基于单片机的智能停车场引导系统设计论文.docx

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哈尔滨剑桥学院毕业设计论文题目：基于单片机的智能停车场引导系统学生：多少华指导教师：潘启明专业：电信及移动通信班级： 09移动通信题目及来源：基于单片机的智能停车场引导系统设计工程实践选题依据、研究的意义和国内外研究现状：　随着经济的增长及城市化进程的加快，小汽车进入家庭，私人拥有量越来越多。又由于国家对发展家用汽车给予政策上的支持，使得民用小客车产量迅速增长。随着车辆的增长，实有的停车泊位越来越不能满足停车需求，车辆的任意停放给交通的安全和畅通带来了很大的影响，也给交通控制工作带来了很多不便，因此，停车控制开始受到人们的重视。所以，汽车停车场的数量将随之增加，规模不断扩大，这给各停车场的车辆管理提出了新的挑战，停车场的自动化管理系统或智能化管理系统的停车场很少，这类管理系统产品也很少。　　为使停车场安全、快捷运转，必须配备一套综合收费及管理的软件系统。而现代化停车场系统的投资与管理不但是一种社会公益活动，也是一种低投入，高回报的商业行为。国内对智能停车场也进行了大量的研究，大连理工大学的宁秋平对非接触式 IC 卡在停车场管理系统中的应用进行了设计，完善了收费系统；北京工业大学的王湘斌对智能停车场内部控制系统的通信进行了研究，提出了基于 Lon Works 现场总线技术的智能化停车场控制系统设计；但我国的停车场管理系统大多还存在智能化、集成度低的缺点，注重收费的自动化，而忽视了停车过程的自动化、安全监控的自动化。各个管理子系统没有有效地综合集成起来，这样直接导致了停车场安全性、管理智能化水平和整体运行效率的降低。毕业设计（论文）撰写采取的方法和手段对智能停车场引导系统的研究，可从以下方面下手 · 采用“一车一卡一位”的管理模式； · 管理系统根据停车场的实时停车情况为用户指定一个符合最短路径的有效停车位； · 选用合适型号的耦合元件及芯片、读卡器；具体的实施的过程中应该遵循以下步骤 1. 对停车场进行功能需求分析；以停车场内部的运行效率为出发点，对系统进行设计； 2. 从系统安全性角度出发，对基于数字图像处理与识别技术的车辆识别系统进行研究； 3. 将各单元电路组合成系统，进行总体调试，发现问题并解决，直至成功。毕业设计（论文）主要内容　本系统就停车场“智能停车引导系统”的设计进行探讨。本设计通过模拟停车场引导系统，设计一个停车场模型来模拟这个系统来了解系统结构和原理。 1. 本设计使用单片机为停车场的核心控制器，单片机系统采用C语言编程，接受外部输入信号，控制引导的显示； 2. 采用微型计算机为显示中心和数据处理核心中心，显示程序采用Delphi 语言；采用无线串行通信为单片机和微型计算机的数据传输通道； 3. 外部信号的采集是通过红外传感器，将探测到的车位信息送交从单片机；人机接口方面采用LED灯，可以通过LED灯来显示引导信息； 4. 同时为了配合上述实现，还需要A/D转换器，电平标准转换等多种元器件或者芯片。课题研究进度安排：月日选题月日~~ 月日接受指导教师的指导月日~~ 月日拟定论文大纲月日~~ 月日搜集、查阅、整理相关资料月日~~ 月日初稿形成月日~~ 月日初稿审定月日~~ 月日第一次修改月日~~ 月日第一次审定月日~~ 月日第二次修改月日~~ 月日定稿月日~~ 月日论文评阅小组评审论文（设计）月日毕业论文（设计）答辩摘要本论文研究了智能停车场控制系统。此系统主要采用AT89C2051作为微处理器，单片机及监控电路采用X25045芯片；IC卡采用XICOR公司的X76F100Y；显示部份采用LED显示器。智能停车场是集自动化技术、机器人技术、计算机技术为一体的智能化的物流储运系统，能够自动而可靠地完成车辆的存取以及相关信息的管理。对该系统的开发与研究，可以解决我国停车难的问题，具有非常大的理论意义和实用价值。　　关键词：智能停车场；自动控制；AT89C52；X25045；X76F100Y 目录第一章绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　1.1 引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　1.2 智能停车场的现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．第二章系统设计方案总则．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　2.1 系统功能概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　2.2 系统的基本功能及特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　2.3 设计目标及原则．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　2.3.1 目标．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　2.3.2 原则．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　2.4 管理体制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　2.5 收费体制及标准．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　2.6 可扩展模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　2.6.1 车位引导系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　2.6.2 防盗报警．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　2.6.3 闭路监控、图像对比子系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　2.6.4 路障机．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．第三章硬件系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 0 3.1 硬件组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　 3.2 IC卡及卡座．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　 3.3 单片机及其硬件特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　3.3.1 AT24系列存贮器的特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　3.3.2 总线状态及时序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　3.3.3 器件寻址．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　3.3.4 AT89C2051芯片．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　3.4 监控电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　3.5 键盘电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　3.6 显示电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．第四章软件系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　4.1 主程序流程图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　4.2 循环键盘显示程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　4.2.1 X76F100读程序举例．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　4.2.2 读写操作软件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　4.2.3 开始条件（START-IC）．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4.2.4 停止条件（STOP-C）．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 4.2.5 确认信号（ACK-IC）．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　4.2.6 写一字节数据到IC卡（WR-BYTE）．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　4.2.7 从IC卡读一字节（RD+BYTE）．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　4.2.8 字节写入模式写数据（WRITE-BYTE）．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　4.2.9 页面写入模式写数据（WRITE_PAGE）．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　4.2.10 立即地址读模式（READ_BYTEC）．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　4.2.11 随机地址读模式（READ_BYTER）．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　4.2.12 顺序地址读取（READ_BYTES）．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．第五章可选系统部件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　5.1 图像识别系统简述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　5.1.1 图像识别系统主要功能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　5.1.2 图像识别系统构成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　5.1.3 图像识别系统的工作环境．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　5.1.4 图像抓拍系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　5.1.5 图像对比系统组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　5.2 车场车位引导系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　5.2.1车场车位引导系统概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　5.2.2工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　　5.2.3系统结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5.2.4主要设备简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．95.2.5数据集中器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　 5.2.6密码输入器（选用）．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．第六章系统软件功能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．结束语．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．第一章绪论 1.1引言改革不断的深入，经济蓬勃发展，物质日益丰富，机动车辆的数量也是飞速上升。据国家“十五”汽车工业发展计划，2005年，我国汽车保有量将达到2465---2545万辆。而据部门的不完全统计，全国城市每4.84辆机动车才有一个合法的停车位，有的城市每31辆车才有一个停车位。机动车保有辆迅速增长与城市停车场建设滞后的矛盾十分突出，而传统的人工停车场，已经越来越不适应日夜激增的车辆管理问题。因此大型智能停车场随之而生并且发展势头迅猛，所作为现代大型智能停车场的灵魂——停车场智能管理系统也是日新月异，尤其是近几年随着电子产品及系统软件越来越快的更新周期。 1.2 智能停车场的现状随着科技的进步，电子技术、计算机技术、通讯技术不断地向各种收费领域渗透，当今的停车场收费系统已经向智能型的方向转变。先进可靠的停车场收费系统在停车场管理系统中的作用越来越大。　　非接触式IC卡停车场管理系统是一种高效快捷、公正准确、科学经济的停车场管理手段，是停车场对于车辆实行动态和静态管理的综合。从用户的角度看，其服务高效、收费透明度高、准确无误；从管理者的角度看，其易于操作维护、动化程度高、大大减轻管理者的劳动强度；从投资者角度看，彻底杜绝失误及任何形式的作弊，防止停车费用流失，使投资者的回报有了可靠的保证。　　系统以非接触式IC卡为信息载体，通过IC卡记录车辆进出信息，利用计算机管理手段确定停车计费金额，结合工业自动化控制技术控制机电一体化外围设备，从而控制进出停车场的各种车辆。系统从一九九六年开发成功后已经有近千个工程实例，可以说每个工程的功能特点都不相同，因为每个用户的管理方式、对系统的要求均不一样，但是系统的本质都一样。通过四年的改进完善，结合不同用户在实际使用中所遇到的各种情况，目前的停车场管理系统已经形成一套完整完善的产品，系统进入商品化阶段。同国内外同样系统相比，本系统具有以下优势：　　(1) 市场占有率高：将近90%；　　(2) 量体裁衣：具有独立知识产权，掌握关键产品的底层技术，能够满足用户的各种需求，从硬件及软件上均可以按照用户的需求来开发生产安装；　　(3) 符合国情：中国大陆的车辆类别的分类、收费方式、各种特许车辆的处理等等，与其他国家和地区不同，国外的同类产品均是由大陆地区的代理商或安装公司负责，他们只能进行设备不同型号的搭配组合，不具备软硬件的底层开发设计，更重要的是国外产品并非是按照中国大陆的国情来开发设计，其系统的管理模式与使用模式无法满足国人的需要；　　(4) 功能完善：近千个不同应用场合的工程范例，已经使得系统能够满足各种用户的使用需求；　　(5) 型号齐全、配套完善：从控制主机、快速道闸、数字车辆检测器、车位引导、视频捕获图像对比、交通车流控制等等，产品种类繁多，可根据需求，进行灵活组合。第二章系统设计方案总则 2.1 系统功能概述　　一个现代化的停车场应具有以下的详细特点: 　　※ 使用方便快捷。　　※ 系统灵敏可靠。　　※ 设备安全耐用。　　使用全新概念停车场智能管理系统的该停车场项目将充分体现这几个特点。 2.2 系统的基本功能及特点　　※ 智能卡具有防水、防磁、防静电、无磨损、信息贮存量大、高保密度、一卡多用等特点。RF射频感应卡操作无需刷卡，操作更为方便。　　※ 全中文菜单式操作界面，操作简单、方便。　　※ 完善的财务管理功能，自动形成各种报表。　　※ 临时车全自动出卡，减少人员操作，自动化程度高。　　※ 滚动式LED中文电子显示屏提示，使用户和管理者一目了然。　　※ 独特的车牌号录入、显示系统，大大提高停车场防盗措施。　　※ 出卡系统存卡量不足自动提示。　　※ 车辆入、出全智能逻辑自锁控制系统，严密控制持卡者进、出场的行为符合“一卡一车”的要求。　　※ 具有防抬杆、全卸荷、光电控制、带准确平衡系统的高品质挡车道闸。　　※ 高可靠性和适应性的数字式车辆检测系统。　　※ 防砸车装置可保证无论是进场车辆或发生倒车的车辆，只要在闸杆下停留，闸杆就不会落下。 2.3 设计目标及原则 2.3.1 目标　　※ 方便、快捷、准确的收费和满位显示服务功能；　　※ 车辆保管的安全性功能；　　※ 经济合理的运营成本； 2.3.2 原则　　※ 先进成熟的技术和设备，保证系统运作安全、可靠与稳定；　　※ 完善的管理系统，最大限度防止收费流失；　　※ 合理布局，提高系统的服务质量，缩短服务时间，增加场内停车流量和收费收入。　　※ 烘托小区轻盈、飘逸的浪漫的总体特色；　　※ 实用性、实时性、完整性原则；　　※ 可扩展性及易维护性原则。 2.4 管理体制业主开车进场时，只要持IC卡在入口控制机处轻轻一刷，系统确认是否为合法卡，同时图像和车牌自动识别系统启动，摄像机在0.2秒内会自动抓拍车辆图片和车牌号码，并存入数据库，挡车器打开，车过后，闸杆自动落下，业主不需任何操作的情况下畅通地进到园区内停车场泊车；临时车辆进场时来到控制机前，控制机会语音和显示文字提示车主取IC卡，司机取卡同时，图像和车牌自动识别系统启动，摄像机在0.2秒内会自动抓拍车辆图片和车牌号码，存入数据库，挡车器自动打开，车过后闸杆自动落下，临时车辆进入园区内停车场泊车。当业主车出场时，持IC卡在出口控制机处轻轻一刷，系统自动读取业主卡上信息，图像对比和车牌识别系统会自动抓拍车辆图片和车牌号码，并提取出车辆入场时的车辆图片信息和车牌号码，由系统进行自动比对，确认为同一部车同一张卡时，系统自动开闸放行，若卡片信息与车牌信息不相符时，系统会自动报警通知保安人员前来处理，保障车辆进出的安全性；临时车辆出场时，车主开车至出口管理站缴费，将IC卡交给值班人员，值班人员在时租卡读写器上一刷，电脑根据车辆入场时间和相对应的收费标准自动计费，并存入数据库内，方便查询；图像对比和车牌识别系统会自动抓拍车辆图片和车牌号码，并提取出车辆入场时的车辆图片信息和车牌号码，由系统进行自动比对，确认为同一部车同一张卡时，系统自动开闸放行，车过后，闸杆自动落下；若卡片信息与车牌信息不相符时，系统会自动报警通知保安人员前来处理。财务管理中心查询每天的收费状况时，可时实监控查询，也可每天总结查询，查询时，十分方便，输入查询条件，如哪个进场车类型，哪个时间段，就可调出收费金额或是免费金额，同时可以调出进出场的图像；如有非法开闸的情况，也会形成一条数据链，包括图像，时间及当班班次。以便财务人员查对。 2.5 收费体制及标准　　在收费体制方面，由于停车场管理系统设计思想上的先进性、可靠性、灵活性，用户可以自由设置收费体制，一般来说有以下几种　　※ 按月租用：有效期内无限次出入　　※ 预付款：享受优惠，按停车时间扣费　　※ 现金收费：按停车时间缴费出场　　在收费标准方面，则按投资管理者需要凭授权在软件中进行设置调整。 2.6 可扩展模块 2.6.1 车位引导系统　　停车场管理系统中有一块国际先进的车位引导系统，利用超声波感应器对车场内的车位进行24小时监控，可以时时给管理者及业主提供图形、语音提示，同时，主控电脑和每一个入口电脑可以随时将车场中的车位情况直观的反映在显示器上面，如果车位已满，每个入口读卡机则不会受理入场，并在电子显示屏上显示中文“车位已满”等字样。 2.6.2 防盗报警　　对于固定车主的泊车位，加设一套高码位遥控器与检测器并行工作，检测器同时具有守车功效，车主泊车上码、取车解码，防盗电子栓如同一条无形的铁链将车栓住。若无解码取车，则报警系统即时开动工作，有效的防止了车辆被盗。整个防盗操作过程简单、快捷。 2.6.3 闭路监控、图像对比子系统　　该系统主要配置于进出道口，主要设备有摄像机、闪光灯、抓拍控制系统、图像处理机。车辆进场读卡，控制系统工作时摄下带有车牌号码的图像，经计算机处理，提取号码于车主所持卡的信息一并存入系统数据库内，出场读卡时，摄像系统再次拍摄出场车辆号码并于进场信息核对，是同一车辆则放行，否则不予出场。该系统亦可配置人工监视器，监视车辆通行。 2.6.4 路障机　　路障机主要是用于一些关键场所:如公路、桥梁、关口等，停车场配置路障机和道闸同步使用，可有效防止冲闸。立方路障机有气动、电动、液压启动多种形式，起降平稳、迅速、承载力强（可承载100吨），能有效防止盗车、不交费冲岗等现象。适用于重要的停车场管理道口。具有双向自锁功能；电动挡车器在开、关到位时，外力不能使电动挡车器杆上升、下降。具有时间保护功能；当限位开关失效时，（线路断或磁敏开关损坏），通过精确设定的运行时间，使闸杆正好运行到终点时停止。具有软启动功能及过流、过热保护，有效保护电动挡车器的核心部位电机的正常运转。具有感应和按钮控制等多种方式。第三章硬件系统 IC卡读写器概述：人们日常生活中经常接触到磁卡和IC卡，它们是根据卡片上的信息载体的不同而划分的。根据论文的实际需求,我采用了美国MOTOROLA 生产的非接触IC卡，该卡选用理由分述如下：　　1、系统的先进性　　非接触IC卡为微根26BIT国际标准格式，卡片无重号。　　２、系统的可行性　　※ 国际标准非接触IC卡。　　　※ MOTOROLA非接触IC卡其设计寿命趋于自然寿命 ※ 性能价格比优异卡片及其读写器都属于人机接口的输入输出设备。磁卡是在卡片上贴一条窄窄的磁带来记录信息的，它主要用于车船票、信用卡、电话磁卡、旅馆门钥匙等。IC卡则为近几年才出现的新型卡片，在卡片上嵌有IC（E2PROM，有的还有CPU）。由于它保存的信息比较可靠安全、可以高达几万次的读写，所以大量应用于公交车票、饭票、保健卡、收费系统等。下面介绍一种以XICOR公司的X76F100为卡片的、用于存取款的IC卡读写器方案。通用存贮器IC卡是由通用存贮器芯片封装而成的，由于它的结构和功能简单，生产成本低，使用方便，因此在各领域都得到了广泛的应用。目前用于IC卡的通用存贮器芯片多为E2PROM，其常用的协议主要有两线串行连接协议（I2C）和三线串行链接协议，其中比较常用的是ATMEL公司生产的AT24系列芯片。以该系列中的AT24C01为例，它具有1k的存贮容量，适用于2V～5V的低电压/标准电压的操作，具有低功耗和高可靠性等优点。而AT89C2051虽是ATMEL公司89系列单片机的低档型，但它具有2k的FLASH ROM（可重编闪速存贮器）、128×8位内部RAM及全静态操作方式，同样也具有低功耗和较强的功能。下面以AT24C2051为例，对通用存贮器IC卡的工作原理及基本电路连线作一介绍，该线路简单，使用灵活，能可靠地对通用存贮器IC卡进行读写。硬件组成：图1为IC卡及其读写器硬件电路图。其中读写器由单片机、键盘、显示、监控电路等部分组成。IC卡采用XICOR公司的X76F100Y。图1 IC卡及其读写器系统电路图 3.1 IC卡及卡座 X76F100为128×8位的保密串行FLASH E2PROM，其中读密码和写密码分别为64位。图2为其智能卡Smart Card封装的引脚图。把芯片封装在一个卡片上，将卡片插入IC卡读写器的卡座中，读写器就可以对它进行读写，实现加密、查询、存款、取款等功能。 IC卡座有8个引脚，当X76F100Y插入时，正好同这几个引脚相连。另外还有两个固定端，其中一个固定端同卡座上一个弹簧片相连，两个触点和簧片就相当于一个常闭开关。当卡未插入时，簧片闭合，P3.2脚保持低电平；当卡插入时，簧片被顶开，P3.2脚变为高电平。当单片机检测到P3.2脚变高，通过P1.3 使X76F100的RST引脚变高，使其复位。 3.2 单片机单片机采用AT89C2051。 AT89C2051是MCS-51产品的兼容型，它具有2k的FLASH ROM、128字节ROM，15根I/O引线、两个16位定时/计数器、一个五向量两级中断结构、一个全双工串行口、一个精密模拟比较器以及片内振荡电路和时钟电路。它的P1口和P3口是双向I/O口，其中P1.2～P1.7、P3.0～P3.5和P3.7带有内部上拉电阻。在AT89C2051用作输入端时，将首先向引脚写“1”而使内部MOS管截止以便引脚处于悬浮状态，从而可获得高阻抗输入。硬件特性： 3.2.1 AT24系列存贮器的特性 AT24系列存贮器芯片采用CMOS工艺制造，内置有高压泵，可在单电压供电条件下工作。其标准封装为8脚DIP封装形式，各引脚的功能说明如下： SCL：串行时钟。在该脚的上升沿时，系统将数据输入到每个EEPROM器件，在下降沿时输出。 SDA：串行数据。该引脚为开漏极驱动，可双向传送数据。 A0、A1、A2：器件/页面寻址。为器件地址输入端。在AT24C01/02中，该引脚被硬连接。 Vcc：一般输入+5V的工作电压。图1是符合ISO7816-2标准的IC卡的触点图。对于AT24系列通用存贮器IC卡来说，通常只需使用四个触点。AT24C01的内部组态为128个8位字节，而对随机字寻址则需要一个7位地址。 3.2.2 总线状态及时序 A24C01的SCL及SDA两总线可通过一个电阻上拉为高电平，SDA上的数据仅在SCL为低电平时周期才能改变。当SCL为高电平时，SDA的改变表示“开始”和“停止”状态。此时，所有地址和数据字都以8位串行码方式输入输出EEPROM。开始状态：SCL为高电平时，SDA由高电平转入低电平。该命令必须在其它命令前执行。停止状态：SCL为高电平时，SDA由低电平转入高电平。该命令可终止所有通讯。确认：相同总线上的设备在收到数据后，以置SDA为低电平的方式对其进行确认。 3.2.3 器件寻址 AT24系列EEPROM在开始状态后需紧接一个8位器件地址，以进行应读写操作。设备寻址码的高4位为1、0、1、0，对于AT24C01/02，寻址码高4位后面的三位是器件寻址码，与它们的硬连线管脚相对应。最低应是读写选择位，置0时可激发读操作。具体的格式如下： 1010A2A1A0R/W 3.2.4 AT89C2051芯片 AT89C2051是MCS-51产品的兼容型，它具有2k的FLASH ROM、128字节ROM，15根I/O引线、两个16位定时/计数器、一个五向量两级中断结构、一个全双工串行口、一个精密模拟比较器以及片内振荡电路和时钟电路。它的P1口和P3口是双向I/O口，其中P1.2～P1.7、P3.0～P3.5和P3.7带有内部上拉电阻。在AT89C2051用作输入端时，将首先向引脚写“1”而使内部MOS管截止以便引脚处于悬浮状态，从而可获得高阻抗输入。 3.3 监控电路监控电路采用X25045芯片，它包括看门狗定时器、电压监控电路和E2PROM存贮器。其功能是：上掉电时对AT89C2051产生RESET信号；看门狗对系统进行监控，防止死机。 3.4 键盘电路为了方便，键盘接口电路用I/O口实现，它为4×4结构，16个键。其中数字键11个，功能键4个，回车键1个。 · 数字键：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、←（退格）。 · 功能键：查询？、存储+、取款－、改密码* 。查询？：用户通过读密码可以查询卡中所存的款额。存款+ ：用户通过写密码可以将款存入卡中。取款－：用户通过写密码可以从卡中取款。改密码*：分为修改读密码和写密码。为方便起见，令读密码和写密码一致，按此键将同时修改读密码和写密码。 · 回车键：8位密码或存取款数输入完确认，以及新密码输入完确认。 3.5 显示电路显示部份采用LED显示器，也用I/O口实现。用于显示系统状态、输入的密码或所要存取的款额以及出错信息等。由于AT89C2051的驱动电流有限，在P0、P2口加反向器SN74F04，增加驱动能力。它的吸入电流为64mA，输出电流为15mA，可以保证位选所需的吸入电流。第四章软件系统 4.1 主程序流程图主程序流程图如图2所示。开机后，系统处于待机状态，不断查询P3.2脚电平，当X76F100插入读写器卡座时，P3.2脚电平变高，单片机检测到P3.2高电平信号时，使P1.3脚电平变高，如果此时为低电平，X76F100复位，输出32位固定的“同步复位响应”数据。然后循环扫描键盘显示程序，进行存款、取款、查询或改密码。一次操作完成后返回，然后不断循环。 4.2 循环键盘显示程序循环扫描键盘显示程序如图3所示，它采用程控扫描方式。键盘实际操作的顺序是：先按功能键，然后依次输入8位（十进制）密码，按回车键确认。当存取款时，随后输入所存取的款额；当修改密码时，随后输入8位新密码，输完后按回车键确认。若输入密码正确，显示IC卡内存款的余额或改密码成功信息（SUCCESS）。若密码不正确，提示重新输入，允许输入密码4次。为了记录操作中正在进行的状态，在键盘程序中设置了多个指针。（1）KEY 有否按键按下标志。00H表示无键按下，01H表示有键按下。此标志用于判断按键是否已松开，防止误操作。 (2)FUN为功能键指针，00H表示无功能键按下，01H表示存款（ADD），02H表示取款（SUB），03H表示查询（IQUIRE），04H表示改密码（CHANGE PASSWORD）。（3）DIG为允许数字键输入标志，00H表示不允许，01H表示允许。此标志主要是防止输入多余的密码，或输入的款数超出限额。（4） NUM表示输入第几个数字，00H表示无数字输入， 01H～08H表示输入密码， 09H～10H表示输入款数或新密码，若NUM为11H，显示出错信息。图3 循环键盘显示程序流程图 4.2.1 X76F100读程序举例图4 X76F100Y引脚 X76F100为I2C总线E2PROM。SCL为时钟输入，SDA为双向数据输入输出线。通过片输入来控制对器件的访问。下面以页写为例，先结合时序说明X76F100的工作过程，然后给出程序。页写时序如图5所示。在该系统中，AT89C2051为主机，X76F100为从机。首先主机向从机发一个START命令，产生开始条件，然后发写命令字。当从机接到命令后，向主机发一个应答信号NACK。然后跟随8字节密码，随后进入一个写周期，写周期结束后进行密码应答轮询ACK Polling。X76F100要求主机用专用的应答命令55H进行应答轮询。如果输入的密码正确，将返回一个“ACK”。如果密码不正确，将返回“no-ACK”，重试计数器加1，返回到启始位置，提示重新送入写命令字和8字节密码。若密码正确，主机接着送入8个字节的数据，ACK响应成功后，主机发出STOP命令完成写操作。下面是用写密码进行页写的程序。图5 页写时序图（需要密码） 4.2.2 读写操作软件当系统采用6MHz晶体振荡器时所定义的I/O口线及器件地址如下： SCL BIT P1.7 SDA BIT P1.6 DEVICEAD_W DATA 10100000B ；写卡器件地址 DEVICEAD_R DATA 10100001B ；读卡器件地址 4.2.3 开始条件（START_IC）在开始条件下，当SCL为高电平时，SDA由高转为低。程序如下： START_IC：CLR SCL；SCL低电平时才允许SDA更改 NOP ；加入空指令延时以确保信号可靠 NOP SETB SDA NOP NOP SETB SCL NOP NOP CLR SDA NOP NOP CLR SCL NOP RET 4.2.4 停止条件（STOP_C）在停止条件下，当SCL为高电平时，SDA由低转为高。程序如下： STOP_IC：CLR SCL NOP NOP CLR SDA NOP NOP SETB SCL NOP NOP SETB SDA NOP NOP CLR SCL NOP NOP CLR SDA RET 4.2.5 确认信号（ACK_IC）在接收方应答下，每收到一字节后便将SDA电平拉低，程序如下： ACK_IC：CLR SCL NOP NOP CLR SDA NOP NOP SEIB SCL NOP NOP CLR SCL NOP SETB SDA NOP RET 4.2.6 写一字节数据到IC卡（WR_BYTE）在下列程序中，参数A表示源数据，R5表示字节位数。 WR_BYTE：MOV R5，#08 ；一字节8位数据 CLR SCL NOP NOP WR_BYTE1：RLC A ；带进位位左移，A.8->C MOV SDA，C ；SCL低电平时改变SDA上的数据 NOP SETB SCL ；拉高SCL把数据发送出去 NOP NOP CLR SCL NOP NOP DJNZ

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