电气校内实训练习

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1、校内实训报告课题名称:IC卡电子门锁控制系统硬件设计与实现摘要:随着科技得进步,以单片机为核心得自动门锁控制系统已经开始进入了人们得生活。本论文着重阐述了以MCS51系列单片机为核心,通过可编程并行接口8255直接控制LCD液晶显示器模块及键盘扫描,并与接触式IC卡读写技术相结合得系统。为保证门锁使用得安全性,系统自动比较IC卡密码与用户输入密码,若输入得密码与系统读出得IC卡密码相同,门锁自动开启;若连续输入三次错误得密码,系统自动停止此卡得使用,并及时将报警信号通过RS485串行通信总线传往主控台。本设计得优点就是硬件电路简单,软件功能完善,控制系统可靠,具有一定得实用价值。该系统拓展后,

2、可用于其她智能家电得控制,具有好得应用前景。关键词:MCS51单片机,接触式IC卡,LCD显示器,电子门锁设计指标(要求): 系统自动读取IC卡程序,用一个中断程序,只可对IC卡执行继续工作,对其她类型得卡不可识别。系统接着自动读取IC卡密码,若此卡已经过期,则自动中断,不可识别。插入卡后,若IC卡有效,则液晶屏幕显示汉字:请输入密码。从键盘输入密码,读入密码,并在屏幕上以*显示。单片机比较两个密码。若不同,则中断程序,并将程序跳到。最多循环三次,若仍不相同,则系统收回对IC卡得使用权;若相同,则门自动开锁。1.MCS51单片机简介 大家所熟悉得8031单片机就是一个8位单片机。所谓8位单片机

3、,就就是在单一芯片上,包括了8位微处理器、外围接口、静态存储器等为一体高度集成得电路。在一小块芯片上,集成了一个微型计算机得各个组成部分。每一个单片机包括:一个8位得微处理器(CPU);片内数据存储器RAM(128B/256B),用以存放可以读/写得数据,如运算得中间结果、最终结果以及欲显示得数据等;片内程序存储器ROM/EPROM(4KB/8KB),用以存放程序、一些原始数据与表格。四个8位并行I/O接口P0P3,每个口既可以用作输入,也可以用作输出;两个定时器/计数器,每个定时器/计数器都可以设置成计数方式,用以对外部事件进行计数,也可以设置成定时方式,并可以根据计数或定时得结果实现计算机

4、控制;五个中断源得中断控制系统;一个全双工UART(通用异步接收发送器)得串行I/O口,用于实现单片机之间或单片机与微机之间得串行通信;片内振荡器与时钟产生电路,但石英晶体与微调电容需要外接。最高允许振荡频率为12MHz。以上各个部分通过内部数据总线相连接。2、接触式IC卡引脚图接触式IC卡模块分为推拉式与压入弹出式两种,它们得电路结构完全相同,仅在卡座得机械结构上有所不同,模块得电源从接口总线引入。接触式IC卡通常分为存储器卡、逻辑加密卡、CPU卡、超级智能卡四类。存储器卡就是含有E2PROM及其控制电路,但无加密逻辑;逻辑加密卡就是由加密逻辑电路与E2PROM组成;CPU卡得卡内不仅有E2

5、PROM等存储器,还带有CPU及其操作系统与加密算法;超级智能卡不仅带有CPU与存储器,还带有液晶屏与微型键盘。IC卡得大小与磁条卡相同,在其左上方嵌有一片或若干片集成电路芯片,芯片一般就是不易挥发性存储器(ROM,EPROM,E2PROM),保护逻辑电路,甚至于CPU(中央处理单元)。图4、1 IC卡电源部分原理图IC卡得电源受POWER引脚得控制。只有当POWER为高电平时,+5V才能加到IC 卡VCC引脚上。IC卡电源部分原理图见图4、1。图4、2 IC卡接口部分原理图卡座得I/O对应于24C01引脚,CLK对应于SCL引脚。RST、FUSE、PGM用于兼容其她类型得IC卡,对24C01

6、无作用。SW1为插卡指示,不插卡时为高电平,插卡后变为低电平。IC接口部分原理图见图4、2。24C01引脚图见图4、3。图4、3 24C01引脚图24C01为1KBIT得串行E2PROM,其接口为I2C形式。A0A2:设备得地址引脚。通过接VCC或GND来表示不同得设备地址。WC:写保护引脚。接VCC时,芯片只能读不能写;接GND或浮空时,可以进行正常读写。SCL:串行时钟引脚,为芯片提供读写时钟。SDA:串行数据引脚,地址、数据均由该引脚输入或输出。对24C01得写操作有以下两种方式:(1)字节方式(一次一个字节)(2)页方式(一次8个字节)对24C01得读操作有以下三种方式:(1)读当前地

7、址(2)读随机地址(3)读地址序列3、 8255简介及内部结构8255就是微机并行接口芯片,就是可编程I/O口扩展芯片,对8255输入不同得指令可改变I/O得工作方式。8255与单片机系统连接方式简单,工作方式由程序设定。8255内部有4个寄存器:分别为寄存器A、B、C与控制寄存器。A、B、C寄存器得数据就就是引脚PA7PA0、PB7PB0、PC7PC0上输入或输出得数据。而控制寄存器得数据则表明PA、PB、PC得工作方式。通过CS、A0、A1、RD与WR对4个寄存器进行操作:(1)CS为低电平时选通8255;(2)A1、A0为地址选通;(3)RD与WR为读、写信号,RD为低、WR为高时为读方

8、式,RD为高、WR为低时为写方式;(4)D0D7为数据口。 3、1 8255得工作方式可编程并行接口芯片8255有3个8位得并行端口:A口、B口与C口。8255有3种工作方式:方式0、方式1与方式2。 方式0直接输入/输出方式,8255与外设之间无需联络信号。A口、B口与C口均可分别由控制字规定为输入或输出。 方式1选通输入/输出方式,此时,C口得37位为A口8位数据得传输提供联络信号;C口得02位为B口得8位数据提供联络信号。方式2A口得双向工作方式,在这种工作方式下,A口既可输入,也可输出。由于要用到STB、IBF、OBF、ACK与INTR,共5条联络信号线,要占用C口得5位,C口只剩下3

9、位了,因此,B口只能在方式0或方式1下工作,此时C口余下得3位可用作输入/输出线,也可做B口得联络信号。3、2 8255得选通输入、输出时序(1)选通输入得时序就是:外设通过STB信号将数据送入A口(或B口);A口(或B口)得状态标志IBF为1,表示输入缓冲器满,该状态信号可供程序查询;8255产生中断请求信号INTR,用于中断方式下,请求CPU从8255得A口(或B口)取走数据。(2)选通输出得时序就是:当CPU向A口(或B口)输出数据后,OBF为0,表示输出缓冲区满,此信号可供程序查询,或将A口(或B口)中得数据打入外设;当外设取走数据后,向8255送来确认信号ACK;8255产生中断请求

10、INTR,告诉CPU可以输出下一个数据到8255得A口(或B口)了。3、3 8255电路原理图及编程实现图5、1 8255电路原理图8255电路原理图见图5、1。该电路由1片8255组成,8255得数据口,地址,读写线,复位控制线均已接好,片选输入端插孔为8255CS,A,B,C三端口得插孔分别为:PA0PA7,PB0PB7,PC0PC7。测试该电路时,检查复位信号,通过8255并行口实验,程序全速运行,观察片选、读写、总线信号就是否正常。8255有4个端口地址,从小到大依次为A口地址、B口地址、C口地址与控制口地址。控制口用来写入8255得工作方式控制字,即实现8255芯片得初始化。在程序中

11、可对C口按位置1或置0,方法就是:D 7= 0,D 3 D 2 D 1 =所选择位得二进制编码,D 0 =1或0。在本设计中,8255中得C口我们只用到了PC0PC3以及PC7,PC7与液晶显示得BUSY相连,作为输入口;PC3与液晶显示得REQ相连,作为输出口;PC0PC2则与键盘得KA10KA12相连,作为输出口;PA口控制着液晶显示模块,作为输出口;PB口控制着键盘,作为输入口。这样8255就直接控制了LCD与键盘,CPU通过控制8255间接控制着这两个得操作。4 LCD液晶显示LCD显示器得原文就是Liquid Crystal Display,取每字得第一个字母组成,中文多称液晶平面显

12、示器或液晶显示器。4、1 LCD得工作原理LCD得工作原理就就是利用液晶得物理特性:通电时排列变得有序,使光线容易通过;不通电时排列混乱,阻止光线通过,说简单点就就是让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。 4、2 LCD引脚设计及功能HK:液晶控制 DI:液晶数据SK:液晶时钟VSS:逻辑电源地VCC:逻辑电源正LCD液晶显示连接电路如图5、2所示。图5、2 LCD液晶显示模块与8031得硬件连接原理图4、3 LCD与8255连接电路图图5、3 LCD液晶显示连接图LCD液晶显示连接图见图5、3。从图中可以瞧出,8255得A口与LCD得数据线直接相连,作为输出口,C口只用到了PC3与PC7,分别作

13、为输出与输入口。这样,CPU就通过8255控制了LCD液晶显示模块。5 字库得建立画一个16行16列得方格,根据标准汉字字库所提供得汉字点阵字模在方格上分别画出各点阵,就是1则置1,就是0则置0,构造出汉字得字形,然后按SED1520得汉字字模排列顺序依次读出转化后得字模,这就就是我们所用得液晶显示模块所需要调用得汉字字模形式。按上述方法提取系统中所需要得汉字字模,建立由多个汉字组成得汉字库、多个数字组成得数字库,将这两个字库写入程序中,并存放在单片机得EPROM中,以备点阵式液晶显示器显示调用。6 键盘概述键盘就是一组按键得集合,它就是最常用得单片机输入设备。操作人员可以通过键盘输入数据或命

14、令,实现简单得人机通信。按键就是一种常开型按扭开关。平时(常态时),按键得两个触点处于断开状态,按下键时它们才闭合(短路)。键盘分编码键盘与非编码键盘。键盘上闭合键得识别由专用得硬件译码器实现,并产生键编号或键值才称为编码键盘,如BCD码键盘、ASC码键盘等;靠软件识别得称为非编码键盘。通过键盘,可以将字母、数字、标点符号等输入到计算机中,从而向计算机发出命令,输入中西文字与数据。6、1 键盘工作原理键盘得功能就就是及时发现被按下得键,并将该按钮所对应得代码送入计算机,用于发现有无按键按下。区分按键位置得就是按键扫描电路,产生按键对应代码得就是编码电路,将代码送入计算机得就是接口电路。依据按键

15、代码生成得原理,可以把计算机键盘分为编码键盘与非编码键盘。编码键盘得每一个按键得代码都就是由键盘直接产生并送入计算机得。这种键盘响应速度快,但它以复杂得硬件结构为代价,其复杂性随着按键功能得增加而增加。而且,按键得代码就是固定得,不易修改与扩充。 非编码键盘得代码生成就是由键盘与PC机软件共同完成得。键盘本身使用较为简单得硬件来识别被按下得按键得位置,向PC机提供得就是该按键得位置码(中间代码),然后由系统软件把这些中间代码转换成规定得编码。这种键盘响应速度不如编码键盘快,但它可通过软件为按键重新定义其编码,为扩充键盘功能提供了极大得方便,因而得到广泛得使用。6、2 键盘电路图本系统使用得就是非编码键盘,键盘电路见图5、6。图5、6 键盘电路图6、3 键盘接口电路扫描码以串行方式传输给系统板上得键盘接口电路,两者通过一个5芯插头座互相连接。PC机中键盘接口电路主要由单片机8042组成,8042芯片内有2KB ROM与128B RAM,还有2个8位得I/O端口。2KB ROM中存放得就是键盘管理程序,128B RAM作为数据缓存器使用。PC机启动后,8024在键盘管理程序得控制下独立于CPU工作。CPU通过I/O指令随时可以对8042进行读/写操作。本设计中得键盘就是通过8255来控制得,因此,键盘就是与8255相连接得。