电子门禁系统的设计.pdf

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1、 I电子门禁系统的设计 摘 要 随着高科技的蓬勃发展，智能化管理已经走进了人们的社会生活。电子门禁系统作为一项先进的高科技防范和管理手段，已广泛应用于科研、工业、博物馆、酒店、商场、医疗监护、银行、监狱等行业。特别是由于其本身具有的隐蔽性、及时性，使得在许多领域的应用越来越广泛。所以，设计稳定性高、保密性强和易于扩展的较通用型门禁考勤系统具有重要的实际意义。在整个系统的设计过程中，作者首先参考了国内外同类产品的设计方法，然后结合实际，给出了设计方案，采用具有丰富多片内外设的 LPC2368 ARM为微控制器，选用 ZLG522S/LT 读卡模块为读卡器（使用 Mifare 卡），外加小晶格 O

2、CM12864-9 液晶显示器显示日期时间和刷卡信息，并采用 HUIGANG 继电器作为门锁开关，同时有门状态指示灯。系统通过 RS-485 总线与上位机进行通信。该系统具有按用户与时间权限刷卡开门和记录功能、添加用户功能、设置时间权限和考勤时间段，还有同上位机时间同步和手动校对时间的功能，并能将记录信息通过 SD 卡导出。该电子门禁系统具有实际应用中的单门门禁考勤系统的主要功能，并具有稳定性、可靠性，保密性强和人机界面友好的优点。关键词：ARM 微控制器，读卡模块，RS-485，LCD，SD 卡 IITHE DESIGN OF ELECTRONIC ACCESS CONTROL SYSTEM

3、S ABSTRACT With the booming of high technology,intelligent management has entered peoples social life.Electronic access control systems，as an advanced high-tech means which used for prevention and management,has been widely used in scientific research,industry,museums,hotels,shopping malls,medical c

4、are,banks,prisons,etc.Especially for its characters of concealment and timeliness,the domain of its applications has becoming more and more widely.Therefore,here has important practical significance to design high stability,high confidentiality and strong expansion of more universal access time and

5、attendance systems.Throughout the systems design process,I at first consult domestic and international similar productsdesign methods，then，connected with reality,bring forward the design methods,adopt LPC2368 ARM which has rich-chip peripherals as microcontrollers,ZLG522S/LT card reader(using Mifare

6、 card),with a small lattice OCM12864-9 liquid crystal display for the showing of the time and user information,using HUIGANG as relay switch locks,at the same time supply with status indicators.By using RS-485 bus,the System communicate with the PC.The system could indentify card,then open the door

7、and record fuctions according to the time and users information,also can add user features,set time limits of authority and attendance time,and sync IIIwith the PC time and time checks manually functions,and will derived the record information through the SD card function.The electronic access contr

8、ol systems has the main functions of practical applications in the one-door access control system,also with stability and reliable,strong security and friendly man-machine interface advantages.KEY WORDS：ARM Microcontrollers,Reader Modules,RS-485,LCD,SD Card IV目 录 前 言.1第 1 章 系统方案概述.21.1 方案论证.21.1.1 门

9、禁控制器的选择.21.1.2 门禁系统的类型选择.31.2 设计的基本要求和主要技术指标.5第 2 章 硬件设计技术文档.62.1 功能特点.62.2 硬件电路分析.72.2.1 电路原理图.72.2.2 硬件使用的资源.72.2.3 各个部分单元电路原理及其分析.92.2.4 硬件电路 PCB 板布线图.17第 3 章 软件设计说明.183.1 软件任务.183.2 下位机软件设计资源分配.193.2.1 512K 片内 Flash 部分扇区和电池 SRAM 分配.193.2.2 后台任务和中断优先级分配.203.3 下位机软件设计.203.3.1 下位机软件设计整体思想.203.3.2 主

10、程序的流程框架.213.3.3 主要功能模式刷卡开门和考勤模式程序设计.213.3.4 主要功能模式发卡模式.253.3.5 RS-485 通信协议定义.263.3.6 后台程序介绍.293.3.7 附加功能程序设计.323.4 上位机软件设计.32 V3.4.1 上位机软件设计思想.323.4.2 各功能的程序设计.33结 论.34参考文献.35附 录.37附录 1.部分电路图.37附录 2.RS-485 通信的发送和接收程序.39 1前 言 随着高科技的蓬勃发展，智能化管理已经走进了人们的社会生活。智能考勤系统基于现代电子与信息技术，利用智能卡或指纹等生物信息的唯一性来对员工上下班进行现代

11、化高效管理，在各厂矿、机关、银行等场合已广泛应用并成为单位管理现代化和信息化的标志。目前，欧美电子门禁系统市场正逐渐进入成熟阶段，其产业的分工已进人细分阶段，生产卡和读卡器的厂家就只生产卡和读卡器。在国内，电子门禁系统处于成长期和初始阶段。此系统是采用具有丰富多片内外设的 LPC2368 ARM 为微控制器，选用ZLG522S/LT 读卡模块为读卡器（使用 Mifare 卡），外加小晶格 OCM12864-9液晶显示器显示日期时间和刷卡信息，并采用 HUIGANG 继电器作为门锁开关，具有门状态指示灯，同时仿效实际产品引出必要的接口，如门磁检测，门内开关接口，门外铃声按钮接口，RS-485 通

12、信接口和电源接口等。系统通过 RS-485 总线与上位机进行通信。该系统具有按用户与时间权限刷卡开门和记录功能、添加用户功能、设置时间权限和考勤时间段，还有同上位机时间同步和手动校对时间的功能，并能将记录信息通过 SD 卡导出。上位机在 VC 开发环境下编程，具有一些实际电子门禁系统的主要简单功能。2第1章 系统方案概述 本设计是电子门禁系统的设计，系统主要分为下位机和上位机两大块儿，其中下位机的硬件选择决定了系统的大部分功能是否能完好的实现。下面对此次设计做下方案论证。1.1 方案论证 门禁系统由门禁控制器、读卡器、出门按钮、通讯集线器、感应卡和管理软件组成。下面主要对门禁控制器、门禁系统的

13、类型和感应卡的选择来进行论证。1.1.1 门禁控制器的选择 门禁控制器有多种控制芯片可以选择，如 8051 系列单片机、ARM 系列控制器等。表 1-1 是对传统 8051 系列单片机和 ARM 系列控制器的对比，实物如图 1-1。表 1-1 8051 系列和 ARM 系列微控制器的对比 传统 8051 系列单片机 ARM 系列微控制器 参考资料 丰富、成熟 较多 价格 便宜 稍贵 运行速度 一般（一般低于 40M）快（ARM7 可达 60 到 100M，ARM9 可达 200 到 300M）引脚 较少 多 串行接口 很少 较多 操作难易 较简单，但模拟串行通信时，会比较麻烦 设置较多，操作较

14、复杂，但串行通信较简单 控 制 器 特 性 3 图 1-1 8051 系列和 ARM 系列控制器 由于本门禁考勤系统使用的串行口较多（与 PC 机、读卡器、发卡器、键盘、显示、SD 卡通信都要用到串口），就这一点传统的 8051 系列单片机的资源就比较拮据；在速度的要求上，ARM 系列控制器很容易得到满足。虽然 ARM 系列控制器价格较贵，但综合考虑，ARM 系列控制器更适合本系统。在众多的 ARM 控制器中，LPC2300 系列较其他系列的显著优点，是其十分适用于串行通信的场合，所以选择 LPC2300 系列 ARM 控制器来做本系统的控制器。1.1.2 门禁系统的类型选择 门禁系统一般有以

15、下类型：1.不联网门禁 优点：每个门禁控制一个门，不需重新安装布线，价格便宜，一般通过自带键盘即可实现发卡、删除卡等操作。缺点：不能实现查看事件记录，不能通过管理软件统一管理。适用场合：已装修好不便于重新布线，安全性能要求不高的场合。2.RS-485 联网门禁 优点：通过 RS-485 总线可实现多台控制器联网控制，可实时查看刷卡事件记录和灵活设置控制器工作参数。缺点：相对不联网门禁价格偏高，RS-485 总线存在速度不高、实时性不强、布线不便和容易受雷电等因素影响。适用场合：小区、学校、仓库等人数稍多，门需统一管理，安全性能要 4求一般的场合。3.CAN-bus 联网门禁 优点：通过 CAN

16、-bus 总线可实现多台控制器联网控制，可实时查看刷卡事件记录和灵活设置控制器工作参数。CAN-bus 总线在工程布线上与 RS-485总线相同，仅需两根通信线，布线简便。CAN-bus 总线比 RS-485 总线可靠得多，CAN-bus 控制器本身就具备数据帧的 CRC 校验和自动重发的功能，能进一步确保通信的可靠性。具有主动上传事件记录功能，实时性好，网络资源利用高。缺点：相对 RS-485 联网门禁初期需投入的成本偏高，但日后维护的成本会较 RS-485 门禁少。适用场合：通信性能稳定性要求高，传输速度要求快、传输距离要求远的场合，如金融机构、政府企事业机关等。4.TCP/IP 以太网联

17、网门禁 优点：通过 TCP/IP 以太网总线实现多台控制器联网控制，除能实现RS-485 总线和 CAN-bus 总线门禁系统的所有功能外，还可以实现远程监控、跨控制器的联动和防反潜等高级功能。只要有网络资源的地方均可安装，具有速度更快，安装更简单，联网数量更大，跨地域联网的优点。缺点：产品价格略比其它总线高，需要有网络资源。适用场合：适合安装在大项目、人数多、速度快、跨地域的工程中。由于本系统的技术要求和应用场所是中距离通信场合，综合以上四种类型的优缺点和适用场所，可以看出 RS-485 联网系统，在价格上占优势，而且本系统对安全性的要求不是很高，RS-485 联网系统可以胜任，而对于CAN

18、-bus 联网门禁和 TCP/IP 以太网联网门禁多是对较高安全性、高传输速度和远传输距离场合的应用，所以本系统采用了 RS-485 联网系统。非接触IC 卡 RS-485 门禁考勤系统示意图如图 1-2 所示。5 图 1-2 非接触 IC 卡 RS-485 门禁考勤系统示意图 5.感应卡的选择 常见的门禁系统有：密码门禁系统、非接触 IC 卡(感应式 IC 卡)门禁系统和指纹虹膜掌型生物识别门禁系统等。密码门禁系统由于其本身的安全性弱和便捷性差已经面临淘汰；生物识别门禁系统安全性高，但成本高，由于拒识率和存储容量等应用瓶颈问题而没有得到广泛的市场认同。现在国际最流行最通用的还是非接触 IC

19、卡门禁系统。非接触 IC 卡由于其较高的安全性，最好的便捷性和性价比成为门禁系统的主流。所以该系统使用非接触 IC 卡。1.2 设计的基本要求和主要技术指标 参见任务书中的“主要研究内容”和“主要技术指标(或研究目标)”栏目内容。6 第2章 硬件设计技术文档 本设计为门禁考勤系统，顾名思义，其兼具门禁和考勤的功能。下面为本系统的硬件设计说明。2.1 功能特点 此门禁考勤系统硬件电路板具有以下特点：控制器采用 ARM 嵌入式工业控制模块 T2368 中的最小系统，比一般门禁系统采用的 MCS51 处理器速度更快，质量更可靠；板上复位电路使用带看门狗功能的 SP706 复位芯片；电源部分采用开关电

20、源芯片 LM2575 设计，比使用 7800 系列芯片设计的电源稳定，且省电；实时时钟 RTC 使用 32.768KHz 的独立外部晶振，和电池供电；4 个独立的按键，门状态和通信指示灯，蜂鸣器控制电路，及继电器控制电路；与 PC 机通信设计了 RS-232C 转换和 RS-485 转换两种串行方式，RS-232C 方式便于调试，RS-485 方式用于实际应用；读卡器采用 ZLG522S/LT 读卡模块（UART 和 I2C 两种接口）；OCM12864-9 液晶显示屏；SD/MMC 卡接口电路；ZLG7290 接口，并将可以引出的 I/O 口通过排针形式都引出来（在实物中没有此接口）。门禁考

21、勤系统的功能框图见图 2-1 7 图 2-1 门禁考勤系统的功能框 2.2 硬件电路分析 2.2.1 电路原理图 系统的电路原理图如附录图 0-1 所示。2.2.2 硬件使用的资源 LPC2368是 基 于 一 个 支 持 实 时 仿 真 和 嵌 入 式 跟 踪 的32/16 位ARM7TDMI-STM CPU 的微控制器，并带有 512 kB 的嵌入高速 Flash 存储器。128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使 32 位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用 16 位 Thumb 模式将代码规模降低超过 30%，而性能的损失却很小。其特别适合于串行通信的场合。

22、LPC2368 内部由 512K 的 Flash，58K 的片内 SRAM，包括 32K 的局部总线 SRAM、8K 的 USB 使用的 SRAM、16K 的以太网 SRAM 和 2K 的电池SRAM。此门禁考勤系统只使用了片内 Flash、局部总线 SRAM 和 2K 的电池SRAM，没有外部扩展存储器。如表 2-1 所示，为 LPC2368I/O 口的使用和分配表。8 表 2-1 LPC2368I/O 口的使用和分配表 功能模块 使用 LPC2368 引脚 引脚功能 看门狗复位 P1.24 给 SP706S 喂狗 串口 UART0（RS-232C 和 RS-485）接口 P0.2（TXD0

23、）串口 UART0 的输出输入 P0.3（RXD0）P1.22（GPIO）RSM485CHT 的收发控制 读卡器模块 P0.10（TXD2）微控制器与读卡模块的 UART 通信接口 P0.11（RXD2）P0.27（SDA0）微控制器与读卡模块的 I2C 通信接口P0.28（SCL0）P2.11（INT）液晶显示模块 P2.0P2.7（GPIO）液晶的并行数据总线（DB0DB7）P1.18 液晶读/写控制脚（R/W（WR）P1.19 液晶使能控制脚（E（RD）P1.20 液晶片选择信号，低电平时有效（CS1）P1.21 液晶数据/指令选择（AO）：高电平：DB0-DB7为显示数据 低电平：DB

24、0-DB7为操作指令 P1.23 液晶背光电源控制，低电平有效（LED+）按键和门内开关 P0.6P0.9 四个独立按键 P0.23 门内开门开关输入 指示灯 P1.28 门关闭指示灯（红色）P1.29 门打开指示灯（绿色）继电器和蜂鸣器 P1.26 继电器控制端（高电平有效）P1.27 直流蜂鸣器控制（低电平有效）门磁检测 P1.25 检测门磁状态（低电平为门开）SD 卡接口 P0.21、P0.22、P2.11、P2.12、P2.13、P0.20、P0.19、P2.8、P3.25引脚具体说明见表 2-3 ZLG7290 接口 P0.0（SDA0）此接口除去此三接口外，还有电源和地接口 9 2

25、.2.3 各个部分单元电路原理及其分析 1.电源电路 系统设计为 3.3V 应用系统，但是 LPC2300 系列 ARM 微控制器需要 2种类型的电源，分别是 3.3V 和 1.8V，而与 PC 机通信使用的 RS-485 收发器（RSM485CHT）和继电器都是 5V 器件，所以设计 5V 电源为系统前级电源，3.3V 为后级电源。对于 LPC2300 系列 ARM 的 1.8V 内核供电，其有两种方案，一种是使用片内的 DC-DC，另外一种是使用外部的 1.8V 直接供电，本系统采用前者。由于本系统没有使用 AD/DA 功能，所以不区分模拟电源和数字电源。如图 2-2（a）、（b）所示，首

26、先由 CON30 电源接口输入 9V 直流电源，二极管 D11 防止电源反接，经过 C11、C12 滤波，再通过 LM2575 将电源稳压至 5V，然后通过 L2、C111、C110 组成的滤波电路，输出稳定的低纹波5V 电压，再使用 LDO 芯片(低压差电源芯片)稳压输出 3.3V 电压。考虑到系统长时间处于工作状态，从节能方面考虑采用了开关电源 LM2575 设计。系统使用的电源是 9V 直流电源，由 CON30 电源接口输入，接头上的电源极性为外正内负。当系统上电后，POWER 指示 LED1 应点亮。LDO 芯片采用了 SPX1117M3-3.3，其特点为输出电流大，输出电压精度高，稳

27、定性高。此系列芯片输出电流可达 800mA，输出电压的精度在1%以内，还具有电流限制和热保护功能，广泛用户在手持式仪表、数字家电、工业控制等领域。使用时，其输出端需要一个至少 10uF 的钽电容来改善瞬态响应和稳定性。图 2-2 系统前后级电源和 RTC 电源电路 10 LPC2300 系列 ARM 集成有 RTC 外设，其单独供电，此次设计中提供了两种供电方式，系统电源和外部电池供电，如图 2-2（c）所示。系统电源方式便于调试系统时使用，电池供电方式在实际应用中使用。2.时钟系统、RTC 时钟电路 系统采用 ARM 嵌入式工业控制模块 T2368 中的最小系统，其中使用外部 12.000M

28、Hz 无源晶振作为主时钟源。对于实时时钟（RTC）功能，在 CPU的 RTCK1 和 RTCK2 脚之间接一个 32.768KHz 的晶振。3.看门狗复位电路 由于 ARM 芯片的高速、低功耗、低工作电压等特性导致其噪声容限低，对电源的纹波、瞬态响应性能、时钟源的稳定性、电源监控可靠性等诸多方面也提出了更高的要求。使用了专用微处理器电源监控芯片 SP706S 以提高系统的可靠性，同时该芯片还带有硬件看门狗电路。如图 2-3 所示，在电路中将看门狗复位信号输出脚（WDO）通过 R32 连接到 SP706S 的手动复位输入脚（MR）上，信号 nRST 连接到 CPU 的复位脚nRST。可通过定时翻

29、转 P1.24 的电平来喂狗，一旦在 1.6 秒内未翻转 P1.24 的电平，则 SP706S 内部的看门狗溢出，WDO脚输出低电平，MR脚被WDO脚拉低为低电平，导致 SP706S 在RST脚输出 200ms 的复位脉冲令 CPU 复位，同时SP706S 内部清零看门狗让其重新计数。图 2-3 系统复位电路 当复位按键 RST 按下时，SP706S 的RST脚输出低电平复位系统。SP706S 11 的看门狗功能与 LPC2368 自带的看门狗功能，在实际应用中可以任选其一，在程序调试阶段，不焊掉 R32，断开WDO与MR之间的连接，实际应用中，如果使用 SP706S 的看门狗功能，则需焊接

30、R32。4.串口 UART0（RS-232C 和 RS-485）接口 由于系统是 3.3V 系统，所以使用了 SP3232E 进行 RS-232C 电平转换，SP3232E是 3V工作电源的 RS-232C转换芯片。如图 2-4所示，CON2 为 UART0接口，可以在串口调试阶段使用，在实际应用中，则要使用 CON3 的 RS-485接口。RS-485 收发器采用嵌入式隔离 RS-485 收发器 RSM485CHT，如图 2-4（c）所示。RSM485CHT 隔离收发器模块，是集成电源隔离、电气隔离、RS-485接口芯片，总线保护器件于一身，方便嵌入用户设备，使产品具有连接 RS-485网络

31、的功能，其为 5V 工作电源器件。电路设计中采用保守方法，加入了PESD1CAN 隔离，是系统稳定性更高。RS-232C 与 RS-485 功能可以通过跳线 JP2 来切换，如图 2-4（b）。JP2跳线器说明见表 2-2。图 2-4 UART0(RS-232C AND RS-485)接口 12 表 2-2 JP2 跳线 JP2 功能 备注 控制器的 UART0 与 CON2（RS-232C）连接（模式 1）串口调试时使用 控制器的 UART0 与 CON3（RS-485）连接（模式 2）实际应用中使用 5.JTAG 接口电路和 ISP 跳线电路 采用 ARM 公司提出的标准 20 脚 JTA

32、G 仿真调试接口，JTAG 信号的定义及与 T2368 的连接如图 2-5（a）所示。其中 RTCK 引脚加上拉电阻，使系统重启后，LPC2368 内部的 JTAG 接口使能，可以直接进行 JTAG 仿真调试，同时 P29:0引脚不为跟踪功能；其他 5 个引脚可以不加上拉和下拉电阻。当要使用 ISP 功能时，将 PC 的串口与 CON2 相连，并将跳线 JP2 设置为第一种模式，使用 UART0 通信。同时把 JP1（如图 2-5 JTAG 接口电路（c）短接，是 ISP 的硬件条件得到满足。图 2-5 JTAG 接口电路 6.读卡模块和液晶显示接口 现在，接触式智能卡的应用已经濒临灭绝，门禁

33、考勤系统一般都使用非接触式无线智能卡，Mifare 卡就是其中的一员。Mifare 卡是由 Philips 开发的非接触式无线智能卡，符合 ISO/IEC 14443A 标准，广泛应用于门禁、考勤、停车场和消费等场合，可以实现一卡通功能。Mifare 卡具有数据传送速度快、防碰撞、保密性高等特点，本系统中就选用此类卡。读卡器采用 ZLG500S 系列读卡模块（ZLG522S/LT），此系列是非接触式上拉电阻 13 IC 卡读卡模块，支持 Mifare S50、Mifare S70、Mifare Ultralight、Mifare Pro和 Mifare DesFire 等符合 ISO14443

34、 标准的卡片，ZLG522S/LT 为 3.3V 供电，具有 I2C 和 UART 两种通信接口，和天线一体化，主动检测卡片进入的模块。此系统中，将两种接口都引出来，但只使用 UART 接口，如图 2-6（b）所示。图 2-6 读卡模块和液晶显示接口电路 门禁系统应该有个液晶显示器，才比较专业。此系统选用金鹏电子有限公司的 OCM12864-9 液晶显示器，此显示器为并口总线工作模式，优点是，小晶格，小巧美观、省电。设计中使用 GPIO 口 P2.0P2.7 模拟数据总线，P1.18、P1.19、P1.20、P1.21 为控制线，P1.23 为背光控制线，其接口如图 2-6（a）所示。7.按键

35、、门内开关和指示灯 此系统中设计了四个独立按键、一个门内开关按钮接口（另外用万用板搭建了一个小型接口电路，可实现门内开关模拟、继电器状态指示和门磁状态模拟功能，如）和门状态指示灯（红：门关；绿：门开）、下位机向 PC 机发送信息指示灯（通信时闪烁），如图 2-7（a）(b)所示。I2C 接口的上拉电阻 背光电源采用三极管驱动，减少控制器引脚的负担和驱动能力强劲！14 图 2-7 按键、门内开关和指示灯电路 8.继电器和蜂鸣器 门禁考勤系统在刷卡时，权限允许时开门，此系统应用继电器做开门开关；且有蜂鸣器提示声。继电器采用 HUIGANG 继电器，其为 5V 工作器件，而系统为 3.3V 系统，所

36、以在设计上采用了 NPN 三极管来实现 3.3V 系统控制 5V 的器件，用 P1.26控制（高电平闭合），驱动电路如图 2-8（a）所示；直流蜂鸣器，用 P1.27 控制（低电平蜂鸣），驱动电路如图 2-8（b）所示。两个驱动中的二极管起到继流的作用。图 2-8 继电器和蜂鸣器驱动电路 9.SD 卡接口 SD/MMC 卡有 SD 总线和 SPI 总线两种访问模式。系统使用 LPC2368 为控制器，其内部带有 SD/MMC 卡控制器，支持 SD/MMC 卡的 SD 总线模式，因此，使用该控制器来访问 SD 卡。LPC2368 与 SD/MMC 卡卡座的连接引脚 LPC2368 微控制器与 S

37、D/MMC 卡卡座接口电路如图 2-9 所示。图中，微使用 NPN 管继流二极管 15 控制器与 SD/MMC 卡卡座的连接引脚如表 2-3 所示。表 2-3 LPC2368 与 SD/MMC 卡卡座的连接引脚 LPC2368 引脚 引脚名称 卡座引脚 含义 P0.21 SDPWR-卡供电控制引脚。P0.21 为低电平时给卡供电 P0.22 SDDATA0 DAT0/DO 双向的数据信号 DAT0 P2.11 SDDATA1 DAT1/IRQ 双向的数据信号 DAT1 P2.12 SDDATA2 DAT2 双向的数据信号 DAT2 P2.13 SDDATA3 DAT3/CS 双向的数据信号 D

38、AT3 P0.20 SDCMD CMD/DI 双向的命令/响应信号 P0.19 SDCLK CLK/SCK 微控制器向卡发送的用于同步双方通信的时钟信号 P2.8 SD_CD CARD_INSRET卡完全插入到卡座中检测线。完全插入时，卡座输出低电平，否则输出高电平 P3.25 SD_WP CARD_WP 看是否写保护检测。写保护时，卡座输出高电平；否则输出低电平 图 2-9 SD/MMC 卡的 SD 总线接口电路 接口电路包括以下部分：（1）SD 总线 16 如图 2-9 所示，LPC2368 的 P0.22、P2.11、P2.12、P2.13、P0.20 根据引脚功能，直接连接到卡座的相应

39、接口，其中数据线 DAT0DAT3 双向数据线P0.22、P2.11、P2.12、P2.13 和命令线 P0.20 分别接上拉电阻。（2）SD/MMC 卡 ESD 保护电路 如图 2-9 所示，在卡座的数据总线 DAT0DAT3、时钟线 CLK 和命令线CMD 上，使用了一个 ESD 保护器件 PESD5V0L6U，这是一个专用于 SD/MMC卡的 ESD 保护器件，它的作用是：当卡插入或拔出时，保护卡不受高压静电的损害。（3）卡供电控制 卡的供电采用可控方式，这是为了防止 SD/MMC 卡进入不确定状态时，可以通过对卡重新上电使卡复位而无需拔出卡。可控电路采用 P 型 MOS 管2SJ355

40、，有微控制器的 GPIO 口 P0.21 进行控制。采用 2SJ355 的目的是当它开通时，管子上的压降比较小。（4）卡检测电路 卡检测包括两部分：卡是否完全插入到卡座中和卡是否写保护。检测信号由卡座的两个引脚以电平的方式输出。当卡插入到卡座并插入到位时，卡座的 CARD_INSERT（第 10 脚）由于卡座内部触点连接到 GND，输出低电平；当卡拔出时，该引脚由于上拉电阻 R83 的存在而输出高电平，该输出由微控制器的输入引脚 GPIO（P2.8）来检测。卡是否写保护的检测与卡是否完全插入到卡座中的检测原理是一样的。10.TinyARM2300 接口 图 2-10 底板与核心板接口电路 17

41、 以上介绍的是此系统的底板电路设计，下面是底板与核心板 T2368 的接口排针（2.00mm），如图 2-10 所示。此系统只使用了 T2368 中的 LPC2368最小系统，所以只给出此最小系统的原理图，如附录图 0-2 所示。T2368 中的以太网接口没有使用，不区分模拟地和数字地。11.外部测试板、外部接口和剩余 IO 引出插针 此次设计没有真正的门磁检测器，门锁等实际应用中的硬件设施，所以，对这些做了一个模拟的外部测试板，如所示，其有继电器指示灯，门磁模拟和门内开门开关三部分组成。如图 2-11（b）所示，其为此次设计的外部接口和几个测试点，P1.25 为门磁检测输入端，BELL_1

42、和 GND 为外部按铃接口，RelayA 和 RelayB 为继电器输出接口，BELL_2 为门内开门开关接口。图 2-11（a）和（c）为剩余 IO 引出排针和与 ZLG7290 相连的接口，为系统的更新和升级做好准备。图 2-11 外部接口和剩余 IO 引出接口 注：由于此次制板为单面腐蚀制板，所以图 2-11 中的（a）（b）在此次制板中没有引出。2.2.4 硬件电路 PCB 板布线图 PCB 板的布线电路图如附录图 0-3 所示。18 第3章 软件设计说明 3.1 软件任务 软件设计分为下位机和上位机两大块。下位机软件任务下位机软件任务 以 LPC2368 芯片为主微控制器，对硬件的各

43、个模块（各模块参见硬件技术文档）进行控制，制作一个具有刷卡开门和记录功能的门禁考勤系统，编程实现如下功能：1.按时间和权限刷卡开门及在不同时间段内考勤功能；2.记录刷卡事件；3.记录考勤信息；4.添加用户发卡功能；5.与 PC 机通讯使用 RS-485 总线，可以将用户数据下载到下位机系统中；6.将记录信息导出到 SD 卡上；由于系统中加入了液晶显示器，所以，软件也要实现以下功能：7.液晶显示功能；8.通过按键校对日期和时间；同时添加了一个恢复原厂设置的功能（系统只有波特率这一个设置参数）：9.恢复原厂设置功能。上位机软件任务上位机软件任务 上位机软件的任务主要是与下位机通过定义的 RS-48

44、5 协议，进行通信，进而实现以下功能：1.将用户数据下载到下位机系统中；2.显示刷卡信息；3.发卡功能；4.设定时间权限和考勤时间段；19 5.查看刷卡记录功能；6.开门功能；7.设置刷卡后的允许开门时间长度（即刷卡开门后，在这个时间内门没有打开，则系统将门关闭）；8.下位机与上位机日期和时间 同步；9.设置通信波特率。3.2 下位机软件设计资源分配 本设计应用前后台系统，使用到的 LPC2368 片内外设和 I/O 口使用参见硬件技术文档。下面介绍一下微控制器片内部分存储器的使用和分配。3.2.1 512K 片内 Flash 部分扇区和电池 SRAM 分配 片内 Flash 部分扇区分配如图

45、 3-1 所示，池 SRAM 地址分配如图 3-2 所示。图 3-1 片内 Flash 部分扇区分配 20 图 3-2 电池 SRAM 地址分配 3.2.2 后台任务和中断优先级分配 后台任务和中断优先级分配如下表 3-1 所示：表 3-1 VIC 中断功能和优先级分配 中断源 功能 VIC 优先等级 串口 UART0 与上位机通信 0 GPIO（P0口）的EINT3 中断收键 1 TIMER2（1）中断收键延时，（2）继电器工作和 LCD 信息显示时间控制 2 UART2 与 ZLG522S/LT 读卡器通信 3 RTC（1）更新 LCD 时间值，（2）检查门磁，点亮门状态灯，并将门状态发送

46、到上位机，（3）门处于开状态过长，则关闭门，（4)更新开门时间权限段和考勤时间段 4 3.3 下位机软件设计 3.3.1 下位机软件设计整体思想 系统中有六种模式，分别为：刷卡开门考勤模式、发卡模式、手动校对时间模式、RS-485 协议处理模式、将记录数据导出到 SD 卡中和恢复原厂设置模式。通过按键 KEY1 的值来判断系统该工作在那种模式和切换模式。21 对于更新显示、处理上位机命令、中断延时收键和 RTC 中断的功能则在后台处理。3.3.2 主程序的流程框架 作为前台的主函数，首先对使用到的 GPIO 口、各个模块和外设进行初始化，然后进入模式选择循环，其流程框图如图 3-3 所示。图

47、3-3 主程序流程框图 3.3.3 主要功能模式刷卡开门和考勤模式程序设计 1.刷卡开门和考勤模式主程序设计 此模式是此设计的主要功能，系统通过读卡器读出进入读卡范围内的Mifare 卡序列号，然后查询系统中的用户数据库，然后进行用户权限级别和时间权限的判断，从而进行相应的处理（记录刷卡信息和考勤信息）。用户权限是指，用户的权限是大权限，还是小权限，大权限用户则不受此两个模式由上位机发送相应命令进入！22 时间的约束，随时可以刷卡开门；小权限用户则在设定的时间段内才可以开门。此权限在发卡的时候确定。时间权限是指，小权限用户在哪个时间段内可以刷卡开门。此时间段可以通过上位机来随时设置。此模式主程

48、序流程框图如图 3-4 所示。图 3-4 刷卡开门和考勤模式主程序流程框图 2.主要子函数的程序设计 系模式中的主要子函数有：主控制器和 ZLG522S/LT 读卡模块与 Mifare卡通信、用户查询函数、刷卡记录函数与考勤处理和记录函数。（1）主控制器和 ZLG522S/LT 读卡模块与 Mifare 卡通信调用 ZLG522S模块的操作软件包，主要是读卡器对 Mifare 卡的一系列操作（详细内容参见附录 3 内容，或者参见ARM 嵌入式系统应用技术笔记基于 LPC2300（下册）第 192 页的 Mifare 卡通信原理一节），在此不再赘述，此模式中对卡片的请求使用“标准模式”。（2）用

49、户查询函数、刷卡记录函数与考勤处理和记录函数 用户信息、刷卡事件记录和考勤事件记录，是三个结构体，同时开门时间权限和考勤段的设置也是一个结构体，如程序清单 3-1 所示。23 用户查询函数作用是在读到 Mifare卡序列号后，查询“用户信息存储区”，如果有此用户，则返回 True 和此用户信息的首地址，否则返回 False。刷卡记录函数的作用是将刷卡的信息记录在存储器中，程序流程图如图3-5 所示。图 3-5 刷卡记录函数程序流程框图 考勤记录函数的作用是将考勤的信息记录在存储器中，其程序流程图和刷卡记录函数的流程图类似，不再赘述。24 程序清单 3-1 定义的结构体 struct infoU

50、ser1 /*用户信息（6 个字）*/uint32 cardNO;char name8;char phoneNO11;char limet;struct eventRcd1 /*刷卡事件记录结构体（6）*/uint32 cardNO;char name8;uint32 active;uint32 datas;uint32 times;struct attdRcd1 /*考勤事件记录结构体（5）*/uint32 cardNO;char name8;uint32 datas;uint32 times;struct timeamr1 /*开门权限设置结构体*/uint8 alhour;uint8 a