IIC读卡器设计.docx
《IIC读卡器设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《IIC读卡器设计.docx（33页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
IIC读卡器设计
1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51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I²C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，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。
图2.1总体系统框图
2.24X4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N²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2.24x4矩阵键盘
键盘读键采用反转读键法。
第一步：
先置行线P2.0~P2.3为输入线，列线P2.4~P2.7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P2.0~P2.3为输出线，且输出为0，列线P2.4~P2.7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
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
2.4.1I²C总线协议
I²C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行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，I²C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。
I²C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（NOACK）
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线表示一个NOACK，NOACK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NOACK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。
2.4.2E²PROM芯片
24C02是2KB二线制I²C串行E²PROM,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START1010B2B1B0（0~111B）0低电平为写操作应答ACK8位的地址ACK数据0ACK……数据15应答ACK结束STOP.
24C02每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2.724c02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START1010B2B1B0（0~111B）0低电平为写操作应答ACK8位的地址ACKSTART1010B2B1B0（0~111B）1高电平为读操作应答ACK数据0ACK……数据N非应答NOACK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”（NOACK）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2.824c02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I²C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。
CD
任意键
EF
图3.1程序总体流程
3.2I²C器件的读写
该模块实现I²C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：
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。
N
Y
N
Y
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。
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进一步了解，比如矩阵键盘，动态扫描数码管，E²PROM的I²C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，2005．
[2]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，2000，8．
[3]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，2006．
[4]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，2006．
[5]孙育才． ATMEL新型AT89S52系列单片机及其应用[M]．北京：
清华大学出版社，2005．
[6]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"
voidmain（void）
{
unsignedcharkey;
unsignedcharcount,t;
unsignedcharge,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
{
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）//读取键值给sum
{
t=KeyScan（）;
if（t<10）count++;
if（（count==1）&&（t<10））
{
qian=t;
}
if（（count==2）&&（t<10））
{
bai=t;
}
if（（count==3）&&（t<10））
{
shi=t;
}
if（（count==4）&&（t<10））
{
ge=t;
}
if（count>0）LedShow（ge,shi,bai,qian）;
}
key=255;
while（（key<13）||（key>16））
{
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_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.h"
voiddelay（void）//延时函数
{
unsignedchari,j;
for（i=0;i<10;i++）
for（j=0;j<248;j++）_nop_（）;
}
voidstart（void）//起始函数
{
sdak=1;
_nop_（）;
sclk=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
sdak=0;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
sclk=0;
_nop_（）;
}
voidstop（void）//停止子函数
{
sdak=0;
sclk=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
sdak=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
sclk=0;
_nop_（）;
_nop_（）;
}
voidtack（void）//iic响应子函数
{
sdak=0;
_nop_（）;
sclk=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
sclk=0;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
}
voidnotack（void）//iic非响应子函数
{
sdak=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
sclk=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
sclk=0;
_nop_（）;
_nop_（）;
}
voidwrbyt（unsignedchara）//iic写数据
{
unsignedcharb;
unsignedchari=8;
b=a;
while（i--）
{
if（（b&0x80）==0x80）
{
sdak=1;
_nop_（）;
_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;
}
}
unsignedcharrdbyt（void）//iic读数据函数
{
unsignedchari=8;
unsignedcharrdd;
while（i--）
{
sdak=1;
sclk=1;
rdd<<=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
if（sdak==1）
{rdd|=0x01;}
else
{rdd&=0xfe;}
sclk=0;
}
returnrdd;
}
unsignedcharread_add（unsignedcharaddress）//iic读一个字节
{
unsigneda;
start（）;
wrbyt（0xa0）;
tack（）;
wrbyt（address）;
tack（）;
start（）;
wrbyt（0xa1）;
tack（）;
a=rdbyt（）;
notack（）;
stop（）;
returna;
}
voidwrite_add（unsignedcharaddress,unsignedchardate）//iic写入一字节
{
start（）;
wrbyt（0xa0）;
tack（）;
wrbyt（address）;
tack（）;
wrbyt（date）;
tack（）;
stop（）;
delay（）;
delay（）;
delay（）;
}
at24c02.h
#ifndef__AT24C02_H__
#define__AT24C02_H__
sbitsclk=P3^2;//iic数据口定义
sbitsdak=P3^3;
externvoidwrite_add（unsignedcharaddress,unsignedchardate）;//向固定地址写入一个字节数据
externunsignedcharread_add（unsignedcharaddress）;//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.h"
voiddelayms（unsignedintxms）
{
unsignedinti,j;
for（i=xms;i>0;i--）
for（j=110;j>0;j--）;
}
//键值对应表
unsignedchardatakey_tab[]={0x11,0x21,0x41,0x81,0x12,0x22,0x42,0x82,0x14,0x24,0x44,0x84,0x18,0x28,0x48,0x88};
/*函数：
keyscan（）
功能：
从矩阵键盘中读取键值
参数：
无
返回：
kunsignedchar型
说明：
k值大于15时代表没有按下按键
*/
unsignedcharKeyScan（void）
{
unsignedchari;
unsignedcharj;
unsignedchark;//返回值
P2=0x0f;
i=P2;
i=（~i）&0x0f;
if（i==0）return255;
P2=0xf0;
j=P2;
j=（~j）&0xf0;
if（j==0）return255;
delayms（10）;
do
{k=P2;}while（（~k）&0xf0）;//等待按键放开
delayms（10）;
i=j|i;
k=0;
while（key_tab[k]!
=i）
{k++;
if（k>15）break;
}
returnk;
}
Key.h/////////////////////////////////////////////////////////////
#ifndef__KEY_H__
#define__KEY_H__
externunsignedcharKeyScan（void）;
#endif
Led.c/////////////////////////////////////////////////////////
#include
#include"led.h"
unsignedintdataseg_7[16]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E};
voidLedDelay（unsignedinti）//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
*/
voidLedShow（unsignedcharge,unsignedcharshi,unsignedcharbai,unsignedcharqian）
{
if（qian<10）
{
P0=seg_7[qian];//段选数码管
P3=0x7F;//位选数码管
Led
升级会员 