《大学毕业论文-—ic读卡器设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学毕业论文-—ic读卡器设计.doc（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 IC卡读写器目 录1 设计目的和要求11.1 设计目的11.2 设计要求12 硬件设计22.1 硬件选择和总体系统框图22.2 4x4矩阵键盘电路22.3 数码管动态、静态显示电路32.4 数据储存电路43 软件设计73.1 软件总体流程73.2 IC器件的读写83.3 反转法读键值93.4 数码管扫描显示104 软硬件调试12 4.1 软硬件协同调试125 实习心得13参考文献15附录1611 设计目的和要求1.1 设计目的本课题的主要内容是采用51系列微控制器实现IC读写器的设计，通过这个实习，增强C语言程序设能力，同时加强对51系列微控制器及相关知识理论的使用，熟练掌握51系列微控制器
2、的编程、调试和应用系统的开发以及相关芯片总线协议的使用。1.2 设计要求1、密码存储在IC器件AT24C02中，实现数据掉电不丢失。2、系统在上电后四个数码管均显示“”的初始化状态。3、实现数字键0-9和相关功能键的设计， 4、四个功能键的说明：（1）输入键：按下此键时，四个数码管空白显示（全黑），每输入一个数字就在数码管上显示出来。（2）读出键：按下此键后，读出24c02的数据，并显示在四个数码管上。（3）复位键：在按下输入键之后，输入4个数字后，可以选择该键表示放弃输入不储存，或者选择储存键。（4）储存键：当输入修改的数字后，按下此键，将修改的数据进行存储并同时回到初始状态，显示“”。2
3、硬件设计2.1 硬件选择和总体系统框图本设计采用STC89C52微控制器,用24C02作为存储密码的芯片，实现储存数据断电不丢失，采用4X4矩阵键盘输入，四位共阳数码管动态显示密码。管脚连接如图2.1所示。图中省略时钟电路和电源电路。4位数码管 P0/P3STC89C52RCP2 INT0/INT14x4矩阵键盘 IIC储存器AT24C02图 2.1 总体系统框图2.2 4X4矩阵键盘电路矩阵键盘又称行列式键盘。用I/O口线组成行列结构，按键设置在行列交点上。N条口线最多可构造N个按键。4X4的行列结构可构成16个键的键盘，如图2.2所示。无按键时各行各列彼此相交而不相连。由行列线的电平状态可
4、以识别唯一与之相连的按键，此过程成为读键值。图 2.2 4x4矩阵键盘键盘读键采用反转读键法。第一步：先置行线P2.0P2.3为输入线，列线P2.4P2.7为输出线，且输出为0。相应的P2口写为0FH。若读入低4位的数据为F，则表明有键按下，保存低4位数据。低4位中电平0的位置对应的是被按下键的行位置。第二步：设置输入输出口对换，行线P2.0P2.3为输出线，且输出为0，列线P2.4P2.7为输入线，I/O口编程数据为F0H。若读入高4位数据不等于F，则认为有键按下。读入高4位数据中为0的位为列位置。保存高4位数据，将两次所读数值按位或运算一次，便得按键值。2.3 数码管显示电路设计中显示4位
5、数据时，采用数码管动态显示方式，它既满足4个数码管的显示要求，又节省了单片机的I/O管脚资源，只使用12条I/O口线。4个数码管共用一个I/O口P0，如图2.3所示，在每个瞬间，数码管段码相同。要达到多位显示的目的，就要在每一瞬间只有一位共阳端有效，即只选通一位数码管。段码由共用I/O口送来，各位数码管依次轮流选通，使每位显示该位的字符，并保持一段时间，以适应视觉暂留的效果。然后关闭该位数码管，防止“残影”现象。在显示初始状态“”时，四位数码管为静态显示，所有数码显示相同。图 2.3 数码管显示电路2.4 数据存储电路2.4.1 IC总线协议IC总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行t通信
6、总线，可发送和接收数据。在微控制器与IC之间、IC与IC之间进行双向传送，在信息的传输过程中，IC总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。IC总线基本状态如图2.4：1）总线空闲（A）数据线和时钟线同时为高电平。2）启动数据传输（B）时钟（SCL）为高电平时，SDA 从高电平变为低电平表示起始条件产生。起始条件必须先于所有的命令产生。3）停止数据传输（C）时钟（SCL）为高电平时， SDA 从低电平变为高电平表示停止条件产生。所有操作都必须以停止条件结束。4）数据传送/数据有效 （D）数据线的状态表明数据何时有效。在起始条件之后，数据线
7、在时钟处于高电平期间保持稳定。必须在时钟信号为低电平期间改变数据线。一个数据位对应一个时钟脉冲。数据的每次传输以起始条件开始，以停止条件结束。在起始条件和停止条件之间传输的数据字节数目由主器件决定。图 2.4 基本状态图确认信号（ACK）每一个被寻址的接收器在接收到每一字节数据后，应发送一个确认位。主器件必须提供一个额外的时钟以传输确认位。在确认时钟脉冲内，器件确认须拉低 SDA 线。在确认时钟的高电平期间，SDA线以这种方式保持稳定的低电平。当然，还必须考虑建立时间和保持时间。图 2.5 6）无应答信号（NO ACK）在时钟的第9个脉冲期间发送器释放数据总线，接收器不拉低数据总线表示一个 N
8、O ACK，NO ACK有两种用途：a、一般表示接收器未成功接收数据字节；b、当接收器是主控器时，它收到最后一个字节后，应发送一个NO ACK信号，以通知被控发送器结束数据发送，并释放总线，以便主控接收器发送一个停止信号STOP。2.4.2 EPROM芯片24C02是2KB二线制IC串行EPROM,其特征码为1010B。模块的电路图如图2.6所示。图 2.6 模块电路连接写数据过程：写操作时，SDA线上的信号依次为：启动START 1010 B2B1B0(0111B) 0低电平为写操作 应答ACK 8位的地址 ACK 数据0 ACK数据15 应答ACK 结束STOP.24C02每一次写操作最多
9、可连续写8字节（一页），也可以少于8字节。一旦停止信号被接收到，则24C02内部写周期将开始。在内部写周期期间，不响应外部信号，直到写周期完成。如图2.7所示为24系列存储器写周期时序图。图2.7 24c02页写入方式2）读数据过程：读操作时，SDA线上的信号依次为：启动START 1010 B2B1B0(0111B) 0低电平为写操作 应答ACK 8位的地址 ACK START 1010 B2B1B0(0111B) 1高电平为读操作 应答ACK 数据0 ACK数据N 非应答NO ACK 结束STOP在读数据之前，先写入要读的数据所在的地址。然后，主器件在“应答”位后产生一个启动信号，以终止刚
10、才的写地址操作。随后主器件再次发出控制字，R/W位为1,。24C02接收“应答”信号后，便可读数据，可以读一字节、两字节、N字节的数据。读完最后一个数据后，主器件发出“非应答”（NO ACK）信号和停止（STOP）信号。如图2.8所示为24系列存储器读操作时序图。图 2.8 24c02读时序3 软件设计3.1 软件总体流程软件的设计主要包括：数据从IC器件的读写，键盘反转读键，数码管扫描显示，数据读取储存逻辑等。其总体流程图如图3.1所示。开始显示“”状态键值扫描 C D关闭数码管读取IIC数据 任意键显示数据，并等待退出输入数据 E F储存输入放弃输入图 3.1 程序总体流程3.2 IC器件
11、的读写该模块实现 IC器件RAM中00单元为首地址的连续4个字节的数据读写。读写原理在硬件设计中叙述，由于过程过长在此不复述，其程序流程图3.2、3.3如下：开始开始启动 启动启动 启动 写控制字 写控制字应答 启动应答 启动 8位地址 8位地址应答 启动应答 启动启动 启动 写数据 写控制字应答 启动应答 启动停止 启动 读一字节非应答 启动停止 启动 图3.2 读数据流程图 图 3.3 写数据流程图3.3 键盘反转读键本设计程序中用反转法对键盘进行行列扫描，做到去抖动且一次按键只读一次键值。做一次扫描的过程包括，检测是否有按键按下，如果有则延时10ms，以消除前抖动影响，再检测有无按键按下
12、，若有扫描键值，则确认该按键按下，再检测按键是否弹起，延时10ms，消除后抖动影响。流程图如图3.4。 开始有键按下吗？返回值0xffN键盘行列扫描 Y 延时按键松开？ N Y查找键值 返回键值 图 3.4 键盘扫描流程3.4 数码管扫描显示 数码管采用动态显示和静态显示两种方式做显示。动态显示中，先进行端选，再进行位选，然后延时几百微妙，达到暂留显示的目的，最后关闭所有数码管防止有重影的现象。其它位的数码管依次重复这个过程，最后在程序设计流程图如图3.5所示。 开始第一位小于10显示，大于10则不显示第二位小于10显示，大于10则不显示第三位小于10显示，大于10则不显示第四位小于10显示，大于10则不显示 返回 图 3.5 数码管扫描程序流图4 软硬件调试4.1 硬件协同调试通过串口下载到单片机中的硬件调试，通过实际现象来查找代码中的错误，然后查找相关代码的错误，从而来改正相应的代码，初始状态如实物如图4.1所示。图 4.1 初始状态显示 数码管在首次输入时，无法关闭未输入的数码管，修改代码后达到实际效果如图4.2所示，可以关闭未输入位的数码管。图4.2 输入时数码管关闭未输入位5 实习心得刚开始实习的时候，我们都觉得学过的知识很生
