由，應用更加廣泛。當前，國內(nèi)IC卡及相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)和研究的企業(yè)主要有上海復旦微電子股份有限公司，深圳市明華澳漢科技有限公司等。中國IC卡產(chǎn)業(yè)雖然起步雖晚，但發(fā)展迅猛，通過引進先進的

5、技術(shù)和自主研發(fā)，在幾年間，整體生產(chǎn)能力突破了2億張。全國IC卡應用裝置的開發(fā)和系統(tǒng)集成廠商也達到上千家。由于智能卡的潛在應用范圍非常廣，國內(nèi)外學術(shù)界和科技工作者對非接觸式智能卡的開發(fā)，給予了廣泛關(guān)注和研究。近幾年來，射頻識別系統(tǒng)的發(fā)展極其迅猛。尤其自1993年金卡工程啟動實施以來，IC卡的應用領(lǐng)域得到不斷的擴展，一條完整的IC卡產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)初步建立起來了，并逐步成為國民經(jīng)濟新的持續(xù)增長點。1.3 可行性分析經(jīng)濟方面：現(xiàn)在市面上銷售的中檔考勤機售價一般在500元左右，若批量采購的話售價能夠相對的降低，學校可以根據(jù)每個教研室的授課老師的數(shù)量來配備2-5臺考勤機，由于學生考勤系統(tǒng)選用一般計算機操作，對

6、硬件設施沒有較高要求，所以每個科室的可以配置一臺計算機作為客戶端，預計每臺客戶端的售價為3000左右，鑒于本系統(tǒng)對計算機的硬件要求不高，可以考慮采用一般低檔的服務器，預計售價為10000左右。技術(shù)可行性分析主要包括四個方面：目前有關(guān)的技術(shù)能否支持所開發(fā)的新系統(tǒng)；新系統(tǒng)開發(fā)人員的數(shù)量和水平，即人力資源；硬件和軟件資源。 技術(shù)支持首先根據(jù)新系統(tǒng)的目標，考慮目前有關(guān)的技術(shù)能否支持所開發(fā)的新系統(tǒng)。這里討論的技術(shù)必須是已經(jīng)普遍使用的，而不是待研究的或正在研究的。 硬件資源開發(fā)管理信息系統(tǒng)所需的硬件資源包含以下兩個方面。系統(tǒng)開發(fā)人員在管理信息系統(tǒng)的開發(fā)過程中所需要的計算機設備及其有關(guān)的外部設備；管理信息系

7、統(tǒng)開發(fā)成功投入使用后，使用單位所應具備的計算機設備及其有關(guān)的外圍設備。對硬件資源進行可行性分析時主要考慮計算機的主機內(nèi)存、類型、功能、聯(lián)網(wǎng)能力、安全保護措施以及輸入/輸出設備，外存儲器和聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信設備的配置、功能、效率等指標是否符合系統(tǒng)方案設計要求，同時還要考慮計算機的性能/價格比。 軟件資源軟件資源的可行性分析主要考慮以下幾點是否滿足使用者，即學校的要求。 操作系統(tǒng)的選擇。 編譯系統(tǒng)的選擇。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的選擇。 高級編程語言的選擇。 漢字處理系統(tǒng)的選擇。 應用軟件包的選擇。1.4 基本內(nèi)容本文主要是通過對射頻設別技術(shù)的研究來設計一款基于單片機的刷卡考勤系統(tǒng)的硬件設備及其軟件。在設計IC

8、卡讀卡器的基礎(chǔ)上，完成考勤系統(tǒng)的設計。本課題主要完成的任務包括：(1)文獻部分：無線識別技術(shù)的研究。(2)硬件部分：包括單片機控制的射頻讀卡器的設、12864液晶顯示電路的設計、報警電路的設計等。(3)軟件部分：ARM控制程序。(4)系統(tǒng)的綜合調(diào)試與分析：在軟硬件完成以后，要對系統(tǒng)進行綜合的測試與實驗，分析系統(tǒng)的可靠性與實用性，調(diào)整系統(tǒng)的不足。第二章 開發(fā)環(huán)境的安裝和配置2.1開發(fā)環(huán)境及其工具的介紹Linux是一套免費使用和自由傳播的類Unix操作系統(tǒng)，是一個基于POSIX和UNIX的多用戶、多任務、支持多線程和多CPU的操作系統(tǒng)。它能運行主要的UNIX工具軟件、應用程序和網(wǎng)絡協(xié)議。它支持32

9、位和64位硬件。Linux繼承了Unix以網(wǎng)絡為核心的設計思想，是一個性能穩(wěn)定的多用戶網(wǎng)絡操作系統(tǒng)。Linux操作系統(tǒng)誕生于1991 年10 月5 日（這是第一次正式向外公布時間）。Linux存在著許多不同的Linux版本，但它們都使用了Linux內(nèi)核。Linux可安裝在各種計算機硬件設備中，比如手機、平板電腦、路由器、視頻游戲控制臺、臺式計算機、大型機和超級計算機。這使得可以在Linux下通過相應的模擬器運行常見的DOS、Windows的程序。這為用戶從Windows轉(zhuǎn)到Linux奠定了基礎(chǔ)。許多用戶在考慮使用Linux時，就想到以前在Windows下常見的程序是否能正常運行，這一點就消除了

10、他們的疑慮嚴格來講，Linux這個詞本身只表示Linux內(nèi)核，但實際上人們已經(jīng)習慣了用Linux來形容整個基于Linux內(nèi)核，并且使用GNU 工程各種工具和數(shù)據(jù)庫的操作系統(tǒng)。Linux的基本思想有兩點：第一，一切都是文件；第二，每個軟件都有確定的用途。其中第一條詳細來講就是系統(tǒng)中的所有都歸結(jié)為一個文件，包括命令、硬件和軟件設備、操作系統(tǒng)、進程等等對于操作系統(tǒng)內(nèi)核而言，都被視為擁有各自特性或類型的文件。至于說Linux是基于Unix的，很大程度上也是因為這兩者的基本思想十分相近另外Linux是一款免費的操作系統(tǒng)，用戶可以通過網(wǎng)絡或其他途徑免費獲得，并可以任意修改其源代碼。這是其他的操作系統(tǒng)所做不

11、到的。正是由于這一點，來自全世界的無數(shù)程序員參與了Linux的修改、編寫工作，程序員可以根據(jù)自己的興趣和靈感對其進行改變，這讓Linux吸收了無數(shù)程序員的精華，不斷壯大。Linux同時具有字符界面和圖形界面。在字符界面用戶可以通過鍵盤輸入相應的指令來進行操作。它同時也提供了類似Windows圖形界面的X-Window系統(tǒng)，用戶可以使用鼠標對其進行操作。在X-Window環(huán)境中就和在Windows中相似，可以說是一個Linux版的Windows。Linux可以運行在多種硬件平臺上，如具有x86、680x0、SPARC、Alpha等處理器的平臺。此外Linux還是一種嵌入式操作系統(tǒng)，可以運行在掌上

12、電腦、機頂盒或游戲機上。2001年1月份發(fā)布的Linux 2.4版內(nèi)核已經(jīng)能夠完全支持Intel 64位芯片架構(gòu)。同時Linux也支持多處理器技術(shù)。多個處理器同時工作，使系統(tǒng)性能大大提高。2.2硬件環(huán)境本項目僅需要一臺裝有Linux系統(tǒng)的虛擬機的計算機，它可以使用windows xp及其以上版本以及友善之臂開發(fā)板和一些基礎(chǔ)焊接工具即可。2.3軟件環(huán)境1.Windows 7操作系統(tǒng)2.Keil 43.VMvare Workstation第3章 系統(tǒng)的設計本課題設計的刷卡考勤系統(tǒng)主要由IC卡、讀卡模塊、控制模塊、顯示模塊和報警模塊組成。下面分別對系統(tǒng)功能要求、系統(tǒng)技術(shù)要求及系統(tǒng)實現(xiàn)方案總體闡述。3

13、.1系統(tǒng)功能需求本系統(tǒng)的研制主要包括以下幾項功能：1.讀卡功能：本系統(tǒng)的讀卡模塊可以識別基于國際標準ISO/IEC 14443的IC卡，可以讀取IC的卡號。2.考勤功能：本系統(tǒng)通過對IC卡的識別來統(tǒng)計出勤信息，統(tǒng)計出應到人數(shù)。實到人數(shù)，實現(xiàn)考勤功能。3.顯示功能：對于考勤的相關(guān)信息，可以通過液晶顯示屏來進行顯示。對于數(shù)據(jù)庫中存在的持卡人信息進行顯示，并響鈴提示通過；對于數(shù)據(jù)庫中不存在的持卡人信息進行報警警告。3.2系統(tǒng)的技術(shù)要求在了解本系統(tǒng)的工作原理和功能之后，我們就可以確定系統(tǒng)的技術(shù)要求。本系統(tǒng)采用了標準的ISO/IEC 14443 “Type A”國際標準實現(xiàn)IC卡信息的讀寫，并通過天線的

14、屏蔽干擾信號設計，大大提高了系統(tǒng)讀卡的可靠性和通用性。系統(tǒng)采用的單片機處理器成本均比較低，適合批量生產(chǎn)和各類工程的需要。對于完整的系統(tǒng)而言，為了提高市場競爭力，要求該系統(tǒng)應符合便于攜帶、防干擾、易于使用和成本低廉等技術(shù)要求。具體參數(shù)和指標如下:(1)便于攜帶：電路的設計和布局較為緊湊，減少占用的空間，減小硬件的體積，便于攜帶；(2)防干擾：系統(tǒng)的天線的合理設計，實現(xiàn)電子屏蔽；(3)易用性：系統(tǒng)采用模塊化的設計，在使用過程中安裝簡單，同時考勤信息直觀的顯示在液晶屏上，人機交換界面良好，易于使用。3.3系統(tǒng)的組成及總體方案設計基于單片機的刷卡考勤系統(tǒng)主要由天線、讀卡芯片、單片機、控制電路、報警電路

15、、顯示電路組成。設計的關(guān)鍵在于讀卡模塊和顯示模塊電路的設計以及單片機與讀卡芯片和液晶顯示通信的程序設計。系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：蜂鳴器，指示燈讀卡模塊控制器天線圖3-1 系統(tǒng)功能模塊圖3.4系統(tǒng)硬件設計3.4.1讀卡芯片電路的設計圖（8）讀卡芯片MFRC522的電路連接工作原理：如圖（8）所示，21、22腳作為晶振的接口，D5、D6、D7、SDA作為MFRC522與單片機以SPI方式通信的串口，單片機對MFRC522讀卡芯片進行操作的時候，通過其進行通信并傳輸數(shù)據(jù)。TX1、TX2、VMID和RX作為與天線連接端口。MFRC522簡介：MFRC522 是由 Philips 公司推出的一款非

16、接觸式讀卡芯片, 它被應用于 13.56MHz 非接觸式IC卡的讀卡通信。MFRC522 兼容 ISO14443 A 所有的層, 最高的傳輸速度達 424kbps,在不需要增加有源電路的情況下，內(nèi)部的發(fā)送器部分就能夠直接驅(qū)動近距離天線, 在接收部分提供了一個高效的解調(diào)和解碼電路, 用于接ISO14443 A 兼容的應答信號。支持的主機接口SPI 接口、I2C 接口、串行 UART接口。如圖（9）所示：模擬接口用來處理模擬信號的調(diào)制與解調(diào)。非接觸式UART用來處理與主機通信時的協(xié)議要求。FIFO緩沖區(qū)快速而方便地實現(xiàn)了主機與非接觸式UART之間的數(shù)據(jù)傳輸。不同的主機接口功能可以滿足不同的用戶要求

17、。圖（9）MFRC522的內(nèi)部框圖MFRC522的管腳的介紹表（2）：符號管腳類型描述OSCIN21I晶振輸入IRQ23O中斷請求，用來輸出一個中斷事件SIGIN7I信號輸入SIGOUT8O信號輸出TX111O發(fā)送器1，傳遞調(diào)制的13.56MHZ的載波信號TVDD12PWR發(fā)送器電源，給輸出級TX1和TX2供電TX213O發(fā)送器2，傳遞調(diào)制的13.56MHZ的載波信號TVSS10,14PWR發(fā)送器地，TX1，TX2輸出級地DVSS4PWR數(shù)字地D1D72531I/O不同接口數(shù)據(jù)管腳，可以做SPI、I2C、UARTSDA24I串行數(shù)據(jù)線EA32I外部地址，用來編碼I2CI2C1II2C使能DVD

18、D3PWR數(shù)字電源AUX119O輔助輸出，用于測試AUX220OAVSS18PWR模擬地RX17I接收器輸入，接收RF信號VMID16PWR內(nèi)部參考電壓NRSTPD6I不復位和掉電，低電平有效OSCOUT22O晶振輸出：振蕩器的反相放大輸出TRSTPIN9不連接，三態(tài)管腳PVDD2PWR管腳電源PVSS5PWR管腳電源地表（2）MFRC522的管腳MFRC522支持的三種接口定義如表（3）所示：表（3）三種通信接口方式MFRC522采用SPI通信時序圖，如圖（10）所示圖（10）MFRC522 SPI通信時序圖兼容SPI接口讀數(shù)據(jù)操作： MOSI和MISO的字節(jié)順序見表（4）表（4）字節(jié)順序表

19、順序表兼容SPI接口寫數(shù)據(jù)操作：MOSI和MISO的字節(jié)順序見表（5）表（5）字節(jié)順序表第四章程序設計與實現(xiàn)本系統(tǒng)的程序設計采用模塊化的設計方案，主要由初始化模塊、讀卡模塊、考勤統(tǒng)計模塊和顯示模塊組成。主程序的流程圖如圖4-1所示：圖4-1主程序流程圖圖4-2系統(tǒng)框圖程序代碼：#include "stm32f10x_lib.h"#include "platform_config.h"#include "include.h"#include "stmflash.h"#include "Uart.h"

20、;#include <stdio.h>#include "rc522.h"GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;ErrorStatus HSEStartUpStatus;vu8 ErrCnt=0;vu8 KeyVal_Now4,KeyCnt=0,TimeSec=0,SysPage=0;vu16 KeyVal_Real4=1,2,3;#define Max_User 10#define error 2 vu8 searchnum=0;unsigned int SearchNumber=0;unsigned int clk0=0;v

21、u8 str3=0,'0','0'vu16 SysDate256;#define FALSE 0#define TURE 1/狀態(tài)定義表#define on 1#define off 0#define MAX_NUMBER 63 vu8 modeflag=0,clearallflag=0,changeflag=0/Verify Password ：驗證設備握手口令 vu8 VPWD16=16,0X01 ,0Xff,0xff,0xff,0xff, 0x01,0,7,0x13,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x1b; /回送12個/設置設備握手口

22、令 vu8 STWD16=16,0X01 ,0Xff,0xff,0xff,0xff, 0x01,0,7,0x12,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x1a; /回送12個/GetImage ：探測手指并從傳感器上讀入圖像 vu8 GIMG14=12, 0X01 ,0Xff,0xff,0xff,0xff, 0x01, 0,3,1,0x00,0x05;/回送12個/Gen Templet1 ：根據(jù)原始圖像生成指紋特征1 vu8 GENT114=13,0X01 ,0Xff,0xff,0xff,0xff,0x01,0,4,2,1,0x00,0x08;/回送12個/Gen Temple

23、t2 ：根據(jù)原始圖像生成指紋特征2 vu8 GENT214=13,0X01 ,0Xff,0xff,0xff,0xff,0x01,0,4,2,2,0x00,0x09; /回送12個/Search Finger ：以CharBufferA或CharBufferB中的特征文件搜索整個或部分指紋庫 vu8 SEAT18=17, 0X01 ,0Xff,0xff,0xff,0xff, 0x01, 0,8, 4,1,0,0, 0,0x65, 0x00,0x73;/回送12個/Merge Templet ;將CharBufferA與CharBufferB中的特征文件合并生成模板，結(jié)果存于ModelBuffer

24、。 vu8 MERG14=12, 0X01 ,0Xff,0xff,0xff,0xff, 0x01, 0,3,5 , 0x00,0x09;/回送12個/Store Templet ：將ModelBuffer中的文件儲存到flash指紋庫中 vu8 STOR16=15, 0X01 ,0Xff,0xff,0xff,0xff, 0x01, 0,6,6,2, 0x00,0x00, 0x00,0x0f; /回送12個/DEL one templet vu8 DELE_one16=16, 0X01 ,0Xff,0xff,0xff,0xff, 0x01, 0,7, 0x0c, 0x00,0x00, 0,1,

25、0x00,0x15;/DEL templet ;清空指紋庫 vu8 DELE_all12=12,0X01 ,0Xff,0xff,0xff,0xff, 0x01, 0,3, 0x0d,0x00,0x11;/宏定義-結(jié)束/vu8 FifoNumber=0; vu8 FIFOMAX_NUMBER+1=0;/*1毫秒延時程序*/void delay1ms(unsigned int t)unsigned long int i,j;for(i=0;i<t;i+) for(j=0;j<120*72;j+) ;vu8 UartRx100,UartTx100=0x58;vu16 RecCnt;vu1

26、6 RecTimeCount;vu8 UartRecInit=0,Uart_RecOk=0,UartFlag_RecTime=0;#define Mode_Get 0#define Mode_See 1vu8 Mode=Mode_See;void TxdByte(vu8 dat)/串口發(fā)送信息,通過查詢方式發(fā)送一個字符/等待發(fā)送完畢,必須放在前面while(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_TC) = RESET);/發(fā)送數(shù)據(jù)USART_SendData(USART2,dat);vu8 UartSendCnt=0;void UartSend(void)

27、/CRC及自動加結(jié)束符vu8 i;USART_Cmd(USART1, ENABLE);/打開串口for(i=0;i<UartSendCnt;i+)/等待發(fā)送完畢,必須放在前面while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC) = RESET);/發(fā)送數(shù)據(jù)USART_SendData(USART1,(u8)UartTxi);void PutOK(void)UartTx0='O'UartTx1='K' UartSendCnt=2;UartSend();void PutER(void)UartTx0='E

28、9;UartTx1='R' UartSendCnt=2;UartSend();void TIM1_UP_IRQHandler(void) if(TIM = TIM1) if(TIM_GetITStatus(TIM, TIM_IT_Update) != RESET)/判斷是否為 更新事件 標志位 TIM_ClearITPendingBit(TIM, TIM_IT_Update);/清除 更新事件 標志 if(UartFlag_RecTime)/從接收第一個有效字節(jié)開始,進行一秒的倒計時,如果沒收到完整的 /復位接收器,并發(fā)送一個字節(jié)的報錯數(shù)據(jù)0x88. if(RecTimeCou

29、nt>0) RecTimeCount-; else UartRecInit=0; UartFlag_RecTime=0;/禁止接收倒計時 Uart_RecOk=1; /ES=0; USART_Cmd(USART1, DISABLE); 第五章 系統(tǒng)測試測試時首先檢測硬件電路的設計原理是否正確，能否達到預期效果以及實現(xiàn)方法是否簡便；其次在焊接電路之后，認真檢查電路焊接情況。這里采用分塊調(diào)試的方法，分為顯示模塊電路，報警模塊電路，讀卡模塊電路以及控制電路。在每個模塊的調(diào)試過程中又采用了由局部到整體，由簡單到復雜的調(diào)試方法。先測試單片機控制模塊及其下載電路是否正常工作，然后測試顯示模塊能否正常

30、工作，接著測試報警模塊的電路、讀卡模塊的電路，最后再把各個模塊連成整體。開機后，作品狀態(tài)如圖5-1所示。圖5-1 作品實物系統(tǒng)的電腦操作程序界面如圖5-2，在界面中可以對“網(wǎng)頁端口”、“考勤時間”等信息進行設置。圖5-2 程序界面將IC卡靠近傳感器，系統(tǒng)會提示并進行相關(guān)操作，如圖5-3。圖5-3 刷卡操作演示在刷卡的同時，軟件系統(tǒng)中也會進行操作并提示，如顯示“添加成功”，如圖5-4所示。圖5-4 添加成功界面添加IC卡信息后，再次刷卡的時候，就會顯示IC卡編號，同時系統(tǒng)軟件中顯示刷卡信息，如圖5-5、5-6所示。圖5-5 顯示IC卡相關(guān)信息圖5-6 應用程序中顯示刷卡信息在后臺中，可以登錄網(wǎng)站查看考勤信息，如圖5-7所示。圖5-7 在網(wǎng)頁中查看考勤信息第