【正文】 令，對(duì)于射頻識(shí)別領(lǐng)域，可操作的指令并不是十分復(fù)雜，所以本設(shè)計(jì)采用了五個(gè)獨(dú)立式按鍵，按鍵防抖動(dòng)采用軟件編程來實(shí)現(xiàn)以節(jié)省成本，一般在檢測按下時(shí)加入去抖動(dòng)延時(shí)，檢測松手時(shí)就不用加了，按鍵檢測流程圖如圖37所示。圖37 按鍵檢測流程圖 在本設(shè)計(jì)中，S10~~，SS1S12按鍵用于改變系統(tǒng)時(shí)間，其中S10為功能選擇鍵，S11為數(shù)值增大鍵，S12為數(shù)值減小鍵。S13為查詢門禁信息按鍵，通過此按鍵可以在液晶顯示屏幕上觀察到門禁記錄的信息。S14為按鍵功能介紹，操作的返回主要依靠程序中的標(biāo)志位來自行實(shí)現(xiàn)。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘的硬件設(shè)計(jì) 實(shí)時(shí)時(shí)鐘的硬件接口 現(xiàn)在的很多電子設(shè)備中通常會(huì)進(jìn)行一些與時(shí)間有關(guān)的控制，如果用系統(tǒng)的定時(shí)器來設(shè)計(jì)時(shí)鐘的話，偶然的掉電或晶振的誤差都會(huì)造成時(shí)間的錯(cuò)亂，更糟糕的是，若完全用程序設(shè)計(jì)時(shí)鐘還會(huì)占用大量的系統(tǒng)資源，從而嚴(yán)重影響系統(tǒng)的其他功能，因此本設(shè)計(jì)選用封裝形式小、與MCU的接口比較簡單的串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302，作為單片機(jī)外部的硬件時(shí)鐘。 DS1302 是美國 DALLAS公司的研究成果，該芯片專用于低功耗的串行通信，它與單片機(jī)之 間的通信采用3 線串行方式，數(shù)據(jù)傳送有單字節(jié)與多字節(jié)突發(fā)兩種方式[15]。DS1302 是由DS1202 升級(jí)而成，除保持 DS1202的實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能外，增加了雙電源管腳。在芯片里面，主要有實(shí)時(shí)的時(shí)鐘和日歷以及長度為31Byte的RAM，與單片機(jī)進(jìn)行通信的串行接口比較簡單?？商峁┮韵鹿δ埽喊ㄈ赵履昝敕謺r(shí)信息；可自動(dòng)調(diào)整一個(gè)月的天數(shù)以及閏年的天數(shù)；設(shè)定AM/PM相應(yīng)的寄存器進(jìn)而決定是12還是24小時(shí)的時(shí)間格式等等。DS1302與單片機(jī)的接口電路如圖38所示。圖38 實(shí)時(shí)時(shí)鐘的接口電路各引腳的功能為： VCC2：主電源；VCC1：備份電源。當(dāng)VCC2VCC1+，由VCC2向DS1302供電，當(dāng)VCC1VCC2時(shí)，由VCC1向DS1302供電； SCLK：串行時(shí)鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出； I/O：三線接口時(shí)的雙向數(shù)據(jù)線； ：輸入信號(hào)，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。開始控制字訪問移位寄存器的控制邏輯；其次，提供結(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā? 實(shí)時(shí)時(shí)鐘的讀寫控制 在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前需要先發(fā)送控制命令字節(jié)，隨后才可以是具體的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS1302的讀寫控制字格式如表34所示。表34 DS1302的讀寫控制字節(jié)D7D6D5D4D3D2D1D01RAMA4A3A2A1A0RD 如果想把數(shù)據(jù)寫進(jìn)DS1302中，控制字中的D7位必須為邏輯1。D6如果為1，那就表示存取RAM數(shù)據(jù)，否則存取的是日歷/時(shí)鐘數(shù)據(jù)；D5~D1(A4~A0)的含義是讀寫寄存器的地址；D0位的 0/1說明要進(jìn)行寫/讀操作。DS1302的控制字是從最低位開始輸出的，輸入控制字指令之后，緊接著的下一個(gè)SCLK線產(chǎn)生上升沿時(shí)，將把數(shù)據(jù)寫進(jìn)DS1302寄存器中。從最低位開始數(shù)據(jù)的輸入，傳輸8位的控制字指令后，緊接著的下一個(gè)SCLK線產(chǎn)生下降的跳變沿，讀出DS1302的數(shù)據(jù)，從最低位到最高位將數(shù)據(jù)讀出。如下面圖39與圖310所示，為DS1302讀寫時(shí)序圖。圖39 單字節(jié)讀圖310 單字節(jié)寫 數(shù)據(jù)輸入:輸入寫命令字的8個(gè)SCLK周期后 ，接下來的8個(gè)SCLK 周期的上升沿的時(shí)候數(shù)據(jù)字節(jié)被輸入，如不慎發(fā)生，多余的SCLK 周期將被忽略，數(shù)據(jù)輸入從D0開始。 數(shù)據(jù)輸出:輸入讀命令字的8個(gè)SCLK周期后, 隨后的8個(gè)SCLK 周期的下降沿，一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)被輸出。，若不慎發(fā)生，多余的SCLK周期會(huì)重新發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)，此操作允許連續(xù)不斷的脈沖串模式讀取操作，I/O管腳在SCLK的每個(gè)上升沿被置為三態(tài)，數(shù)據(jù)輸出從D0開始。 串行通信模塊設(shè)計(jì) 在門禁控制系統(tǒng)中，讀寫模塊應(yīng)當(dāng)能夠與PC機(jī)等設(shè)備進(jìn)行通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)管理射頻卡片的數(shù)據(jù)庫操作。RS232C是一種比較常見的串行通信標(biāo)準(zhǔn)，它明確規(guī)定了串行通信的電氣特性、信號(hào)功能以及傳送過程等等，通信的數(shù)據(jù)傳輸速率的范圍是0~20kbit/s。 不同于傳統(tǒng)的TTL等數(shù)字電路的邏輯電平，RS232C的邏輯電平以公共地為對(duì)稱，它的“0”電平規(guī)定在+3~+25V之間 ，“1”電平規(guī)定在3~25V之間。由于它與TTL電平不兼容，因此二者之間的連接必須使用電平轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)采用MAX232芯片實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。MAX232是MAXIM公司生產(chǎn)的單電源、低功耗的RS232雙路發(fā)送/接收器，芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，可以把輸入的+5V 電壓變換成 RS232C 輸出電平所需的電壓。采用 RS232 接口中的 RX(接收數(shù)據(jù)線)、TX(發(fā)送數(shù)據(jù)線)、GND(地線)三線完成通信傳輸，其它信號(hào)線如握手信號(hào)線均不用，而采用的是軟件握手的方式。在實(shí)際應(yīng)用中，器件對(duì)電源噪聲很敏感，因此VCC必須要對(duì)地加上去耦電容C3,在實(shí)際的硬件電路中，MAX232外圍的其他電容要盡量靠近芯片本身，從而提高抗干擾能力。MAX232硬件接口簡單，加之價(jià)格適中，所以被廣泛采用。串行通信接口電路如圖311所示。圖311 串行通信接口電路 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì) 當(dāng)門禁控制系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，其中的讀卡模塊(ZLG500AT)將通過單片機(jī)把刷卡記錄存入控制系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中，管理人員需要控制上位機(jī)每隔一定時(shí)間輪回查詢各個(gè)門禁控制器，向讀卡器發(fā)出請求，這時(shí)候門禁控制器才將所存的數(shù)據(jù)一次性傳送給上位機(jī)。上位機(jī)輪詢讀卡器的時(shí)間間隔越長要求讀卡器的存儲(chǔ)器容量越大。存儲(chǔ)器有并行存儲(chǔ)器和串行存儲(chǔ)器之分，并行存儲(chǔ)器存儲(chǔ)容量大，數(shù)據(jù)傳送速度快，但芯片體積大、管腳多，需要占用單片機(jī)大量的I/O腳。串行存儲(chǔ)器體積小，與單片機(jī)接口簡單。在本系統(tǒng)中采用的是二線制串行直插式EEPROMAT24C02存儲(chǔ)芯片，存儲(chǔ)容量為2Kb，可對(duì)所存數(shù)據(jù)保存100年，擦寫次數(shù)可達(dá)10萬次以上。采用AT24C系列EEPROM器件可以很好地解決掉電數(shù)據(jù)保護(hù)問題，且硬件電路簡單。下面將從硬件接口與串行通信兩個(gè)方面來介紹該芯片。 AT24C02存儲(chǔ)芯片接口概述 AT24C02是一個(gè)2K位串行CMOS EEPROM,內(nèi)部含有256個(gè)8位單元。AT24C02有一個(gè)16字節(jié)頁面寫入緩沖器。該器件通過IC總線接口進(jìn)行操作，有一個(gè)專門的寫保護(hù)功能。AT24C02與單片機(jī)的接口電路如圖312所示。芯片具體引腳配置及引腳功能如下[16]：A0、AA2(3)：芯片地址輸入，這些輸入引腳用于多個(gè)器件進(jìn)行連接時(shí)設(shè)置各自的地址，當(dāng)這些引腳懸空時(shí)默認(rèn)值為0。當(dāng)使用AT24C02 時(shí)最大可連接8個(gè)芯片。若僅有一個(gè)AT24C02被總線尋址，可將這三個(gè)輸入引腳懸空或接地。GND(4)：電源負(fù)端。SDA(5)：串行數(shù)據(jù)/地址，它是雙向的，而且是一個(gè)開路漏極輸出管腳，與其它開路漏極輸出為線或關(guān)系。SCL(6)：串行時(shí)鐘，產(chǎn)生芯片數(shù)據(jù)發(fā)送/接收的時(shí)鐘信號(hào)，為輸入管腳。 WP(7)：寫保護(hù)，若WP管腳連接到VCC，所有的內(nèi)容都被寫保護(hù)。當(dāng)WP管腳連接到GND則表示芯片的正常讀/寫操作被允許。VCC(8)：電源正端。 圖312 AT24C02與單片機(jī)的接口電路 AT24C02存儲(chǔ)芯片串行通信 AT24C02是具有IC總線接口的EEPROM器件，它的數(shù)據(jù)通信遵循IC總線協(xié)議，IC總線由PHILIPS公司推出，是近年來微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種總線標(biāo)準(zhǔn)，具有接口線少、控制簡單、通信速率較高與封裝形式小等優(yōu)點(diǎn)。IC總線由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SCL兩條線構(gòu)成通信線路，具體的器件操作如下描述(參照IC總線數(shù)據(jù)通信格式，如圖313所示)：1．時(shí)鐘及數(shù)據(jù)傳輸：SDA引腳通常被外圍器件拉高，SDA引腳的數(shù)據(jù)應(yīng)在SCL為低時(shí)變化；當(dāng)數(shù)據(jù)在SCL為高時(shí)變化，將視為下文所述的一個(gè)起始或停止命令。2．起始命令：當(dāng)SCL為高時(shí)，SDA由高到低的變化被視為起始命令，必須以起始命令作為任何一次讀/寫操作命令的開始。3．停止命令：當(dāng)SCL為高時(shí)，SDA 由低到高的變化被視為停止命令，在一個(gè)讀寫操作后，停止命令會(huì)使EEPROM 進(jìn)入低功耗的等待模式。4．應(yīng)答：IC總線協(xié)議規(guī)定，每傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)(含地址及命令字)后，都要有一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，以確保數(shù)據(jù)傳送被對(duì)方收到。應(yīng)答信號(hào)由接收設(shè)備產(chǎn)生，在SCL信號(hào)為高電平期間，接收設(shè)備將SDA拉為低電平，表示數(shù)據(jù)傳輸正確，產(chǎn)生應(yīng)答，時(shí)序圖如圖313所示。5．等待模式：AT24C02有一個(gè)低功耗的等待模式?？梢酝ㄟ^以下方法進(jìn)入該模式：上電；收到停止位并且結(jié)束所有的內(nèi)部操作。6．復(fù)位：在協(xié)議中斷或下電后，可通過以下步驟復(fù)位：連續(xù)輸入9 個(gè)時(shí)鐘；在每個(gè)時(shí)鐘周期中確保當(dāng)SCL 為高時(shí)SDA也為高；建立一個(gè)起始條件。圖313 IC總線數(shù)據(jù)通信格式 液晶顯示模塊設(shè)計(jì) 由于門禁控制系統(tǒng)功能的要求，需要顯示設(shè)備來顯示某些信息，例如系統(tǒng)的實(shí)時(shí)時(shí)間，刷卡的狀態(tài)以及查詢的信息等。本設(shè)計(jì)中采用的是深圳繪晶科技有限公司生產(chǎn)的HJ12864ZW液晶模塊。 液晶模塊的外部接口HJ12864ZW液晶模塊的主要特性說明如下：1．圖形點(diǎn)陣型液晶顯示模塊。它主要由行驅(qū)動(dòng)器與列驅(qū)動(dòng)器組成，可顯示128(列)64(行)點(diǎn)陣?？赏瓿蓤D形顯示，也可顯示84個(gè)(1616點(diǎn)陣)漢字。2．內(nèi)置RAM為512字節(jié)(4096位)，液晶顯示模塊背光顏色有黃綠色、橙色、白色、紅色、翠綠色、藍(lán)色，可供客戶進(jìn)行選擇。 3．使用與儲(chǔ)存溫度有：工作溫度0~+50℃，儲(chǔ)存溫度10~+60 ℃；工作溫度20~+70℃，儲(chǔ)存溫度30~+80℃可供客戶進(jìn)行選擇。 4．液晶顯示模組(LCM)的LCD顏色有黃綠色、藍(lán)色、灰色，可供選擇。5．，需出廠前設(shè)置。6．控制指令豐富，CPU接口采用8位數(shù)據(jù)總線并口或串口輸入輸出方式。 HJ12864ZW液晶的引腳配置及引腳功能如表35所示,其中的DB0~DB7八個(gè)并行數(shù)據(jù)接口在本設(shè)計(jì)中沒有用到，圖314給出了HJ12864ZW液晶模塊與單片機(jī)的接口電路圖。 表35 HJ12864ZW液晶的引腳配置及引腳功能 引腳名稱說明引腳名稱說明1VSS電源地15PSB串/并控制選擇2VDD電源正端16NC空腳3VOLCD 驅(qū)動(dòng)電壓(可調(diào))17RST復(fù)位腳(低電平有效)4RS(CS)。數(shù)據(jù)/命令選擇(串片選)18VOUT倍壓輸出腳5R/W(STD)讀/寫選擇(串行數(shù)據(jù))19LEDA背光電源正6E(SCLK)使能信號(hào)(串行時(shí)鐘信號(hào))20LEDK背光電源負(fù)7~14DB0~DB7并行數(shù)據(jù)口圖314 HJ12864ZW液晶模塊與單片機(jī)的接口電路 液晶模塊的串口傳輸方式 液晶模塊的串口傳輸方式占用的單片機(jī)資源較并口的少，且控制方便，只需要三根線與單片機(jī)連接，PSB引腳腳接低電位時(shí)模塊將進(jìn)入串口模式。當(dāng)傳輸開始時(shí)，先傳輸五個(gè)連續(xù)的‘1’作為開始控制字，緊接著的兩位分別是用來設(shè)定數(shù)據(jù)傳輸方向以及選擇數(shù)據(jù)或者命令，末位置‘0’。在啟始字節(jié)后一個(gè)8位的指令將被分為兩個(gè)字節(jié)來傳送，其中高4位(DB7~DB4)的指令資料將會(huì)被放在第二個(gè)字節(jié)的LSB位置，低4位(DB3~DB0)的指令被放在第三個(gè)字節(jié)的LSB位置，剩下的四位都置0。串行傳輸可以參照串行操作時(shí)序圖來理解，如圖315所示。 圖315 HJ12864ZW液晶串行操作時(shí)序圖 語音模塊設(shè)計(jì) 為了滿足門禁系統(tǒng)中記錄語音信息的要求，需要添加語音模塊。本課題系統(tǒng)采用的ISDl700系列語音芯片是一種高集成度，高性能的芯片。它可以多段錄音，采樣率可以在4~12K之間調(diào)節(jié)，~。ISD1700系列錄放芯片有兩種工作模式：獨(dú)立按鍵模式和SPI控制模式。錄音信息存放在ISDl700芯片的FLASH中，而且內(nèi)容沒有經(jīng)過任何的壓縮操作，相比于其他芯片具有較好的音質(zhì)。芯片內(nèi)部包含有麥克風(fēng)前置擴(kuò)大器、自動(dòng)增益控制與振蕩器等全方位的系統(tǒng)整合功能。 在本系統(tǒng)中，語音模塊采用獨(dú)立按鍵工作模式，此模式下不僅有錄、放功能，還有語音擦除、音量控制、直通話音和復(fù)位等功能。按住REC鍵不放，同時(shí)LED燈會(huì)亮起，此時(shí)對(duì)著 MIC說話，說話內(nèi)容就會(huì)錄進(jìn)ISD1700語音芯片里了。錄完一段后抬起此鍵，LED會(huì)同時(shí)熄滅。錄音結(jié)束后，錄音指針自動(dòng)移向下一個(gè)有效地址。而放音指針則指向剛剛錄完的那段語音地址，放音操作有兩種模式：邊沿觸發(fā)和電平觸發(fā)，都是由管腳控制，在本設(shè)計(jì)中放音操作采用電平放音模式[17]。 本課題設(shè)計(jì)中ISD1760語音模塊接口電路可以參見附錄B，S2~S8用于語音模塊的手動(dòng)操作，同時(shí)利用單片機(jī)的P0口數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)軟件控制語音的錄放，語音信號(hào)的輸出采用了喇叭(SP+、SP)與單端電流輔助(AUD)相結(jié)合的輸出方式。在語音模塊的軟件設(shè)計(jì)過程中，實(shí)際用到的只有ISD1760的放音功能，這是因?yàn)樵撔酒恼Z音存儲(chǔ)容量有限，在進(jìn)行軟件調(diào)試的時(shí)候，錄音幾次就已錄不進(jìn)去了，錄音指示燈也不閃爍，這與不錄音的效果是一樣的，所以本課題僅僅利用ISD1760來模擬一下設(shè)想的能夠在實(shí)際中實(shí)現(xiàn)的功能。圖316 讀卡顯示部分圖317 主控制器部分 本章小結(jié) 本章給出了基于非接觸式IC卡的門禁控制系統(tǒng)的總體方案，通過九小節(jié)分述了系統(tǒng)硬件各個(gè)部分的電路原理，給出了電路原理圖，并且對(duì)原理圖加以介紹。硬件部分涉及到的模塊主要有ZLG500AT讀寫、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、液晶顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、STC89C54和語音錄放模塊等，其中ZLG500AT讀寫模塊是本章的重點(diǎn)內(nèi)容，也是整個(gè)門禁控制系統(tǒng)的核心，掌握它的硬件接口與數(shù)據(jù)傳輸原理，為下面的軟件編程工作提供了很大的便