【文章內(nèi)容簡介】 方面。本設計采用 Keil編譯器來進行軟件的編程 主程序主要完成了系統(tǒng)的初始化、按鍵掃描、按鍵功能、以及調(diào)用顯示等功能。 鍵值判斷設計 鍵盤掃描和鍵值讀取程序主要判斷矩陣按鍵是否按下，按下的是哪一個鍵，并求出按鍵的鍵值。矩陣鍵盤的識別方法有多種。相對來說，矩陣式鍵盤的軟件設計最終實現(xiàn)以下功能：是否有按鍵被按下；消除抖動 [6]；確定哪個鍵被按下，若按鍵閉合了一次，操作也只能是一次。 紅外遙控設計 用 HS0038[9] 接收頭負責紅外遙控信號的解調(diào)，將調(diào)制在 38kHz 上的紅外脈沖信號解調(diào) 并反相后輸入到單片機的 引腳，接收的信號由單片機進行高電平與低電平寬度的測量，并進行解碼處理。解碼編程時，既可以使用中斷方式，也可以使用查詢 方式。 識別編碼 [10]的關鍵之一是確定掃描周期。分析波形和參數(shù)知道：整個數(shù)據(jù) 14 位，總時長為 22 ms～ 25 ms，則一個數(shù)據(jù)位時長為 ms～ ms，占空比 1:1，脈寬為 750 μs～ 900 μs。在編程時要考慮脈寬的偏差容限，為保證掃描精度，選取掃描周期為 100 μs。識別編碼的關鍵之二是判別 “0”和 “1”。數(shù)據(jù) “0”為波形從低到高，即在相鄰的 2 次掃描中 ,掃描值從 0 到 1，則識別數(shù)據(jù)為 “0”；數(shù)據(jù) “1”為波形從高到低，即在相鄰的 2 次掃描中，掃描值從 1 到 0，則識別數(shù)據(jù)為 “1”。為了記錄 相鄰 2 次掃描值，則分別用 2 個基于單片機的門禁控制系統(tǒng)設計 12 變量來記錄當前掃描值和前一次的掃描值 。 Keil 編程軟件介紹 單片機的開發(fā)離不開必要的硬件，同樣也離不開軟件，編寫的匯編語言源程序要變?yōu)?CPU 可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編。隨著單片機開發(fā)技術的不斷發(fā)展，單片機的開發(fā)軟件也在不斷的發(fā)展， Keil軟件是目前最流行開發(fā) 51 單片機的軟件。 這款軟件的操作方法也很簡單，甚至有些必須采用很復雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時會變得很簡單，這樣可以把復雜電路的輸入信號直接用信號發(fā)生器給定，或是 用電源來給定通過對電壓電流的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。 Keil[8] 工程的建立打開已安裝好的開發(fā)環(huán)境，進入界面后選擇 project 然后在其下拉菜單中選擇 new project 選項如圖 所示。 圖 新建工程 這樣就能新建一個工程 ，在選定的路徑下建立一個名字叫做 abc 的文件夾如圖 所示，在 abc 文件夾中建立了一個 文件之后點擊保存按鈕就會出現(xiàn)如圖 所示的畫面在此對話框中選擇 Atmel 之后會彈出一系列的單片機在本次設計中選用的是 51單片機，完成后在選 Target 1 下的 Source Group 1 選擇 Add 把 文件加載到里面在 下添加所編好的 C 語言程序或是匯編語言程序，如果程序是分開寫得就可以添加多個子程序還有主程序，每個程序中必須有頭文件否則編譯不會通過 ，會顯示有錯誤。等編譯 .hex 文件時就要在此文件夾下找到。 基于單片機的門禁控制系統(tǒng)設計 13 圖 新建工程文件夾的建立 圖 芯片的選擇 所有程序都加到工程項目文件夾中后就可以對其進行編譯了。編譯成功后，下方會有對話框顯示，有幾個錯誤，分別是在那幾個位置。直接單擊錯誤這條信息就可以索引到源文件中。如圖所示 所示。 基于單片機的門禁控制系統(tǒng)設計 14 圖 錯誤的生成 及索引 Proteus 仿真軟件概述 Proteus 是目前使用比較廣泛的單片機類的仿真系統(tǒng)的軟件之一，它可以實現(xiàn)的功能比較多，可以實現(xiàn)程序與原理圖的連調(diào)，也可以單獨作為繪制原理圖的工具使用，與Protel有著過之不及的功能，于此同時還可以進行 PCB 版圖的生成，在方法中與 Protel類似。此款軟件及繪制原理圖、 PCB 版圖和仿真于一身。 Proteus 此款軟件的使用比較簡單。在運行環(huán)境搭載好的前提下，打開 ISIS 直接進入到主界面，在左邊欄框中有一個快捷鍵 P(從庫中選取 )，點擊后出現(xiàn)一個對話框然后輸入想要查找 的元器件即可。之后在單擊確定按鍵所選器件就會顯示在界面左上角的小框中此時點擊鼠標左鍵就會放到圖層中，然后直接把鼠標放到接頭處就會顯示一個畫筆的標志此時按住鼠標左鍵就可進行連線了。如圖 所示為繪圖界面。 基于單片機的門禁控制系統(tǒng)設計 15 圖 proteus 繪圖基本界面 Proteus 與 Keil 的連調(diào) 程序在 KEIL C51 上 調(diào)試 ， 采用模塊程序設計技術 ,則逐個模塊調(diào)好后再進行系統(tǒng)程序總調(diào)。 對于模塊結構程序 [11]．要一個個子程序分別調(diào)試。調(diào)試時 ,一定要符合入口條件和出口條件 ,調(diào)試可用單步運行和斷點運行方式 ,通過 檢查用者系統(tǒng)的 CPU現(xiàn)場情況、 RAM的內(nèi)容和 I／ O 口的狀態(tài) ,檢測程序執(zhí)行結果是否符合設計要求 ,有無循環(huán)錯誤、有無機器碼錯誤以及轉(zhuǎn)移地址的錯誤 ,同時 ,還可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的硬件設計錯誤和軟件算法錯誤。 各程序模塊通過后 ,則可以把相關功能塊連在一起進行總調(diào)。這個階段若有故障 ,可以考慮各子程序運行時是否破壞了現(xiàn)場 ,緩沖單元、工作寄存器是否發(fā)生沖突 ,標志位的建立和清除是否有誤 ,堆棧區(qū)是否有溢出 ,輸入設備的狀態(tài)是否正常等等 ,若用者系統(tǒng)是在開發(fā)機的監(jiān)控程序下運行時 ,還要考慮用者緩沖單元是否和監(jiān)控程序的工作單元發(fā)生沖突。 單步和斷點調(diào)試后 ,還應進行連續(xù)調(diào)試 ,用以確定定時精度、 CPU 的實時響應等問題。 當全部調(diào)試和修改完成后 ,將程序固化到 AT89S51 中 。進行整機調(diào)試。各功能實現(xiàn)則調(diào)試完成。 在進行連調(diào)之前必須確保程序是完整的，原理圖也是沒有錯誤的。還要在正確的運基于單片機的門禁控制系統(tǒng)設計 16 行平臺下進行操作。檢查沒有錯誤后，打開原理圖，點擊單片機就會出現(xiàn)一個對話框如圖 所示，然后把生成的 .hex 文件添加到里面即可實現(xiàn)。在這里比較重要的就是 .hex文件的生成過程。首先把已編寫好的程序加載到 Keil 軟件下進行編譯如果沒有遇到任何錯誤后，就直接點擊工具欄 中的 就會彈出如下圖所示的對話框，然后選擇相應的選項就可以生成 .hex 文件了。之后再按照生成的的路徑去尋找這個文件。找到之后加載到之前點開的 對話框上即可。在此后點擊運行按鍵就會進行仿真了，按照設計的功能去調(diào)試就可以了 圖 Keil 加載 HEX 文件 Proteus 與 Keil 的連調(diào)的仿真結果 （ 1） 系統(tǒng)仿真運行環(huán)境下的結果如圖 所示 當單片機上電以后， L1602 液晶顯示屏顯示 Enter Password 和 3 chances 如圖 所示 基于單片機的門禁控制系統(tǒng)設計 17 圖 系統(tǒng)環(huán)境運行圖 （ 2） 開鎖狀態(tài)如圖 所示 當用戶輸入密碼正確時， L1602 液晶顯示屏顯示 correct 和 wele 如圖 所示 圖 開鎖界面 （ 4）密碼輸入錯誤狀態(tài)如 所示 基于單片機的門禁控制系統(tǒng)設計 18 當用戶密碼輸入錯誤時， L1602 液晶顯示屏顯示 Password error 如圖 所示 圖 密碼輸入錯誤 （ 5）密碼連續(xù)輸入三次錯誤狀態(tài)如圖 所示 圖 鍵盤鎖定圖 （ 6）密碼重置狀態(tài)如圖 所示 基于單片機的門禁控制系統(tǒng)設計 19 當用戶按下密碼重置鍵以后， L1602 液晶顯示屏顯示如圖 所示 密碼重置界面 （ 7）密碼重置成功狀態(tài)如圖 所示 當密碼重置成功以后， L1602 液晶顯示屏顯示 successfully 如圖 所示 圖 密碼重置成功 基于單片機的門禁控制系統(tǒng)設計 20 (8)信號篩選功能模擬仿真 由于 proteus 的仿真功能有限，所以無法做實際仿真，所以我們采用模擬仿真的方法來實現(xiàn)。 當開關打到無效數(shù)據(jù)處時如圖 所示，鍵盤輸入的數(shù)據(jù)無效，顯示燈熄滅 圖 開關處于無效數(shù)據(jù)處，顯示燈熄滅 當開關打到有效數(shù)據(jù)處時如圖 所示，鍵盤輸入的數(shù)據(jù)有效，顯示燈開啟 圖 開關處于有效數(shù)據(jù)處，顯示燈開啟 4 結論 本設計是基于單片機實現(xiàn) 門禁控制系統(tǒng) ，基本完成了按鍵有效提示、輸入錯誤提示，控制開鎖電平、控制報警電路、修改密碼等多種功能。本系統(tǒng)具有結構簡單，硬件較少，容易實現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點。 在設計過程中，我查閱大量的相關資料，詳細的了解了各個芯片的作用，如何工作，基于單片機的門禁控制系統(tǒng)設計 21 工作原理，個個芯片引腳的連接方式。對系統(tǒng)硬件的設計，電路原理圖以及仿真，軟件流程圖和具體的匯編語言的設計都有了相應的提高。此次設 計涉及到了 Proteus 和Protel99 和一些單片機指令，通過近段時間的使用，對這些有了更深的了解。對于軟件部分的 Keil軟件的使用，是我們對匯編語言以及 C 語言又有了更深一步的了解。 通過完成設計，我們對所學的知識有了更深刻地了解，實現(xiàn)了從理論到實踐再到理論的幾個飛躍，也更加了解到科學知識應該以服務社會為目的，只有掌握了足夠的知識才能更好的為社會貢獻我們的力量。我學會了利用所學知識以技術上的知識解決問題。 致謝 ：在四年大學生活中，老師、親人、朋友和同學給了我多方面的關心和幫助，使我順利地走過了人生道路上重要的一段旅程。我深深地感謝他們，并將以此激勵我不斷進取 !首先衷心感謝我的指導老師 —龔偉 ，在她的悉心指導下使本文順利完成。在畢業(yè)之際，謹向 龔 老師表示衷心的感謝和崇高的敬意 !同時，我也誠摯感謝芙蓉學院和物電學院的老師們對我的悉心指教，他們在專業(yè)領域中的高深造詣給予我很大的幫助。我還要感謝我的室友和同班同學，幾年來我們默契的合作、坦誠的友誼給我留下了美好回憶。 參考文獻 [1] 李葉紫，王喜斌，胡輝，孫東輝． MCS51 單片機應用教程 [M]．北京：清華大學出版社 2021： [2] 夏路易，石宗義．電路原理圖與電 路板設計教程 PROTEL 99SE[M]．北京：北京希望電子出版社 2021：． [3] 王福瑞編著，單片微機測控系統(tǒng)設計大全 [M]．北京航空航天大學出版社， 1999 [4] 李華， MCS51 系列單片機使用接口技術 [M]．北京航空航天大學出版社， 1990 [5] 蘭吉昌，《 51 單片機應用設計百例》 [M]．北京：化學工業(yè)出版社， 2021： [6] 于永，戴佳，劉波． 51 單片機 C 語言常用模塊與綜合設計實例精講 [M]．北京：電子工業(yè)出版社， 2021 第二版． [7] 周潤景，張麗娜．基于 PROTEUS 的電路及 單片機系統(tǒng)設計與仿真 [M]．北京：航空航天大學出版社， 2021. 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