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1、 嵌入式门禁系统设计 I 摘摘 要要 嵌入式门禁系统作为一种实时系统近年来得到了广泛的应用，目前常见的 门禁系统中，大多是以单片机为平台，随着 ARM 技术性能的提高和成本的下 降，采用 ARM 处理器进行嵌入式门禁系统设计将成为趋势。 本文首先对嵌入式系统的概念进行了阐述，接着介绍了嵌入式系统的构成 及特点。因为嵌入式系统的特殊性，其开发方法不同于一般系统，它是根据特 定用途所开发的系统，完全受制于特定的功能与具体的应用环境，因此嵌入式 系统设计具有一些特殊的要求，其开发过程和开发环境同传统的软件开发相比 有着显著的不同。嵌入式系统开发的最大特点是需要软硬件综合开发。其开发 流程一般包括：需
2、求分析、系统总体设计、软硬设计、测试集成四个步骤。 本文主要内容讲述了基于 ARM 处理器的门禁系统的设计过程。先是提出了 系统的整体组成， 其依据是系统设计的功能要求： 设计一个嵌入式 IC 卡门禁系 统，要求完成对 IC 卡、串口、网络、存储器之间数据的收发和存储控制，并且 要求系统设有键盘、液晶显示器等模块，方便实际应用中的人机交互。根据以 上功能要求将系统设计划分成多个模块进行设计，其中，CPU 处理器的选取是 系统设计的基础和出发点，本系统最终决定选用性价比较高的三星公司的 S3C44BOX 芯片。 文章的主体部分是系统硬件设计和软件设计。先是详细地介绍了系统各个 组成模块的硬件电路
3、设计及其工作原理，分别是电源、复位模块、IC 卡接口、 串行接口模块、键盘模块、存储模块、时钟模块、网络传输模块。文中给出了 系统各个模块相应的硬件设计电路图。 接下来讲述系统调试与应用程序开发。 主要介绍了使用 ADS 工具开发控制 软件方法和过程，包括单元电路的驱动程序和部分应用程序的开发，并给出了 部分程序设计流程图。 关键字： S3C44B0X 嵌入式系统 IC 卡 Abstract II Abstract The access controller system has been applied widely these years as a real-time system. At
4、 present， access controller systems were mainly built up on the base of SCM. With swift development of ARM technology and the declining cost， access controller system based on ARM will be the trend. The thesis firstly expatiate the concept of embedded system， then introduce the structure and trait o
5、f it. For the particularity of the embedded system， the ways of the how to develop it is very is differ from to develop a generic system. The embedded system is generally designed for given purpose， so there are some special elements on embedded system designment. The main peculiarity of the designm
6、ent is it needs integrating the software and hardware designment. The flow the designing an embedded system is as following: analyzing the demand， designing the system as a whole， hardware designment and software designment， integrating all the modules and test the system. The thesis expatiate a sch
7、eme of designing an access controller system based on ARM. At the beginning， it presents the idea of how to design the whole system， which is according to the requirement：has interfaces to send/ receive data between IC card、 serial data port device、 internet and the memorizers， also it needs keyboar
8、d and LCD screen to make the communication on the system easily.Considering all the functions above， the system should be separated into seveval blocks， the CPUs selectness is the base of designing the system， and in the end Samsungs S3C44B0X is fixed upon for its great functions and low cost. The m
9、ain of this thesis is the systems hardware design and software design. Firstly it introduces the every blocks hardware designment and their principles in detail. These contents 9 sections， they are power circuit， reset block， IC card interface， serial data interface， keyboard block， real-time block，
10、 internet 嵌入式门禁系统设计 III interface block. In the thesis there is a hareware digram for each corresponding module. The following is the system software design， mainly introducing how to design procedure of using ADS for debugging hardware circuit and developing some corresponding application. When exp
11、atiating how to design the software， I prenst some flow charts of the routine of some modules. Keywords：S3C44B0X Embedded System IC card 目 录 IV 目目 录录 摘 要 .I Abstract . II 第一章 绪论 1 1.1 嵌入式系统概述 . 1 1.1.1 嵌入式系统简介 1 1.1.2 嵌入式系统的构成和特点 2 1.1.3 嵌入式处理器简介 4 1.2 ARM 处理器简介 6 1.3 嵌入式系统的开发方法 . 7 1.4 IC 卡门禁系统功能与现
12、状 . 9 1.5 论文的主要内容和结构安排 . 10 第二章 系统总体设计 11 2.1 系统的设计任务和要求 . 11 2.2 系统方案设计 . 12 2.3 处理器选型 . 12 2.3.1 选型依据 12 2.3.2 S3C44B0X 处理器原理 13 2.4 软件设计平台的选择 . 20 第三章 系统硬件设计与原理 22 3.1 硬件架构 . 22 3.2 各模块具体设计 . 23 3.2.1 电源 23 3.2.2 复位电路 24 3.2.3 IC 卡接口 . 25 3.2.4 串行接口 26 3.2.5 键盘 28 3.2.6 存储器 29 3.2.7 时钟模块 31 嵌入式门禁
13、系统设计 V 3.2.8 液晶显示模块 32 3.2.9 网络传输模块 34 第四章 系统软件设计与实现 38 4.1 软件总体设计 . 38 4.2 控制软件设计 . 39 4.2.1 串口通信模块 39 4.2.2 键盘处理模块 42 4.2.3 实时时钟模块 43 4.2.4 液晶显示模块 46 4.2.5 网络模块 47 4.2.6 main 主函数 . 51 第五章 总结与展望 53 参考文献 54 致 谢 56 攻读学位期间发表的学术论文 57 嵌入式门禁系统设计 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 嵌入式系统概述嵌入式系统概述 1.1.1 1.1.1 嵌入式系统简介嵌入式系统简介
14、 根据 IEEE(国际电气和电子工程师协会)的定义，嵌入式系统是：“控制、 监视或辅助设备、机器和车间运行的装置”(devices used to control， monitor， or assist the operation of equipment， machinery or plants) 1。 目前，国内一个普遍被认同的定义是：嵌入式系统是以应用为中心，以计 算机技术为基础，软硬件可裁剪，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格 要求的专用计算机系统。 嵌入式系统的概念是与通用计算机系统相对的。服务器、个人计算机(PC) 中所使用的处理器，都是为通用目的而设计的，即为通用计算机系统。
15、通用计 算机系统处理器资源非常丰富，一般具有内置的内存管理单元，能提供内存保 护和多任务能力的虚存， 具有先进的高速缓存逻辑和快速浮点运算的协处理器， 能提供支持各种各样外部设备的接口， 所以这类处理器具有广泛的应用。 然而， 其功耗大、体积大、成本高，难以广泛地应用于嵌入式领域。 一般嵌入式系统中所使用的处理器，是为某一类用途专门设计的处理器， 这类产品的共同点是能满足特定应用的需求即可， 不需要非常强大的运算能力、 性能，但要求功耗低、稳定性高、成本低和占用空间小2。设计这样的处理器 比设计高性能的个人电脑、服务器等的处理器容易得多，而且由于相关产品的 专用特性，嵌入式平台基本不用考虑相互
16、通用和兼容的问题，每个厂商都可以 有自己的一套解决方案，因此嵌入式平台的产品越来越专业化、多样化。 嵌入式系统始于 20 世纪 70 年代， 经过 30 多年的发展， 在硬件和软件发展 的带动下，嵌入式技术越来越趋于稳定和成熟，已被广泛应用于工业控制、信 息家电、电子商务、环境检测、机器人等各个领域。所以研究开发嵌入式系统 有着十分重要的意义3。 第一章 绪 论 2 1.1.2 1.1.2 嵌入式系统的构成和特点嵌入式系统的构成和特点 嵌入式系统是一个集软硬件一体、可独立工作的系统，包括硬件和软件两部 分。硬件包括处理器、嵌入式外围设备，软件部分包括操作系统软件、硬件驱动 程序和应用程序编程。嵌入式系统结构如图1-1所示。 (1) 嵌入式处理器 嵌入式系统的核心是各种类型的嵌入式处理器， 嵌入式处理器与通用处理器 最大的不同点在于，嵌入式处理器大多工作在为特定用户群所专门设计的系统 中，它将通用处理器中许多由板卡完成的任务集成到芯片内部，从而有利于嵌入 式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。 (2) 嵌入式外围设备 嵌入式外围设备
