高校晨跑自动打卡机设计
摘 要本课题主要对高校晨跑自动打卡机器控制系统的发展现状以及发展历程、软硬件系统和系统调试等内容进行了阐述，最后完成了一款具备对高校学生手持卡片进行快速无线识别、晨跑签到时间、结束时间、是否早退或迟到等数据信息进行判别和记录等指标的高校晨跑自动打卡机器控制系统，这种类型的高校晨跑自动打卡机器控制系统属于一款标准的电子系统，其电路内部是使用市场上综合最高的STC89C51作主控的，本高校晨跑自动打卡机器控制系统通过该款主控核心的内部设计，大幅度压缩了整个系统的设计成本、开发时间以及系统工作时的功率消耗等性能。该系统在硬件上主要由单片机最小系统以及LCD1602液晶显示电路、蜂鸣器电路、射频身份卡识别电路和等必要模块组成，在软件程序上主要由主程序和各模块的驱动子程序组成，通过软硬件电路的相互配合，完成了高校晨跑自动打卡机器系统的高速运转，实现对各个功能的执行。经过多个方面多个角度的测试后看出该系统不仅系统内部运行稳定并且特别流畅，在人机交互体验感方面亦含有很好的效果。
目录
一、 引言 1
（一） 高校晨跑自动打卡机的发展背景 1
（二） 高校晨跑自动打卡机的发展现状 2
（三） 主要内容 2
二、 高校晨跑自动打卡机的方案设计 4
三、 系统硬件设计 5
（一） 高校晨跑自动打卡机的主控电路设计 5
1. 单片机简介 5
2. 最小系统电路设计 5
（二） 参数液晶显示电路设计 6
1. LCD1602液晶屏简介 6
2. LCD1602液晶屏电路设计 6
（三） 刷卡提示音产生电路设计 7
1. 蜂鸣器简介 7
2. 蜂鸣器驱动电路设计 7
（四） 射频无线读卡电路设计 8
1. RC522型RFID模块简介 8
2. 读卡驱动电路设计 8
（五） 实时时间产生电路设计 9
（六） 按键电路设计 9
四、 系统软件设计 11
（一） 高校晨跑自动打卡机的主程序流程设计 11
（二） 液晶屏驱动流程设计 12
（三） 提示音 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
流程设计 13
（四） 射频读卡流程设计 13
（五） 是否迟到流程判别 14
（六） 是否早退流程判别 14
总结与展望 16
参考文献 17
致 谢 18
附录一 原理图 19
附录二 PCB图 20
附录三 元件列表 21
引言
高校晨跑自动打卡机的发展背景
通说所说的基于51单片机的高校晨跑自动打卡机器控制系统事实上就是指通过C语言或者其他较长使用的底层语言来编写代码，并通过编译器生成机器代码后，烧录到51单片机芯片后进行指令执行的一种系统，本课题研发的这类系统亦符合这类特点，它在内部以51单片机最小系统当作核心部分，并在外设电路上配置采集电路、传感电路、按键电路和液晶电路等，通过C51的操控，完成所有功能，该高校晨跑自动打卡机器控制系统以C语言等最接近硬件的语言来实现对电路控制，能够以最大的效率执行各项功能。
图1 晨跑打卡器
本论文将要研究的是用处理器芯片来操控的一种高校晨跑自动打卡机器控制系统，通过对该系统的突出特点和当前市面上最高端的款式做探究和分析后，制定出一种适合这次毕业设计来研究的系统，通过调研可以发现该使用单片机实现的高校晨跑自动打卡机器系统的功效常见不低于其他类型的高校晨跑自动打卡机器系统，这不单单体现在其超高的性价比上，更在于系统所表现出来的功能等上。如今市场上的高校晨跑自动打卡机器控制系统主要是以微处理器当作控制核心的，当然在工业场合也有采用CPLD或者PLC控制器等控制器来完成的。采用CPLD或者FPGA等可编程逻辑器件实现的系统具备运行速度快，适合处理逻辑功能复杂的系统，FPGA等芯片的管脚非常多，动辄上百个可供用户的IO管脚，而且每个管脚都含有输入输出功能，与微处理器的开发过程不同的是，这种控制器使用自下而上的模块化设计形式来完成系统设计，开发者在对高校晨跑自动打卡机器系统配置之初首先必需在心中构建出一副系统的整体蓝图，随后通过图形化语言把各必要模块绘制出来，接下来须要通过VHDL或verilog语言对各模块进行时序功能设计，这类方法编写出来的系统虽然性能较为好，而对研究人员的入门要求特别高，与此同时verilog语言非常难学另外对时序的操控也是一门非常难于理解的问题，从而普及性上不如C语言，这就是引发如今以FPGA或CPLD电子元件作为核心的高校晨跑自动打卡机器控制系统不流行的一个主要原因。许多有了对高校晨跑自动打卡机器控制系统常年设计经验的工程师不得不承认一个事实，如今单片机市场呈现出的功效不断上升而价格不断下降趋势使得使用主控处理器当作主控器件来配置高校晨跑自动打卡机器控制系统，是最为明智的选择，通过高性能控制器芯片来实现的高校晨跑自动打卡机器系统不单单符合当前比较流行的低功耗理念，更对提升系统的总体性价比具有特别重要的意义。
高校晨跑自动打卡机的发展现状
通过对如今市面上所有的高校晨跑自动打卡机器系统产品进行多次较为之后可以发现，高端产品和中低端产品的价格区间具有非常大一部分重叠区，差距不是很大，目前国内对于高端产品的研究技术掌握力度还不是很够，而中低端产品和高端产品无论是在价格方面还是性能方面都没有足以的竞争力。高校晨跑自动打卡机器系统的研究技术的掌握程度现如今在国际上具有较为明显的差距，欧美一些发达国家因为对高校晨跑自动打卡机器控制系统开始设计的时间比较早，所以在经过多年不断优化和改进过程中催生出许多掌握了顶尖技术的企业，而国内多所企业和大学如今正沉下心去而且以攻坚克难的态度在对上乘高校晨跑自动打卡机器系统进行研究。高校晨跑自动打卡机器系统的高度集成技术是国际上公司的研究重点，将完成高校晨跑自动打卡机器系统的所有功能的电路所有合成在一片硅片中并且将全部接口引脚引出来，这是未来高校晨跑自动打卡机器控制系统的最后发展趋势。
主要内容
系统采用了模块化电路设计方式，配置了一款能够具备对高校学生手持卡片进行快速无线识别、晨跑签到时间、结束时间、是否早退或迟到等数据信息进行判别和记录等指标的电子系统，并实现如下指标：
1、设计参数显示电路，通过对LCD1602液晶屏的驱动，将待显示的参数通过单片机送入液晶屏内部；
2、设计有源蜂鸣器电路，实现对高校晨跑自动打卡机器系统的提示音功能；
3、配置RC522型RFID电路模块，通过该电路实现对IC卡片的感应和识别
4、配置实时时钟电路，通过该电路的工作为高校晨跑自动打卡机器系统提供准确无误的计时信息。
高校晨跑自动打卡机的方案设计
本章主要对高校晨跑自动打卡机器系统的实现方案进行构建，STC89C51当作整个系统的控制器，无论是在硬件结构框架还是软件程序上，都处于核心角色，接下来对框图中的各部分的指标进行简介：这其中STC89C51芯片、复位电路和时钟电路三个部分组成了最小系统电路，实现了对LCD1602、有源蜂鸣器、RC522型RFID模块和DS1302实时时钟芯片的控制，无线读卡模块电路的主要部分是RC522芯片电路，通过电阻电容电感网络以及天线等部分的设计，单片机通过SPI接口对其进行驱动，实现对高校学生手持的IC卡进行高速无线读取，实现对打卡时间的检测；实时时间模块主要由DS1302时钟芯片构成，单片机启动三线式串行接口对其进行驱动后将从中获取到实时的北京时间数据；提示音电路主要由有源蜂鸣器构成，用于实现高校学生晨跑打开时的滴滴提示音输出；显示电路主要由LCD1602液晶屏构成，单片机通过对其驱动实现数据的写入并最终实现时间日期以及学生身份信息的显示；按键模块主要由机械按键器件组成，用于实现时间日期等参数的设置。
目录
一、 引言 1
（一） 高校晨跑自动打卡机的发展背景 1
（二） 高校晨跑自动打卡机的发展现状 2
（三） 主要内容 2
二、 高校晨跑自动打卡机的方案设计 4
三、 系统硬件设计 5
（一） 高校晨跑自动打卡机的主控电路设计 5
1. 单片机简介 5
2. 最小系统电路设计 5
（二） 参数液晶显示电路设计 6
1. LCD1602液晶屏简介 6
2. LCD1602液晶屏电路设计 6
（三） 刷卡提示音产生电路设计 7
1. 蜂鸣器简介 7
2. 蜂鸣器驱动电路设计 7
（四） 射频无线读卡电路设计 8
1. RC522型RFID模块简介 8
2. 读卡驱动电路设计 8
（五） 实时时间产生电路设计 9
（六） 按键电路设计 9
四、 系统软件设计 11
（一） 高校晨跑自动打卡机的主程序流程设计 11
（二） 液晶屏驱动流程设计 12
（三） 提示音 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
流程设计 13
（四） 射频读卡流程设计 13
（五） 是否迟到流程判别 14
（六） 是否早退流程判别 14
总结与展望 16
参考文献 17
致 谢 18
附录一 原理图 19
附录二 PCB图 20
附录三 元件列表 21
引言
高校晨跑自动打卡机的发展背景
通说所说的基于51单片机的高校晨跑自动打卡机器控制系统事实上就是指通过C语言或者其他较长使用的底层语言来编写代码，并通过编译器生成机器代码后，烧录到51单片机芯片后进行指令执行的一种系统，本课题研发的这类系统亦符合这类特点，它在内部以51单片机最小系统当作核心部分，并在外设电路上配置采集电路、传感电路、按键电路和液晶电路等，通过C51的操控，完成所有功能，该高校晨跑自动打卡机器控制系统以C语言等最接近硬件的语言来实现对电路控制，能够以最大的效率执行各项功能。
图1 晨跑打卡器
本论文将要研究的是用处理器芯片来操控的一种高校晨跑自动打卡机器控制系统，通过对该系统的突出特点和当前市面上最高端的款式做探究和分析后，制定出一种适合这次毕业设计来研究的系统，通过调研可以发现该使用单片机实现的高校晨跑自动打卡机器系统的功效常见不低于其他类型的高校晨跑自动打卡机器系统，这不单单体现在其超高的性价比上，更在于系统所表现出来的功能等上。如今市场上的高校晨跑自动打卡机器控制系统主要是以微处理器当作控制核心的，当然在工业场合也有采用CPLD或者PLC控制器等控制器来完成的。采用CPLD或者FPGA等可编程逻辑器件实现的系统具备运行速度快，适合处理逻辑功能复杂的系统，FPGA等芯片的管脚非常多，动辄上百个可供用户的IO管脚，而且每个管脚都含有输入输出功能，与微处理器的开发过程不同的是，这种控制器使用自下而上的模块化设计形式来完成系统设计，开发者在对高校晨跑自动打卡机器系统配置之初首先必需在心中构建出一副系统的整体蓝图，随后通过图形化语言把各必要模块绘制出来，接下来须要通过VHDL或verilog语言对各模块进行时序功能设计，这类方法编写出来的系统虽然性能较为好，而对研究人员的入门要求特别高，与此同时verilog语言非常难学另外对时序的操控也是一门非常难于理解的问题，从而普及性上不如C语言，这就是引发如今以FPGA或CPLD电子元件作为核心的高校晨跑自动打卡机器控制系统不流行的一个主要原因。许多有了对高校晨跑自动打卡机器控制系统常年设计经验的工程师不得不承认一个事实，如今单片机市场呈现出的功效不断上升而价格不断下降趋势使得使用主控处理器当作主控器件来配置高校晨跑自动打卡机器控制系统，是最为明智的选择，通过高性能控制器芯片来实现的高校晨跑自动打卡机器系统不单单符合当前比较流行的低功耗理念，更对提升系统的总体性价比具有特别重要的意义。
高校晨跑自动打卡机的发展现状
通过对如今市面上所有的高校晨跑自动打卡机器系统产品进行多次较为之后可以发现，高端产品和中低端产品的价格区间具有非常大一部分重叠区，差距不是很大，目前国内对于高端产品的研究技术掌握力度还不是很够，而中低端产品和高端产品无论是在价格方面还是性能方面都没有足以的竞争力。高校晨跑自动打卡机器系统的研究技术的掌握程度现如今在国际上具有较为明显的差距，欧美一些发达国家因为对高校晨跑自动打卡机器控制系统开始设计的时间比较早，所以在经过多年不断优化和改进过程中催生出许多掌握了顶尖技术的企业，而国内多所企业和大学如今正沉下心去而且以攻坚克难的态度在对上乘高校晨跑自动打卡机器系统进行研究。高校晨跑自动打卡机器系统的高度集成技术是国际上公司的研究重点，将完成高校晨跑自动打卡机器系统的所有功能的电路所有合成在一片硅片中并且将全部接口引脚引出来，这是未来高校晨跑自动打卡机器控制系统的最后发展趋势。
主要内容
系统采用了模块化电路设计方式，配置了一款能够具备对高校学生手持卡片进行快速无线识别、晨跑签到时间、结束时间、是否早退或迟到等数据信息进行判别和记录等指标的电子系统，并实现如下指标：
1、设计参数显示电路，通过对LCD1602液晶屏的驱动，将待显示的参数通过单片机送入液晶屏内部；
2、设计有源蜂鸣器电路，实现对高校晨跑自动打卡机器系统的提示音功能；
3、配置RC522型RFID电路模块，通过该电路实现对IC卡片的感应和识别
4、配置实时时钟电路，通过该电路的工作为高校晨跑自动打卡机器系统提供准确无误的计时信息。
高校晨跑自动打卡机的方案设计
本章主要对高校晨跑自动打卡机器系统的实现方案进行构建，STC89C51当作整个系统的控制器，无论是在硬件结构框架还是软件程序上，都处于核心角色，接下来对框图中的各部分的指标进行简介：这其中STC89C51芯片、复位电路和时钟电路三个部分组成了最小系统电路，实现了对LCD1602、有源蜂鸣器、RC522型RFID模块和DS1302实时时钟芯片的控制，无线读卡模块电路的主要部分是RC522芯片电路，通过电阻电容电感网络以及天线等部分的设计，单片机通过SPI接口对其进行驱动，实现对高校学生手持的IC卡进行高速无线读取，实现对打卡时间的检测；实时时间模块主要由DS1302时钟芯片构成，单片机启动三线式串行接口对其进行驱动后将从中获取到实时的北京时间数据；提示音电路主要由有源蜂鸣器构成，用于实现高校学生晨跑打开时的滴滴提示音输出；显示电路主要由LCD1602液晶屏构成，单片机通过对其驱动实现数据的写入并最终实现时间日期以及学生身份信息的显示；按键模块主要由机械按键器件组成，用于实现时间日期等参数的设置。
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