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1、 目 录1 概述21.1课题研究的背景与意义21.2论文的容62 GPRS网络技术 62.1GPRS的基本理论 62.2 GPRS的网络结构72.3 GPRS网络的特点83 门禁考勤终端系统的设计 103.1门禁考勤终端的主要功能与其硬件组成10 3.2单片机（MCU）的选择 12 3.3液晶显示模块14 3.4实时时钟模块16 3.5 EPROM模块19 3.6 GPRS传输模块22 3.7 串行通信模块24 3.8 读卡模块24 3.9 门禁考勤系统的总体电路图与工作过程284 上位机软件设计 304.1 上位机软件工作流程304.2 上位机的主要功能模块304.3 后台数据库设计314.
2、4 主要模块的程序实现31结论 34致 35参考文献 36附录 371 概述 1.1课题研究的背景与意义门禁系统是最近几年才在国广泛应用的又一高科技安全设施之一，现已成为现代建筑的智能化标志之一。在越来越注重商业情报和安全的今天，对进出一些重要机关、科研实验室、档案馆、以与关系到国计民生的公用事业单位的控制中心、民航机场等场所的工作人员，给予进出授权控制。门禁系统之所以可以如此广泛的应用，这主要是因为门禁系统的功能早就超过了单纯的要是管理功能，门禁系统已经逐渐的发展成为一套完整的出入管理系统，它还在人事考勤管理和工作环境安全方面等行政管理工作中发挥着巨大的作用。经济的增长有时引发犯罪的发生，对
3、安全感的追求导致现代化楼宇对保安系统的要求也越来越高。楼宇保安系统不仅包括闭路电视与防盗报警，此外还包括一些门锁、防盗门、防盗网与保安人员等，以满足不了人们日益增加的安全要求。-保安管理功能，可以设置使用人的权限和进出时间，可以将使用人的、年龄、职务、相片等多达18种容的数据输入电脑中，便于查询统计与验证身份；-考勤功能，可以根据实际情况将人员编组分类，针对各种节假日，工作日进行考勤记录；-巡更功能，可以记录保安员巡更的路线，时间以与巡更点发生的事件如房门损坏，电梯故障等；-多种门禁方式组合，可以设置门锁为只进不出，长开，定时开关等多种功能与各种组合；-应急与统计功能，本系统可以在电脑上显示出
4、指定持卡人所处的物理位置，便于与时联系。发生火警等紧急情况时，防火门会自动打开，便于逃生，出入口也可以自动打开；当发生非法进出时，会自动报警；本系统还可以根据客户的需要，打印出各种统计报表。门禁系统属公共安全管理系统畴。在建筑物的主要管理区、出入口、电梯厅、主要设备控制中心机房、贵重物品的库房等重要部位的通道口，安装门磁开关、电控锁或读卡机等控制装置，由中心控制室监控，系统采用计算机多重任务的处理，能够对各通道口的位置、通行对象与通行时间等实时进行控制或设定程序控制，适应一些银行、金融贸易楼和综合办公楼的公共安全管理。门禁系统作用在于管理人群进出管制区域，限制未授权人仕进出特定区域，并使已授权
5、者在进出上更简捷。系统可用感应卡、指纹、密码等，作为授权识别，通过控制机编程，记录进出人仕时间日期，并可配合警报与闭路电视系统以达致最佳管理。适用于各类型办公室、计算机室、数据库、停车场与仓库等。出入口门禁控制系统采取以感应卡来取代用钥匙开门的方式。使用者用一卡可以打开多把门锁,对门锁的开启也可以有一定的时间限制。如果卡丢失了，不必更换门锁，只需将其从控制主机中注销。出入口门禁控制系统是通过对出入口的准入情况进行控制、管理和记录的设备，对何人何时在何地进行详细跟踪，以实现中心对出入口的24小时控制作、监视与管理。每一个出入口设置一个读卡器，所读取的门禁卡参数经由控制器判断分析：准入则电锁打开，
6、人员可自行通过。禁入则电锁不动作而且立即报警并作出相应的记录；用户可以选择各种类型的读卡器：磁卡读卡器、韦根式读卡器、感应式读卡器、免持式读卡器、遥距式红外线读卡器，也可选用数字密码键盘开锁；管理软件不仅可以对不同出入口读卡器的开启时间、准入时间进行编程，还可以对每一门禁卡允许进入的区域、时间进行限制防止人员“误入歧途”，并可随时查询出入情况；可根据用户的具体要求定做考勤软件，统计加班时间、迟到时间、次数，并计算当月应得工资、应扣工资与实得工资等；对于单位领导等特别人员，可以有特殊的权限设定，从而达到对每个出入口和每个出入人员的单独编程、统一管理；对于整个系统的每个动作，如哪扇门开启，时间多长
7、，是谁在开门等情况，管理中心全部记录在案。一旦有事故发生，这些记录将成为有力和无法更改的证据。系统具有防返传功能：防止有人进入某区域后，将卡回传给区域外企图用同一卡进入的另一人员；具有人员追踪功能：在外门未关闭之前，无法打开门；若发生强行破门、恶意破坏读卡器或键盘、无效卡或错误密码企图开门等不正常事件，管理中心立即获知并提醒值班警卫。系统同时启动现场探照灯、录像机等相关设备。随着国民经济的发展和经济全球化进程的加快，人们对于高科技服务于生活的要求也越来越高，中防产业也取得迅速发展，安防行业领域不断扩大；然而人们感受着高科技给他们带来的极大便利的同时，也带来了许多不安全因素。例如，运用高科技手段
8、进行盗窃、抢劫等犯罪行为与日俱增。怎样才能使安全防措施跟得上科技的发展、更有效的阻止犯罪行为的发生？仅仅依靠单一的物理防远远不够的。于是智能门禁系统在千呼万唤中应运而生。智能门禁系统是一种综合性的多学科的高科技技术集合，它涉与电子、机械、光学、计算机技术、通信技术、生物统计学等诸多新技术领域。目前门禁系统与监控、防盗报警、对讲系统的整合是大势所趋，且安防四大系统的界限也越来越模糊，而门禁系统在四个安防系统中,最依赖于计算机软件集成平台,所以其产品数字化、网络化都比其他系统要早，因此也就在计算机集成方面占了先机。同时，门禁系统能进行多界面管理，软件功能丰富，也能更容易去兼容其他简单的系统，由此也
9、可看出，门禁系统在安防四个系统中，最适合担任一个基础平台的角色。除此之外，门禁系统与办公自动化、短信平台的整合也出现端倪，由此也能窥见门禁产品的趋势是技术上的不断改革和更新，大步向智能集成化迈进。最近几年随着感应卡技术，生物识别技术的发展，门禁系统得到了飞跃式的发展，进入了成熟期，集成了微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，涉与电子、机械、光学、计算机技术、通讯技术、生物技术等诸多技术。它是解决重要部门出入口实现安全防管理的有效措施。适合各种机要部门，如银行、宾馆、机房、军械库、机要室、办公间、智能化小区、工厂等。在数字技术网络化的今天，门禁系统早已超出了单纯的门道与钥匙管理，已经逐渐发展
10、成为一套完整的出入管理系统。它在工作环境安全、人事考勤管理等行政管理工作中发挥着巨大的作用。在该系统的基础上，增加了相应的辅助设备可以进行电梯控制、车辆进出管理、物业消防监控、保安巡检管理、消费收费管理等、真正实现了区域一卡通智能管理。门禁系统从前端识别设备来看，非接触式IC卡是绝对的主流和以后的发展方向，目前已经占据了约9成以上的市场。在非接触式IC卡门禁系统销售额中，卡片和读卡器占了3成以上，飞利浦的Mifare卡是目前中国市场上最主要产品，但是基于目前，Mifare技术被破解的说法越来越普遍，人们纷纷采用CPU卡或是iCLASS系列的卡片。RFID技术的运用是非接触式卡目前的潮流，更快的
11、响应速度和更高的频率是未来的发展趋势。与此同时，智能卡也开始应用在门禁设备中，继美国宇航局之后，不少美国大公司也开始淘汰原有的非接触式IC卡片门禁系统，改用安全性和信息量更高的智能卡。随着性的提高，有些用户需要更高级别的门禁系统，因此更高级别的门禁识别仪器也应运而生。生物识别作为门禁识别前端的一种，在一些关键场所已经得到应用，这些生物识别包括指纹、掌形、面向识别、虹膜等方式。其中指纹识别是全球所有生物识别技术中应用最广泛的一种，约占了50%。随着计算机图像处理和模式识别理论以与大规模集成电路技术的不断发展和成熟，指纹自动识别系统的体积会不断缩小，价格也会不断降低，市场需求也会不断增大。前面已经
12、介绍了，门禁系统是安防领域的基础平台，随着门禁系统的普与以与门禁应用领域的不断扩展，门禁系统将不单单局限于传统的安防系统，基于不同行业的应用需求，将会出现门禁系统与短息平台的整合，通过短信进行报警和控制；门禁系统与办公自动化的整合；门禁系统与ERP的整合。在办公自动化中，门禁与IT的整合还属于新鲜事物，通过在门禁控制器上增加一些设备和借口，增加其扩展功能，便于实现门禁与办公自动化的联动，目前已经能做到门禁安保信息与电脑登陆等程序的整合。在不久的将来，门禁还将与打印、复印、人事管理等办公模块相联动，而门禁与IT、办公自动化、通信的整合，也必将成为未来门禁系统的一大看点。而在现阶段应用的门禁考勤系
13、统一般都需要复杂的布线和调试，往往需要投入大量的人力、物力和财力。对于大型的企业来说，这样做是有意义的，但是对于中小型企业来说，这些投入无非是增加了企业的经营成本。本课题研究的是基于GPRS的门禁系统设计，正是由于带有GPRS模块，它无需铺设网络和过多的调试，只需要一台可以上网的计算机和一个门禁考察终端就可以稳定的工作，为企业降低了考勤这一方面的成本。对企业的快速发展提供一个良好的保障。1.2论文的容 本论文设计并实现一种小型门禁考勤系统，门禁的身份识别用ID卡作为员工识别卡，数据传输则通过GPRS网络来完成考勤数据的传输。其总体框图如下图所示：系统总体框图GPRS网络门禁考勤终端总控中心双向
14、串行通信系统预期功能：1、 可以实现对射频卡卡号的正确识别和存储。2、 可以实现对员工的进入进行控制，并记录时间和日期。3、 实现下位机的打卡数据向上位机的无线传输。4、 可以实现对员工的打卡信息进行查询的功能。2 GPRS网络技术 本文的门禁考勤系统在信息传输是采用的是GPRS技术，下面将对这项技术进行介绍和分析。2.1 GPRS的基本理论 GPRS称为通用无线分组业务，是GSM演进过程中推出的一项高速数据服务。与无线应用协议（WAP）技术不同，它将移动通信技术和IP技术进行了有机的结合，组成了移动IP网络：可以实现与IP网络的无缝连接，可以直接访问Internet中的所有站点和资源，为用户
15、提供数据、语音、图像等多种多媒体业务。2.2 GPRS的网络结构 GPRS是基于现有的GSM网络实现的，需要在现有的GSM网络中增加一些节点，如网关GPRS支持节点GGSN,服务GPRS支持节点SGSN。而且还对GSM网络中的系统进行升级，增加分组数据交换所需的数据处理单元，GSM系统主要由三个相互独立的子系统组成：移动台（MS）、网络子系统（NSS）、基站子系统（BSS）.1、 移动台（MS）GSM移动台包括移动物理设备和SIM卡两部分。移动台的种类很多，常用的有便携式的移动台，车载移动台，但是最大众化的是手持台即手机。2、网络子系统（NSS）网络子系统由六个功能单元组成：（1）移动业务控制
16、中心（MSC）是整个网络子系统的核心。因为，MSC是交换机，MSC通过A接口和其他MSC或者PSTN进行连接、呼叫控制和计费。（2）移动设备标识存储器（EIR），EIR中存储着移动设备的国际移动设备标识码（IMEI）。一般的在EIR中有三种清单：白、黑、灰。ACU根据MSC的要求，检查IMEI与其状态，然后将结果报告给MSC，以确保入网设备的安全，确保注册用户的安全。（3）操作维护中心（OMC），OMC的作用是对GSM系统进行集中的操作与维护，并且允许远程介入对系统进行运行、维护以与管理，它还可以提供和高层网络管理中心之间的接口。（4）归属用户位置寄存器（HLR）是GSM的中央数据库，它存储着
17、该HLR控制区所有用户的相关数据。一个MSC只能对应一个HLR，但是一个HLR可以控制一个或者是若干个MSC。（5）访问用户位置存储器（VLR），MSC通常和VLR集成在一起，VLR中所存放的容就是和它集成在一起的MSC管辖围的用户的所有信息。VLR负责用户的位置记录和位置信息的更新，MSC可以根据用户在VLR中的登记位置，对其发起寻呼。（6）鉴权中心（ACU）对GSM系统采取了许多特殊的安全措施，例如，对无线接口上的话音、数据和信号信息进行加密、用户鉴权等。ACU中存储着加密钥匙和鉴权算法，用来防止非法用户的入侵，并通过无线接口进行通信的用户的数据安全。 以上的网络是GPRS网络运行的基础，
18、是在它们的基础上进行升级，那是因为BSC采用的是电路交换传输数据，不能提供分组交换的功能，所以必须在BSC中集成一个分组控制单元对接受的数据进行分析和处理，除此之外还要增加两个节点来构成GPRS网络（其整体框图如下图1所示）：（1） SGSN(服务GPRS支持节点)，他负责GPRS与无线端的接入控制、路由选择、加密、鉴权、移动管理；完成它与MSC 、SMS、 HLR、 IP与其它分组网之间的传输与网络接口；SGSN可以看作是一个无线接入的路由器。（2） GGSN(网关GPRS支持节点)，它是与外部因特网的网关，GGSN可以看作提供移动用户IP地址的网关路由器；还可以包含防火墙和分组滤波器等；提
19、供网间的安全机制。另外，它还可以根据移动台的位置为其指定一个SGSN。3、 基站子系统（BSS）基站子系统是由基站控制器（BSC）基站收发台（BTS）和两部分组成，基站子系统一方面通过BSC和网络子系统(NSS)中的移动业务中心（MSC）相连，实现和用户之间的通信连接；另一方面通过BTS利用无线接口与移动台相连，用以负责无线资源的无线发送或接受和无线资源的管理。2.3 GPRS网络的特点 相对原来的GSM的拨号方式的电路交换数据传输方式，GPRS是分组交换方式，GPRS是分组交换方式，具有以下优点：（1） 实时在线 ：用户可以随时与网络保持联系。例如，当用户访问因特网时，手机就在无线信道上接受
20、和发送数据，就算是没有数据的传送，手机还一直与网络保持着连接，不但可以从从用户侧发起数据传输，还可以从网络侧随时启动push类业务，不像普通的拨号连接那样断线后必需得重新拨号才能上网。（2） 按量计费： 用户可以一直在线，按照用户接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量的传递时，用户即使上网，也是不收费的。（3） 快捷登陆： GPRS的用户一开机，就始终附着在GPRS网络上，每次使用只需要一个激活过程，一般都需要1-3s的时间就能马上连接到互联网，而固定的拨号连接方式，需要拨号、验证用户名密码与登录服务器等过程，至少需要7-10s甚至更长的时间。（4） 高速传输 ：GPRS采用的是分组交
21、换的技术，数据传输速率最高理论值可达171.2kbit/s，但是实际的速度受到编码和手机终端的限制，一般情况下会有所不同。BSCInternetGGSNGPRS网络SGSNPCUBTSHLRVLRMSC图1 GPRS网络框图3 门禁考勤终端系统的设计本章节主要介绍的是门禁考勤终端的总体设计和各模块的设计。3.1门禁考勤终端的主要功能与其硬件组成3.1.1设计原则门禁系统依实际需求千差万别，可以是仅控制一道门的简单系统，也可以是能控制多门、具有远程监控和网络功能的复杂系统。但不管是哪类门禁系统，设计时均遵循以下的原则：(I)完整性原则：最大限度地满足用户对门禁系统的要求。(2)可靠性原则：确保整
22、个门禁系统运行的可靠性。(3)经济性原则：在确保功能的前提下，力求系统简单、经济、实用、合理。(4)发展性原则：设计要考虑到将来系统发展的需要，在IO接口、存储容量通信等方面要留有可扩展的余地。31.2系统实现的主要功能电子门禁系统采用个人识别卡方式，给每个有权进入的人发一个个人识别卡，它相当于一把钥匙，系统根据该卡的卡号和当前的时间信息等，判断该持卡人是否可以进入，如果可以，则自动开门，否则不开门。对于需要考勤的场所，门禁系统还可以记录每个职工是否按时上下班，可以随时增加或删除一卡，而不必担心某一卡丢失后会造成什么损失。门禁系统所表现的具体功能如下： 11 登记注册卡 凡是新增加的卡，都要进
23、行登记注册。登记时输入卡号、和有效时段等信息，登记完成后，该卡在所登记的有效时段使用就可以开门了。 12 删除注册卡 当识别卡丢失或由于某种原因不能使用时，可随时将该卡注销。输入要删除的卡号即可注销该卡。 l.3 记录读卡信息并控制门的开关 当有人读卡后控制器将读卡器的送出信号读入，根据卡号、当前时间和登记信息进行判断该卡是否有效，控制是否开锁，同时将卡号和时间记录下来。 1.4 实时监测 将系统设置成实时监测状态，这时每读一次卡，控制器所记录的卡号、是否注册以与有效无效等信息会立即显示在计算机上。另外门的状态(开或关)也可实时显示。 1.5 统计与考勤功能通过设定班次和时间，系统可以对所有存
24、储的记录进行考勤统计。如：查询某人在某段时间的上下班情况、正常上下班次数、迟到次数、早退次数，从而进行有效的管理31.3门禁考勤终端的硬件组成门禁考勤终端主要由以下几个部分组成(其硬件框图如图2所示)：（1）读卡模块：负责采集射频卡卡号，采用射频ID卡作为射频卡，采用一个载波是1.25KHz的射频读卡模块进行识别，并传输给单片机（MCU）。（2）储存器：负责储存用户的对应卡号和用户的登录时间，这里由于采用GPRS定时传输数据，所以储存器只用储存一定量的数据即可。（3）时钟模块：负责提供系统的工作时间和打卡的统一时间记录。（4）液晶显示器：负责系统信息的显示，同时为用户打卡时提供打卡信息显示。（
25、5）GPRS：向主机传输一段时间的打卡信息（卡号和时间）。（6）串行模块：用于发卡操作，还用于打卡时的信息核对，判断射频卡的合法性。液晶显示模块实时时钟模块GPRS通信模块单片机（MCU）EPROM(存储模块)读卡模块串行通信模图2 门禁考勤系统的硬件框图门禁考勤系统的工作过程为：持卡者“刷卡”时，读卡器读卡，将个人识别卡中的信息通传输给主控制模块，主控制模块根据卡号和部存储的信息，判断该卡是否有效，从而控制电锁是否打开。3.2单片机（MCU）的选择门禁系统中的核心是单片机，门禁系统的智能化程度也取决于这部分的设计。本案设计中，由于主控制模块需要控制身份识别单元、可视对讲系统、人机交互平台等三
26、大功能模块，系统要求所选用的单片机功能强大，处理速度足够快，并有利于将来系统的升级和扩展。目前市场上流行的单片机主要有：Intel公司的MCS51系列和MCS96系Mholitek公司的HT48XX系列、Motorla公司的68XX系列、Microchip公司的PICl6CXX系列等，它们的功能都很强大，不同的是性能、价格与应用领域。由于PICl6CXX系列单片机的程序存储器的大小一般在4K以下，且该公司只提供汇编语言编译器，不提供该系列的C编译器(只有第三方提供的C编译器，且不支持浮点运算)。虽Motorola公司的仿真器支持汇编语言与c编译器，但其价格非常昂贵。最为流行的是ATMEL公司生
27、产的AT89系列芯片，价格低廉，功能齐全，使用方便，我们选用了其中的AT89C52型单片机作为本系统的主控CPU。3.2.1性能特点AT89C52是美国ATMEL公司采用高密度、非易失性存储技术生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片含8K字节的可反复擦写的只读程序存储器和256字节的随机存取数据存储器，在经受1000次擦除和编程之后，仍能可靠保存Flash存储器中的容，可方便地应用在各种控制领域。除此之外，AT89C52还具有以下标准功能：3个16位定时计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，21个特殊功能寄存器，片振荡器与时钟电路。支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式
28、停止CPU的工作，但允许RAM，定时计数器，串行通信口与中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。3.2.2芯片的引脚图和主要管教功能的介绍管脚描述：符号描述EA 外部访问使能：此管脚使处理器访问外部ROM。当EA保持高电平时，ROM的地址和数据就不会出现在总线上。PSEN 程序存储使能：此管脚允许外部ROM数据出现在P0口的地址/数据总线上。当访问部ROM时，此管脚上不输出PSEN信号。ALE 地址锁存使能：ALE用于将P0口地址锁存，使其和数据分离。RST 复位：振荡器运行时，此管脚上出现两个机器周期的高电平将使器件复位。XTAL
29、1 石英晶体1：晶体振荡器的输入。此管脚可由一个外部时钟驱动。XTAL2 石英晶体2：晶体振荡器的输出。XTAL2是XTAL1的反相端。VSS 地：地电位VDD 电源：电源工作电压P0.0-P0.7 端口0：端口0是一个双向I/O口，在访问外部存储器时，端口0可用作低位地址/数据总线。端口0 是一个开漏极端口，在进行编程时需要连接一个外部上拉电路。P1.0-P1.7 端口1：端口1是一个具有部上拉电路的双向I/O 口。有复用功能位，如下：T2（P1.0）：定时/计数器2的外部计数输入T2EX（P1.1）定时/计数器2的重装载/捕获控制P2.0-P2.7 端口2：端口2是一个具有部上拉电路的双向
30、I/O 口。此端口提供访问外部存储器的高位地址。其芯片如下图所示： 89C52 芯片引脚图3.3液晶显示模块在单片机系统中，最常用的显示器有：LED（发光二极管的简称）；液晶显示器，简称LCD；荧光管显示器。在这些显示器当中LCD是一种功耗极低的显示器，广泛应用于电子表、袖珍式仪表、计算器、便携式微型计算机产品中，在本系统中使用再合适不过了。由于本设计中还需要显示汉字，所以应选用点阵型液晶。其中CMOS功耗低，可显示汉字。液晶有自带字库和不带字库的，若选择带字库的液晶，无非就是降低了编程的难度，但是它却打大大的提高了设计的成本，出于实际考虑本设计选用不带字库的液晶显示器Hs12864。33.1
31、 HS12864结构与硬件连接 HS12864是一种图形点阵型的液晶显示器，它主要由行驱动/列驱动与全点阵液晶显示器组成。 单片机MCU和HS12864的硬件连接和各种操作的地址分配如下：HS12864的左半屏控制端CS1，右半屏控制端CS2，都是低电平有效，它们分别连接MCU的P27和P26。 D/I数据指令选择端，R/W读写端与CS1和CS2是同步信号，分别连接MCU的P24和P25。 E使能信号能接受MCU的各种命令，低电平有效，是D/I,R/W,CS1和CS2的前驱电平，连接MCU的写信号WR(P36)。 HS12864和单片机相连示意图3.32 HS12864的汉字显示过程 首先设置
32、地址计数器的值为0，即显示器从零开始扫描，然后在显示器的第一行显示出来，然后应该提供汉字字模，最后单片机把存储在自己的ROM中的字模数据传送到数据寄存器，然后液晶再传给自己的寄存器，传送完毕后开始液晶显示，这样就可以显示我们所需要的汉字了。3.3.3 HS12864显示汉字的主要函数 根据实际的需要首先要做的是开机自检、清屏幕的操作，其次我们把液晶显示模块分为两个层次：底层函数和中层函数。它们的调用顺序为上层调用下层，函数主要是面向硬件的，其具体的操作如下： （1）底层函数：Void senddata_l(uchar senddata_l)；/左边送数据函数/Void senddata_r(u
33、char senddata_r)；/右边送数据函数/Void sendinstr(uchar sendinstr)；/设置指令/（2）中层函数Void sendchar(uchar x,y,(*pDc)8)；/送汉字字符，把液晶屏分成32个显示单元，x和y分别为纵轴和横轴的坐标，pDc是指向存储字符字模的指针/Void sendnumber(uchar x,y,(*pDc)8)；/送数字函数，这里是把液晶显示分成4*16个显示单元，其余的参数和上面的含义是一样的。以上便是液晶显示主要函数的阐述。3.4实时时钟模块对于一个数据采集系统来说实时时钟模块是相当重要的，因为它可以为系统的各项功能提供一
34、个统一的时间标准，尤其是应用在门禁考勤系统和一些仓库管理系统时，时间的准确性和唯一性，往往是系统成败的关键。实时时钟芯片主要分为两类：一类是带晶振可以自己提供时钟频率的，另一类是外接晶振提供时钟频率的（例如：DA1302需要外接64HZ的晶振，提供时钟频率）。为了简化电路的设计难度，本课题采用DS12887芯片作为实时时钟模块。DS12887芯片是一款自带晶体振荡器和电池的实时时钟芯片，在没有外部电源的情况下可以工作十年以上，时间可以一直计算到2100年，并且除了可以提供小时、分、秒、年、月、日期、星期七种基本信息之外，它还带有润年补偿的功能，这种信息可以用二进制码或者是BCD码的形式表示，它
35、有12和24小时两种制式，十二小时制时有AM和PM提示，同时它还可以产生从每秒一次到每天一次的中断，部有128字节的RAM，当系统的存不足时，可以用于扩展存。它还可以应用于motorola和intel两种总线模式。 由于DS12887的各种优点，所以我们选择了它作为本系统的实时时钟模块，这样可以在有效地减少由于电路干扰引起的时钟不准的同时，还保证了系统运行的稳定性和准确性。3.4.1 DS12887与单片机的硬件连接1、 DS12887的主要引脚：（1） MOT:总线模式选择，当此引脚连接电源VCC时选择的是motorola总线模式：当此引脚接地时选择的是intel总线模式，由于我们对后者比较
36、熟悉，所以在此设计中选择的是intel总线模式。（2） ALE:用于地质锁存，即用于定位数据操作的字节单元地址。（3） CS:片选线，选择DS12887处于工作状态，对单片机来说可以利用这条信号线来对此芯片进行编址。（4） DS:在intel总线模式下，为RD读控制线（低电平有效）。（5） AD0-AD7：地址或数据复用线。 1、 DS12887和单片机的连接其具体连接方式如下图所示： DS12887和单片机相连的示意图 3.4.2 DS12887的软件设计1、编程所用的寄存器与其功能 在本设计中需要用到DS12887芯片中的A、B、C、D 四个寄存器中的几个控制信息。寄存器A:BIT7BIT
37、6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0UIPDV2DV1DV0RS3RS2RS1RS0其中重要的是更新标志位UIP，它作用的是用来标志芯片是否更新的，当UIP位为“1”时表示更新的开始，当当UIP位为“0” 时，表示芯片至少在244us是不会更新的，此时的时钟、闹钟和日历的信息可以通过读写相应的字节来设置，UIP位为只读位，通过把寄存器B中的SET位设置为“1”。可以禁止更新UIP位始终为“0”。寄存器B:BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0SETPIEAIEUIESQWEDM24/12DSE 其中： SET:SET位的功能与寄存器A中此引脚的功能是一致
38、的。 DM:此位为“0”时，时间用二进制方式进行赋值；当此位为“1”时，表示时间用BCD码的方式进行赋值。 24/12：此位为“1”时，表示的是24进制时间格式：当此位为“0”时，表示的是12进制的时间格式。 对于寄存器C和寄存器D本设计未应用到所以不做详细的介绍，2、实时时钟模块所需的主要函数的介绍Void timerun(void);/四个控制寄存器的设置，开始运行/Void gettime(unsigned char *sec,*min,*hour,*day,*month，*year)；/其中*sec,*min,*hour,*day,*month，*year分别为指向存储时间的公共变量，
39、用于各模块的调用。/Void settime(unsigned char sec,min,hour,day,month，year)；/其中sec,min,hour,day,month，year分别为提供的时间参数，在应用时只要设置合适的取值围，就能运行成功。在实际的应用中，通过主程序调用以上的模块，实时时钟模块就能其功能了。3.5 EPROM模块3.5.1存储空间的分析与芯片的选择 EPROM模块也就是存储器模块，本设计中 所用的存储器要实现两种信息的存储：一种是：用于存储考勤系统使用到的合法的卡号的信息，作为一个中小型的企业来说，员工的数目大约为1000人左右，一般的情况下员工的卡号是一个3
40、个字节的字符数组，这样系统需要提供至少3kByte的存储空间。 第二种是：用于存储包括卡号信息和打卡时间的员工打卡信息。打卡的信息包括：小时、分、秒、年、月、日、星期七种信息，每一种占用一个字节的存储单元，一共是七个字节单元，加上卡号所需要的三个字节的信息，每条信息需要占用十个字节，由于本设计中的门禁系统是每隔一小时的时间把员工的打卡信息上传到上位机软件中，然后再清空这一段时间的存储的数据，所以存储器至少需要存储一个小时的数据信息，假设这里设定1000条信息，所以存储器至少应该提供10kByte的存储空间。 本课题所需要的存储数据要求掉电后长时间的保存，而且不能丢失，而这里所选用的EEPROM
41、是一种电可擦除型的ROM，而且可以对它进行在线的软件编程。EEPROM可以分为并行和串行两大类，并行的EEPROM的读写数据是通过8位数据总线进行传输的，而并行的EEPROM它的数据是一位一位的传输的，符合一般的IC总线的标准，和并行的EEPROM相比较串行的传送数据的速度比较慢，但是，它由于体积较小，占用的I/O总线少，价格低廉，电路设计较简单等优点，已被广泛的应用于智能仪器、仪表等设备中，在本设计中由于MCU的外围的I/O资源有限，所以采用串行的EEPROM是在合适不过的了。在本课题中所选用的是ATMEL公司生产的AT24C256芯片作为本系统的存储模块。每片的AT24C256可以提供32
42、768个字节的容量，完全可以满足系统的存储容量的要求。3.5.2 AT24C256的主要引脚介绍与硬件的连接以下是对本次设计中用到的主要的引脚的阐述：（1） S0、S1：地址输入端，通过两位二进制不同的组合可以级联若干个芯片，来扩展存。（比如当连接芯片数为4时，可以达到128kbyte的存储量）当接VCC时表示“1”，当接地时表示“0”。（2） WP:写保护，当WP引脚连接到VCC时，芯片中所有的容都被写保护，当WP引脚连接到地端或者是悬空状态时，则允许期间进行正常的读、写操作。（3） CSL:串行时钟，这是一个输入引脚，用于产生器件所有数据发送和接收的时钟。（4） SDA:串行数据/地址，这
43、是一个双向的传输端。主要是用于传送地址和所有的数据的发送和接收，应为它是一个漏极开路端，因此需要一个上拉电阻来增加驱动力。一般的在数据传输过程中，仅仅是在SCL为低电平时SDA才允许变化。由于AT24C256的管脚比较少所以它的硬件连接比较简单，SCL和SDA这两个管脚分别连接MCU的P10和P11口，分别作为时钟总线和数据总线（它们两个都需要加上拉电阻来提高电流驱动力），AT24C256的S0和S1都接地， WP端悬空，不用写保护功能，其具体的硬件连接如下图所示： AT24C256与单片机相连的示意图 3.5.3 AT24C256工作时的基本操作与原理（1）当SCL为高电平时，SDA由高电平
44、向低电平跳变时，开始传送数据。（2）当SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变时，传送数据结束。（3）接收数据的设备在接收到一个字节的数据后，向发送数据的设备发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。（4）字节传输：主器件发送字节到SDA总线上，每次发送的字节数不受限制的。首先传输的是数据的最高位，在全部数据传送结束后，主控制器发送停止信号。3.5.4 AT24C256工作时的的主要函数 （1）读操作：首先控制器发送起始信号、从器件地址和它所要读取的数据的地址进行伪写操作，当器件应答后，控制器控制器重新发送起始信号，发送一个串行EEPROM的标志（1010），它是片选（S1、S2、S0的二进制
45、组合形式），读/写位即R/W位（在这里它的值为“1”）从器件的地址字节，读取字节的首地址，当器件应答后，从器件开始以字节为单位进行数据的传输，当控制应答后，读取将不受页面大小的控制，但是前提是不能超过AT24C256的最大存储空间（即不能超过最大的地址32767）. （2）写操作：首先控制器发送起始信号，当器件应答后，控制器发送一个串行EEPROM的标志（1010），它是片选（S1、S2、S0的二进制组合形式），读/写位即R/W位（在这里它的值为“0”）。其间应答以后，就可以发送写操作的起始地址了，这里每次发送的是两个字节，首先传送的的是最高位（MSB），在两个字节分别应答后，就开始以字节为单位进行数据的传输了，但是每次最多可传输64个字节，传输完成以后，控制器发送停止信号。3.6 GPRS传输模块本课题采用的GPRS模块是把一段