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1、IC卡读写器IIC读卡器设计目 录1 设计目的和要求11.1 设计目的11.2 设计要求12 硬件设计22.1 硬件选择和总体系统框图22.2 4x4矩阵键盘电路22.3 数码管动态、静态显示电路32.4 数据储存电路43 软件设计73.1 软件总体流程73.2 IC器件的读写83.3 反转法读键值93.4 数码管扫描显示104 软硬件调试12 4.1 软硬件协同调试125 实习心得13参考文献15附录16I1 设计目的和要求1.1 设计目的本课题的主要内容是采用51系列微控制器实现IC读写器的设计，通过这个实习，增强C语言程序设能力，同时加强对51系列微控制器及相关知识理论的使用，熟练掌握5
2、1系列微控制器的编程、调试和应用系统的开发以及相关芯片总线协议的使用。1.2 设计要求1、密码存储在IC器件AT24C02中，实现数据掉电不丢失。2、系统在上电后四个数码管均显示“”的初始化状态。3、实现数字键0-9和相关功能键的设计， 4、四个功能键的说明：（1）输入键：按下此键时，四个数码管空白显示（全黑），每输入一个数字就在数码管上显示出来。（2）读出键：按下此键后，读出24c02的数据，并显示在四个数码管上。（3）复位键：在按下输入键之后，输入4个数字后，可以选择该键表示放弃输入不储存，或者选择储存键。（4）储存键：当输入修改的数字后，按下此键，将修改的数据进行存储并同时回到初始状态，
3、显示“”。2 硬件设计2.1 硬件选择和总体系统框图本设计采用STC89C52微控制器,用24C02作为存储密码的芯片，实现储存数据断电不丢失，采用4X4矩阵键盘输入，四位共阳数码管动态显示密码。管脚连接如图2.1所示。图中省略时钟电路和电源电路。4位数码管 P0/P3STC89C52RCP2 INT0/INT14x4矩阵键盘 IIC储存器AT24C02图 2.1 总体系统框图2.2 4X4矩阵键盘电路矩阵键盘又称行列式键盘。用I/O口线组成行列结构，按键设置在行列交点上。N条口线最多可构造N个按键。4X4的行列结构可构成16个键的键盘，如图2.2所示。无按键时各行各列彼此相交而不相连。由行列
4、线的电平状态可以识别唯一与之相连的按键，此过程成为读键值。图 2.2 4x4矩阵键盘键盘读键采用反转读键法。第一步：先置行线P2.0P2.3为输入线，列线P2.4P2.7为输出线，且输出为0。相应的P2口写为0FH。若读入低4位的数据为F，则表明有键按下，保存低4位数据。低4位中电平0的位置对应的是被按下键的行位置。第二步：设置输入输出口对换，行线P2.0P2.3为输出线，且输出为0，列线P2.4P2.7为输入线，I/O口编程数据为F0H。若读入高4位数据不等于F，则认为有键按下。读入高4位数据中为0的位为列位置。保存高4位数据，将两次所读数值按位或运算一次，便得按键值。2.3 数码管显示电路
5、设计中显示4位数据时，采用数码管动态显示方式，它既满足4个数码管的显示要求，又节省了单片机的I/O管脚资源，只使用12条I/O口线。4个数码管共用一个I/O口P0，如图2.3所示，在每个瞬间，数码管段码相同。要达到多位显示的目的，就要在每一瞬间只有一位共阳端有效，即只选通一位数码管。段码由共用I/O口送来，各位数码管依次轮流选通，使每位显示该位的字符，并保持一段时间，以适应视觉暂留的效果。然后关闭该位数码管，防止“残影”现象。在显示初始状态“”时，四位数码管为静态显示，所有数码显示相同。图 2.3 数码管显示电路2.4 数据存储电路2.4.1 IC总线协议IC总线是由数据线SDA和时钟SCL构
6、成的串行t通信总线，可发送和接收数据。在微控制器与IC之间、IC与IC之间进行双向传送，在信息的传输过程中，IC总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。IC总线基本状态如图2.4：1）总线空闲（A）数据线和时钟线同时为高电平。2）启动数据传输（B）时钟（SCL）为高电平时，SDA 从高电平变为低电平表示起始条件产生。起始条件必须先于所有的命令产生。3）停止数据传输（C）时钟（SCL）为高电平时， SDA 从低电平变为高电平表示停止条件产生。所有操作都必须以停止条件结束。4）数据传送/数据有效 （D）数据线的状态表明数据何时有效。在起始条
7、件之后，数据线在时钟处于高电平期间保持稳定。必须在时钟信号为低电平期间改变数据线。一个数据位对应一个时钟脉冲。数据的每次传输以起始条件开始，以停止条件结束。在起始条件和停止条件之间传输的数据字节数目由主器件决定。图 2.4 基本状态图确认信号（ACK）每一个被寻址的接收器在接收到每一字节数据后，应发送一个确认位。主器件必须提供一个额外的时钟以传输确认位。在确认时钟脉冲内，器件确认须拉低 SDA 线。在确认时钟的高电平期间，SDA线以这种方式保持稳定的低电平。当然，还必须考虑建立时间和保持时间。图 2.5 6）无应答信号（NO ACK）在时钟的第9个脉冲期间发送器释放数据总线，接收器不拉低数据总
8、线表示一个 NO ACK，NO ACK有两种用途：a、一般表示接收器未成功接收数据字节；b、当接收器是主控器时，它收到最后一个字节后，应发送一个NO ACK信号，以通知被控发送器结束数据发送，并释放总线，以便主控接收器发送一个停止信号STOP。2.4.2 EPROM芯片24C02是2KB二线制IC串行EPROM,其特征码为1010B。模块的电路图如图2.6所示。图 2.6 模块电路连接写数据过程：写操作时，SDA线上的信号依次为：启动START 1010 B2B1B0(0111B) 0低电平为写操作 应答ACK 8位的地址 ACK 数据0 ACK数据15 应答ACK 结束STOP.24C02每
9、一次写操作最多可连续写8字节（一页），也可以少于8字节。一旦停止信号被接收到，则24C02内部写周期将开始。在内部写周期期间，不响应外部信号，直到写周期完成。如图2.7所示为24系列存储器写周期时序图。图2.7 24c02页写入方式2）读数据过程：读操作时，SDA线上的信号依次为：启动START 1010 B2B1B0(0111B) 0低电平为写操作 应答ACK 8位的地址 ACK START 1010 B2B1B0(0111B) 1高电平为读操作 应答ACK 数据0 ACK数据N 非应答NO ACK 结束STOP在读数据之前，先写入要读的数据所在的地址。然后，主器件在“应答”位后产生一个启动
10、信号，以终止刚才的写地址操作。随后主器件再次发出控制字，R/W位为1,。24C02接收“应答”信号后，便可读数据，可以读一字节、两字节、N字节的数据。读完最后一个数据后，主器件发出“非应答”（NO ACK）信号和停止（STOP）信号。如图2.8所示为24系列存储器读操作时序图。图 2.8 24c02读时序3 软件设计3.1 软件总体流程软件的设计主要包括：数据从IC器件的读写，键盘反转读键，数码管扫描显示，数据读取储存逻辑等。其总体流程图如图3.1所示。开始显示“”状态键值扫描 C D关闭数码管读取IIC数据 任意键显示数据，并等待退出输入数据 E F储存输入放弃输入图 3.1 程序总体流程3
11、.2 IC器件的读写该模块实现 IC器件RAM中00单元为首地址的连续4个字节的数据读写。读写原理在硬件设计中叙述，由于过程过长在此不复述，其程序流程图3.2、3.3如下：开始开始启动 启动启动 启动 写控制字 写控制字应答 启动应答 启动 8位地址 8位地址应答 启动应答 启动启动 启动 写数据 写控制字应答 启动应答 启动停止 启动 读一字节非应答 启动停止 启动 图3.2 读数据流程图 图 3.3 写数据流程图3.3 键盘反转读键本设计程序中用反转法对键盘进行行列扫描，做到去抖动且一次按键只读一次键值。做一次扫描的过程包括，检测是否有按键按下，如果有则延时10ms，以消除前抖动影响，再检
12、测有无按键按下，若有扫描键值，则确认该按键按下，再检测按键是否弹起，延时10ms，消除后抖动影响。流程图如图3.4。 开始有键按下吗？返回值0xffN键盘行列扫描 Y 延时按键松开？ N Y查找键值 返回键值 图 3.4 键盘扫描流程3.4 数码管扫描显示 数码管采用动态显示和静态显示两种方式做显示。动态显示中，先进行端选，再进行位选，然后延时几百微妙，达到暂留显示的目的，最后关闭所有数码管防止有重影的现象。其它位的数码管依次重复这个过程，最后在程序设计流程图如图3.5所示。 开始第一位小于10显示，大于10则不显示第二位小于10显示，大于10则不显示第三位小于10显示，大于10则不显示第四位
13、小于10显示，大于10则不显示 返回 图 3.5 数码管扫描程序流图4 软硬件调试4.1 硬件协同调试通过串口下载到单片机中的硬件调试，通过实际现象来查找代码中的错误，然后查找相关代码的错误，从而来改正相应的代码，初始状态如实物如图4.1所示。图 4.1 初始状态显示 数码管在首次输入时，无法关闭未输入的数码管，修改代码后达到实际效果如图4.2所示，可以关闭未输入位的数码管。图4.2 输入时数码管关闭未输入位5 实习心得刚开始实习的时候，我们都觉得学过的知识很生疏，因为好久没摸单片机了，虽然以前做过实验，但那时用的是汇编语言，而现在使用c语言，不过c更加容易理解，适合设计程序。从焊接硬件电路开
14、始，阅读参考实验例程，相互探讨编程思路，寻找资料等等，我们都在努力的自学着。通过这次的设计，我们增加了好多的收获。首先，是学习上的巩固。通过复习课本和实验，对单片机的基础知识又有了很大的巩固。其次，通过对用C语言实IC卡读写的功能，熟悉了keil软件的一些相关的操作和调试编译技巧，以及电子元器件的组装知识等等。增进了与同学的交流。平常除了上课，大家交流比较少。而每次做实习设计的时候，大家总会互相探讨，发表自己的看法，当遇到问题时，自己花了很长时间都不能够解决，同学的一些建议却很快的解决了这个问题。这让我了解到与人合作的重要性，团队的重要性，一个人不可能解决所有的问题。另外对单片机的接口电路有了
15、进一步了解，比如矩阵键盘，动态扫描数码管，EPROM的IC时序的理解等。这样我们不仅了解单片机的原理，而是给我带来了很多的思考如何对多个器件的读写，如何传输数据到电脑，如何组建局域网通信等等。让我想学习更多的相关知识，进一步培养了我们的动手能力和兴趣。参考文献1李鸿等单片机原理及应用M湖南大学出版社，20052何立民单片机高级教程-应用与设计M北京航空航天大学出版社，2000，83戴佳51单片机C语言应用程序设计实例精讲M北京：电子工业出版社，20064于京51系列单片机C程序设计与应用案例M北京：中国电力出版社，20065孙育才ATMEL新型AT89S52系列单片机及其应用M北京：清华大学出
16、版社， 20056李华MCS-51系列单片机实用接口技术M北京：北京航空航天大学出版社，2000附录程序清单：Main.c /#include #include #include led.h#include key.h#include at24c02.h void main(void) unsigned char key; unsigned char count,t; unsigned char ge,shi,bai,qian; while(1) LedLock();/显示- key = KeyScan();/读取键值.无按键按下值为255 if(key = 12 ) /读取iic的值，并显示
17、ge=read_add(0x00); /读00单元的数据_nop_();shi=read_add(0x01);_nop_();bai=read_add(0x02);_nop_();qian=read_add(0x03);/读出iic的值，还原为整数while( (KeyScan()15) ) LedShow(ge,shi,bai,qian);/显示读取值if( key = 13)/修改iic的值，储存或放弃 P3=0xff;/进入修改关闭数码管 count=0; qian=20; /让数码管在显示时，不显示未读入键值的位 bai=20; shi=20; ge=20;while( count 4
18、)/读取键值给sumt=KeyScan();if(t10) count+;if( (count=1)& (t10) )qian=t;if( (count=2)&(t10) )bai=t;if( (count=3)& (t10) shi=t;if( (count=4)&(t 0) LedShow(ge,shi,bai,qian);key=255;while( (key16) )key=KeyScan();LedShow(ge,shi,bai,qian);/key = 14放弃输入值if(key = 15)/储存输入值write_add(0x00,ge);_nop_();_nop_();write
19、_add(0x01,shi); _nop_();_nop_();write_add(0x02,bai);_nop_();_nop_();write_add(0x03,qian); At24c02.c/*随机的位读写方式，8位地址读写*/#include /at24c02#include #include #include at24c02.hvoid delay(void)/延时函数 unsigned char i,j; for(i=0;i10;i+) for(j=0;j248;j+) _nop_(); void start(void)/起始函数 sdak=1; _nop_(); sclk=1;
20、 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); sdak=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); sclk=0; _nop_(); void stop(void) /停止子函数 sdak=0; sclk=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); sdak=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); sclk=0; _nop_(); _nop_(); void tack(void)/iic响应子函数 sdak=0; _nop_(); sclk=1; _nop_(); _nop_()
21、; _nop_(); _nop_(); sclk=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); void notack(void)/iic非响应子函数 sdak=1; _nop_(); _nop_(); sclk=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); sclk=0; _nop_(); _nop_(); void wrbyt(unsigned char a)/iic写数据 unsigned char b; unsigned char i=8; b=a; while(i-) if( (b&0x80) = 0x80) sdak=1; _nop_(
22、); _nop_(); sclk=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); sclk=0; sdak=0; else sdak=0; _nop_(); _nop_(); sclk=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); sclk=0; b=1; unsigned char rdbyt(void) /iic读数据函数 unsigned char i=8; unsigned char rdd; while(i-) sdak=1; sclk=1; rdd=1; _nop_(); _nop_(); if(sdak=1) rdd|
23、=0x01; else rdd&=0xfe; sclk=0; return rdd; unsigned char read_add(unsigned char address) /iic读一个字节 unsigned a; start(); wrbyt(0xa0); tack(); wrbyt(address); tack(); start(); wrbyt(0xa1); tack(); a=rdbyt(); notack(); stop(); return a; void write_add(unsigned char address,unsigned char date) /iic写入一字节
24、 start(); wrbyt(0xa0); tack(); wrbyt(address); tack(); wrbyt(date); tack(); stop(); delay(); delay(); delay(); at24c02.h #ifndef _AT24C02_H_#define _AT24C02_H_sbit sclk=P32;/iic数据口定义sbit sdak=P33;extern void write_add(unsigned char address,unsigned char date); /向固定地址写入一个字节数据extern unsigned char read
25、_add(unsigned char address);/读取某个固定地址一个字节数据#endif Key.c/* 反转法读键值 IO口使用P2 */#include #include key.hvoid delayms(unsigned int xms)unsigned int i,j;for(i=xms;i0;i-) for(j=110;j0;j-);/键值对应表unsigned char data key_tab=0x11,0x21,0x41,0x81,0x12,0x22,0x42,0x82,0x14,0x24,0x44,0x84,0x18,0x28,0x48,0x88; /*函数：ke
26、yscan() 功能：从矩阵键盘中读取键值 参数：无 返回：kunsigned char型 说明：k值大于15时代表没有按下按键*/unsigned char KeyScan(void)unsigned char i;unsigned char j;unsigned char k;/返回值 P2=0x0f; i=P2; i=(i)&0x0f; if (i=0) return 255; P2=0xf0; j=P2; j=(j)&0xf0; if(j=0) return 255;delayms(10);do k=P2;while(k)&0xf0);/等待按键放开 delayms(10); i=j|
27、i; k=0; while(key_tabk!=i) k+; if(k15) break; return k;Key.h/#ifndef _KEY_H_#define _KEY_H_extern unsigned char KeyScan( void );#endifLed.c/#include #include led.hunsigned int data seg_716=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E;void LedDelay(unsigned int i) /
28、大约延时i*2个微秒 while(-i);/*函数：LedShow()功能：传入一个4位的整型数，在4位数码管上显示*/void LedShow(unsigned char ge ,unsigned char shi,unsigned char bai,unsigned char qian) if(qian10) P0=seg_7qian;/段选数码管 P3=0x7F;/位选数码管 LedDelay(100); P3=0xFF; if(bai10) P0=seg_7bai; P3=0xbF; LedDelay(100); P3=0XFF; if(shi10) P0=seg_7shi; P3=0
29、xdF; LedDelay(100); P3=0XFF; if(ge10) P0=seg_7ge; P3=0xeF; LedDelay(100); P3=0XFF;void LedLock(void)/让数码管-表示无数据显示P0=0xbf;P3=0x0f;/四个数码管同时打开Led.h#ifndef _LED_H_#define _LED_H_extern void LedShow(unsigned char ge,unsigned char shi, unsigned char bai,unsigned char qian);extern void LedLock(void);#endif第 29 页 共 29 页