cdio空间门禁系统开发本科毕业论文(编辑修改稿)

cdio空间门禁系统开发本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

定。 整个系统符合通用的物联 网架构，接口协议清晰规范，系统可扩充能力强，在后续的 CDIO 教学项目中，还可以进一步完善和升级，开发新的服务，是开展电气信息类 CDIO 工程教学改革的一个非常好的实践平台。 河北工程大学毕业设计说明书 8 系统总体设计 在简要概括系统设计和实现过程中所涉及到的几项关键技术的基础上，系统的总体设计便成为了可能。 本系统总体上是由硬件和软件组成的，但从功能上划分主要由三个部分构成： 系统硬件：硬件是一个系统的实体基础，它提供了软件运行的环境，使软件有了用武之地； 固件程序： MCU 的灵魂，周而复始的工作者，不知道疲惫的劳动模范； 上位机软件 ：最人性化的服务窗口，最易于被用户接受。 如下图 12 所示为本系统的系统框架图，对图中各模块的功能实现可作以下解释：先由 PC 管理机传达操作指示给 C8051F340，微控制器接收到命令后根据指示通过SPI 通信方式控制读写模块 MFRC522 驱动天线对 IC 卡进行相关操作，然后根据从卡中取得的数据控制发光极管和蜂鸣器等进行声光提示响应操作，同时 MCU 把用户数据或错误信息通过 USB 接口通信传给 PC 管理机进行处理，由 PC 管理机统一管理数据。 图 14 系统框架图 本章小结 本章首先介 绍了本系统开发过程中使用到的基础技术，有侧重点地阐述了这些技术的精髓，对 IC 卡的逻辑结构及存储结构做了简单介绍，阐述了 RFID 的系统组成及分类，对本论文的总体框架做了详细分析，系统需求分析，系统实现的功能，系统选择的方案，最后给出了系统总体设计框架。 河北工程大学毕业设计说明书 9 读卡模块 在系统总体设计的基础上，整个读卡模块的硬件部分由三大部分组成： (1) 主控 MCU：主要提供对射频基站芯片的控制操作，同时提供 SPI 接口形式的外部 MCU 控制。 这种控制操作体现在两个方面：一，主控 MCU 通过 SPI 串行接口与射频基站芯片连接，控制射频基站芯片的工作，实现与 RFID 卡的通信。 二，外部 MCU 可以通过 SPI 串行接口与主控 MCU 连接，由外部 MCU 控制射频基站芯片的工作，实现与 RFID 卡的通信。 (2) 射频基站芯片：它负责接收主控 MCU 的控制信息，并完成与 RFID 卡的通信操作。 为了正常工作，射频基站芯片须选用合适的接口与 MCU 连接。 而为了发送、接收稳定的高频信号，射频基站芯片要通过高频滤波电路与天线部分连接。 (3) 天线部分：包括线圈及匹配电路，这是读卡模块实现射频通信必不可少的一部分。 读卡模块要依靠天线产生的磁通量为 RFID 卡提供电源，从 RFID 卡获取信息。 为使天线正常工作，天线线圈要通过无源的匹配电路连接射频基站芯片的天线引脚。 MFRC522 简介 MFRC522 是高度集成的非接触式（ ）读写卡芯片。 此发送模块利用调制和解调的原理，并将它们完全集成到各种非接触式通信方法和协议中（ ）。 MFRC522 发送模块支持下面的工作模式：读写器，支持 ISO14443A/MIFARE174。 MFRC522 的内部发送器部分可驱动读写器天线与 ISO14443A/MIFARE174。 卡和应答机的通信，无需其它的电路。 接收器部分提供一个功能强大和高效的解调和译码电路，用来处理兼容ISO14443A/MIFARE174。 的卡和应答机的信号。 数字电路部分处理完整的 ISO14443A 帧和错误检测（奇偶 amp。 CRC）。 MFRC522 支持 MIFARE174。 Classic（如， MIFARE174。 标准）器件。 MFRC522 支持 MIFARE174。 更高速的非接触式通信，双向数据传输速率高达 424kbit/s。 可实现各 种不同主机接口的功能： SPI 接口串行 UART（类似 RS232，电压电平取决于提供的管脚电压） I2C 接口。 特性：（ 1）高度集成的模拟电路，解调和译码响应。 （ 2）缓冲的输出驱动器与天线的连接使用最少的外部元件。 （ 3）支持 ISO 14443A/MIFARE174。 （ 4）读写器模式中与 ISO 14443A/MIFARE174。 的通信距离高达 50mm，取决于天线的河北工程大学毕业设计说明书 10 长度和调谐。 （ 5）读写器模式下支持 MIFARE174。 Classic 加密。 （ 6）支持 ISO 14443 212kbit/s 和 424kbit/s 的更高传输速率的通信。 （ 7）支持的主机接口－ 10Mbit/s 的 SPI 接口－ I2C 接口，快速模式的速率为400kbit/s ， 高 速 模 式 的 速 率 为 3400kbit/s － 串 行 UART ， 传 输 速 率 高 达 ，帧取决于 RS232 接口，电压电平取决于提供的管脚电压。 （ 8） 64 字节的发送和接收 FIFO 缓冲区。 （ 9）灵活的中断模式。 （ 10）低功耗的硬复位功能。 （ 11）软件掉电模式。 （ 12）可编程定时器。 (13) 内部振荡器，连接 的晶体。 （ 14） 的电源电压。 （ 15） CRC 协处理器。 （ 16）自由编程的 I/O 管脚。 （ 17）内部自测试。 MFRC522 结构框图 图 21 MFRC522 简化框图 模拟接口用来处理模拟信号的调制和解调。 非接触式 UART 用来处理与主机通信时的协议要求。 FIFO 缓冲区快速而方便地实现了主机和非接触式 UART 之间的数据传输。 河北工程大学毕业设计说明书 11 不同的主机接口功能可满足不同用户的要求。 MFRC522 的 OSCIN 和 OSCOUT 分别为晶振电路的输入输出引脚，接 的晶振，两 者通 过一个 15pF 的电容 接地隔 离。 MFRC522 的 复位信号 RSTPD 由MCUC8051F340 给出。 MFRC522 电路连接 MFRC522 外围电路连接如图 图 22 读卡模块原理图 当 IC 卡放在读卡模块的感应区，也就是天线部分，天线发出的射频功率在 IC 的反应下反射回来一个卡的信息，之后通过 CRC 冗余校验，得出一串号码，这时候可以通过上位机进行操作添加卡的权限，删除卡的信息，等一些上位机的功能。 河北工程大学毕业设计说明书 12 RC522 主要烧录程序 主要程序： char PcdRead(unsigned char addr,unsigned char *pData) { char status。 unsigned int unLen。 unsigned char ucComMF522Buf[MAXRLEN]。 ucComMF522Buf[0] = PICC_READ。 ucComMF522Buf[1] = addr。 CalulateCRC(ucComMF522Buf,2,amp。 ucComMF522Buf[2])。 status = PcdComMF522(PCD_TRANSCEIVE,ucComMF522Buf,4,ucComMF522Buf,amp。 unLen)。 if ((status == MI_OK) amp。 amp。 (unLen == 0x90)) { memcpy(pData, ucComMF522Buf, 16)。 } else { status = MI_ERR。 } return status。 } 功 能：读取 M1 卡一块数据 参数说明 : addr[IN]：块地址 pData[OUT]：读出的数据， 16字节 返 回 : 成功返回 MI_OK 控制模块 本门禁系统控制模块采用 C8051F340，通过控制 MFRC522 射频芯片，实现了门禁系统，而 C8051F340 的程序通过下载线用电脑把程序下载给它。 C8051F340 芯片介绍 模拟外设 − 10位 ADC � 转换速率可达 200ksps � 内建模拟多路器，单端或差分输入 � VREF可在内部 VREF、外 部引脚或 VDD中选择 河北工程大学毕业设计说明书 13 � 内置温度传感器 � 外部转换启动输入 − 两个比较器 − 内部电压基准 − 上电复位 /掉电检测器 USB控制器 − 符合 USB规范 − 全速 (12Mbps)或低速 () − 集成时钟恢复电路；无需外部晶体 − 支持 8个端点 − 1KB USB缓存 − 集成收发器；无需外部电阻 在片调试 − 片内调试电路提供全速、非侵入式的在系统调试（不需仿真器） − 支持断点、单步、观察 /修改存储器和寄存器 − 比使用仿真芯片、目标仿真头和仿真插座的仿 真系统有更优越的性能 电压调整器输入： − 使用片内电压调整器时，支持的电压范围为 ~ 高速 8051微控制器内核 − 流水线指令结构； 70%的指令的执行时间为一个或两个系统时钟周期 − 有 48MIPS和 25MIPS两种版本 − 扩展的中断系统 存储器 − 4352或 2304 B数据 RAM − 64或 32KB FLASH；可在系统编程，扇区大小为 512字节 数字外设 − 40/25个端口 I/O；均耐 5V电压，大灌电流 − 硬件增强型 SPI、 SMBus和 1或 2个增强型 UART串口 − 4个通用 16位计数器 /定时器 − 16位可编程计数器 /定时器阵列（ PCA），有 5个捕捉 /比较模块 − 外部存储器接口（ EMIF） 时钟源 − 内部振荡器： %的精度 (时钟恢复被使能时 )。 支持所有 USB和 UART工作方式 − 外部振荡器：晶体、 RC、 C、或外部时钟（ 1或 2引脚方式） 河北工程大学毕业设计说明书 14 − 低频（ 80KHz）内部振荡器 − 可在运行中切换时钟源 封装 − 48脚 TQFP（ C8051F340/1/4/5） − 32脚 LQFP（ C8051F342/3/6/7） 温度范围： 40176。 C +85176。 C 如图所示为 C8051F340 内部各功能模块结构框图 图 23 C8051F340 内部功能结构框图 C8051F340器件是完全集成的混合信号片上系统型 MCU。 下面列出了一些主要特性。 �高速、流水线结构的 8051兼容的微控制器内核（可达 48MIPS） �全速、非侵入式的在系统调试接口（片内） �通用串行总线（ USB）功能控制器，有 8个灵活的端点管道，集成收发器和 1K FIFO RAM �电源稳压器 河北工程大学毕业设计说明书 15 �真正 10位 200 ksps的单端 /差分 ADC，带模拟多路器 �片内电压基准和和温度传感器 �片内电压比较器（两个） �精确校准的 12MHz内部振荡器和 4倍时钟乘法器 �多达 64KB的片内 FLASH存储器 �多达 4352字节片内 RAM（ 256+4KB） �硬件实现的 SMBus/I2C、增强型 UART和增强型 SPI串行接口 �4个通用的 16位定时器 �具有 5个捕捉 /比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器 /定时器阵列（ PCA） �片内上电复位、 VDD监视器和时钟丢失检测器 �多达 40个端口 I/O（容许 5V输入） 具有片内上电复位、 VDD监视器、电压调整器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F340/1/2/3/4/5/6/7器件是真正能独立工作的片上系统。 FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新 8051固件。 用户软件对所有外设具有完全的控制，可以关断任何一个或所有外设以节省功耗。 片内 Silicon Labs二线（ C2）开发接口允许使用安装在最终应用系统上的产品 MCU进行非侵入式（不占用片内资源）、全速、在系统调试。 调试逻辑支持观察和修改存储器和寄存器，支持断 点、单步、运行和停机命令。 在使用 C2进行调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。 两个 C2接口引脚可以与用户功能共享，使在系统调试功能不占用封装引脚。 每种器件都可在工业温度范围（ 45℃到 +85℃）内用。 电源电压大于 ，必须使用内部稳压器。 对于 USB通信，电源电压。