【正文】 息進(jìn)行管理，具有著手工管理所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。因此，開發(fā)這樣一套 IC 卡考勤管理系統(tǒng)軟件是很有必要的事情。近基于單片機(jī)的智能停車場停車位管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 5 年 IC卡持有量的增長， IC卡考勤系統(tǒng)大量的興建和投入使用，引入 IC 卡考勤智能管理系統(tǒng) 十分 必要。 本設(shè)計(jì)是 基于 IC卡的智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 并 實(shí)現(xiàn)以 IC卡， 單片機(jī) 為核心部件 內(nèi)容以便實(shí)現(xiàn)學(xué)生或者員工考勤系統(tǒng)的硬件環(huán)境。硬件設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)控制的射頻讀卡器，讀卡器采用非接觸式射頻 IC 卡技術(shù)與 PC機(jī)連接，通過軟件程序設(shè)計(jì)對讀卡器進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)考勤功能。 基于單片機(jī)的智能停車場停車位管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 6 二、 方案選擇 本系統(tǒng) 基于 IC 卡的智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是以 IC卡，單片機(jī)，上位機(jī)為核心部件。在設(shè)計(jì)中，首先對系統(tǒng)的整體功能進(jìn)行分析，通過查閱相關(guān)書籍和資料，確定整體硬件設(shè)計(jì)方案。之后根據(jù)系統(tǒng)功能，繪制核心程序流程圖。然后利用流程圖使用 C語言結(jié)合少量匯編語言進(jìn)行單片機(jī)程序的設(shè)計(jì)。程序設(shè)計(jì)結(jié)果利用 Keil uvision 3 調(diào)試 。通過后，利用 Protel 進(jìn)行線路板的設(shè)計(jì)和制作，完成最終的設(shè)計(jì)。 IC卡 識卡器 單片機(jī) RS232 上位機(jī) LED顯示、 RTC時(shí)鐘 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 基于單片機(jī)的智能停車場停車位管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 7 三、 硬件電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)基于 IC 卡考勤終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ，系統(tǒng)硬件主要由單片機(jī)系統(tǒng)、 12864顯示單元、 ds1302 實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、 IC 識別單元以及上位機(jī)發(fā)送單元組成的，下面給出系統(tǒng)的各個(gè)模塊的介紹。 （一） 單片機(jī) 介紹 AT89C51 是一 種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器 ，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器 。單片機(jī) XIAL1 和 XIAL2 分別接 30PF 的電容，中間再并個(gè) 12MHZ 的晶振，形成單片機(jī)的晶振電路。 以當(dāng)前使用較多的 AT89 系列單片機(jī)來說，在復(fù)位腳加高電平 2個(gè)機(jī)器周期（即 24 個(gè)振蕩周期）可使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位后，主要特征是各 IO 口呈現(xiàn)高電平，程序計(jì)數(shù)器 從零開始執(zhí)行程序。 單片機(jī)的外部引腳 實(shí)物 圖如圖 所示： 圖 實(shí)物 圖 單片機(jī)的 管腳說明： VCC 管腳：供電電壓； GND 管腳：接地； P0 口管腳： P0 為一個(gè) 8 位漏極開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入。 P1 能夠用于外部程序數(shù)存儲(chǔ)器，它可以被基于單片機(jī)的智能停車場停車位管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8 定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FLASH 編程中， P0口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1口管腳： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器 能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口作為第八位地址接收。 P2口管腳： P2 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器能接收輸出 4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入，并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被尾部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出四肢的高 八位。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容， P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口管腳： P3 口管腳時(shí) 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。當(dāng) P3 口寫入“ 1”后，他們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流 (ILL)這是由于上拉的緣故。 RST 管腳：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG 管腳：當(dāng) 訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 /PSEN 管腳：外部程序存儲(chǔ)器的宣統(tǒng)信號。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每隔機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩側(cè)有效地 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP 管腳：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器 (0000HFFFFH),不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 XTAL1 管腳 :反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2 管腳：來自反向振蕩器的輸出。 （二） 復(fù)位電路設(shè)計(jì) ： 在編寫程序或調(diào)試程序時(shí)， 單片機(jī) 可能 遇到軟件故障，單片機(jī)無法正常工作，此時(shí)，需要復(fù)位電路來使單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，從而重新進(jìn)行正常工作， 本次設(shè)計(jì)的復(fù)位電路采用電阻和電容組成的電路，當(dāng)按下按鍵時(shí)，對單片機(jī) RST 引腳輸入低電平，兩個(gè)時(shí)鐘周期后，單片機(jī)將進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位電路如圖 如圖 所示 基于單片機(jī)的智能停車場停車位管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 9 圖 （三）單片機(jī)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行需要時(shí)鐘電路提供時(shí)鐘脈沖，在本次設(shè)計(jì)中，采用 晶振為單片機(jī)提供時(shí)鐘脈沖，在時(shí)鐘電路中為了穩(wěn)定起振，需要在晶振上并聯(lián)接入一個(gè) 10M歐的起振電阻保證單片機(jī)穩(wěn)定工作，其次，為了 避免系統(tǒng)出現(xiàn)的干擾，需要加入兩個(gè) 30PF的電容進(jìn)行濾波，時(shí)鐘電路如下圖 所示 圖 電路原理圖 最小系統(tǒng)： 單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由單片機(jī)，復(fù)位電路，以及時(shí)鐘電路組成，本次設(shè)計(jì)的最小系統(tǒng)電路圖如圖 所示： 圖 原理圖 （四） 12864 液晶顯示屏 基于單片機(jī)的智能停車場停車位管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10 本次設(shè)計(jì)采用的液晶顯示模塊是 12864 點(diǎn)陣的漢字圖形型液晶顯示模塊， 可顯示漢字及圖形，內(nèi)置 8192 個(gè)中文漢字（ 16X16 點(diǎn)陣）、 128 個(gè)字符（ 8X16 點(diǎn)陣）及 64X256點(diǎn)陣顯示 RAM（ GDRAM）。可與 CPU 直接接口，提供兩種界面來 連接微處理機(jī)： 8位并行及串行兩種連接方式。具有多種功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、睡眠模式等 。本次設(shè)計(jì)的液晶屏外圍電路如圖 所示 、實(shí)物圖如圖 所示 ： 圖 原理圖 圖 12864液晶實(shí)物圖 （五） RS232 串口設(shè)計(jì) RS232C 是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì) EIA（ Electronic Industry Association）制定的 一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為 9600、 19200、 38400、 57600 等。在 9600 的波特率下遠(yuǎn)傳輸距 離可達(dá) 15m。隨著波特率的增加，傳輸 距離逐漸減小。 本設(shè)計(jì)中采用 232 串行通訊協(xié)議對 ATS522 采集到的信息進(jìn)行傳輸，在上位機(jī)中分析 ID 信息。在電路設(shè)計(jì)中，由于通信中電平為負(fù)邏輯，即采用 3~15V 表 示邏輯“ 1”；采用 +3~+15V 表示邏輯“ 0”，針對單片機(jī)的 TTL 電平，該通訊中需 要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。故采用 MAX 公司的 MAX3232 芯片（兼容 電平）作為收 發(fā)器作為電平轉(zhuǎn)換器件。如圖 為 MAX3232 芯片典型連接的電路圖 DB_TX 和 DB_RX 網(wǎng)絡(luò)分別連接串行連 接線的發(fā)送端、接收端和 GND 基于單片機(jī)的智能停車場停車位管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 11 圖 原理圖 （六）蜂鳴器電路 為了便于提醒刷卡成功，本次設(shè)計(jì)使用了蜂鳴器，由于蜂鳴器功率過大，因此需要使用 9014 三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器， 9014 三極管屬于 PNP 型三極管 ，該三極管具有內(nèi)阻小，功率大的優(yōu)點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)的蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路如圖 所示： 圖 （七） ATS522 IC 卡識別模塊 ATS522 實(shí)物圖如圖 所示： 基于單片機(jī)的智能停車場停車位管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 12 圖 ATS522 IC卡識別模塊 該模塊的 供 電電壓 為 直流 5~9V/， UART TTL 電 平 輸出 ，該 模塊以命令 —— 響應(yīng)的方式工作，在系統(tǒng)中模塊是處于從屬地位，不會(huì)主動(dòng)發(fā)出數(shù)據(jù)（自動(dòng)檢測卡片除外）。通常主機(jī)首先發(fā)出命令，然后等待模塊響應(yīng)。數(shù)據(jù)總是以一幀為單位進(jìn)行通信的 使用較為靈活。 （八）實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì) DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片 ,內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷和 31 字節(jié)靜態(tài) RAM,通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷電路 .提供秒分時(shí)日日期 .月年的信息 ,每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整時(shí)鐘操作可通過 AM/PM 指示決定采用 24 或 12 小時(shí)格式 .DS1302 與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信 ,僅需用到三個(gè)口線 :1 RES 復(fù)位 ,2 I/O 數(shù)據(jù)線 ,3 SCLK 串行時(shí)鐘 .時(shí)鐘 /RAM 的讀 /寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá) 31 個(gè)字節(jié)的字符組方式通信 .DS1302 工作時(shí)功耗很低 ,保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于 是由 DS1202 改進(jìn)而來 ,增加了以下的特性 .雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng) Vcc1,為可編程涓流充電電源附加七個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)器 .它廣泛應(yīng)用于電話傳真便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域 .基本原理圖如圖 ： 基于單片機(jī)的智能停車場停車位管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 13 圖 主要的性能指標(biāo)作一綜合 : a) 實(shí)時(shí)時(shí)鐘具有能計(jì)算 2100 年之前的秒分時(shí)日日期星期月年的能力還有閏年調(diào)整的能力 。 b) 31 8 位暫存數(shù)據(jù)存儲(chǔ) RAM。 c) 串行 I/O 口方式使得管腳數(shù)量最少 。 d) 寬范圍工作電壓 。 e) 工作電流 時(shí) ,小于 300nA。 f) 讀 /寫時(shí)鐘或 RAM 數(shù)據(jù)時(shí)有兩種傳送方式單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送字符組方式 。 g) 8 腳 DIP 封裝或可選的 8 腳 SOIC 封裝根據(jù)表面裝配 。 h) 簡單 3 線接口 。 i) 與 TTL 兼容 Vcc=5V。 可選工業(yè)級溫度范圍 40 +85。 基于單片機(jī)的智能停車場停車位管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 14 四、軟件設(shè)計(jì) （一） 主程序 流程圖 系統(tǒng)上電后顯示歡迎使用 IC 考勤 系統(tǒng)，過后顯示請刷卡，當(dāng)刷卡后信息將顯示在12864 顯示屏上，系統(tǒng)的軟件整體流程圖如圖 所示： 圖 開始 程序初始化 12864 顯示初始化 等待刷卡 顯示采集信息 讀取時(shí)鐘時(shí)間 與持卡人信息 結(jié)束 發(fā)送到上位機(jī) 基于單片機(jī)的智能停車場停車位管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 15 (二 )ATS522 通信原理 本設(shè)計(jì)中使用的 ATS522 模塊以 命 令 —— 響 應(yīng)的方 式 工作 ， 在 設(shè)計(jì)的 系統(tǒng) 中 模塊是 處于從屬 地 位 ， 不 會(huì)主動(dòng) 發(fā) 出數(shù) 據(jù) （自動(dòng)檢測卡 片 除外） 。 通常主 機(jī) 首先發(fā) 出 命令，然 后 等 待模塊響 應(yīng) 。通信控制 符 描述如表 41所示。 表 4 1 通 信 控 制 符 表 描述 定義 值 開 始 符 STX 0x20 終 止 符 ETX 0x03 應(yīng)答 ACK 0x06 無 應(yīng) 答 NAK 0x15 UART 接口一幀的數(shù)據(jù)格式為 1 個(gè)起始位， 8 個(gè)數(shù)據(jù)位、無奇偶校驗(yàn)位、 1 個(gè)停止位，波 特率固定為 9600。 數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)總是以一幀為單位進(jìn)行通信的，一幀的數(shù)據(jù)格式如下： 幀長 FrameLen 包 號 /命 令 類 型 SEQ/CmdType 命 令 /狀 態(tài) Cmd/Status 信 息 長度 Length 信息 Info 校 驗(yàn) 和 BCC 幀 結(jié) 束符 ETX 1byte 1byte 1byte 1byte N bytes 1byte 1byte 網(wǎng)絡(luò)層字段說明如表 43所示：