基于SLE4442卡的食堂管理系统设计

基于SLE4442卡的食堂管理系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中北大学2013届毕业设计 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 书 1 绪 论 IC卡，又称集成电路卡(Integrated Circuit Card)或者智能卡(Smart Card)，是继磁卡，光电卡之后的新一代标识卡。此类卡具有智能又方便携带的优点，为现代信息处理和传输提供了一种全新的方法。 随着社会的不断进步，科学技术的进步，超大规模集成电路、大容量存储芯片以及信息安全技术的发展，IC技术也在不断进步，应用领域不断地扩大，以IC卡为媒介的单片机售饭系统就是一个例子。IC卡的应用提高了人们的生活水平和工作的效率，为人们带来了方便实惠，加快了现代化进度，已经成为一个国家科技水平现代化程度的标志之一。 食堂IC卡是适应于就餐人数密集的食堂收费系统，该系统从根本上解决了餐券流通过程中的伪造、丢失，细菌交叉感染等一系列的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，促进饮食服务管理向规范化、系统化和科学化的方向发展。 本次设计采用单片机，外加液晶显示电路、按键控制电路、IC卡接口电路、蜂鸣器报警电路，可以实现充值、扣费、报警等多项功能。本系统具有设计低功耗，可靠性，智能化及低成本等特点。系统采用5V 的直流电源供电。整个系统程序编写所用的软件: Keil。 本此设计的食堂IC卡系统利用单片机AT89S51控制整个系统。显示部分采用LCD1602液晶显示器，能够支持字符和数字输出，简单明了。键盘采用4*4矩阵键盘模块，输入方便。IC卡采用了西门子公司的SLE4442逻辑加密卡。最终实现了预期的充值、扣费、复位、报警等功能。 设计结果表明，此系统设计容易，结构简单，造价低廉，维修方便，能够广泛应用于各种单位的食堂中。 1.1选题背景 以前，各种企事业单位的食堂，人员就餐所用的都是纸质或塑胶质的饭票、菜票、饭卡，或是直接使用现金交易，学校也不例外。 但是，这种食堂运作方式存在着方方面面的不足:操作繁琐:传统的食堂收费方式从饭票的印制、售卖、回收、点数、结算每个环节都采用人工进行，且每天、每月都需进行着重复的统计工作，令人繁不胜烦。 随着社会不断进步，在我们生活的万千世界里，人类已进入了科学技术空前发展的 第1页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 信息高速化社会。在这个瞬息万变的信息社会里，随着大规模集成电路、计算机技术的迅速发展，以及人工智能在测试技术方面的广泛应用，逐步形成了一种完全突破传统概念的新一代的仪器——智能仪器。目前，而且还出现了不少全新的仪器类型，使现代电子仪器发生了根本性的变化。作为其中之一的IC卡也进入了人们的生活，给人们带来了很多方便实惠。 这些电子仪器很多都是由芯片控制的，由于单片机有很多优点，比如集成度高，功能强，通用性好，尤其是它具有体积小，重量轻，能耗低，价格便宜，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特的优点，使单片机迅速得到了推广应用。目前已经成为测量控制应用系统中的优选机种和新电子产品的关键部位。世界各大电气厂家，测控技术企业，机电行业，竞相把单片机应用于产品更新，作为实现数字化，智能化的核心部件。 本次的食堂IC卡系统设计就是以单片机为核心的智能系统，实现了管理智能化，大大提高了餐饮单位的效率，因而受到了市场的青睐。 1.2 IC卡发展与应用 IC卡的开发、研制与应用是一项系统工程，涉及到计算机、通讯、网络、软件、卡的读写设备、应用机具等多种产品领域的多种技术学科。因此，全球IC卡产业在技术、市场及应用的竞争中迅速发展起来。IC卡已是当今国际电子信息产业的热点产品之一，除了在商业、医疗、保险、交通、能源、食堂、通讯、安全管理、身份识别等非金融领域得到广泛应用外，在金融领域的应用也日益广泛，影响十分深远。 IC卡虽然进入我国较晚，但在政府的大力支持下，发展迅速。1995年底，国家金卡办为统筹规划全国IC卡的应用，组织拟定了(金卡工程非银行卡应用总体规划)。为保证IC卡的健康发展，在国务院金卡办的领导下，信息产业部、公安部、卫生部、国家工商管理局等各个部委纷纷制定了IC卡在本行业的发展规划。 IC卡在银行系统的应用。银行卡大体分为两类:信用卡和储值卡。 信用卡，即贷记卡，有小额信贷功能，即可以小额透支。它要求持卡人有较高的信誉度，透支的钱应及时存入。储值卡，即借记卡，不需要建档案，不需要担保，不能够透支，一般用于小额提取或消费。目前国内各商业银行所发放的银行卡大多数为借记卡。 IC卡收费系统。它包括电费、水费、煤气费、通信费等各种消费资源费用的收取。该类系统可以提高管理效率和可靠性。通过预先收费，可以增加管理部门的可用资金，为居民提供优质服务，改变对资源先消费后收费的不合理状况。对于用户而言，IC卡 第2页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 收费可消除收费人员入户的骚扰和准备现金零钱的烦恼;同时，还有利于用户根据自家用电、用水、用煤气的情况，进行 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 消费。 IC卡医疗保险系统。随着我国医疗体制的改革，居民持保险公司发行的IC卡到医院就医，就医费用将由保险公司支付。医疗IC卡除了具有医疗费用的支付功能外，卡内还可以存储病人的病历。 公交管理系统。乘客持公交管理部门发行的预先付费IC卡乘车，上车时只需在汽车门口的收费机前晃一下(主动式卡)，收费机自动完成收费。这样，能有效地减少上下车时间，加快车辆周转速度，提高管理效益，杜绝贪污、假币现象。 食堂IC卡系统。随着中国人口的不断增加，IC卡进入一些企事业单位就成了一种不可挡的趋势。消费者提前充入一定金额的钱，在就餐时就可以不用带上现金，只需要把卡插入刷卡机就可以显示余额，然后餐厅工作人员扣除此次消费金额，这样可以减少时间，提高效率。 其它，还有交警管理系统、工商管理系统、IC卡电子门锁、IC卡税务管理系统、高速公路收费系统等多种IC卡应用系统。 IC卡随着半导体技术、大规模集成电路芯片的发展而产生，也必将随着计算机技术、网络技术等的高速发展而迅速发展壮大。不断扩大IC卡的应用领域已成为社会发展的必然需求。 在全球IC产业市场竞争更加激烈的情况下，IC卡必然向更高层次方向发展。诸如从接触型IC卡向非接触型IC卡转移，从低存储容量的IC卡向高存储容量发展，从单功能IC卡向多功能 IC卡转化，从单系统的IC卡向多系统IC卡转化，由非银行系统转向银行系统应用，由民用转向军用，由局域网向因特网迁移等。新技术不断涌现，IC卡品种繁多，这充分说明了IC卡的强大生命力。在未来的几年中，IC卡将会越来越多地渗入到人们的生活中。 1.3 设计意义 在经济高度发达的今天，单片机的应用是具有高度现实意义的。单片机拥有极高的可靠性，微型性和智能性(编写不同的程序后可以就完成不同的控制工作)，单片机已成为工业控制领域中普遍采用的智能化控制工具，已经深深地渗入到我们的日常生活当中并且为我们的生活带来了很多便利。 单片机在各个领域得到了广泛应用，许多用单片机做控制电子产品出现在人们的生活中，食堂IC卡系统也应运而产生，本次设计用由编程控制液晶显示器和智能IC卡 第3页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 接口电路。该系统具有充值、扣费、报警等功能。它具有价格便宜，性能稳定，操作方便等特点。适合各类学校或者各种企事业单位使用。 食堂IC卡系统的成功设计，首先能够解决当前部分单位食堂存在的一些弊端，为消费者和餐厅工作人员带来大大的的方便。其次，在整个系统的软件的编写调试过程中，自己能够学会很多专业知识，进一步巩固自己的编程能力，使自己的计算机能力进一步提高。这样，不仅加强了自己的动手动脑能力，而且还查阅了不少有关方面的资料，也为以后的工作积累更多的资本。总之，通过本次食堂IC卡系统的软件设计，使自己受益匪浅。 通过此次基于单片机设计的食堂IC卡系统，我可以更清楚详细的了解单片机程序设计的基本指令功能、编程步骤和技巧来讲述单片机编程，并对AT89S51单片机的结构和原理进行讲述，进一步了解基于单片机开发应用的相关芯片的工作原理，并且可以在将来的工作和学习中加以应用。加深了我对单片机的理解和应用以及掌握单片机与外围接口的一些方法和技巧，还更进一步掌握了C语言编程的一些技巧。 本系统完成了充值和扣费的功能。显示部分采用LCD1602液晶显示器，能够支持数字和字符输出，简单明了。键盘采用4*4键盘模块，输入方便。IC卡采用了西门子公司的SLE4442逻辑加密卡。设计结果表明，此系统设计容易，结构简单，造价低廉，维修方便，前些年广泛应用于各种单位的食堂中。 本次毕业设计意义主要表现在以下一些方面: (1) 食堂IC卡系统电路包含了51系列单片机的最小应用系统的构成，同时在此基础上扩展了一些使用性强的外围接口。 (2) 可以了解到LCD1602液晶显示器和SLE4442智能IC卡的结构、工作原理以及这种显示器的接口实例与具体连接与编程方法。 第4页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 2 系统总体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 及硬件选择 2.1系统功能说明 食堂IC卡售饭机系统作为食堂收费终端，根据实际使用环境，应具有如下功能特点，以适用不同阶段数据处理。 (1)就餐阶段 就餐阶段，即实现扣费功能，属于正常使用阶段。在IC卡插入售饭机后，系统能读出IC卡里面预先存储的金额，并能进行显示。售饭员利用键盘按下扣费键，液晶显示器显示―Ka Nei Yu E:‖及可用余额，然后输入就餐者选定的食物的金额，按下确定键，售饭机自动用卡中的金额减去应付金额，操作完成后屏幕显示可用余额。 如果就餐者卡中的余额小于消费的金额，售饭机则给出报警音，提示操作不能成功。 (2)充值阶段 充值阶段，插卡后IC卡售饭机读出卡里的余额，就餐者在充值交纳一定的金额后，通过键盘输入次此充值金额，售饭机自动将此次充值金额加入卡中。操作完成后，屏幕显示充值后卡中的余额。 返回主页面可以按下复位键完成该项操作。 2.2 系统总体方案设计 根据所述IC卡售饭机的功能特点，售饭机系统需要完成数据的输入、显示和处理三种功能，整个系统的结构框图如图2.1所示。 单 键 盘 显 示 屏 IC卡接口 片 显 示 键 盘 机 复位电路 驱 动 蜂鸣器 图2.1系统总体框图 由系统总体结构框图可知，食堂IC卡系统主要包括控制系统、显示模块、插卡系统模块、定时报警模块、键盘模块组成。通过这几个模块的协调工作就可以完成相应的操作控制和显示功能。 第5页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 2.3 IC卡选择 根据IC卡的读写特点，IC卡主要分为接触型IC卡和射频卡两类。 (1) 接触型IC卡 接触型IC卡的表面有6个或8个金属触点，只有在IC插入读写器内后，在微处理器的控制下才能够完成的读写操作。 (2) 射频卡 射频卡没有金属触点而是在卡内置有天线射频卡处在读卡器一定距离内时，读写卡器通过发射射频信号对卡进行读写操作。 根据IC卡的内部结构，IC卡又可以分为存储卡、逻辑加密卡和CPU卡。 (1)存储卡 存储卡的存储单元一般为电可擦除的存储器EEPROM。存储卡的容量从几十字节到几千字节不等。这类卡具有操作简单、读写速度快，信息存储时间长等优点。如Atmel公司AT24C01卡，具有128B(bits)，典型擦写寿命10万次，数据保存时间100年。但是这类卡不具备加密功能，存储的数据可以很容易地被读出，因而卡内信息的安全性较差，常常用于安全性能不高的场合，如门禁卡、身份识别卡等。 (2)逻辑加密卡 逻辑加密卡内设有硬件逻辑加密电路，只有在输入密码正确后才能进行数据的改写，否则数据只能被读出。而且输入的错误密码达到规定次数后，IC卡自动锁死报废，因而这种卡的安全性能很高。常见的如西门子的SLE4442卡，如果连续三次密码输入错误，卡就会报废。这种卡常常用于对信息保密性较高的领域，非常适合于涉及到金融等方面的应用。 综合上述考虑，本系统选用西门子SLE4442逻辑加密型IC卡进行数据的存储和身份的识别。详细介绍见硬件设计部分。 2.4 键盘选择 单片机系统中常用的键盘有以下两种类型。 (1)独立型按键 独立型按键的一脚通过电阻接电源或者接地，而另一脚接单片机的I/O口。在按键被按下和没有按下时I/O口电平刚好相反。这样通过检测I/O口的电平状态即可判断哪一个按键被按下了。 第6页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 此类按键的特点是按键电路配置灵活，按键的状态识别简单，程序编写相对简单，但是每一个按键需要占用一个I/O口，资源占用率较高，当按键的数量不是很多或者系统有比较多电热I/O口剩余时，可以采用此类设计。 (2)矩阵式键盘 矩阵式键盘有行线和列线组成。按键位于行列线的交叉点上，一个4*4的矩阵式结构就可以构成一个含有16个按键的键盘。 按键设置在行列线的交叉点上，行列线分别接到按键开关的两端。行列通过上拉电阻接到+5V上，平时当没有按键按下时，列线处于高电平状态;当有按键按下时，行列线导通，因此列线的电平将由此相连接，各个按键按下与否影响该键所在行列线的电平。这样行列线配合起来进行适当的处理，就可以确定按键的位置。 与独立式键盘相比，要节省很多I/O口，适用于按键数量较多的场合。 食堂IC卡售饭系统选用AT89S51的I/O端口较多，在实际使用中键盘最好集成在IC卡售饭机以内以防止由于键盘的滑轮造成售饭员的误操作。 综合考虑实际使用的情况和价格相比较，本设计采用矩阵式扫描键盘进行数据输入。由于有0到9十个数字键，再加一些功能键，因此采用4*4矩阵键盘。 2.5显示器选择 显示器是最常用的输出显示设备，其种类很多，但在单片机系统设计中最常用的是发光二极管显示器(LED)和液晶显示器(LCD)两种。由于这两种显示器它们拥有成本低廉，结构简单，接口容易实现等特点，所以被广泛应用于各类单片机设计的系统之中。 在现阶段常用的显示器包括LED二极管显示以及LCD液晶显示两种类型。 LED是自发光显示，价格便宜、体积大、耗电高、图像质量一般，适合于室外大屏幕展示，如广告牌、商场电子宣传栏等。 LCD液晶显示是投射光显示，价格稍高、体积小、耗电低、图像质量高，适用于各类显示屏的设计，如电脑液晶屏、手机屏幕等。 二者在各个方面的比较都有其优势，但对于此次设计，需显示相关字符及金额操作的情况，显示内容较灵活，对数字和字符显示要求比较高。因此选用自带数据库类型的LCD液晶显示器。 综合上述两种显示器的优缺点，因此在本设计中选用了目前常见的性能比较好的有串行数据端口及自带汉字数据库的LCD1602点阵液晶显示屏。 第7页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 3 硬件电路设计 本系统采用单片机作AT89S51为本设计的核心元件。利用两片LCD1602液晶显示器作为显示器件。通电后，未插卡时显示―CHU RU IC KA‖，插卡后显示―KA NEI YU E‖，按充值键后显示―+‖，按扣费键后显示―-‖。 在本次设计中，接入一个4*4的按键键盘，其中0至9号键用于数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9的输出，10号键用做操作完成后的确定键，11号键用做充值键，12号键用做扣费键，由于考虑到按键处接线电路较为复杂，13、 14、15号键空闲不用，在外板子上接上复位键，用于退回主页面。 另外，本系统还有一个重要的组成部分插卡接口，即SLE4442，该部分主要是用于IC卡插入，是本系统相当重要的组成部分。SLE4442具有7种指令，包括读、写主存储器，读、写主保护器，读、写安全存储器和密码校验指令。 因此本系统硬件由以下几个部分组成: (1)AT89S51单片机电路 (2)LCD1602液晶显示电路 (3)4*4按键开关 (4)蜂鸣器报警电路 (5)SLE4442智能IC卡，及插卡电路 由于要给各个芯片提供电源，所以还包括5V电源电路。 3.1单片机最小系统电路 单片机最小系统，也称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机而言，最小系统包括:单片机、晶振电路、复位电路。 (1)时钟电路 AT89S51内部有一个可以用于构成振荡器的高增益反相放大器，而引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。此时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟是在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件一般通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.2,12MHz之间选择，电容值在5,30pF之间选择，电容值的大小能够对频率起微调的作用。 外部方式的时钟电路XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器。对外部振荡信号没有特殊 第8页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 要求，只要求保证脉冲宽度，因而一般采用频率低于12MHz的方波信号。 (2)复位及复位电路 复位操作:复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱困境，同时也需按复位键重新启动。 复位信号及其产生:RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应该持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。整个复位电路主要包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。 复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。 单片机最小系统电路电路图如图3.1所示。 C5 U230PF1939X2XTAL1P0.0/AD038CRYSTALP0.1/AD1C437P0.2/AD21836XTAL2P0.3/AD335P0.4/AD43430PFP0.5/AD533R2P0.6/AD6932RSTP0.7/AD71k21P2.0/A822C6P2.1/A92310nFP2.2/A10复位电路2924PSENP2.3/A113025ALEP2.4/A123126EAP2.5/A1327+5vP2.6/A1428P2.7/A15 110P1.0/T2P3.0/RXD211P1.1/T2EXP3.1/TXD312P1.2P3.2/INT0413P1.3P3.3/INT1514P1.4P3.4/T0615P1.5P3.5/T1716P1.6P3.6/WR817P1.7P3.7/RD AT89S51net=d7 图3.1 单片机最小系统原理图 3.2 SLE4442部分 SLE4442是西门子公司的一款具有可编程安全代码(PSC)和写保护功能的智能型存储芯片。它具有256EEPORM主存储器，不可逆的4个写保护器，1B的错误计数器具有3B密码保护功能。SLE4442采用两线数据传输方式，符合IS07186-3标准。 第9页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 SLE4442具有一个安全逻辑，用于控制存储器的读写操作。在密码成功之前，除密 码外，数据都可以读出，只有密码校验成功之后才可以执行数据的写入动作。SLE4442 卡为256字节加密卡，存在读、写数据、保护数据以及密码操作。 3.2.1 SLE4442主要指标 (1)字节数:256字节EEPROM (2)存储器:32位保护存储器 (3)密码:3字节用户密码，密码错误计数:3次 (4)温度范围:0?,70? (5)擦写次数:至少100,000次擦写循环 3.2.2 SLE4442引脚的配置 1) SLE4442 IC卡采用两线数据传输方式其引脚配置如下图3.2所示: C1 C5 GND VCC C2 C6 RST NC C3 C7 I/O CLK NC C4 C8 NC 图3.2 SLE4442IC卡引脚的配置 2) SLE4442 IC卡管脚功能说明如表3.1所示。 表3.1 SLE4442 IC卡管脚功能 引脚号 标记符号 功能 +5V电压输入 CI VCC 复位 C2 RST 串行时钟输入 C3 CLK 空 C4 NC 地 C5 GND 空 C6 NC 串行数据输入/输出 C7 I/O 空 C8 NC 第10页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 3.2.3 IC卡接口电路 在此电路中，由于AT89S51是主控芯片，因此AT89S51需要完成对IC芯片的复位、读写等操作。首先对于复位响应操作，由于复位响应是根据ISO7816标准来进行的。在操作期间的任何时候都可以复位，只有经过了复位才能对IC卡进行其他操作。开始时地址计数器随一个时钟脉冲而被设置成0。当RST线从H状态置到L状态时，第一个数据位的内容被送到I/O线上。若连续输入32个时钟脉冲，主存储器中的前4个字节地址单元中的内容被读出。在第33个时钟脉冲的下降沿，I/O线被置成H状态而关闭。 复位响应之后，芯片等待着命令。每条命令都以一个―启动状态‖开始。整个命令包括三个字节。随后紧跟着一个附加脉冲并用一个―停止状态‖来结束操作。当CLK为H状态期间，I/O线的下降沿为启动状态;当CLK为H状态期间，I/O线的上升沿为停止状态。需要注意的是:脉冲的下降沿之后，I/O线上的第一位数据变为有效。随后每增加一个时钟脉冲，芯片内部的一位数据被送到I/O线上。其输出的顺序是从每个字节的最低位开始。当所需要的最后一个数据送出以后，需要再附加一个时钟脉冲来把I/O线置成H状态，以便准备接受新的命令。在输出数据期间，任何―启动状态‖和―停止状态‖均被屏蔽掉。 智能IC卡电路由SLE4442外接5V电源组成。如图3.3所示。 图3.3 SLE4442智能IC卡电路 3.3 LCD1602液晶显示部分 3.3.1 LCD1602简介 LCD 1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都 第11页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形(用自定义CGRAM，显示效果也不好)。 1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块(显示字符和数字)。 3.3.2 液晶显示器技术参数 主要技术参数和性能: (1)供电电源VDD:3.0V,5.5V。 (2)可显示内容:16(列)×2(行)。 (3)显示特点:全屏幕点阵。 (4)内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM (5)有80字节显示数据存储器DDRAM。 3.3.3显示原理 1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有:阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B(41H)，显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。 因为1602识别的是ASCII码，试验可以用ASCII码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如’A’。以下是1602的16进制ASCII码表地址:读的时候，先读左边那列，再读上面那行，如:感叹号～的ASCII为0x21，字母B的ASCII为0x42(前面加0x表示十六进制)。以下为CGROM中字符码与字符字模关系对照表，如下表3.2: 第12页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 表3.2字符码关系对照表 3.3.4 LCD1602操作指令 对DDRAM的内容和地址操作，HD44780的指令集及其设置说明，共有11条指令: 基本操作时序: 读状态 输入:RS=L，RW=H，E=H 输出:DB0,DB7=状态字 写指令 输入:RS=L，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0,DB7=指令码 输出:无 读数据 输入:RS=H，RW=H，E=H 输出:DB0,DB7=数据 写数据 输入:RS=H，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0,DB7=数据 输出:无 以下为几条常用的指令: 第13页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 (1) 清屏指令 功能:<1> 清除液晶显示器，将DDRAM的内容全部填入“空白”的字符码20H; <2> 光标归位，即将光标撤回液晶显示屏的左上方; <3> 将地址计数器(AC)的值设为0。 (2) 光标归位指令 功能:<1> 把光标撤回到显示器的左上方; <2> 把地址计数器(AC)的值设置为0; <3> 保持DDRAM的内容不变 (3) 输入模式设置指令 功能:设定每次写入1位数据后光标的移位方向，并且设定每次写入的一个字符是否移动。 (4) 显示开关控制指令 功能:控制显示器开/关、光标显示/关闭以及光标是否闪烁。参数设定的情况如下: 位名 设置 D 0=显示功能关 1=显示功能开 C 0=无光标 1=有光标 B 0=光标不闪烁 1=光标闪烁 (5) 设定显示屏或光标移动方向指令 第14页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 功能:使光标移位或使整个显示屏幕移位。参数设定的情况如下: S/C R/L 设定情况 0 0 光标左移1格，且AC值减1 0 1 光标右移1格，且AC值加1 1 0 显示器上字符全部左移一格，但光标不动 1 1 显示器上字符全部右移一格，但光标不动 1VSS2VDD33.3.5液晶显示电路 VEE 4RS5RW液晶显示电路原理图如图3.4: 6ELCD16027D08D19D210D311D412D513D614D7 +5vP3.4P3.5P3.6 图3.4 LCD1602液晶显示电路 P0.0P0.1AT89S51单片机与YJD1602A-2(LCD1602)P0.2接口电路如图3.4所示。这个方案接口P0.3P0.4电路简单，刷新速度快。 P0.5P0.6P0.73.4 4*4矩阵键盘 矩阵键盘又称行列键盘，它是用四条I/O线作为行线，四条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的个数就为4*4个。这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。 123充值P2.0 456扣除P2.1 789P2.2 0等于清屏P2.3 P2.4P2.5P2.6P2.7 图3.5 4*4矩阵键盘电路 第15页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 当无按键闭合时，P2.0,P2.3与P2.4,P2.7之间开路。当有按键闭合时，与闭合键相连的两条I/O口线之间短路。 判断有无按键按下的方法是: 第一步，置列线P2.4,P2.7为输入状态，从行线P2.0,P2.3输出低电平，读入列线数据，若某一列线为低电平，则该列线上有键闭合。 第二步，行线轮流输出低电平，从列线P2.4,P2.7读入数据，若有某一列为低电平，则对应行线上有键按下。 综合以上一二两步的结果，就可以确定按键编号。但是键闭合一次只能进行一次键功能操作，因此须等到按键释放后，再进行键功能操作，否则按一次键，有可能会连续多次进行同样的键操作。 4*4键盘分配情况: S0,S9:数字键0,9 S10:完成充值扣费后确定操作 S11:充值键，按下后显示―请输入充值金额‖ S12:扣费键，按下后显示―请输入扣除金额‖ 3.5 蜂鸣报警电路 如图3.6所示，MCU通过一I/O端口控制蜂鸣器，为确保输出电流信号有效驱动蜂鸣器，在蜂鸣器与端口之间采用一个PNP型三极管蜂鸣器进行驱动。 它与单片机的连接方式如图所示，BUZ接单片机P1.1口。单片机P1.1口通过PNP型三极管驱动蜂鸣器，P1.1口输出低电平时，三极管导通，蜂鸣器发出响声。 R2BUZ4.7kQ1 PNP+5v BUZ1R5 BUZZER 2k 图3.6 蜂鸣报警电路 第16页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 4 软件设计 软件的编程设计是单片机系统设计的核心部分，是硬件系统的灵魂，也是能否实现预定功能的关键。单片机编程常用的语言是C语言和汇编语言，最终都要转为Intel HEX格式或二进制格式(Binary)文件拷入单片机芯片内。本次设计我们使用的是C语言进行编程设计。 本次基于单片机的食堂IC卡系统设的软件设计部分采用模块化程序设计。从结构上看，系统控制软件主要包括一个主程序，显示器驱动程序和智能IC卡驱动程序。从功能上看，系统控制软件则主要由一个IC卡控制程序，按键处理程序，驱动程序等组成。 主程序主要完成系统初始化、IC卡插入检测、读写和键盘输入与处理、异常情况报警处理等工作，以完成人换的功能。程序按键处理程序是系统服务程序的一部分。按键处理程序完成按键的识别与处理工作。在确认按键被按下后，通过查找按键，区分功能键与数字键，从而根据不同的情况进行相应的处理。 显示器驱动程序主要完成地址分配，余额显示，按键操作等。IC卡驱动程序主要完成读、写主存储器，读保护存储器，读密码，密码校验，IC卡复位等功能。 第17页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 4.1流程框图 开始 开始 系统初始化有键按下 延时N 卡插进否 Y按键识别 读卡 NY数字键功能键处理非法卡报警 YN 数字键处理按键处理 数据转换和处理 写卡 键盘处理结束延时 图4.1 按键处理流程图 图 4.2 主程序流程图 4.2 子程序流程图 4.2 .1扣费子程序流程图 就餐阶段，即实现扣费功能，属于正常使用阶段。在IC卡插入售饭机后，系统能读出IC卡里面预先存储的金额，并能在面对就餐者和售饭员两方的屏幕上显示。售饭员利用键盘按下扣费键，液晶显示器显示―Ka Nei Yu E:‖及可用余额，然后输入就餐者选定的食物的金额，按下确定键，售饭机自动用卡中的金额减去应付金额，操作完成后液晶显示屏显示可用余额并有成功提示音。如果就餐者卡中的余额小于消费的金额，售饭机则给出报警音，提示操作不能成功。 第18页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 开始 按下扣费键 显示器提示 按下扣除金额 按下扣费金额数字键N 输入正确按下清除键 Y Y按下确定键 N操作失败余额不足蜂鸣器提示 扣费成功,蜂鸣 提示 图 4.3 扣费过程流程图 结束 4.2.2充值子程序流程图 充值阶段，IC卡售饭机读出卡里的余额，就餐者在充值交纳一定的金额后，由工作人员通过键盘输入次此充值金额，售饭机自动将此次充值金额加入卡中。操作完成后，屏幕显示充值后卡中的余额。返回主页面可以按下复位键完成该项操作。如图4.4所示。 第19页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 开始 按下充值键 显示器提示 按下充值金额数字键 Y 按下清除键，修输入正确N改错误数字 N按下确定键 Y 充值成功,蜂鸣 提示 结束图 4.4 充值过程流程图 第20页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 5 软硬件调试 5.1在PROTEUS上仿真结果 (1)未插卡阶段 LCD1602显示“Qin Chu Ru IC Ka”,蜂鸣器响时1S提示。 1VSS2VDD3VEE仿真图如下图5.1: 4RS5RW6ELCD17D08D19D210D311D412D513D614D7 R4+5vR14.7kC2RESPACK-83.3k1U130PF+5v21939X1XTAL1P0.0/AD0338CRYSTALP0.1/AD1C1437P0.2/AD2RP151836XTAL2P0.3/AD3635P0.4/AD473430PFP0.5/AD58331R3P0.6/AD6123充值9932RSTP0.7/AD71k21P2.0/A822C3P2.1/A92310nFP2.2/A10复位电路扣除4562924PSENP2.3/A113025ALEP2.4/A1231262EAP2.5/A1327+5vP2.6/A1428P2.7/A15789110P1.0/T2P3.0/RXDR2211P1.1/T2EXP3.1/TXD3312P1.2P3.2/INT04.7k413P1.3P3.3/INT1Q10等于清屏514P1.4P3.4/T04615P1.5P3.5/T15716P1.6P3.6/WR6SLE4442PNP817P1.7P3.7/RD7+5v8VCCAT89C5215BUZ1GNDnet=d7R526RSTNCBUZZER37CLKIO2k48NCNC 图 5.1未插卡阶段仿真图 (2)插入IC卡 LCD1602显示“ IC Ka Xi Tong”,并显示“Yu E:67”。 1VSS2VDD3VEE仿真图如下图5.2: 4RS5RW6ELCD17D08D19D210D311D412D513D614D7 R4+5vR14.7kC2RESPACK-83.3k1U130PF+5v21939X1XTAL1P0.0/AD0338CRYSTALP0.1/AD1C1437P0.2/AD2RP151836XTAL2P0.3/AD3635P0.4/AD473430PFP0.5/AD58331R3P0.6/AD6123充值9932RSTP0.7/AD71k21P2.0/A822C3P2.1/A92310nFP2.2/A10复位电路扣除4562924PSENP2.3/A113025ALEP2.4/A123126EAP2.5/A13227+5vP2.6/A1428P2.7/A15789110P1.0/T2P3.0/RXDR2211P1.1/T2EXP3.1/TXD3312P1.2P3.2/INT04.7k413P1.3P3.3/INT1Q10等于清屏514P1.4P3.4/T04615P1.5P3.5/T15716P1.6P3.6/WR6SLE4442PNP817P1.7P3.7/RD7+5v8VCCAT89C5215BUZ1GNDnet=d7R526RSTNCBUZZER37CLKIO2k48NCNC 图 5.2插卡IC卡仿真图 (3)充值阶段 LCD1602显示“+5”,并显示“Yu E:72”，确认时蜂鸣器响时1S。 仿真图如下图5.3: 第21页 共31页 1VSS2VDD3VEE中北大学2013届毕业设计说明书 4RS5RW6ELCD17D08D19D210D311D412D513D614D7 R4+5vR14.7kC2RESPACK-83.3k1U130PF+5v21939X1XTAL1P0.0/AD0338CRYSTALP0.1/AD1C1437P0.2/AD2RP151836XTAL2P0.3/AD3635P0.4/AD473430PFP0.5/AD58331R3P0.6/AD6123充值9932RSTP0.7/AD71k21P2.0/A822C3P2.1/A92310nFP2.2/A10复位电路扣除4562924PSENP2.3/A113025ALEP2.4/A1231262EAP2.5/A1327+5vP2.6/A1428P2.7/A15789110P1.0/T2P3.0/RXDR22113P1.1/T2EXP3.1/TXD312P1.2P3.2/INT04.7k413P1.3P3.3/INT1Q10等于清屏5144P1.4P3.4/T06155P1.5P3.5/T17166P1.6P3.6/WRSLE4442PNP8177P1.7P3.7/RD+5v8VCCAT89C5215BUZ1GNDnet=d7R526RSTNCBUZZER37CLKIO2k48NCNC 图 5.3充值阶段仿真图 (4)扣费阶段 LCD1602显示“-7”,并显示“Yu E:60”，确认时蜂鸣器响时1S。 1VSS2VDD3VEE仿真图如下图5.4: 4RS5RW6ELCD17D08D19D210D311D412D513D614D7 R4+5vR14.7kC2RESPACK-83.3k1U130PF+5v21939X1XTAL1P0.0/AD0338CRYSTALP0.1/AD1C1437P0.2/AD2RP151836XTAL2P0.3/AD3635P0.4/AD473430PFP0.5/AD58331R3P0.6/AD6123充值9932RSTP0.7/AD71k21P2.0/A822C3P2.1/A92310nFP2.2/A10复位电路扣除4562924PSENP2.3/A113025ALEP2.4/A1231262EAP2.5/A1327+5vP2.6/A1428P2.7/A15789110P1.0/T2P3.0/RXDR22113P1.1/T2EXP3.1/TXD312P1.2P3.2/INT04.7k413P1.3P3.3/INT1Q10等于清屏5144P1.4P3.4/T06155P1.5P3.5/T17166P1.6P3.6/WRSLE4442PNP8177P1.7P3.7/RD+5v8VCCAT89C5215BUZ1GNDnet=d7R526RSTNCBUZZER37CLKIO2k48NCNC 图 5.4扣费阶段仿真图 (5)扣费不足 LCD1602显示“-70”,并显示“Yu E Bu Zhu”，蜂鸣器响时1S。 仿真图如下图5.5: 1VSS2VDD3VEE4 RS5RW6ELCD17D08D19D210D311D412D513D614D7 R4+5vR14.7kC2RESPACK-83.3k1U130PF+5v21939X1XTAL1P0.0/AD0338CRYSTALP0.1/AD1C1437P0.2/AD2RP151836XTAL2P0.3/AD3635P0.4/AD473430PFP0.5/AD58331R3P0.6/AD6123充值9932RSTP0.7/AD71k21P2.0/A822C3P2.1/A92310nFP2.2/A10复位电路扣除4562924PSENP2.3/A113025ALEP2.4/A1231262EAP2.5/A1327+5vP2.6/A1428P2.7/A15789110P1.0/T2P3.0/RXDR2211P1.1/T2EXP3.1/TXD3312P1.2P3.2/INT04.7k413P1.3P3.3/INT1Q10等于清屏514P1.4P3.4/T04615P1.5P3.5/T15716P1.6P3.6/WRSLE44426PNP817P1.7P3.7/RD7+5v8VCCAT89C5215BUZ1GNDnet=d7R526RSTNCBUZZER37CLKIO2k48NCNC 图 5.5扣费不足仿真图 第22页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 5.2调试中出现的问题以及解决方法 (1)4*4键盘矩阵 第一次为4*4键盘矩阵编写按键扫描程序时，会出现个别按键不能读取，或是按键按一次出现两个同一符号的问题。经过一段时间的调试，软件中有部分陷于while循环中出不来，所以导致部分按键不能识别，利用switch语句可以很好的避免类似的情况。 (2)LCD1602液晶显示 在选择液晶的型号时，虽然利用带中文字符的LCD12864比较适合本题目要求，但在液晶用法上LCD1602比较简单，且利用LCD1602中的英文字符也起到很好的显示和提醒效果，因此选用LCD1602作为其显示部分。在利用LCD1602显示时，由于之前只用过数码管作为显示，而液晶显示屏要用到指令，所以开始学习时遇到了一些困难，不能很好的显示预期的字符和数字。通过观看相关的LCD1602视频，了解液晶的使用方法，通过最基本的显示实例来了解基本的显示方法，最后很好的解决了LCD1602液晶显示部分遇到的各种问题。 (3)IC卡读写部分 该设计其中最重要也最困难的部分是IC卡的读写，究其原因主要是实现IC卡的读写时要了解它的驱动，以及驱动程序各个部分的用法。最开始是利用IC卡的读写实现最基本的读写功能，其中密码校验开始并没有去涉及。由于仿真软件Proteus中并没有IC卡这类芯片，如果要通过软件仿真来实现一些功能，需要自己做元件以及软件的封装，实践起来并非易事。最后深度了解其时间顺序图，利用设置脉冲信号来代替IC卡的读写过程，虽然在仿真过程中比较繁琐，但是也可以实现IC卡的读写功能。 第23页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 6 结束语 6.1 结论 本次毕业设计的食堂IC卡系统，从系统功能说明出发，对控制系统的组成结构，系统器件进行了分析。首先，在硬件设计部分给出了硬件电路设计图，并详细的介绍了各元器件的原理及功能特性，也对各功能部件与STC89C52单片机的连接进行了详细的介绍。其次在软件设计部分给出了系统的流程控制图，对各部分程序进行了分析说明。再次在编程与调试部分主要对开发Keil做了详细介绍。最后展示了调试结果。 食堂IC卡售饭系统，从功能上来说，应分为主机和从机两部分:主机设置在工作窗口，能够实现所有功能，而从机则设置在售饭消费窗口，只能实现基本功能。当然二者在实际工作时对于数据的处理还是存在差异的(扣费时若扣费金额小于卡内余额，从机应该报警，而主机不应该报警)。本次设计的IC卡系统从功能上讲属于主机的范畴，其中也包含了从机的一些功能。只要在程序上进行适当的修改，即可在主机和从机之间进行切换。 6.2 展望 食堂饭卡收费管理系统的发展是一个漫长的过程，由最原始的现金、餐票交易，先后经过了磁卡、光电卡、条码卡、接触式IC卡直至射频卡的过程。随着科技的进步，原有的售饭系统在性能稳定性，可靠性，保密性，以及使用寿命等方面，都达不到客户的要求，因而产生了IC卡，接触式IC卡是IC卡一个时段的发展产物，射频卡实时售饭系统正是在这一现状下产品升级的产物。 由于接触式IC卡与读写器之间有机械接触，会产生由接触读写而产生的各种故障。另外，非接触式卡表面无裸露的芯片，会存在芯片脱落、静电击穿、弯曲损坏等问题，又加之接触式IC卡操作相对比较麻烦。随着射频技术的发展，感应式IC卡将会是一种必然的发展趋势。 第24页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 参考文献 [1] 张毅坤 ，陈善久 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(in Russian). 第26页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 附录A:总电路图 +5v复位电路 BUZ11kR3Q130PFC130PFC2PNPBUZZER 4.7kR2R52k10nFC3CRYSTALX11939XTAL1P0.0/AD038P0.1/AD137P0.2/AD2AT89C52U11836XTAL2P0.3/AD3net=d735P0.4/AD434P0.5/AD533P0.6/AD6932RSTP0.7/AD7 21P2.0/A822P2.1/A923P2.2/A102924PSENP2.3/A11+5v3025ALEP2.4/A123126EAP2.5/A1327P2.6/A1428P2.7/A15 110P1.0/T23.3k4.7kP3.0/RXD1211VSSR1P1.1/T2EXP3.1/TXD2312VDDP1.2P3.2/INT03413VEEP1.3P3.3/INT1514P1.4P3.4/T04615RSP1.5P3.5/T15716RWP1.6P3.6/WR6817ELCD1P1.7P3.7/RD+5v157D0268D19VCCSLE4442D2GND3710D311D4RSTNC4812D513D6CLKIO14D71+5vNCNC 23RESPACK-84R4RP1567845691 1230789 2等于清屏 3 45678扣除充值 第27页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 附录B:实物图 第28页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 附录C:主要程序 //******************主程序 *************** void main(void) { uchar i; MCU_init();//单片机初始化 T0_int(); com_int(); time1_int(); EA=1; //开中断 P1=0xff; init(); beef_cont=2; if(clock) {if(IC_SW==1) {if(SW_FLAG) {SW_FLAG=0; beef_cont=1; write_com(0x01);//清屏} display1(); //在第一行显示，display1()=“Qin Cha ru IC ka” 第29页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 beef_control();} else {if(SW_FLAG==0) {SW_FLAG=1; beef_cont=1; write_com(0x01);//清屏 display2(); //在第一行显示，display2()=“IC Ka Xi Tong” ResetCard(); ReadMainMem(0x30,buff,3);//读主存储器 BreakOperate(); for(i=0;i<3;i++) balance[i]=buff[i]; display3(); //在第二行显示display3()=“Yu E:” dsp_buf[0]=LCD_TAP2[balance[0]]; dsp_buf[1]=LCD_TAP2[balance[1]]; dsp_buf[2]='.'; display4(); //在第二行Yu E:后显示dsp_buf的内容 } clock=0; beef_control(); key_scan(); key_control();} }} 第30页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 致谢 论文的圆满而顺利地完成要首先感谢余老师与张学长的辛勤指导。张学长多次对毕设工作中存在的问题提供解决的思路和方法，抓住每一个细节问题，由浅入深，逐层次地多角度地分析问题，拓宽了认识问题的思路，将对我今后的学习和工作有较大的指导意义，在此对张延学长表示衷心的感谢。 感谢在本次毕业设计过程中，不少帮助我的同学。在我遇到困难时是他们耐心的和我一起寻求解决方法。软件编写初期帮助我分析程序，找寻错误，并且和我查阅了大量资料，完善我设计中的不足。如果没有他们的帮助，就不会如此顺利的完成任务了。 感谢学校一直以来对我的栽培，如果没有母校的辛勤培养，就没有我的成长进步～在本次毕业设计中，是学校给我提供了学习平台，在实验室中让我能和搭档一起利用软件对电路进行测试仿真，找出设计中的错误。在软件调试的过程中提供了下载程序的软件和连线，为我们不断调试程序提供了良好的条件。 谢谢～ 内部资料 仅供参考 内部资料 仅供参考 第31页 共31页 中北大学2013届毕业设计说明书 D1D2D3D4D5D6D7D8LEDLEDLEDLEDLEDLEDLEDLEDP11VCCR11R12R13R14R15R16R17R182GND1K1K1K1K1K1K1K1K VCCU1AU1BU1CU1DU2AU2BU2CU2D1781178144LM324LM324LM324LM324LM324LM324LM324VCCLM32441111411411411411411411411J2J1GNDR192365923659R10111111J40320321KR1R2R3R4R5R6R7R8R9111KJ31K1K1K1K1K1K1K100K GND U3LM7805VCCD4D313Vin+5VP11D40074007C4C6NC5C7GD6D51041042470U100u240074007DS1DS2DS3DS4a7a7a7a7aaaab6b6b6b6GNDbbbbaaaac4c4c4c4ccccDSCOM1d2d2d2d2fbfbfbfbddddgggge1e1e1e1eeeeQ1f9f9f9f9ececececffffdddd9012g10g10g10g10ggggdpdpdpdp5555dpdpdpdpDSCOM2GNDGNDGNDGNDQ2VCCDSCOM1DSCOM2DSCOM3DSCOM4383838389012DSCOM3BT1BL23VR2Q309012VCC15D2BLYVCC4007DSCOM4D1C1414810UQ4R3R4BL1abcdefg21439012100100R6R7R8R9R10R11R12R136036036036036036036010KCOM1COM2COMU1GNDLSBL2120RESVCC219RXDP1.7318GNDTXDP1.6321054C24171111911X2P1.5BL130P516U2X1P1.4XTAL16154511COM2COMCOM1FBCEADGINT0P1.3Q512MK1C3714123INT1P1.2901230P813T0P1.1912T1P1.0TIE1011ABCDLBLGNDP3.7P3K289C2051GND7126345R1310KVCCGNDR5510GNDVCCLED2LED1 第32页 共31页