【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(chǎng)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(duì)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(chǎng)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(duì)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(shí)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(chǎng)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(shí)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(chǎng)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(shì)，當(dāng)對(duì)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(hào)和控制信號(hào)。 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(hào)。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(hào)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(duì)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(chǎng)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(chǎng)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(duì) 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(duì)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(chǎng)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(shí)別模塊 ATS522 實(shí)物圖如圖 所示： 基于單片機(jī)的智能停車場(chǎng)停車位管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 12 圖 ATS522 IC卡識(shí)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(cè)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(chǎng)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(jí)溫度范圍 40 +85。 基于單片機(jī)的智能停車場(chǎng)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(qǐng)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(chǎng)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(cè)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(hào) /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：