基于单片机的考勤管理系统毕业设计+程序附录文档格式.doc
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Keywords:
AttendanceManagementSystem;
RFTechnology;
SCM;
CANCommunication;
232;
SPICommunication.
目录
摘要 I
Abstract II
第一章绪论 1
第二章硬件部分设计 3
2.1EM4095射频芯片部分 3
2.1.1射频芯片选型依据 3
2.1.2EM4095射频芯片简介 4
2.1.3EM4095结构原理 5
2.1.4磁卡与EM4095之间ISO14443协议 7
2.1.5EM4095与单片机连接原理图 14
2.2AVR单片机部分 16
2.2.1单片机选型依据 13
2.2.2ATMEL单片机简介 14
2.2.3AT89C52原理图部分 14
2.3DS1302实时时钟部分 16
2.3.1DS1302芯片简介 17
2.3.2SPI简介 17
2.3.3DS1302与AVR单片机连接原理图 18
2.4CAN总线部分 19
2.4.1CAN总线简介 19
2.4.2硬件部分的选型 19
2.4.3原理图及其解析 20
2.4.4蜂鸣器报警部分 21
2.5MAX232部分 21
2.5.1MAX232简介 21
2.5.2MAX232与51单片机连接原理图 22
2.6显示部分 22
2.6.1显示原理说明 23
2.6.2数码管与单片机连接原理图 23
2.7AT89C52部分 23
2.7.1AT89C52单片机硬件结构 23
2.7.2AT89C52单片机CPU电路图 24
第三章软件部分 26
3.1AVR单片机环境介绍 26
3.2AT89C52单片机开发环境介绍 26
3.3AVR单片机读卡部分 26
3.3.1程序实现简介 26
3.3.2SPI通信简介 26
3.3.3实现功能 27
3.3.4EM4095读卡程序流程图 27
3.3.5参考程序 27
3.4AVR发送数据部分 28
3.4.1程序实现简介 28
3.4.2实现功能 28
3.4.3程序流程图（见下一页） 28
3.4.4程序代码 29
3.5AVR控制DS1302部分程序 34
3.5.1程序实现简介 34
3.5.2功能描述 34
3.5.3程序流程图（见下一页） 34
3.5.4程序代码 35
3.6AT89C52接收CAN数据部分程序 40
3.6.1程序实现简介 40
3.6.2功能描述 40
3.6.3程序代码 40
3.7AT89C52与PC机之间通信部分程序 40
3.7.1程序实现简介 40
3.7.2功能描述 40
3.7.3程序代码 41
第四章结论 43
参考文献 44
致谢 46
第一章绪论
背景
考勤管理系统的研究背景
随着信息化建设的不断发展，磁卡得到普遍的推广，大部分采用RFID射频技术，通过射频信号自动识别目标对象获取数据，识别工作不受环境的影响，操作方便快捷，具有防污、防水、加密存储等优点，较传统的接触式IC卡，具有明显的优势，被广泛应用在身份识别、消费等各项服务上，为企业或单位的管理以及人们的生活提供极大的便利。
然而，在考勤管理方面，大多依然采用传统的签名签到的方式进行考勤，特别是在较大企业的签到管理上更是混乱。
另外，传统签到的考勤方式既浪费时间，也给考勤数据的统计分析带来了诸多麻烦。
本设计借助射频技术，结合网络通信技术和单片机技术，实现了企业和单位的自动考勤和对考勤数据的分析处理，节约了考勤时间，提高了考勤效率，促进了企业单位的考勤管理信息化水平的发展。
国内外的研究现状
目前，在考勤管理系统方面，国外早在多年之前就进行了相关的研究和设计，现在已经在其单位和企业得到了较为广泛的普及，而我们国内，因为相关研究起步较晚，相关研究尽管达到同国外相同的水平，但是成本较高，许多单位和企业认识进行传统方式的考勤管理。
只有在一些规模较大的单位和企业才能实现无线射频卡的考勤管理系统。
总体方案
设计思路
本次设计要设计基于单片机的考勤管理系统设计,主要的过程是用读卡器识别出射频卡唯一标签，将数据通过单片机传送至PC机，进行签到处理。
硬件选择
读卡电路输出信号有单片机识别出卡号，传送到PC机行处理。
软件描述
软件部分主要是实现读卡电路与单片机之间数据的通信。
设计优势
本次设计与传统考勤管理系统相比，具有快捷便利，有利于对考勤数据的整理，减少考勤管理时间，避免了考勤过程中的人为因素，充分体现了考勤管理的公平公正，减少了没有必要的人事纠纷。
与其他电子类考勤宽利系统相比，所选用的硬件都是性价比较高的，在保证系统签到准确方便，工作稳定的同时，降低企业和单位在考勤管理方面的开支。
预期效果
基于单片机的考勤管理系统，核心器件是单片机，单片机作为主控制器，并辅以射频卡，CAN总线等技术，实现预期的刷卡人用射频卡在射频识别读卡器上进行刷卡，利用单片机与射频识别读卡器之间进行通信，进而识别认证出刷卡人身份，在这个时候单片机配以时钟模块，这样就可以将时间与认证的数据包一起上传到PC机，这样就保证PC机的远程监控。
本课题设计出来的系统为企业和单位提供了较为科学的、可靠的考勤管理方法，是现代化企业考勤管理的最佳模式。
第二章硬件部分设计
系统框图
图2.0系统框图
2.1EM4095射频芯片部分
2.1.1射频芯片选型依据
选型的三大原则:
1.符合国家标准
目前RFID技术并没有一个国际统一的标准。
美国的电子产品代码（EPC）全球协会正在制定美国的电子产品代码无线接口协议。
而因为其在世界微电子行业一流的基础，日本很有可能会制定自己的协议标准。
另一方面，我国的RFID标准也正在由电子标签国家标准工作组制定。
因此，在选择射频识别方案的时候，必须考虑具体应用所在的国家环境和标准。
在当今全球化的生产中，产业链很可能会跨越多个国家，那么产业链的管理系统就需要考虑到各个国家的有关标准，避免不必要的法律纠纷。
2.适合应用环境
RFID系统的工作频率是射频识别读写器发送射频信号时所使用的频率，RFID系统按照频率的不同可以分为低频、高频和超高频几种。
高频系统识别距离长、读写数据速率高，而低频和中频系统作用距离短、成本低。
RFID系统就基本的工作原理来说，射频识别系统还可以分为全双工系统和半双工系统以及时序系统。
射频识别的标签也可以分为有源和无源两种。
其应用场合的不同决定了不同的射频识别系统。
因此在开始进行方案选型的时候，用户需要根据自身的使用环境，选择最适合的系统方案，防止资金的浪费。
3.与现有系统的结合
企业的信息化管理与供应链管理系统息息相关的，因此具体的射频识别方案必须能够与企业现在拥有的信息系统（例如ERP）相兼容。
因此，世界上的大部分ERP提供商都拥有或者正在开发属于自己的基于射频识别的供应链管理方案，来大大降低由于兼容性所引起的不必要的风险。
2.1.2EM4095射频芯片简介
EM4095是用于RFID（射频识别）的CMOS集成收发器电路基站芯片，它具有有以下功能；
可以利用载波来驱动天线；
用于可读写应答器的AM调制磁场；
对从天线传输来应答器的AM调制磁场；
和微处理器通过简单接口通讯；
一.优点：
1.外部器件少，成本低；
2.性能稳定；
3.更宽的可靠的的AM调节；
4.可变参数只有2个，所以系统分析和设计更加容易；
5.精确的采样点；
6.使用简单；
7.低功耗；
8.具有同步时钟信号输出：
可以轻松的得到头部信息。
二.特点：
1.锁相环系统是集成的，从而使自适应载波频率与天线谐振频率相配。
2.不需要外部晶振；
3.载波频率范围是100到150KHz；
4.驱动天线的方式是用桥驱动直接驱动；
5.进行数据传输的方式是以OOK（100%AM调节）；
6.进行数据传输的方式是用外部可调整系数的单端驱动器以AM调制；
7.兼容多种应答器协议；
8.睡眠模式1µ
A；
9.40至85°
C温度范围；
2.1.3EM4095结构原理
图2.1EM4095框图
原理分析：
用来操作设备的是EM4095的引脚SHD和MOD。
当SHD为高电平时，EM4095为睡眠模式，电流消耗为最小。
在上电的时候，SHD必须是高电平输入，来使初始化操作正确。
当SHD为低电平的时候，回路可以发射射频场，并且开始对天线上的振幅调制信号进行解调。
用来对125KHz射频信号进行调制的是引脚MOD。
当在该引脚上施加高电平的时候，天线驱动将被阻塞，进而电磁场会关掉；
当在该引脚上施加低电平的时候，片上VCO将进入自由运行模式，没有经过调制的125KHz的载波将出现在天线上。
EM4095用作只读模式，引脚MOD没有使用，将它连接至VSS。
环滤波、电压控制振荡器和相比较模块加在一起组成锁相环。
为了使DEMOD_IN引脚上得到的电压是天线的真实电压，使用外部电容分压。
锁相环将载波频率锁定在天线的谐振频率上。
因为天线种类的不同，在100kHz到150kHz之间的范围内系统谐振频率都是可以的。
当谐振频率落在100kHz到150kHz之间的时候，就会被锁相环锁定。
接收模块解调的输入信号是天线上的电压信号。
接收链路的输入信号用的是DEMOD_IN引脚。
该输入信号的级别应该比VDD-0.5V低，比VSS+0.5V高。
输入信号的级别可以通过外部电容分压来进行调节。
一定要通过较小的谐振电容来补偿分压器增加的电容。
直流偏置取消、带通滤波还有比较器组成接收电路。
通过内部电阻把DEMOD_IN上的直流电压信号设置在AGND引脚上。
采样AM信号，通过VCO时钟来同步，CDEC电容移除所有信号中的直流部分。
通过进一步的滤波，余下的载波信号、二阶高通滤波器还有CDC2所带的低频和高频噪声被移除。
接收信号通过放大和滤波处理，传输到异步比较器，比较器的输出缓存至DEMOD_OUT。
DVDD脚和VDD连接，DVSS脚和VSS连接。
VDD和VSS上的电压降并不是流过管脚DVDD和DVSS电流产生的电压降。
避免了因为天线驱动器产生的电源尖峰。
如果我们对VSS管脚还有VDD管脚进行隔离，这也是可以有效果的。
连接到相同VSS上的电容都应该是跟DC2/AGND/DMOD_IN管脚有关连的。
天线驱动使用提供VSS和VDD的电源的驱动器ANT，任何电源的变化和外界的噪声都会很严重的对天线谐振回路产生影响。
我们尤其要注意的是频率为20kHz的噪声，因为EM4095就是在这个频率上响应信号的。
我们可以把在管脚AGND上电容的值从220nF调至1uF。
因为要想减小接收的噪声，电容值越大越好。
A我们可以利用外部电容和内部电阻（2KΩ）对GND电压来滤波。
从驱动器ANT里发出的电流值的大小是不受EM4095限制的。
在天线谐振回路的设计上，务必要求最大电流不可以高于250mA。
如果这个值超过了250mA，则说明天线的品质因数有问题，必须使用串联电阻的方法进行限制。
务必使控制NMOS门的信号以及MOD信号一起调为低电平，该信号要想变为置高电平，必须是在调制天线的振幅之后。
如果天线的品质因数较高，天线上的电压可以比正常高一些。
要想提升读取的灵敏性，可以用外部检测回路来实现。
2.1.4磁卡与EM4095之间ISO14443协议
此次课题需要开发的射频识别卡读写设备是基于ISO/IEC14443TypeA标准的[6]和[7]。
由四个部分组成的ISO/IEC14443协议将卡定义为2种类型，TypeA以及TypeB。
TypeA以及TypeB的区别主要是在调制方式和编码方式上的不同。
调制方式上A型和B型的主要差别是，A型数据传输与微处理器工作是不能同时进行的，而B型数据传输与微处理器工作是可以同时进行的。
编码方式上A型和B型的区别主要是，A型必须用专门的硬件解码进行解码，而B型易于进行软件解码。
协议
ATQ对请求的应答
ATQA对A型卡请求的应答
ATQB对B型卡请求的应答
ATR对重新启动的请求的应答
ATS对选择请求的应答
ATQ-ID对ID号请求的应答
CRC环检验码
RATS对选择应答请求
REQA对A型卡的请求
REQB对B型卡的请求
REQ-ID请求ID号
RESEL重新选择的请求
卡片返回的代码说明：
0x00:
对指定地址的访问被拒绝
0x01:
CRC或奇偶校验错误
0x04:
交易:
溢出错误
其它命令:
对指定地址的访问被拒绝
0x05:
0x0A:
确认
基本命令：
REQUEST
控制单元射频卡
Command:
0x26or0x52
0x26:
IDLE模式，只选择天线范围内IDLE模式的卡片
0x52:
ALL模式，选择天线范围内所有卡片
Len:
0
射频卡控制单元
Len：
2
Data[0]：
_TagType（低字节）0x04
Data[1]：
_TagType（高字节）0x00
在重新选择卡片时必须执行request操作。
ANTICOLL
0x93
1
Data[0]:
0x20NVB
5
_Snr（LL）
Data[1]:
_Snr（LH）
Data[2]:
_Snr（HL）卡片系列号
Data[3]:
_Snr（HH）
Data[4]:
BCC
此操作必须紧随在request操作后执行.如果被选的卡片的系列号已知，可
以不用执行此操作
SELECT
6
0x70
_Snn（HL）
_Snr（HH）卡片系列号（UID）
Data[5]:
_Size（卡片容量值：
0x08或0x88）
AUTHENTICATION
0x60or0x61
0x60or0x61（0x60使用KEYA作验证，0x61使KEYB作验证）
_SecNr（扇区号）*4（即每个扇区的块0的块地址）
如果读写模块中的密码与卡片中的密码相匹配，则可以进行读、写等操作。
HALT
0x50
将操作后的卡片置于halt模式。
如果又要对卡片操作，必须重新执行
request操作。
READ
0x30
_Adr块地址（0～63）
16
数据块的第一字节:
Data[15]：
数据块的最后一个字节
WRITE
0xA0
17
_Adr要写入数据的块地址（1～63）
4Bit
DATA[0]:
0x0A（ACK）
要写入卡片中的第一个数据:
Data[16]:
要写入卡片中的最后一个数据
4Bit
INCREMENT
0xC1
_Adr数值块的地址
_Value（LL）
_Value（LH）
_Value（HL）
_Value（HH）要增加的数值
DECREMENT
0xC0
_Value（HH）要减少的数值
RESTORE
0xC2
0x00
Dat
升级会员 