stc89c51单片机的自动打卡系统设计
摘 要本文设计了一款自动打卡器系统，选用了51单片机作为自动打卡器控制系统的主控芯片，在51单片机外部配置了RFID无线识别模块、DS1302时钟模块以及LCD1602液晶屏等核心功能模块，通过软硬件的设计，实现了自动打卡器系统的自动打开、自动判断迟到/早退以及打开记录查询等功能。在系统硬件设计方面，通过51单片机最小系统作为核心部分，通过与各模块之间的连接以及驱动，构建了自动打卡器系统的硬件结构，在软件设计方面通过Keil软件进行了C语言代码的编写以及编译，通过程序生成的目标代码实现了对硬件的控制。经过了大量的系统测试，本系统最终表现出了非常高的可行性以及稳定性，非常适合推向未来的智能自动打卡器系统市场。
目录
一、 引言 1
（一） 打卡器控制系统的发展背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本课题主要设计内容 2
二、 方案设计 2
三、 系统硬件设计 3
（一） 打卡识别电路设计 3
1. RFID无线识别模块介绍 3
2. 身份识别电路设计 4
（二） 显示电路设计 5
1. LCD1602液晶显示器模块介绍 5
2. 显示电路设计 5
（三） 系统时间输出电路设计 6
1. DS1302时钟芯片介绍 6
2. 时间输出的设计 7
（四） 声音提示电路设计 7
（五） 按键电路设计 8
四、 系统软件设计 9
（一） 自动打卡器系统的软件工作流程设计 9
（二） LCD1602字符点阵屏幕驱动流程设计 10
（三） DS1302芯片软件工作流程设计 10
五、 实物调试 11
总 结 15
参考文献 16
致 谢 17
附录二 PCB 19
附录三 实物图 20
附录四 元件列表 21
附录五 程序 22
引言
打卡器控制系统的发展背景
本课题将要设计一款以STC89C51单片机来作为中央处理
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
器的打卡器控制系统，这款系统与目前市面上绝大多数产品相比将具有更高的处理速度、更优秀的身份识别性能以及大幅度降低的功耗，下图11对打卡器系统的发展背景做简要介绍。
图11智能打卡机
打卡器通常用于一些需要考勤的场合，如公司的员工上下班考勤、大学校园的学生、教师上课考勤或者参加早操考勤等，传统的考勤方式采用专门人员进行笔头记录，这种传统方式不但繁琐，并且需要设置专门的考勤人员进行监督和负责，随着时间的不断推移并且人们对于打卡考勤要求不断增加，时间日期计量、自动判别是否迟到或者早退以及记录等基本功能以及不能满足人们日益提高的生活标准，这些不断扩充的功能在单片机技术发展成熟后得到了实现，随着近几年来传感器技术发展成熟后实现了传感器外形不断缩小并且传感精度不断提升，以单片机等微处理器芯片作为核心芯片的电子打卡器系统以各种外形外观涌现在市场上，几乎所有普通打卡器甚至智能型打卡器都采用这种微处理器架构来设计其内部硬件框架，其性能主要受微处理器以及传感器的影响，采用高端性能处
7理器如32位的ARM芯片是设计高端打卡器的首选，本课题所要设计的这款打卡器控制系统以单片机的强大处理功能作为核心技术，配合其他功能模块来实现课题预期制定的各项指标。
国内外发展现状
纵观近五年的电子打卡器市场，可以得出一个明显的现象：中端层次的电子打卡器市场几乎出现饱和状态，公司企业或者个人对于中低端产品的需求不断下降，近几年来智能生活以及智能工作的概念的不断深入人心带动了高性能打卡考勤器产品的发展，打卡器作为公司运营或者校园上课过程中重要的一个仪器，实现与其它仪器的相互兼容以及共同控制，目前国内外性能最高的电子打卡器内部处理器采用的是由英国ARM公司设计的CortexM3架构设计的，这款32位数据处理性能的架构使得这款打卡器不但能够实现考勤时间记录等常见功能，更增添了考勤人员的指纹和面容识别等功能。
本课题主要设计内容
本课题将设计一款能够实现打卡考勤功能的单片机控制系统，系统将选用宏晶公司生产的STC89C51单片机作为主控芯片，结合其他外围电路组成硬件框架，通过软件的配合，实现如下系统的如下功能和指标：
当打卡者持IC卡靠近刷卡器时，系统能够在1S时间内对IC卡进行快速识别和信息获取；
系统能够对IC卡的ID号码进行显示，并能够判断该ID号对应的员工是否是本公司员工，当刷取成功后，系统内对该员工名称进行显示；
系统能够将打卡时间进行记录，并自动判断员工是否迟到或者早退；
系统具有打卡记录查询功能，并且能够对员工的正常上班、迟到或者早退等进行记录；
系统具有北京时间显示功能。
方案设计
自动打卡器控制系统的硬件系统设计，主要涉及到对单片机最小系统的搭建以及外围其他模块的电路配置等，并最终将各个模块进行连接，使其形成一个信号传递有序并能够稳定工作的系统。图11的系统原理框图首先对本系统的各个模块进行分割，将其以一个个独立模块的形式呈现出来，通过箭头朝向表达了各模块之间的工作关系以及模块之间的连接关系等，下面对各模块的作用进行简要讲解。
1、首先需要说明的是51单片机芯片、复位电路以及时钟电路三个模块，这三个模块的有机组合构成了自动打卡器控制系统的单片机最小系统，之所以称为最小系统，是因为笔者消耗了很少的器件就使得51单片机能够正常工作（下文将对单片机最小系统进行详细讲解）；
2、DS1302模块主要DS1302时钟芯片、晶振、纽扣电池以及电阻电路组成，该模块主要用于向系统提供准确的北京时间，从而实现系统对打卡时间的获取，该模块与单片机通过三线制串口总线进行数据交互；
3、RC522模块采用集成式RFID读卡模块，该模块由于涉及到复杂的微波通信电路，具有极高的设计难度，因此在出厂前已经经过厂家对其必要通信电路芯片和线路的集成，用户只需打开单片机的SPI接口即可完成对其驱动。本系统通过该模块获取IC卡的ID号码，并将获取的ID号通过SPI接口送入单片机内部进行处理；
4、声音提示电路主要由MOSFET管和有源蜂鸣器构成，该电路主要实现对刷卡动作的提示，当打卡者刷取卡片时，系统将通过该电路模块发出一声“滴”的提升声进行刷卡提示；
5、按键电路主要由机械按键构成，用户通过该电路实现对系统时间的设置，单片机主要通过管脚电平来实现对该电路模块的检测和驱动。图21为系统方案设计
图21系统方案设计
系统硬件设计
打卡识别电路设计
RFID无线识别模块介绍
为了实现对打卡者所持IC卡片的识别和读取，本课题选用了图31中的RC522型RFID模块来实现这一功能，RFID技术的载体依靠的是1M~1000GHz频率的射频信号，这种射频信号中携带者IC卡的身份信息，之所以要选用这么高的射频频率来实现身份识别功能，是因为它不容易对周围其他设备造成干扰，超过15cm后射频信号就会被极大的衰减，因此非常适合作此用途。本课题选用的射频身份识别模块为RC522（如图31所示），它采用了13.56MHz作为通信频段，该频段属于公共免费的ISM频段，用户在使用时不需要交付费用。
目录
一、 引言 1
（一） 打卡器控制系统的发展背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本课题主要设计内容 2
二、 方案设计 2
三、 系统硬件设计 3
（一） 打卡识别电路设计 3
1. RFID无线识别模块介绍 3
2. 身份识别电路设计 4
（二） 显示电路设计 5
1. LCD1602液晶显示器模块介绍 5
2. 显示电路设计 5
（三） 系统时间输出电路设计 6
1. DS1302时钟芯片介绍 6
2. 时间输出的设计 7
（四） 声音提示电路设计 7
（五） 按键电路设计 8
四、 系统软件设计 9
（一） 自动打卡器系统的软件工作流程设计 9
（二） LCD1602字符点阵屏幕驱动流程设计 10
（三） DS1302芯片软件工作流程设计 10
五、 实物调试 11
总 结 15
参考文献 16
致 谢 17
附录二 PCB 19
附录三 实物图 20
附录四 元件列表 21
附录五 程序 22
引言
打卡器控制系统的发展背景
本课题将要设计一款以STC89C51单片机来作为中央处理
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
器的打卡器控制系统，这款系统与目前市面上绝大多数产品相比将具有更高的处理速度、更优秀的身份识别性能以及大幅度降低的功耗，下图11对打卡器系统的发展背景做简要介绍。
图11智能打卡机
打卡器通常用于一些需要考勤的场合，如公司的员工上下班考勤、大学校园的学生、教师上课考勤或者参加早操考勤等，传统的考勤方式采用专门人员进行笔头记录，这种传统方式不但繁琐，并且需要设置专门的考勤人员进行监督和负责，随着时间的不断推移并且人们对于打卡考勤要求不断增加，时间日期计量、自动判别是否迟到或者早退以及记录等基本功能以及不能满足人们日益提高的生活标准，这些不断扩充的功能在单片机技术发展成熟后得到了实现，随着近几年来传感器技术发展成熟后实现了传感器外形不断缩小并且传感精度不断提升，以单片机等微处理器芯片作为核心芯片的电子打卡器系统以各种外形外观涌现在市场上，几乎所有普通打卡器甚至智能型打卡器都采用这种微处理器架构来设计其内部硬件框架，其性能主要受微处理器以及传感器的影响，采用高端性能处
7理器如32位的ARM芯片是设计高端打卡器的首选，本课题所要设计的这款打卡器控制系统以单片机的强大处理功能作为核心技术，配合其他功能模块来实现课题预期制定的各项指标。
国内外发展现状
纵观近五年的电子打卡器市场，可以得出一个明显的现象：中端层次的电子打卡器市场几乎出现饱和状态，公司企业或者个人对于中低端产品的需求不断下降，近几年来智能生活以及智能工作的概念的不断深入人心带动了高性能打卡考勤器产品的发展，打卡器作为公司运营或者校园上课过程中重要的一个仪器，实现与其它仪器的相互兼容以及共同控制，目前国内外性能最高的电子打卡器内部处理器采用的是由英国ARM公司设计的CortexM3架构设计的，这款32位数据处理性能的架构使得这款打卡器不但能够实现考勤时间记录等常见功能，更增添了考勤人员的指纹和面容识别等功能。
本课题主要设计内容
本课题将设计一款能够实现打卡考勤功能的单片机控制系统，系统将选用宏晶公司生产的STC89C51单片机作为主控芯片，结合其他外围电路组成硬件框架，通过软件的配合，实现如下系统的如下功能和指标：
当打卡者持IC卡靠近刷卡器时，系统能够在1S时间内对IC卡进行快速识别和信息获取；
系统能够对IC卡的ID号码进行显示，并能够判断该ID号对应的员工是否是本公司员工，当刷取成功后，系统内对该员工名称进行显示；
系统能够将打卡时间进行记录，并自动判断员工是否迟到或者早退；
系统具有打卡记录查询功能，并且能够对员工的正常上班、迟到或者早退等进行记录；
系统具有北京时间显示功能。
方案设计
自动打卡器控制系统的硬件系统设计，主要涉及到对单片机最小系统的搭建以及外围其他模块的电路配置等，并最终将各个模块进行连接，使其形成一个信号传递有序并能够稳定工作的系统。图11的系统原理框图首先对本系统的各个模块进行分割，将其以一个个独立模块的形式呈现出来，通过箭头朝向表达了各模块之间的工作关系以及模块之间的连接关系等，下面对各模块的作用进行简要讲解。
1、首先需要说明的是51单片机芯片、复位电路以及时钟电路三个模块，这三个模块的有机组合构成了自动打卡器控制系统的单片机最小系统，之所以称为最小系统，是因为笔者消耗了很少的器件就使得51单片机能够正常工作（下文将对单片机最小系统进行详细讲解）；
2、DS1302模块主要DS1302时钟芯片、晶振、纽扣电池以及电阻电路组成，该模块主要用于向系统提供准确的北京时间，从而实现系统对打卡时间的获取，该模块与单片机通过三线制串口总线进行数据交互；
3、RC522模块采用集成式RFID读卡模块，该模块由于涉及到复杂的微波通信电路，具有极高的设计难度，因此在出厂前已经经过厂家对其必要通信电路芯片和线路的集成，用户只需打开单片机的SPI接口即可完成对其驱动。本系统通过该模块获取IC卡的ID号码，并将获取的ID号通过SPI接口送入单片机内部进行处理；
4、声音提示电路主要由MOSFET管和有源蜂鸣器构成，该电路主要实现对刷卡动作的提示，当打卡者刷取卡片时，系统将通过该电路模块发出一声“滴”的提升声进行刷卡提示；
5、按键电路主要由机械按键构成，用户通过该电路实现对系统时间的设置，单片机主要通过管脚电平来实现对该电路模块的检测和驱动。图21为系统方案设计
图21系统方案设计
系统硬件设计
打卡识别电路设计
RFID无线识别模块介绍
为了实现对打卡者所持IC卡片的识别和读取，本课题选用了图31中的RC522型RFID模块来实现这一功能，RFID技术的载体依靠的是1M~1000GHz频率的射频信号，这种射频信号中携带者IC卡的身份信息，之所以要选用这么高的射频频率来实现身份识别功能，是因为它不容易对周围其他设备造成干扰，超过15cm后射频信号就会被极大的衰减，因此非常适合作此用途。本课题选用的射频身份识别模块为RC522（如图31所示），它采用了13.56MHz作为通信频段，该频段属于公共免费的ISM频段，用户在使用时不需要交付费用。
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