51单片机的门禁系统的设计
目 录
一、 引 言 1
二、 概述 2
（一） 方案设计 2
（二）系统原理设计思路 3
（三）射频卡（IC卡）选择 3
（四）系统功能说明 3
三、 硬件电路的设计 3
（一）门禁系统电路基本原理 3
1．门禁系统结构图 3
2．门禁系统主要组成 4
3．门禁系统的简单工作原理 4
（二）门禁系统总电路简介 4
（三）AT89C51单片机简介 5
1．单片机AT89C51 5
2．引脚功能说明 6
（四）门禁系统其他电路图 8
1.门锁电路 8
2.报警电路 9
3.工作指示灯电路 10
4.读卡模块 11
5.显示模块 14
四、 软件设计 14
（一）软件总体设计 14
（二）软件调试 15
1.KeilC51简介 15
2.调试过程 16
五、 系统仿真 18
（一）电路的功能仿真 18
1.系统通电仿真 18
2.合法卡刷卡仿真 19
3.非法卡刷卡仿真 19
（二）调试分析 20
总 结 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
附录 程序清单 24
一、 引 言
当今世界，日新月异，在这以经济竞争为主流的年代各行各业蓬勃发展，而伴随着的是人们的安全意识也越来越强，这也无形中要求安全防控工作的不断升级与提高。而作为应用最广泛 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
、最直接的安全防控手段之一，门禁系统俨然成为了当下科技创新产品领域里的新宠儿。
21世纪是信息化时代，随着科学技术的发展日益强大，人们在享受着各种高科技带来的便利和服务的同时，也对伴随而来的诸多不安全因素有着深深的担忧。目前，门禁系统集众多高科技技术于一身，已成为社会中各单位、各层次所认可的最有效、最直接的安防手段之一。门禁系统通过控制出入口来限制进出人员，不仅兼具有防盗警报、监控等传统的安防功能，还可以根据需要来对安控区域实行禁严。在有不法行为发生时能够及时封锁现场，协助警方办案，从而能极大的挽回损失规避风险，保证人生和财产安全。此外，门禁系统除却安全防控功能，还有极为广泛的用途。例如当今潮流“一卡通”功能，无论校园、公司内部、开发园区或是企业机关都有很好的应用，签到考勤、吃饭消费、借书证、停车场、身份证明等等。且在交通、通讯、银行等诸多领域都有广泛的应用。
也正是因为门禁系统如此强大的实用性，以及大的市场需求、应用广泛等种种条件，我们就以此作为探讨研究的课题。
二、 概述
（一） 方案设计
门禁系统主要方案：联网型、不联网型等。
方案一：联网型
联网型门禁系统即通过计算机软件管理门禁权限，具有实时联网、同步数据传输、便于查询并生成报表等优点。同时亦存在诸多缺点，如计算机需整天待机耗电量大、计算机或者管理系统出现故障则整体系统瘫痪、设备价格高等。联网型门禁系统如下图1。
图1 联网型门禁系统
方案二：不联网型
不联网型门禁系统又称独立型门禁系统，即独立于计算机互联网外，无需通过计算机网上操作来对门禁系统进行管理。只需要对权限卡进行设置权限信息，通过读卡器读取权限来判断和管理进出权限。优点如下：
布线施工方便
价格便宜
操作简单
缺点：
无进出记录的查询
缺少个性化管理
综上分析，我们选择方案二作为研究课题。一为考虑到方案二设计简单易于操作，根据实际情况而定；二为考虑到此设计非应用于高级安防环境，更实际用于人流量相对较多的通道口等。因此，选择方案二作为研究课题。
（二）系统原理设计思路
本设计中利用MCS-51系列单片机中的ATMEL89系列产品89C51芯片作MAIN COMPONENTS。89C51芯片含有4KB片内ROM、128B片内RAM、32b并行I/O、1个串行I/O、2个定时/计数器、5个中断源。在我们研究课题中，考虑到门禁系统应有的功能可以更好的实现，需要将诸多电路模块集合成一个总系统。为满足要求，利用包括单片机主要常规电路外的辅助电路来契合系统，用单片机的复位功能来重置门禁系统，时钟振荡、计时/计数等协助完善电路工作，再以系统中读卡模块、显示模块等与SCMC（单片微型计算机）组成一个完整的电路系统。我们以MCS-51系列ATMEL89C51 CPU为主机核心，编写程序导入系统并执行，使门禁系统正常运行工作。
（三）射频卡（IC卡）选择
卡片最初引入的目的是为了作为一种识别个人身份的手段来使用，而早在19世纪80年代的英国就使用过卡片作为一种交易凭证。IC卡是近年出现在欧洲的，它以突出的3S特点（Security、Standard、Smart）而后来居上，在众多领域发展迅速，应用及其广泛。
在国内市面上有多种卡，条码卡、磁条卡、IC卡、电子标签RFID等。IC卡无论是在存储容量上还是安全可靠性上都高于条码卡和磁条卡，且标准较为统一、卡内信息易于改写；具有防伪造、防篡改的能力；可脱机使用，应用灵活等。
综上分析，我们选取EM4000型射频卡。此卡为低成本只读卡，应用广泛，安全可靠，完全适用于研究课题。
（四）系统功能说明
本设计为IC卡门禁系统。系统可实现的功能如下：
显示合法卡号
卡权限门锁开合
指示灯提醒
非法进入响铃警报
三、 硬件电路的设计
（一）门禁系统电路基本原理
1．门禁系统结构图
结构图如2所示：
图2 结构图
2．门禁系统主要组成
门禁系统组成：
主控芯片CPU（AT89C51）
工作指示电路
复位电路
时钟电路
报警电路
电源电路
门锁电路
读卡模块
显示模块
3．门禁系统的简单工作原理
当刷卡时，蜂鸣器响一下，如卡权限获得允许，显示模块显示卡号，同时继电器动作将门锁打开指示灯点熄灭。当非法卡刷卡时，不显示卡号，门锁不打开，蜂鸣器发出警报。
P0口（P0.0-P0.7）如表1所示：
P0
功能
P0.3/AD3(36引脚)
P0.4/AD4(35引脚)
P0.5/AD5(34引脚)
P1.0/T2(1引脚)
P1口为一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口的缓冲器能够吸收4TTL门电流。P1口的管脚写入1之后，被内部上拉为高电平，可用于输入，P1口被外部下拉为低电平时，将会输出电流，这是因为其内部上拉的缘故。
一、 引 言 1
二、 概述 2
（一） 方案设计 2
（二）系统原理设计思路 3
（三）射频卡（IC卡）选择 3
（四）系统功能说明 3
三、 硬件电路的设计 3
（一）门禁系统电路基本原理 3
1．门禁系统结构图 3
2．门禁系统主要组成 4
3．门禁系统的简单工作原理 4
（二）门禁系统总电路简介 4
（三）AT89C51单片机简介 5
1．单片机AT89C51 5
2．引脚功能说明 6
（四）门禁系统其他电路图 8
1.门锁电路 8
2.报警电路 9
3.工作指示灯电路 10
4.读卡模块 11
5.显示模块 14
四、 软件设计 14
（一）软件总体设计 14
（二）软件调试 15
1.KeilC51简介 15
2.调试过程 16
五、 系统仿真 18
（一）电路的功能仿真 18
1.系统通电仿真 18
2.合法卡刷卡仿真 19
3.非法卡刷卡仿真 19
（二）调试分析 20
总 结 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
附录 程序清单 24
一、 引 言
当今世界，日新月异，在这以经济竞争为主流的年代各行各业蓬勃发展，而伴随着的是人们的安全意识也越来越强，这也无形中要求安全防控工作的不断升级与提高。而作为应用最广泛 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
、最直接的安全防控手段之一，门禁系统俨然成为了当下科技创新产品领域里的新宠儿。
21世纪是信息化时代，随着科学技术的发展日益强大，人们在享受着各种高科技带来的便利和服务的同时，也对伴随而来的诸多不安全因素有着深深的担忧。目前，门禁系统集众多高科技技术于一身，已成为社会中各单位、各层次所认可的最有效、最直接的安防手段之一。门禁系统通过控制出入口来限制进出人员，不仅兼具有防盗警报、监控等传统的安防功能，还可以根据需要来对安控区域实行禁严。在有不法行为发生时能够及时封锁现场，协助警方办案，从而能极大的挽回损失规避风险，保证人生和财产安全。此外，门禁系统除却安全防控功能，还有极为广泛的用途。例如当今潮流“一卡通”功能，无论校园、公司内部、开发园区或是企业机关都有很好的应用，签到考勤、吃饭消费、借书证、停车场、身份证明等等。且在交通、通讯、银行等诸多领域都有广泛的应用。
也正是因为门禁系统如此强大的实用性，以及大的市场需求、应用广泛等种种条件，我们就以此作为探讨研究的课题。
二、 概述
（一） 方案设计
门禁系统主要方案：联网型、不联网型等。
方案一：联网型
联网型门禁系统即通过计算机软件管理门禁权限，具有实时联网、同步数据传输、便于查询并生成报表等优点。同时亦存在诸多缺点，如计算机需整天待机耗电量大、计算机或者管理系统出现故障则整体系统瘫痪、设备价格高等。联网型门禁系统如下图1。
图1 联网型门禁系统
方案二：不联网型
不联网型门禁系统又称独立型门禁系统，即独立于计算机互联网外，无需通过计算机网上操作来对门禁系统进行管理。只需要对权限卡进行设置权限信息，通过读卡器读取权限来判断和管理进出权限。优点如下：
布线施工方便
价格便宜
操作简单
缺点：
无进出记录的查询
缺少个性化管理
综上分析，我们选择方案二作为研究课题。一为考虑到方案二设计简单易于操作，根据实际情况而定；二为考虑到此设计非应用于高级安防环境，更实际用于人流量相对较多的通道口等。因此，选择方案二作为研究课题。
（二）系统原理设计思路
本设计中利用MCS-51系列单片机中的ATMEL89系列产品89C51芯片作MAIN COMPONENTS。89C51芯片含有4KB片内ROM、128B片内RAM、32b并行I/O、1个串行I/O、2个定时/计数器、5个中断源。在我们研究课题中，考虑到门禁系统应有的功能可以更好的实现，需要将诸多电路模块集合成一个总系统。为满足要求，利用包括单片机主要常规电路外的辅助电路来契合系统，用单片机的复位功能来重置门禁系统，时钟振荡、计时/计数等协助完善电路工作，再以系统中读卡模块、显示模块等与SCMC（单片微型计算机）组成一个完整的电路系统。我们以MCS-51系列ATMEL89C51 CPU为主机核心，编写程序导入系统并执行，使门禁系统正常运行工作。
（三）射频卡（IC卡）选择
卡片最初引入的目的是为了作为一种识别个人身份的手段来使用，而早在19世纪80年代的英国就使用过卡片作为一种交易凭证。IC卡是近年出现在欧洲的，它以突出的3S特点（Security、Standard、Smart）而后来居上，在众多领域发展迅速，应用及其广泛。
在国内市面上有多种卡，条码卡、磁条卡、IC卡、电子标签RFID等。IC卡无论是在存储容量上还是安全可靠性上都高于条码卡和磁条卡，且标准较为统一、卡内信息易于改写；具有防伪造、防篡改的能力；可脱机使用，应用灵活等。
综上分析，我们选取EM4000型射频卡。此卡为低成本只读卡，应用广泛，安全可靠，完全适用于研究课题。
（四）系统功能说明
本设计为IC卡门禁系统。系统可实现的功能如下：
显示合法卡号
卡权限门锁开合
指示灯提醒
非法进入响铃警报
三、 硬件电路的设计
（一）门禁系统电路基本原理
1．门禁系统结构图
结构图如2所示：
图2 结构图
2．门禁系统主要组成
门禁系统组成：
主控芯片CPU（AT89C51）
工作指示电路
复位电路
时钟电路
报警电路
电源电路
门锁电路
读卡模块
显示模块
3．门禁系统的简单工作原理
当刷卡时，蜂鸣器响一下，如卡权限获得允许，显示模块显示卡号，同时继电器动作将门锁打开指示灯点熄灭。当非法卡刷卡时，不显示卡号，门锁不打开，蜂鸣器发出警报。
P0口（P0.0-P0.7）如表1所示：
P0
功能
P0.3/AD3(36引脚)
P0.4/AD4(35引脚)
P0.5/AD5(34引脚)
P1.0/T2(1引脚)
P1口为一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口的缓冲器能够吸收4TTL门电流。P1口的管脚写入1之后，被内部上拉为高电平，可用于输入，P1口被外部下拉为低电平时，将会输出电流，这是因为其内部上拉的缘故。
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