IC卡电子门锁控制系统硬件设计与实现

随着科技的进步，以单片机为核心的自动门锁控制系统已经开始进入了人们的生活。本论文着重阐述了以MCS-51系列单片机为核心，通过可编程并行接口8255直接控制LCD液晶显示器模块及键盘扫描，并与接触式IC卡读写技术相结合的系统。为保证门锁使用的安全性，系统自动比较IC卡密码和用户输入密码，若输入的密码与系统读出的IC卡密码相同，门锁自动开启；若连续输入三次错误的密码，系统自动停止此卡的使用，并及时将报警信号通过RS-485串行通信总线传往主控台。本设计的优点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，具有一定的实用价值。该系统拓展后，可用于其他智能家电的控制，具有好的应用前景。

关键词：单片机;接触式IC卡;LCD显示器;电子门锁

ABSTRACT

With the progress of technology, the automatic door locks control system which takes the the Single Micro Chip Computer as the core is stepping into people's lives. This paper focuses on the system which takes the series Single Micro Chip Computer MCS-51 as the core, which controls Liquid Crystal Display modules and keyboard scanning through the 8255 chip directly,and contacts the IC card read-write technology.In order to guarantee the security of the door lock's use, the system design offers an comparision between the IC card password and the password which the user input. If inputed password and the IC card password read out on the system read-out are same, the door lock will be opened automaticly. If you input wrong password three times continuously, the system will automatically stop the use of the card, and the alarm will be transmited to the key station promptly through the RS-485 serial

telecommunications bus st-bus. The advantage of this design is simple in the hardware circuits, software functional improvements, the control system′s reliablily, and has certain practical. After this system is developed, it can be used in other intelligent electrical appliances' control and has a good application prospect.

key words : Single Chip Micro Computer;IC cards;Liquid Crystal Display;Electronic door locks

目 录

第1章 系统分析 1

1.1 系统研究的可行性 1

1.2 需求分析 1

1.3 系统整体设计方案 2

1.4 系统集成 3

第2章 系统硬件整体设计方案 4

2.1 所需功能模块 4

2.2 外围互连的资源分配示意图 4

第3章 MCS-51系列单片机 5

3.1 MCS-51单片机简介 5

3.2 MCS-51单片机的基本结构 5

3.2.1 MCS-51单片机的基本组成 5

3.2.2 MCS-51单片机硬件结构特点 6

3.3 MCS-51单片机的引脚及片外总线结构 7 3.3.1 MCS-51单片机芯片引脚描述 7 3.3.2 MCS-51单片机外总线结构 7 3.4 MCS-51外围功能模块互连的资源分配 第4章 接触式IC卡模块的设计与实现 4.1 IC卡概述 8 4.2 IC卡的分类 8 4.3 接触式IC卡说明 8 4.4 接触式IC卡引脚图 9 4.5 24C01芯片引脚图及介绍 10 4.6 接触式IC卡的应用 10 4.7 IC卡读写的调试 11 第5章 人机交互模块的设计与功能实现 5.1 8255芯片的设计及功能 13 7 13

8

5.1.1 8255芯片的引入 13

5.1.2 8255简介及内部结构 13

5.1.3 8255的工作方式 13

5.1.4 8255的选通输入、输出时序 14 5.1.5 8255电路原理图及编程实现 5.2 LCD液晶显示模块设计 15 5.2.1 LCD的结构设计 15 5.2.2 LCD的工作原理 16 5.2.3 点阵式LCD的特点 16 5.2.4 LCD硬件接口协议 17 5.2.5 LCD引脚设计及功能 17 5.2.6 LCD与8255连接电路图 20 5.2.7 汉字显示原理 20 5.2.8 字库的建立 21 5.2.9 汉字显示的处理流程图 21 5.2.10 LCD液晶显示流程图 21 5.2.11 LCD液晶显示的调试 23

14

5.3 键盘扫描设计与实现 24

5.3.1 键盘概述 24

5.3.2 键盘工作原理 24

5.3.3 键盘电路图 25

5.3.4 键盘接口电路 25

5.3.5 行列式键盘原理电路实现 26

5.3.6 键盘的调试 26

第6章 存储器组织 31

6.1 存储器设计 31

6.2 AT29C010A的特点 31

致谢 34

参考文献 35

前 言

门锁应用广泛，是大家每天都可以见到的，而电子门锁是随着电子技术的发展而出现的，在使用的方便性、防非法开启、智能管理等方面是机械锁无法比拟的。因此在对安全要求较高的行业得到广泛应用。目前市场上常见的主要是磁卡、IC卡、TM卡、射频卡电子门锁。

门锁作为安全防范产品必须具有安全性、稳定性。安全性可从两方面来衡量：一是抵抗故意破坏、恶作剧和蓄意的撬、钻等暴力破坏。在此方面，目前机械

锁和电子门锁的机械强度一般都能够达到要求。而在所有各类门锁中，只有IC卡电子门锁是全封闭结构，其安全性最好。二是防范技术开启，机械锁的防技术开启的能力很差。不管那种结构的机械锁都可被其他手段开启。钥匙可以复制就是很大的安全隐患。在电子门锁中，磁卡因无密码，其钥匙卡易被复制。IC卡和射频卡则彻底解决了防范技术开启的问题。

本设计以单片机为核心的自动门锁控制系统已经开始进入了人们的生活。本论文着重阐述了以MCS-51系列单片机为核心，通过可编程并行接口8255直接控制LCD液晶显示器模块及键盘扫描，并与接触式IC卡读写技术相结合的系统。本设计的优点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，具有一定的实用价值。该系统拓展后，可用于其他智能家电的控制，具有好的应用前景。

第1章 系统分析 1.1 系统研究的可行性

任何系统在开发之前，都要进行可行性分析来确定项目开发是否有必要和可行。必须分析几种主要可能解法的利弊，从而判断原定的系统规模和目标是否能现实，系统完成后所能带来的效益是否大到值得投资开发。因此，可行性研究实质上是要进行一次大大压缩简化了的系统分析和设计的过程，也就是在较高层次上以较抽象的方式进行的系统分析和设计的过程。

首先需要进一步分析和澄清问题定义，在问题定义阶段初步确定规模和目标，如果是正确的就进一步加以肯定，如果有错误就应该及时改正，如果对目标系统有任何约束和，也必须把它们清楚地列举出来。在澄清了问题定义后，导出系统的逻辑模型，然后从系统逻辑模型出发探讨出系统实现方案，并仔细分析它的可行性。

就本系统而言，在设计其逻辑模型时，要先判断该系统在开发之后是否能在市场上得到广泛的应用，赢得经济效益。现今越来越多的酒店、宾馆都开始使用智能电子门代替传统的门，这样既方便了客人的使用，也使宾馆的客房管理更安全，即使卡丢失，通过总台输入相应的客户信息也能将门打开。本设计成本也很低。随着科技的进步，当今很多产品越来越智能化也是发展的必然趋势，此产品及时地配合上了科学的发展，还会有一定的拓展空间，比如现在很多高校都用校园一卡通，很大程度地方便了学生的日常生活[1]。再有，现在世界上和很多科学家正在努力开发数字化家庭这个项目，本设计正是步入这个目标的初级阶段。它省去了携带钥匙，只能一把钥匙开一把锁的不便。人们在使用传统的门时，如果丢失了钥匙只能将门撬开，智能门锁系统就避免了这个弊端，它将每个门锁密码统一存在总台控制中，即使IC卡丢失，也可通过总台将门打开。

1.2 需求分析

确定设计任务和设计目标，并提炼出设计规格说明书，作为正式设计指导和验收的标准。系统的需求分析一般分功能性需求和非功能性需求两方面。功能性需求是指系统的基本功能，如输入输出信号、操作方式等；非功能需求包括系统性能、成本、功耗等因素。本设计适应着科技的发展，有相当一部分的科技人员正在研究开发这个项目，因此本系统具有技术可行性。本系统中还包括了后台对电子门的控制，现在有专门从事这种后台操作的工作人员，统一对电子门锁系统进行管理和技术维护，因此本系统还具有一定的管理可行性。