基于51单片机的门禁卡设计

1.设计思路
RFID门禁系统主要采用了STC89C52RC单片机作为控制模块及读卡器RFID-RC522作为识别模块。本设计实现了自动、准确的识别卡序列号.当有卡进入到读卡器读卡的范围内时就会读取到相应的卡序列号，并根据得到的卡序列号做出相应的操作。若正确则开门，若不正确则报警并显示错误信息。
2. 设计方案
我们设想门禁系统应该具有下述几个功能和模块，分别是：（1）STC89C52单片机最小系统进行总体控制和存储卡号。（2）RFID-RC522射频识别模块进行读取并识别卡号。（3）12864液晶显示屏进行卡号显示。（4）步进电机模拟门禁的打开或关闭以及蜂鸣器在识别IC卡号时的提示作用。
具体过程是由STC89C52 单片机为控制核心，射频卡信息由MFRC522模块读出，通过MCU在LCD12864上显示，通过按键1和按键3完成对卡片1和卡片2的注册功能，然后按键2完成对卡片1和卡片2的注销，并根据是否有卡片的登记，来执行相应步进电机的动作和蜂鸣器的状态。

图1 系统框图
3. 系统硬件电路设计
1）芯片选型
STC89C52是 STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字节系统可编程 Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但是做了很多的改进使得芯片具有传统的51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。

在单片机应用系统中，常常会有定时控制需求，如定时输出、定时检测、定时扫描等；也经常要对外部事件进行计数。STC89C52单片机内集成有两个可编程的定时/计数器：T0和T1，它们既可以工作于定时模式，也可以工作于外部事件计数模式，此外，T1还可以作为串行口的波特率发生器[9]。
最小系统电路由单片机、晶振电路、复位电路等几部分组成，如图3所示。


2）显示模块选择
方案一：
LCD1602是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。LCD1602液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，即可以显示出图形。1602采用标准的16脚接口，具有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧等特征，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。
方案二：
12864是128*64点阵液晶模块的点阵数简称。LCD12864显示屏电路主要采用了数据并行的控制方式（PSB接地为串行模式，PSB接电源为并行模式），同时使用了可调电位器实现显示屏背光的调节。该点阵的屏显成本相对较低，适用于各类仪器，小型设备的显示领域。
本设计中采用方案二中的LCD12864液晶显示屏作为显示模块，原因为12864的屏幕更大更加清晰，能够显示多组文字和卡号数字。电路图如图4所示。

3）射频模块选择：
本设计采用RFID-RC522作为射频识别模块。RC522是应用于13.56MHz 非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中的一员，是NXP公司推出的一款非接触式读写卡芯片。RC522利用了先进的调制和解调的技术，完全集成了在13.56MHz下所有类型的通信协议，支持多种工作在13.56MHz下的射频卡读写操作 。其内部发送器部分可驱动读写器天线与射频卡和应答机的通信，无需其它的电路。模块的控制接口采用了标准SPI通讯接口，由于RC522射频模块采用3.3V供电电源，所以需利用LDO稳压电路将5V转换为3.3V。

图5 射频模块
4）步进电机及其驱动
步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。在此设计中充当门的作用，正转、反转代表开门和关门两个状态，能更好的观察实物的功能实现。
步进电机及其驱动电路图，如图6所示：

图6 步进电机及其驱动

5）蜂鸣器电路
有源蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。有源蜂鸣器工作的理想信号是直流电，通常标示为VDC、VDD等。因为蜂鸣器内部有一简单的振荡电路，能将恒定的直流电转化成一定频率的脉冲信号，从而实现磁场交变，带动铝片振动发音。模拟电路如图7所示：

图7 蜂鸣器
4.系统软件设计
1）系统软件总体设计
主程序流程图如图8 所示，单片机上电后先进行系统初始化，清除一些参数的初值，检测按键是否被按下，通过按键1和按键3完成对卡片1和卡片2的注册功能，然后按键2完成对卡片1和卡片2的注销，根据是否有卡片的识别，在液晶屏上显示卡号，并执行相应步进电机的动作和蜂鸣器的状态。

2）仿真设计

图9 仿真电路图
在仿真电路图中，因proteus中没有RC522模拟器件，因此用开关代替。开关模拟的是识卡的过程，开关闭合为识卡成功。

3）系统功能测试

图10 系统实物图
该设计可以正常工作，能够进行识别卡号，注册卡号以及注销卡号等功能，使用注册成功的卡贴近读卡器，可以看到电动机转动及蜂鸣器发出响声。