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1、课程设计报告课程： 嵌入式系统课程设计 学期： 班号： 学号： 姓名： 教师： 成绩： 电子与信息工程学院2016 年 6 月题目： 基于 STM-32 刷卡考勤系统设计基本功能：1.读卡功能：本系统的读卡模块可以识别基于国际标准 ISO/IEC 14443的 IC 卡，可以读取 IC 的卡号。2.考勤功能：本系统通过对 IC 卡的识别来统计出勤信息，统计出应到人数。实到人数，实现考勤功能。3.显示功能：对于考勤的相关信息，可以通过液晶显示屏来进行显示。扩展功能：对于数据库中存在的持卡人信息进行显示，并响铃提示通过；对于数据库中不存在的持卡人信息进行报警警告教师评语：评审教师： 日期：第一章
2、引言1.1 研究目的及意义随着经济的飞速发展，愈来愈多的管理者认识到管理与效益是息息相关的，实现数据规范化、自动化的管理，是一个管理规范、运作高效的企事业单位的必然要求。现在的市场竞争是知识的竞争，管理手段的竞争。谁有先进的技术设备和管理手段，谁就有成功的先机。企业或单位对于方便、快捷的考勤系统有迫切的需求。而一些当前的刷卡考勤系统主要是基于计算机控制的联网型系统，不仅价格昂贵，体积庞大、笨重，而且需要网络的连接，不利于广泛的用于小范围的考勤管理。为了可以满足日常的方便快捷的考勤，本文设计了基于单片机的刷卡考勤系统。刷卡考勤系统将射频识别技术和现代管理结合起来。在企业中，刷卡考勤系统可以以节省
3、大量的人力物力，简化日常管理的繁琐程序，提高企业的管理效率。在高校中，刷卡考勤系统对加强学生的教学管理，促进教学改革也有着非常重要的意义。本系统的可能创新点是通过进一步完善软件环境使本系统与“一卡通”系统的兼容，实现了“校园一卡通”作为考勤卡的作用，拓展了本校“一卡通”的适用范围。通过读取 IC 卡号，根据各个部门的数据库内存储内容调出相应信息。例如学校的图书馆学生借阅管理、学校微机机房的记时考勤记录、学校操场或学生宿舍的门禁管理、学校食堂的收费等。1.2 发展趋势目前，非接触式 IC 卡中的主流为 PHILIPS 公司的 Mifare 技术，并且已经被制定为国际标准：ISO/IEC 1444
4、3 TYPE A 标准。欧洲一些较大的 IC 射频卡制造商和 IC 射频卡读写设备制造商以及 IC 射频卡软件设计公司等大都把 Mifare 技术作为技术标准，而发展和推进 IC 卡行业快速的向标准化发展。而对于非接触式IC 智能射频卡方面的研究则代表了整个大行业的发展方向。非接触式 IC 卡和接触式 IC 卡相比，它继承了接触式 IC 卡的容量大、安全性高的特点，同时也克服了以接触方式工作的 IC 卡所无法避免的缺点，如触点磨损、污染、静电以及插卡不便的读写过程，使非接触式 IC 卡的使用更加自由，应用更加广泛。当前，国内 IC 卡及相关产品的生产和研究的企业主要有上海复旦微电子股份有限公司
5、，深圳市明华澳汉科技有限公司等。中国 IC 卡产业虽然起步虽晚，但发展迅猛，通过引进先进的技术和自主研发，在几年间，整体生产能力突破了 2 亿张。全国IC 卡应用装置的开发和系统集成厂商也达到上千家。由于智能卡的潜在应用范围非常广，国内外学术界和科技工作者对非接触式智能卡的开发，给予了广泛关注和研究。近几年来，射频识别系统的发展极其迅猛。尤其自 1993 年金卡工程启动实施以来，IC 卡的应用领域得到不断的扩展，一条完整的 IC 卡产业链已经初步建立起来了，并逐步成为国民经济新的持续增长点。1.3 可行性分析经济方面：现在市面上销售的中档考勤机售价一般在 500 元左右，若批量采购的话售价能够
6、相对的降低，学校可以根据每个教研室的授课老师的数量来配备 2-5 台考勤机，由于学生考勤系统选用一般计算机操作，对硬件设施没有较高要求，所以每个科室的可以配置一台计算机作为客户端，预计每台客户端的售价为3000 左右，鉴于本系统对计算机的硬件要求不高，可以考虑采用一般低档的服务器，预计售价为 10000 左右。技术可行性分析主要包括四个方面：目前有关的技术能否支持所开发的新系统；新系统开发人员的数量和水平，即人力资源；硬件和软件资源。 技术支持首先根据新系统的目标，考虑目前有关的技术能否支持所开发的新系统。这里讨论的技术必须是已经普遍使用的，而不是待研究的或正在研究的。 硬件资源开发管理信息系
7、统所需的硬件资源包含以下两个方面。系统开发人员在管理信息系统的开发过程中所需要的计算机设备及其有关的外部设备；管理信息系统开发成功投入使用后，使用单位所应具备的计算机设备及其有关的外围设备。对硬件资源进行可行性分析时主要考虑计算机的主机内存、类型、功能、联网能力、安全保护措施以及输入/输出设备，外存储器和联网数据通信设备的配置、功能、效率等指标是否符合系统方案设计要求，同时还要考虑计算机的性能/价格比。 软件资源软件资源的可行性分析主要考虑以下几点是否满足使用者，即学校的要求。 操作系统的选择。 编译系统的选择。 数据库管理系统的选择。 高级编程语言的选择。 汉字处理系统的选择。 应用软件包的
8、选择。1.4 基本内容本文主要是通过对射频设别技术的研究来设计一款基于单片机的刷卡考勤系统的硬件设备及其软件。在设计 IC 卡读卡器的基础上，完成考勤系统的设计。本课题主要完成的任务包括：(1)文献部分：无线识别技术的研究。(2)硬件部分：包括单片机控制的射频读卡器的设、12864液晶显示电路的设计、报警电路的设计等。(3)软件部分：ARM 控制程序。(4)系统的综合调试与分析：在软硬件完成以后，要对系统进行综合的测试与实验，分析系统的可靠性与实用性，调整系统的不足。第二章 开发环境的安装和配置2.1 开发环境及其工具的介绍Linux 是一套免费使用和自由传播的类 Unix 操作系统，是一个基
9、于 POSIX 和 UNIX 的多用户、多任务、支持多线程和多CPU 的操作系统。它能运行主要的 UNIX 工具软件、应用程序和网络协议。它支持 32 位和 64 位硬件。Linux 继承了 Unix 以网络为核心的设计思想，是一个性能稳定的多用户网络操作系统。Linux 操作系统诞生于 1991 年 10 月 5 日（这是第一次正式向外公布时间）。Linux 存在着许多不同的 Linux 版本，但它们都使用了 Linux 内核。Linux 可安装在各种计算机硬件设备中，比如手机、平板电脑、路由器、视频游戏控制台、台式计算机、大型机和超级计算机。这使得可以在 Linux 下通过相应的模拟器运行
10、常见的DOS、Windows 的程序。这为用户从 Windows 转到 Linux 奠定了基础。许多用户在考虑使用 Linux 时，就想到以前在 Windows 下常见的程序是否能正常运行，这一点就消除了他们的疑虑严格来讲，Linux 这个词本身只表示 Linux 内核，但实际上人们已经习惯了用 Linux 来形容整个基于 Linux 内核，并且使用GNU 工程各种工具和数据库的操作系统。Linux 的基本思想有两点：第一，一切都是文件；第二，每个软件都有确定的用途。其中第一条详细来讲就是系统中的所有都归结为一个文件，包括命令、硬件和软件设备、操作系统、进程等等对于操作系统内核而言，都被视为拥
11、有各自特性或类型的文件。至于说 Linux 是基于 Unix 的，很大程度上也是因为这两者的基本思想十分相近另外 Linux 是一款免费的操作系统，用户可以通过网络或其他途径免费获得，并可以任意修改其源代码。这是其他的操作系统所做不到的。正是由于这一点，来自全世界的无数程序员参与了 Linux 的修改、编写工作，程序员可以根据自己的兴趣和灵感对其进行改变，这让 Linux 吸收了无数程序员的精华，不断壮大。Linux 同时具有字符界面和图形界面。在字符界面用户可以通过键盘输入相应的指令来进行操作。它同时也提供了类似Windows 图形界面的 X-Window 系统，用户可以使用鼠标对其进行操作
12、。在 X-Window 环境中就和在 Windows 中相似，可以说是一个 Linux 版的 Windows。Linux 可以运行在多种硬件平台上，如具有 x86、680x0、SPARC、Alpha 等处理器的平台。此外Linux 还是一种嵌入式操作系统，可以运行在掌上电脑、机顶盒或游戏机上。2001 年 1 月份发布的 Linux 2.4 版内核已经能够完全支持 Intel 64 位芯片架构。同时 Linux 也支持多处理器技术。多个处理器同时工作，使系统性能大大提高。2.2 硬件环境本项目仅需要一台装有 Linux 系统的虚拟机的计算机，它可以使用 windows xp 及其以上版本以及友
13、善之臂开发板和一些基础焊接工具即可。2.3 软件环境1.Windows 7 操作系统2.Keil 43.VMvare Workstation第 3 章系统的设计本课题设计的刷卡考勤系统主要由 IC 卡、读卡模块、控制模块、显示模块和报警模块组成。下面分别对系统功能要求、系统技术要求及系统实现方案总体阐述。3.1 系统功能需求本系统的研制主要包括以下几项功能：1.读卡功能：本系统的读卡模块可以识别基于国际标准ISO/IEC 14443 的 IC 卡，可以读取 IC 的卡号。2.考勤功能：本系统通过对 IC 卡的识别来统计出勤信息，统计出应到人数。实到人数，实现考勤功能。3.显示功能：对于考勤的相
14、关信息，可以通过液晶显示屏来进行显示。对于数据库中存在的持卡人信息进行显示，并响铃提示通过；对于数据库中不存在的持卡人信息进行报警警告。3.2 系统的技术要求在了解本系统的工作原理和功能之后，我们就可以确定系统的技术要求。本系统采用了标准的 ISO/IEC 14443 “Type A”国际标准实现 IC 卡信息的读写，并通过天线的屏蔽干扰信号设计，大大提高了系统读卡的可靠性和通用性。系统采用的单片机处理器成本均比较低，适合批量生产和各类工程的需要。对于完整的系统而言，为了提高市场竞争力，要求该系统应符合便于携带、防干扰、易于使用和成本低廉等技术要求。具体参数和指标如下:(1)便于携带：电路的设
15、计和布局较为紧凑，减少占用的空间，减小硬件的体积，便于携带；(2)防干扰：系统的天线的合理设计，实现电子屏蔽；(3)易用性：系统采用模块化的设计，在使用过程中安装简单，同时考勤信息直观的显示在液晶屏上，人机交换界面良好，易于使用。3.3 系统的组成及总体方案设计基于单片机的刷卡考勤系统主要由天线、读卡芯片、单片机、控制电路、报警电路、显示电路组成。设计的关键在于读卡模块和显示模块电路的设计以及单片机与读卡芯片和液晶显示通信的程序设计。系统的组成结构如图 3-1 所示：蜂鸣器，指示灯读卡模块控制器天线图 3-1 系统功能模块图3.4 系统硬件设计3.4.1 读卡芯片电路的设计图（8）读卡芯片 M
16、FRC522 的电路连接工作原理：如图（8）所示，21、22 脚作为晶振的接口，D5、D6、D7、SDA 作为 MFRC522 与单片机以 SPI 方式通信的串口，单片机对 MFRC522 读卡芯片进行操作的时候，通过其进行通信并传输数据。TX1、TX2、VMID 和 RX 作为与天线连接端口。MFRC522 简介：MFRC522 是由 Philips 公司推出的一款非接触式读卡芯片, 它被应用于 13.56MHz 非接触式 IC 卡的读卡通信。MFRC522 兼容 ISO14443 A 所有的层, 最高的传输速度达 424kbps,在不需要增加有源电路的情况下，内部的发送器部分就能够直接驱动近距离天线, 在接收部分提供了一个高效的解调和解码电路, 用于接 ISO14443 A 兼容的应答信号。支持的主机接口 SPI 接口、I2C 接口、串行 UART 接口。如图（9）所示：模拟接口用来处理模
