1、天津職業技術師范大學Tianjin University of Technology and Education畢 業 設 計專 業： 電氣技術技術教育 班級學號： 電氣0912 - 40 學生姓名： 鄭德志 指導教師： 陳東升 實驗師 二一四年六月天津職業技術師范大學本科生畢業設計基于16單片機智能刷卡門禁系統設計Intelligent card entrance guard system based on 16專業班級：電氣0912學生姓名：鄭德志指導教師：陳東升 實驗師學 院：自動化與電氣工程學院2014年06月摘 要門禁系統是智能大廈自動化系統不可缺少的重要組成部分，作為一種新的現代安

2、全管理全面的系統，其訪問控制系統和自動識別技術在現代社會的安全措施中是極其重要的。因此這就需要相應的技術的發展，畢竟社會是不斷的更新換代的，就像達爾文的進化論一樣，適者生存，對于現在的電子產品一樣，日益的更新，對此智能門禁系統同樣也得跟上時代的發展。現在大多數的公司都需要這樣門禁系統的高智能化。 本文介紹了AVR16單片機作為主控芯片，通過專門的讀寫模塊用于讀取射頻IC卡的信息時，當卡有進入到讀卡的范圍呢，讀卡器就會讀到相應的卡號，并通過卡的序列號做出于此相對應的動作。如果正確的操作刷卡，則門開啟并且顯示正確。若是非法卡，則報警系統會觸發，并且顯示錯誤的信息。設計采用的是全自動、準確的識別卡的

3、序列號來訪問系統，系統中用的AT24C04 EEPROM芯片中起著重要的作用，掉電后可以存儲密碼，從而保證了系統的安全性。 人機交互界面用到的是4×4矩陣鍵盤輸入和標準字符液晶顯示LCD12864模塊。使用按鍵輸入密碼按照正確的密碼或沒有進行相應的操作。對于用戶用按鍵輸入密碼，根據密碼的正確還是錯誤來做出相應的操作，管理員可以自行設定和修改密碼，防止密碼被盜；若是有非法卡或者是密碼輸入錯誤，則系統輸出部分報警電路工作。關鍵詞：AVR16單片機；射頻IC卡；AT24C04芯片；液晶顯示；報警電路。ABSTRACTEntrance guard system is an important

4、 and indispensable part of intelligent building automation system, as a new comprehensive modern safety management system, the access control system and automatic identification technology in the modern social security is extremely important. So this requires the development of corresponding technol

5、ogy, after all, society is continuously updated, like Darwin's theory of evolution, the survival of the fittest, for today's electronic products, increasingly update, the intelligent entrance guard system also have to keep up with the development of The Times. Now most of the companies need

6、such high intelligent entrance guard system AVR16 singlechip as the master control chip has been introduced in this paper, through specialized rf IC card read/write module used to read the information, when the card has into the scope of reading card, card reader will read the corresponding card num

7、ber, and through the serial number of the card to make the corresponding action. If the correct credit card operation, the door opens and shows the correct. If illegal card, alarm system will trigger, and display an error message. Design USES is fully automatic, accurate identification card serial n

8、umber to access the system, the system used in the block AT24C04 EEPROM chip plays an important role, after power off can be stored password, to ensure the security of the systemThe human-computer interaction interface used is 4 * 4 matrix keyboard input and standard characters LCD display LCD12864

9、module. Use key input password operation is carried out in accordance with the correct password or not. Enter the password for user to use buttons, according to the right or wrong password to make corresponding operation, the administrator can set and change the password, to prevent password theft;

10、If there are illegal card or password input error, the system output part of the alarm circuitKey Words：AVR16 SCM; RF IC card; AT24C04 chip; liquid crystal display; the alarm circuit.目 錄1 緒論11.1門禁系統技術的發展及背景11.2本課題研究智能門禁系統的目的和意義11.3 本系統主要設計指標22 系統總體設計32.1 系統總體結構32.2 門禁系統工作原理3

11、2.2.1 系統功能模塊工作原理介紹32.3 AVR16單片機42.3.1 AVR16單片機的介紹42.3.2 引腳說明42.3.3 AVR中斷寄存器（SREG）62.3.4 ATmega16存儲器62.4液晶顯示模塊82.4.1液晶顯示模塊概述82.4.2外形尺寸82.4.2模塊引腳說明92.4.3接口時序92.4.4文本顯示RAM（DDRAM）112.5 RFID-01型射頻卡112.5.1概述112.5.2射頻卡-工作原理112.5.3產品主要參數122.5.4 SPI通信協議132.5.3射頻卡引腳定義143 系統硬件電路設計163.1 主控制模塊設計163.2 電源模塊設計163.3

12、鍵盤輸入部分183.4報警模塊電路設計193.5室內燈與門控門鎖電路193.6 繼電器控制模塊設計204 系統軟件設計與實現214.1 軟件設計環境214.1.1 ICC開發環境和建立工程214.1.2下載軟件progisp1.67工程運用23 4.2 主程序的設計245 系統測試及結果分析255.1 系統測試的方法及內容255.2 系統測試的目的255.3 系統測試結果及分析25結 論27參考文獻28附錄1 系統原理圖29附錄2 系統的主程序31附錄3 系統的作品實物圖36致 謝37II天津職業技術師范大學2014屆本科生畢業設計1 緒論1.1門禁系統技術的發展及背景門禁系統，又稱為出入口控

13、制系統，通過對字面的李杰也意味著對出入口通道的控制。在一些地方限制一些人，放行一些人，人是什么時候來的，什么時候走的，都會通過電腦終端來記錄，這也是是門禁系統最基本的功能。一種系統的產生，也就意味著另一種方式的消失，當然這是對于大多數的城市來說，對于農村可不會像城市那樣，他們還是在堅持著這種古老的方式來保護自己的利益。在有些地方，需要很多的鑰匙來管理會很麻煩，鑰匙多了，還可能會混掉。為了解決這些問題，就出現了各式各樣的電子裝置的鎖頭，這種類型的鎖的出現從一定程度上提高了人們對出入口通道的管理程度，使通道管理進入了當今的電子數碼時代，但隨著時代社會的不斷創新不斷應用，它們自己的缺陷就一一的暴露了

14、出來。信息容易復制是磁卡鎖的問題所在，同時信息量存儲的小也是磁條存儲的一個重要的缺陷，且卡還很容易損壞，安全系數低。我記得在小的時候都有用到這種類型的卡但是很容易被小偷在室外打開鎖，所以從安全性和可靠性方面來想，這種門禁系統會有很大的局限性，也由此限制了它的推廣。密碼容易泄露又是這種產品一種重大的缺陷，安全性能很低。 近來幾年隨著感應卡技術，生物識別技術等高科技技術的發展，門禁系統技術同樣也得到了飛速的發展，進入了穩定期。現在系統將微機自動識別技術和現代安全管理措施為一體，涉及到了許多的技術與專業范疇，如電子行業、機械制造、光學儀器行業、計算機通用技術、通訊通信技術、生物高科技等技術。在世界各

15、行各業的領域中，它一直是作為一個重要的“角色”。對各個的領域都由滲透，也是解決安全隱患，實現安全防范管理的有效措施。這種主要應用于一些重要的場所，例如銀行、賓館、機房、軍械庫、機要室、智能化小區、工廠等。在當今天的網絡數字技術，訪問控制系統已經簡單的以各種各樣的形式出現在人們的面前，現在的門禁系統早早的告別的鑰匙管理的時代，已經逐漸發展成為一套完整的訪問控制系統。他們在一些特別的環境安全中、人事部考勤管理系統中有著巨大的作用。在該系統的基礎上，增添了相應的控制方式。對于在其他一些方面的應用，例如可以進行電梯控制、車輛進出管理、物業消防監控管理、消費收費管理等、真正實現了一些地區內的一卡通的管理

16、1.2本課題研究智能門禁系統的目的和意義如今在現在的城市中，公司的形象體現了風格和個性的追求，于此同時一卡在手，也是給顧客建立起信心的保障。對于當今的社會，若是一個公司現在還和以前是的，弄把大大的鎖頭鎖住，那那家公司肯定發展會不怎么好。然而，現在如果你手中有卡，然后用手輕輕的一劃，就打開了大門，那將是一種全新的體驗，同時也讓別人覺得好有成就感。還有，對于當今的社會，人們把安全看的非常的重要，因此從側面也促進了這方面的迅速發展，一般的個人身份鑒別手段己不能完全滿足現代社會經濟活動和社會安全系統的防范的需要。從消除人為不安全因素，身份證是不容易被別人取代和模仿的。所以，我們從以下幾個方面的比較（例

17、如可用行，安全性和造價費等等）可得知，智能門禁系統是當今社會發展的一個高科技方向的一支分流而已。國內外智能訪問門禁技術正在以驚人的速度迅猛發展。這也正是我們研究IC門禁管理系統的意義目的所在。門禁系統最基本的三要素為“3W”：When（何時）、Where（何地）、Who（何人）。即什么人在什么時間可以出入什么地點這，這就是人們可以在任何時間提高方便性和安全管理和實時的什么位置訪問入口，實現科學有效的管理。系統管理人員可以實時查看計算機的情況，觀測門區的狀態；你也可以打開或關閉，當有緊急的狀況發生的時候。該系統可以存儲記錄的所有訪問，狀態記錄，鄰近的訪問控制管理系統具有很大的優勢。感應式門禁系統

18、具有的優點很多，例如壽命長，使用方便，安全可靠，一卡多用，提升企業形象等等。1.3 本系統主要設計指標1.技術指標設計一個AVR16單片機門禁控制系統；通過單片機控制門的開動，室內燈等的控制；利用液晶屏顯示其必要的信息；當出現非法入侵時會發生報警；手動解除報警；2.主要任務可以刷卡進入也可以通過鍵盤輸入密碼進入；當密碼輸入錯誤時將會發生報警；也可將信息存在EEPROM里，保證掉電不丟失，并可實時查看以前的記錄；通過單片機的控制來實現室內燈的開關；門控和門鎖裝置同樣通過單片機控制；具有蜂鳴器報警功能。2天津職業技術師范大學2014屆本科生畢業設計2 系統總體設計 本系統以AVR單片機為主控核心，

19、通過射頻卡來刷卡進行一系列的操作，AVR16單片機接收到數據后，將數據傳送給AT24C04或上位機，AT24C04或上位機對傳送來的數據進行分析后，判斷其數據是否有效。其中，只有管理員的權限下才能注冊其他的子卡。若是沒有注冊的卡或者是密碼錯誤后，系統會自動的報警。液晶顯示屏上會提示一步步的操作提示。2.1 系統總體結構圖2-1 系統的結構框圖該結構的結構框圖如圖2-1所示。這里運用了AVR16單片機、RFID-01射頻卡讀卡模塊、LCD12864模塊、4X4矩陣鍵盤、L9110電機控制驅動芯片，單片機內部用到EEPROM斷電記憶，這些對門禁系統起著重要的作用。其采用AT24C04芯片，掉電后可

20、以存儲密碼和其它的數據，比如以前的一些刷卡的記錄等等，從而保證了系統的安全性。2.2 門禁系統工作原理2.2.1 系統功能模塊工作原理介紹由系統的總體框圖可以大體上的了解其基本的工作流程，門禁系統主要采用AVR16單片機作為核心，通過C語言程序變成來實現控制門禁的控制鎖；做好必要的準備工作后，首先看到液晶屏幕上提示的幾個選擇，由于是剛開始使用，卡的權限都由管理員管理，也就是權限卡，只有管理員注冊之后才能進行其它卡的注冊，開啟等一系列的操作。若是卡忘帶或者是損壞丟失等原因，你也可以進行選擇手動輸入密碼進入。若是密碼錯誤或者是非法卡，則報警電路就會工作，通過蜂鳴器發出報警聲，同時室內的燈等同樣也受

21、到卡的控制。若是進行正確的操作后，系統會自動發出命令，系統判斷后，L9110驅動電機來模擬開門。當管理員把卡的權限注冊后，系統會自動記憶這個卡的卡號及其它信息資料，當再次刷卡時，就不需要管理員的權限了。對于刷卡的記錄，系統會有記錄。2.3 AVR16單片機2.3.1 AVR16單片機的介紹1997年由ATMEL公司研發出了一種的增強型內置Flash的RISC AVR單片機。AVR單片機被用于各種的場合，例如通訊設備，工業儀器儀表的控制，學校的實訓，計算機控制系統設備的應用等。AVR單片機的主要特征有可靠性高、功能強、速度快、低功耗和成本低價,它是AVR單片機占領市場和賴以生存的一個必要的條件。

22、1 AVR單片機學習簡單、易于升級、成本低廉。我們初次學習的人可以通過ISP下載線，把我們自己在電腦上編輯的程序通過ISP連接下入到單片機中，調試通過的軟件程序直接在線寫入AVR單片機。 2 AVR單片機的性能高，運轉速度快、功耗很小、保密性好。首先，AVR單片機是高速嵌入型單片機：AVR單片機同時還具有其它的單片機具有的功能，那就是它可以預取指令功能，即它會執行當前的指令的同時，內部也會把下一條需要讀到的指令預先的讀取進來，這樣就使得它的處理速度明顯優于其他的單片機，都是放在了在一個周期內運轉。AVR16單片機具有32個通用工作寄存器，就像有32條路一樣，可以快速選擇通行，不用去等待其它的執

23、行完畢后再去執行。 3 I/O端口功能強，與A / D轉換器電路。AVR單片機的I/O口是真正的I / O端口。   目前支持的AVR編譯語言主要是匯編語言、C語言等基本語言。C語言的編譯器，因為它有一個強大的效果，使用靈活，小的代碼運行得更快，其他的先天優勢，使它在專業的程序設計的一個不可替代的作用。2.3.2 引腳說明 VCC：電源電壓輸入端。 GND：電源地 端口A (PA7.PA0) 端口A 為A/D 轉換器的模擬輸入端。8位的雙向I/O 口為端口A，擁有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內部上拉電阻使能，

24、端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統時鐘起振，端口A 處于高阻狀態。端口B(PB7.PB0)端口B 8位的雙向I/O 口為端口B，具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統時鐘起振，端口B 處于高阻狀態口B 也可以用做其他不同的特殊功能。RESET 復位輸入引腳，低電平持續時間超過最小門限時間的低電平將引起系統復位。當持續時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復位XTAL1 此端口作為單片機片內時鐘電路和反向震蕩放大器的輸入端XTAL2 此端口作為反向振蕩

25、放大器的輸出端AVCC AVCC端口是作為系統A/D轉換器的電源。當該引腳直接與VCC連接時，不要使用ADC。若是非得需要使用ADC，應該讓其通過一個低通濾波器與VCC連接AREFA/D 的模擬基準輸入引腳。圖2-2為引腳圖： 圖2-2 AVR單片機引腳圖2.3.3 AVR中斷寄存器（SREG） Bit7I：全局中斷使能位。如果I 置位時使能全局中斷，單獨的中斷使能由其他獨立的控制寄存器控制；如果I 清零，無論單獨中斷標志位置位與否，都不會產生中斷。Bit6T：位拷貝存儲Bit5H：半進位標志Bit4S：符號位Bit3V：補碼5的標志位Bit2N：負數標志位Bit0C：進位標志位2.3.4 A

26、Tmega16存儲器AVR 結構的存儲空間主要有兩個，即程序存儲空間和數據存儲空間，另外還有EEPROM 存儲空間。 程序存儲器映像 圖2-3 程序存儲器映像圖 數據存儲器映像 圖2-4 數據存儲器映像圖 EEPROM 數據存儲器 EEPROM ATmega16總共有512個字節的數據存儲器。它是作為一個獨立的空間存在的，數據空間中可以對字節進行讀和寫EEPROM訪問地址的確定主要是由寄存器、數據寄存器和控制寄存器三個方面鎖決定的。 若是有人無意識的對EEPROM寫操作,需要重新寫一個執行一個固定的程序。當EEPROM進行讀工作時,ACR的CPU將不會工作，在停止工作4個循環后,然后再執行系統

27、下達的指令。當EEPROM進行寫工作時,ACR的CPU也不會工作，在停止工作2個循環后,然后再執行系統下達的指令。a、 EEPROM的 地址寄存器有2個分別為：EEARH 和EEARLEEPROM 地址寄存器EERA 用于指定某個EEPROM 單元的地址， 線性編址為0x0000x01FF。b、 EEPROM 數據寄存器EEDR c、 EEPROM 控制寄存器EECR 若是想要控制單片機的EEPROM需要用到的是EEPROM控制寄存器的EECR 2.4液晶顯示模塊 2.4.1液晶顯示模塊概述 JM12864M-2型號的液晶顯示模塊，可以用來顯示漢字和圖形，它的內部包含了內置的8192個中文漢字

28、、128個字符及64X256點陣顯示RAM（GDRAM）。主要技術參數和顯示特性: 與MCU接口：8位或4位并行/3位串行電源：VDD 3.3V+5V(內置升壓電路)；內容：128列× 64行 顏色：黃綠 顯示角度：6：00鐘直視 LCD類型：STN 配置LED背光 2.4.2外形尺寸 圖2-5 外形尺寸圖2.4.2模塊引腳說明128X64HZ 引腳說明引腳號引腳名稱方向功能說明1VSS-模塊的電源地2VDD-模塊的電源正端3V0-LCD驅動電壓輸入端4RS(CS)H/L并行的指令/數據選擇信號；串行的片選信號5R/W(SID)H/L并行的讀寫選擇信號；串行的數據口6E(CLK)H/

29、L并行的使能信號；串行的同步時鐘7DB0H/L數據08DB1H/L數據19DB2H/L數據210DB3H/L數據311DB4H/L數據412DB5H/L數據513DB6H/L數據614DB7H/L數據715PSBH/L并/串行接口選擇：H-并行；L-串行16NC空腳17/RETH/L復位 低電平有效18NC空腳19LED_A（LED+5V）背光源正極20LED_K（LED-OV）背光源負極表 2-1 12864 引腳說明工作電壓(VDD)：4.55.5V電源地(GND)：0V正常溫度(Ta)：-10 60(常溫) / -2070（寬溫）2.4.3接口時序L12864的接口時序模塊具有2中連接方

30、式：并行和串行（時序如下）：1、8位并行連接時序： MPU寫資料到模塊如圖2-6所示: MPU從模塊讀出資料如圖2-7所示： 8位并行連接時序圖2-8所示： 串行數據傳送共分三個字節完成： 第一字節：串口控制格式 11111ABC A為數據傳送方向控制：H表示數據從LCD到MCU，L表示數據從MCU到LCD。 圖2-6 MPU寫資料到模塊 圖2-7 8位并行連接時序圖 圖2-8 8位串行連接時序圖 B為數據類型選擇：H表示數據是顯示數據，L表示數據是控制指令 C固定為0第二字節：(并行)8位數據的高4位格式 DDDD0000第三字節：(并行)8位數據的低4位格式 0000DDDD串行接口時序參

31、數：(測試條件：T=25 VDD=4.5V)2.4.4文本顯示RAM（DDRAM）RAM為我們設計的漢字空間是8個×4行的，寫入RAM時，我們可以看到有3種的RAM的顯示字型，分別為CGROM、HCGROM與CGRAM的字型；ST7920A類型的芯片可以顯示三種字型 ，分別是半寬的HCGROM字型、CGRAM字型及中文CGROM字型。2.5 RFID-01型射頻卡2.5.1概述集成電路芯片的非接觸IC卡、感應天線和完全密封在一個標準的PVC卡,沒有暴露的部分。非接觸IC卡讀寫過程,通常是一種非接觸式IC卡和讀者通過無線電波來完成讀寫操作。 非接觸式IC卡刷卡的時候,來自讀者的信號由兩

32、部分組成:一部分是信號的疊加,信號被卡接收到后,與自己的信號共振,產生瞬間能源供應芯片。另一部分是結合數據信號,命令,修改、數據存儲芯片,并返回到讀者。非接觸式IC卡讀寫系統形成的,硬件結構,和操作過程大大簡化,同時,借助先進的管理軟件,離線模式的操作,數據讀寫過程更簡單。因此RFID射頻技術得到了飛快的發展。 典型應用場合：讀卡器、手持機 、門禁器、考勤機及其它各種系統及一卡通應用系統通過網上查取接觸式卡與非接觸卡的資料，總結的非接觸式卡的優點如下： 1 可靠性高：非接觸式RFID IC卡沒有我們常見的那種機械式的裝置,降低了卡的損壞程度的系數。另外,非接觸式卡RFID IC還表現在其它的方

33、面，如不用擔心卡的芯片，因為這是鑲嵌在里面的感應系統的，不用擔心身體上第二靜電擊穿，等等,提高了卡的可靠性。2 操作方便，快速：因為是感應的原理，只要在設備的有效范圍內就可以刷卡有效。不用和以前的那種必須得把卡插進去，然后離開的時候再拔出，因此，不必插撥卡，非常方便。非接觸式卡使用時的時候沒有方向性，卡片可以隨便刷，隨意方向的刷，同樣也可完成操作，這就大大提高了人們使用的速度。3 加密性能好：非接觸式卡的序列號是唯一的。也不用擔心高科技的犯罪克隆你的卡片。 2.5.2射頻卡-工作原理 RFID卡由天線和ASIC部件組成,沒有其他外部設備。天線:卡天線只有幾個繞組線圈,適用于包裝ISO卡中，AS

34、IC:卡ASIC由高速(106 kb波特率)接口,控制單元和8 k位的 EEPBOM射頻卡讀寫設備的工作原理是:要其LC諧振電路和電磁諧振能正常的工作，需要讀寫器向RFID IC卡發射出與之相匹配的固定頻率的電磁波,使電容器被指控在另一端,電容器,與單向傳導電子泵、充電電容器被發送到另一個電容存儲，如果充電的電容電荷積累到達了2V，電容就會做為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內數據發射出去或接取讀寫器的數據。在電路中給的功能電路圖如圖2-9所示： 圖2-9 射頻卡圖示電路2.5.3產品主要參數 使用電壓：VCC：DC5V±10% 接口類型：同時支持以下兩種接口 SPI接口：模塊做為從

35、機，SIGNAL引腳為低電平時代表有卡進入天線范圍，為高電平時代表沒有卡在天線范圍，反應時間大約0.3秒。支持卡類型：M1標準的S50卡（典型代表是Philips的M1卡和上海復旦的卡不支持第二代身份證卡號的讀取） 尺寸規格如圖2-10所示：模塊部分：DIP32封裝（只使用了其中12個腳)。42mm×20mm 引腳間距2.54m；天線部分：75 ×40 mm 天線上接插件引腳間距2.54mm 讀卡距離：天線與卡正對情況下，最小>3cm ，最大<10cm （與卡的品質有關） 讀卡反應時間：0.3秒左右 載波頻率：13.56MHz 載波比特率：106 K BPS 工

36、作溫度: -20 - +75 存儲溫度: -40 - +85 耗電電流： 小于100mA 圖2-10 尺寸規格圖2.5.4 SPI通信協議 需要注意的是單片機與模塊之間的時序要控制好。基本時序是這樣的：1、初始化CLK引腳為高電平；2、SS置低，選中模塊，此時模塊檢測到SS引腳的下降沿后進入采樣CLK引腳的狀態；3、CLK置低，給模塊第一個下降沿，等待大于50uS以后，模塊的MISO引腳上會輸出AA字節的MSB位，也就是高電平，單片機讀MISO引腳，得到AA這個字節的MSB位；4、CLK抬高，模塊MISO引腳電平仍然是保持的，模塊檢測到CLK變高，內部狀態機等待下一個CLK下降沿的到來；5、重

37、復第3第4的過程，直到得到上述8個字節的內容；當然，最終的結果是CLK仍然是抬高的；6、SS置高，模塊檢測到SS變高，退出檢測CLK的狀態，等待下一個SS下降沿，并且從AA這個字節開始準備下一次的通信。注意：任意時刻進行以上讀取過程，模塊都會應答最后一次讀到的卡號，所以有必要采樣SIG引腳的下降沿。每次下降沿代表天線范圍內有卡進入，所以不用一直都讀取卡號，而在下降沿發生時讀取一次即可。2.5.3射頻卡引腳定義 圖2-11 引腳定義圖 引腳定義列表如表2-2所示： 需要注意的是VCC供電要足值，加10uF以上退耦電容最好，模塊上已經內置了一個0.1uF的退耦電容，可以和該10uF電容組成更好的退

38、耦電路；產品不防水，受潮、靜電或使用不當會導致產品損壞，請使用過程中注意防靜電！表2-2 引腳定義列表引腳號引腳名稱功能對應天線板1R1天線接收RX2GND天線地GND3SIG（SIGNAL）有卡時該引腳輸出低電平，無卡時輸出高電平(SPI模式下用以確定是否該去讀卡號)無4CLKSPI時鐘，單片機通過SPI腳對該模塊（從機）提供時鐘。單片機將該引腳拉低時，模塊40uS內輸出一位數據，置高時，模塊標記此位，等下一個下降沿到來無5MISO主入從出，模塊在SPI CLK引腳的時鐘驅勸下，按位輸出數據包格式的各字節，單片機讀取此位，經重組后可以得到各字節無6MOSI本模塊未使用無7SSSPI通信時，單

39、片機將該引腳拉低，代表一次通信的開始，置高，代表本次通信結束，讀取完所有數據包內容之前不準置高該引腳，否則再次置低時，模塊將從第一個字節開始返回，導致通信出錯無8TXD串口發送引腳，模塊通過此引腳以UART方式發送協議數據包無9RXD該引腳未被使用無10VCC模塊供 +5V無11GND模塊GND無12T2天線發射2TX213T1天線發射1TX1 3 系統硬件電路設計3.1 主控制模塊設計該系統主控制單元如圖3-1所示，采用AVR16單片機為主控制芯片，單片機最小系統主要包括單片機、復位電路、時鐘電路、下載電路、電源指示電路。其中單片機了里面具有16KB的程序存儲區、4KB內部的SRAM完全滿足

40、系統設計的需要，K1為復位按鍵，采用低電平復位，電容C3(103uf)與電阻R3(10k)組成上電的復位電路，為了能夠提高串行通信波特率的準確性，時鐘電路采用8.00M晶振與C2、C3組成振蕩電路，只是為了能更好的觀察系統的電源指示。系統控制單元留有鍵盤、射頻卡模塊、液晶顯示模塊、電機驅動電路和按鍵電路等各功能模塊接口，方便連接各個功能模塊。圖3-1 系統最小系統控制單元3.2 電源模塊設計電源電路主要為系統提供工作電源，包括DC5V/0.5A輸出,總電源有DC12V電源適配器輸入。電源轉換芯片2576-5將12V電壓轉換成5V供給系統供電，由于電池電壓不是特別穩定，為保證系統運行可靠采用了電

41、容濾波，這5V電源用于為主控制單元電路、電機驅動電路、繼電器驅動電路、鍵盤電路、液晶顯示電路等提供工作電源。美國掛架半導體生產的LM2576系列電源模塊正好符合我這次畢業設計所需要的電壓數值5v，它是一個電流輸出降壓開關集成穩壓電路，由固定頻率振蕩器和基準穩壓器構成，而且具有保護電路的功能，就可以構成一個高效的穩壓電路。故采用LM2576系列的電源轉換芯片。如圖3-2所示：圖3-2 電源電路圖 作為門禁系統，安全問題固然要放在第一位的，當然，若是沒有顯示部分的話，如果其中有什么操作不正確的或者是其他原因導致門控系統給的故障，也會給人們生活造成很大的麻煩，顯然顯示部分還是挺重要的。顯示選擇的時候

42、可以根據按鍵去選擇操作去用什么樣的方式打開門，可以刷卡開門和通過輸入密碼來開啟。當操作者輸入正確的密碼或者是刷卡正確的時候，室內的燈立即開啟，當刷的是非法卡或者是密碼輸入錯誤時，報警模塊的喇叭就會發出響聲，發出警報不會開啟。本系統采用的是JM12864M-2液晶顯示，如圖3-3所示： 圖3-3 顯示電路圖3.3鍵盤輸入部分為了操作的實用性和方便性，并聯系實際考慮到的一些問題，本設計采用了IC卡式刷卡和矩陣式按鍵鍵盤模式，IC卡刷卡模式前面已經介紹了，現在我們來介紹矩陣式按鍵鍵盤模式。矩陣式按鍵的組成：由行線和列線組成，由于案件的位置都是交叉在每一行和每一列，故也稱行列式鍵盤，密碼有管理員管理設

43、定。當今社會主要用到的還是這兩種模式。本設計使用了4*4的鍵盤，但是鍵盤就用到了4個其它的一些沒有用到，因其所用到的功能比較少，對于鍵盤輸入密碼我通過一個按鍵上下的選擇，選擇自己所需要的數字。若是密碼輸入錯誤，則需要按鍵“返回”即可，若是輸入錯了，按下了確定，則系統的報警單元會發出響聲。設計的鍵盤模塊引腳接法如圖3-4所示： 圖3-4 4x4鍵盤矩陣4x4矩陣鍵盤對于許多的實物制作來書是非常簡單和實用的也是在一些設計上用的最多的鍵盤形式，當然，對于與單片機的結合也是單片機初學者所必須掌握的一種技術。3.4報警模塊電路設計 設計采用的報警部分由蜂鳴器電路組成每當出現非法卡或者是操作者密碼錯誤時，

44、使三極管Q1正向導通，VCC提供電壓使蜂鳴器工作發出聲音。電路如圖3-4所示： 圖3-5蜂鳴器驅動電路3.5室內燈與門控門鎖電路 對于現實中，人們總想在拿到卡開門的時候，順便同樣把室內的燈也打開，這樣就不用進房間后摸著黑進屋再去尋找燈的開關在哪，因此，本設計對于這一方面想到了與現在一些賓館的模式一樣的思想，就是在拿卡開門的時候，同時室內的燈也同時的會打開，電路設計如圖所示： 為了更好的演示所做實物得出更好的觀測結果，利用一個小的電機來控制一個模擬的門，這樣更方便與直觀。如圖3-6 ,圖 3-7所示： 圖3-6 室內燈控制電路 圖3-7 門控電機電路 3.6 繼電器控制模塊設計我們可以利用三極管

45、飽和、導通和截止的三個的特點，來控制繼電器。根據三極管工作的導通和關斷，可以設計出我們想要的功能。三極管有PNP型和NPN型之分，下圖所示電為是NPN型三極管，故采取的是集電極接低電平方式輸出，其工作原理如下：R4、R7為上拉電阻，當基極沒有輸入電壓時，基極的電位為高電位，所以三極管不導通，所以平時是截止的；當有基極輸入低電位，所以降低基極的電壓，三極管正常的工作，三極管導通，線圈得電動作，常開變常閉，常閉變常開，由此完成電路設備斷電與開啟功能。圖中二極管的作用是保護線圈不收到逆向峰值電壓的沖擊，對繼電器起到保護作用，二極管需要反接在線圈兩側。如圖3-8所示。圖3-8 繼電器控制電路4 系統軟

46、件設計與實現4.1 軟件設計環境4.1.1 ICC開發環境和建立工程首先在電腦桌面上找到ICC的圖標，點擊“File New”（新建）在如圖4-1所示的右側打開一個新的文件的窗口，在打開的窗口里輸入一個源程序，輸入完畢之后，選擇“File Save”，（保存）并命名。命名時，必須要在命名的后面加上文件的擴展名，C語言程序均以“.C”為擴展名，將其命名為zdz.c，保存完畢后可以將該文件關閉。但這還不能直接的使用ICC，還得對單片機型號；確定編譯、匯編、連接的參數；指定調試的方式等進行調試設置，不能直接對單個的C語言源程序進行處理。在做完上述的步驟之后，右鍵點擊任務標題欄“Project->

47、;New Project”菜單，出現下圖4-2的對話框，需要給新建立的要求給將要建立Project起一個名字，這里起名為zdz，這里就不用和第一次是的加入擴展名。然后點擊“保存”按鈕，出現第二個對話框，如圖4-2所示，選擇所需要的CPU(選擇Atmel ATmega16)芯片的型號.然后點擊“Project”，然后，選擇“Open”點擊鼠標右鍵，出現一個下拉菜單，選擇自己所需要的源文件，如圖4-1到4-3所示： 圖4-1 軟件編譯器開發環境圖1 圖4-2 軟件編譯器開發環境圖2 圖4-3 軟件編譯器開發環境圖34.1.2下載軟件progisp1.67工程運用下載程序用progisp1

48、.67進行程序的下載，首先做好準備工作，準備好端口線，選擇Atmel ATmega16芯片，其它的選擇默認即可，不用改動，然后選擇點擊“調入FLASH”導入程序文件的HEX文件，再點擊“自動”進行程序的下載。如圖4-4所示。圖4-4 程序下載軟件開發環境圖4.2 主程序的設計系統的流程圖如圖4-5所示： 圖4-5 系統總的程序流程圖 345 系統測試及結果分析5.1 系統測試的方法及內容 本設計應用DXP及ICC軟件,首先根據自己設計的電路圖用DXP軟件畫出電路圖，對于軟件的使用，在做設計期間通過請教老師，和同學的幫忙，同時也翻閱了大量的視頻和資料，慢慢的來學習，一步一步的了解使用，對需要必要

49、掌握的軟件之后，用ICC編寫程序，進行編譯和連接，若是沒有發出錯誤的警告，既可以生成程序所需要的hex文件，將此含有hex的文件加到電路圖上使軟硬件結合運行。同時對于電路的焊接等，事先用DXP把電路的PCB圖生成，通過電腦上的模擬實驗確定線路是沒有問題的，這樣再進行焊接就會很容易的進行。焊接完成后再認真的用測量工具檢測，便進入硬件調試階段。調試工作的主要任務是排除實物故障，其中包括設計錯誤和工藝性故障。最后再進行單個模塊的檢測。5.2 系統測試的目的系統在調試時，接通電源，按下初始化開關，首頁顯示個人的基本資料信息，然后確定后，進入選擇界面，通過上下選擇按鈕來操作是選擇刷卡進入還是選擇手動輸入

50、密碼操作。5.3 系統測試結果及分析系統上電測試，首先測試出現的界面如圖所示，你可以選擇2種模式，通過上下按鍵選擇IC卡讀取模式和密碼輸入模式。如圖5-1所示。 圖5-1 測試圖1 密碼輸入模式通過上下按鍵的選擇，輸入密碼，當密碼正確時，系統會自動顯示出 圖5-2 測試圖2密碼是否正確，若是錯誤則蜂鳴器會報警那個，并顯示密碼錯誤，正確則顯示如圖5-2所示的界面，燈開啟，門打開。 圖5-2 測試圖3IC卡讀取模式通過選擇IC卡讀取，然后按下確認鍵，刷卡，若是沒有注冊的卡，如圖5-3所示會顯示無效的IC卡，系統報警。 圖5-3 測試圖4結 論通過這幾周對AVR16單片機門禁控制系統電路的設計與實現，主要的研究工作有以下幾個方面：1、 對控制系統的原理和組成進行了詳細的介紹，確定了系統的總體設計方案。2、以ATmega16最小系統板為控制系統，進行并完成了系統要求所需的各硬件模塊的原理圖，并做了相應的硬件制作調試。采用了12864液晶顯示界面實 3、完成了系統的上位機程序和各功能模塊的應用程序的設計，實現了基于單片機的智能門禁系統的設計與制作。整個軟件的設計采用模塊化、結構化設計思想，使程序部分化，便于整個程序的移植。4、硬件設計部分。系統的學習了無線控制方面的理論知識，并仔細分析和研究了無線控制的設計理論。5、軟件設計部分，結合本設計的需要，認真學習了AVR單片機中的定時、串口通