单片机的门禁系统的设计
摘 要本文主要介绍了一款智能识别门禁系统，这款系统能够实现对IC卡的识别、读取以及门禁的开启和关闭等功能，在硬件设计上采用了STC89C51单片机作为主控单片机，在其外部配置了液晶屏、Y13R型RFID等功能模块，在软件上通过C语言进行了程序构建，并通过Keil软件对软件代码进行了编写和编译，通过软硬件系统的构建实现了这款智能识别门禁系统。经过了多次的测试和改进，本系统表现出了非常高的稳定性和实用性，非常适合推向智能识别门禁系统的各种应用场合。
目录
一、 引言 1
（一） 课题发展背景 1
（二） 课题主要研究内容设计 2
二、 系统方案设计 3
三、 硬件系统设计 4
（一） STC89C51单片机介绍 4
（二） IC卡识别电路设计 4
1. Y13R型RFID模块简介 4
2. IC卡识别电路设计 5
（三） 显示电路设计 5
1. LCD1602液晶屏模块简介 5
2. 液晶显示电路设计 6
（四） 按键电路设计 7
四、 软件系统设计 8
（一） 主程序设计 8
（二） IC卡识别子程序设计 9
（三） 显示子程序设计 10
五、 仿真与调试 12
（一） 门禁系统仿真原理图设计 12
（二） 启动仿真系统 13
总 结 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
附录四 程序 22
引言
课题发展背景
本课题将要设计的这款智能识别门禁控制系统是一种使用微处理器来控制的电子系统，所谓的基于51单片机的智能识别门禁控制系统实际上指的是在硬件结构上以51单片机作为核心部分，通过单片机对芯片外部的传感器、按键模块以及显示屏等部分的驱动，实现整个系统的良好工作，这就是我们经常说的基于51单片机的智能识别门禁控制系统。如图一
图1 智能识别门
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禁控制器
最早的用于实现门禁功能的一起早在很多年前就已经出现，这类传统意义上的智能识别门禁系统全部采用机械结构来完成，当单片机技术还没有实现普遍化和生活化之前，使用机械结构来实现对盗贼的阻碍功能是主流方式，这种机械式门禁系统所表现出的特点也是非常显著的，由于全部采用机械部件来组成整个系统框架，因此在外观上是非常庞大的，在使用过程中由于机械部件存在不可避免的摩擦和老损，因此需要定期地进行维护活着部件更换，另外由于全部采用机械结构，因此一旦投入使用就很难有办法进行功能升级或者系统优化，只能一直使用到报废，这就是传统智能识别门禁系统的典型特点。随着科学技术的飞速发展以及电子技术的空前的全民化，人们已经越来越不能满足于这种传统智能识别门禁系统所能实现的功能，这时候单片机系统的出现打破了这一僵局，大部分智能识别门禁系统的设计师们意识到唯有采用电子技术进行自动控制才能带来这种产品的全面发展，于是诸多开发人员以及相关传统企业开始了对基于单片机的智能识别门禁控制系统的开发与设计，由于单片机具有多管脚以及可编程等重要特性，其多管脚特点使得它可以同时对多种模块（按键、报警器以及液晶屏等）进行驱动，因此这种电子式的智能识别门禁控制系统突破了传统机械式的单一功能性，不但实现了传统机械式的基本功能，更引入了显示、系统配置以及报警等新型功能，更加重要的是由于单片机能够实现程序编程，因此即使将产品推向市场，也不耽误智能识别门禁产品的再升级，只需要通过程序代码的改写以及重新烧写就可以实现智能识别门禁控制系统的二次甚至多次升级，这还传统机械式智能识别门禁系统所无法实现的，另外由于这种电子式智能识别门禁系统全部采用芯片来完成各项功能，因此在批量生产后可以大幅度地降低生产成本，使得最终推向市场后的智能识别门禁控制系统表现出非常高的性价比，本课题就将采用单片机芯片来实现一款智能识别门禁控制系统。
课题主要研究内容设计
本文主要研究了一款智能识别门禁系统，并实现了如下功能指标：系统的硬件主体采用STC89C51单片机芯片来作为主控核心，设计复位电路和晶振电路两个模块同单片机芯片组成单片机最小系统电路，通过该电路的控制作用实现对RFID模块、显示屏幕以及按键电路的驱动。在外围模块电路的设计上，使用Y13R型RFID模块作为IC卡片的识别模块，通过将该模块与单片机进行连接，从而实现两者之间的数据交互，Y13R模块将识别读取到的IC卡号通过SPI接口送入单片机内部进行处理。系统的液晶显示功能通过LCD1602液晶屏来实现，通过该液晶屏对IC卡号以及刷卡用户的个人信息进行显示。
系统方案设计
下图为智能识别门禁系统的硬件结构框图设计，该框图通过Visio软件进行绘制，在图中51单片机、晶振电路和复位电路三者组成了整个系统的核心部分，通过该部分实现了对其周围的LCD1602液晶屏、Y13R型RFID以及机械按键等模块的驱动，下面对框图中各个模块的功能进行简要介绍。
LCD1602模块用于实现对IC卡号和用户信息的显示，单片机通过并行接口对该模块进行驱动；Y13R模块用于实现对IC卡的识别和读取，将读取结果进行转换并通过SPI接口送入单片机内部进行处理；机械按键组成按键电路模块，系统通过单片机的P1口进行驱动，实现对系统的参数控制，方案框图中的各模块电路将在下文进行详细设计。
图2 系统方案框图设计
硬件系统设计
STC89C51单片机介绍
本文所设计的这款智能识别门禁系统选用了下图中的STC89C51单片机作为主控单片机，这款单片机内部集成了4K字节大小的FLASH ，足以存放智能识别门禁系统的程序，另外其512字节的RAM存储器能够使得系统运行非常流畅。
图3 STC89C51单片机
IC卡识别电路设计
Y13R型RFID模块简介
为了实现门禁系统的IC卡读取和识别功能，本课题选用了下图中的Y13R型RFID模块，该模块具有非常高的集成度，在使用时单片机只需打开SPI接口对其进行数据写入和读取，即可完成对该模块的配置、启动和IC卡号获取，该模块采用+5V直流电压供电，在正常工作时的电流消耗低于1mA，是一款功耗非常低的的RFID模块。
图4 RFID模块实物图
IC卡识别电路设计
目录
一、 引言 1
（一） 课题发展背景 1
（二） 课题主要研究内容设计 2
二、 系统方案设计 3
三、 硬件系统设计 4
（一） STC89C51单片机介绍 4
（二） IC卡识别电路设计 4
1. Y13R型RFID模块简介 4
2. IC卡识别电路设计 5
（三） 显示电路设计 5
1. LCD1602液晶屏模块简介 5
2. 液晶显示电路设计 6
（四） 按键电路设计 7
四、 软件系统设计 8
（一） 主程序设计 8
（二） IC卡识别子程序设计 9
（三） 显示子程序设计 10
五、 仿真与调试 12
（一） 门禁系统仿真原理图设计 12
（二） 启动仿真系统 13
总 结 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
附录四 程序 22
引言
课题发展背景
本课题将要设计的这款智能识别门禁控制系统是一种使用微处理器来控制的电子系统，所谓的基于51单片机的智能识别门禁控制系统实际上指的是在硬件结构上以51单片机作为核心部分，通过单片机对芯片外部的传感器、按键模块以及显示屏等部分的驱动，实现整个系统的良好工作，这就是我们经常说的基于51单片机的智能识别门禁控制系统。如图一
图1 智能识别门
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禁控制器
最早的用于实现门禁功能的一起早在很多年前就已经出现，这类传统意义上的智能识别门禁系统全部采用机械结构来完成，当单片机技术还没有实现普遍化和生活化之前，使用机械结构来实现对盗贼的阻碍功能是主流方式，这种机械式门禁系统所表现出的特点也是非常显著的，由于全部采用机械部件来组成整个系统框架，因此在外观上是非常庞大的，在使用过程中由于机械部件存在不可避免的摩擦和老损，因此需要定期地进行维护活着部件更换，另外由于全部采用机械结构，因此一旦投入使用就很难有办法进行功能升级或者系统优化，只能一直使用到报废，这就是传统智能识别门禁系统的典型特点。随着科学技术的飞速发展以及电子技术的空前的全民化，人们已经越来越不能满足于这种传统智能识别门禁系统所能实现的功能，这时候单片机系统的出现打破了这一僵局，大部分智能识别门禁系统的设计师们意识到唯有采用电子技术进行自动控制才能带来这种产品的全面发展，于是诸多开发人员以及相关传统企业开始了对基于单片机的智能识别门禁控制系统的开发与设计，由于单片机具有多管脚以及可编程等重要特性，其多管脚特点使得它可以同时对多种模块（按键、报警器以及液晶屏等）进行驱动，因此这种电子式的智能识别门禁控制系统突破了传统机械式的单一功能性，不但实现了传统机械式的基本功能，更引入了显示、系统配置以及报警等新型功能，更加重要的是由于单片机能够实现程序编程，因此即使将产品推向市场，也不耽误智能识别门禁产品的再升级，只需要通过程序代码的改写以及重新烧写就可以实现智能识别门禁控制系统的二次甚至多次升级，这还传统机械式智能识别门禁系统所无法实现的，另外由于这种电子式智能识别门禁系统全部采用芯片来完成各项功能，因此在批量生产后可以大幅度地降低生产成本，使得最终推向市场后的智能识别门禁控制系统表现出非常高的性价比，本课题就将采用单片机芯片来实现一款智能识别门禁控制系统。
课题主要研究内容设计
本文主要研究了一款智能识别门禁系统，并实现了如下功能指标：系统的硬件主体采用STC89C51单片机芯片来作为主控核心，设计复位电路和晶振电路两个模块同单片机芯片组成单片机最小系统电路，通过该电路的控制作用实现对RFID模块、显示屏幕以及按键电路的驱动。在外围模块电路的设计上，使用Y13R型RFID模块作为IC卡片的识别模块，通过将该模块与单片机进行连接，从而实现两者之间的数据交互，Y13R模块将识别读取到的IC卡号通过SPI接口送入单片机内部进行处理。系统的液晶显示功能通过LCD1602液晶屏来实现，通过该液晶屏对IC卡号以及刷卡用户的个人信息进行显示。
系统方案设计
下图为智能识别门禁系统的硬件结构框图设计，该框图通过Visio软件进行绘制，在图中51单片机、晶振电路和复位电路三者组成了整个系统的核心部分，通过该部分实现了对其周围的LCD1602液晶屏、Y13R型RFID以及机械按键等模块的驱动，下面对框图中各个模块的功能进行简要介绍。
LCD1602模块用于实现对IC卡号和用户信息的显示，单片机通过并行接口对该模块进行驱动；Y13R模块用于实现对IC卡的识别和读取，将读取结果进行转换并通过SPI接口送入单片机内部进行处理；机械按键组成按键电路模块，系统通过单片机的P1口进行驱动，实现对系统的参数控制，方案框图中的各模块电路将在下文进行详细设计。
图2 系统方案框图设计
硬件系统设计
STC89C51单片机介绍
本文所设计的这款智能识别门禁系统选用了下图中的STC89C51单片机作为主控单片机，这款单片机内部集成了4K字节大小的FLASH ，足以存放智能识别门禁系统的程序，另外其512字节的RAM存储器能够使得系统运行非常流畅。
图3 STC89C51单片机
IC卡识别电路设计
Y13R型RFID模块简介
为了实现门禁系统的IC卡读取和识别功能，本课题选用了下图中的Y13R型RFID模块，该模块具有非常高的集成度，在使用时单片机只需打开SPI接口对其进行数据写入和读取，即可完成对该模块的配置、启动和IC卡号获取，该模块采用+5V直流电压供电，在正常工作时的电流消耗低于1mA，是一款功耗非常低的的RFID模块。
图4 RFID模块实物图
IC卡识别电路设计
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