IIC读卡器 - 图文

IC卡读写器

目 录

1 设计目的和要求...................................................... 1

1.1 设计目的 ...................................................... 1 1.2 设计要求 ...................................................... 1 2 硬件设计............................................................ 2

2.1 硬件选择和总体系统框图 ........................................ 2 2.2 4x4矩阵键盘电路............................................... 2 2.3 数码管动态、静态显示电路 ...................................... 3 2.4 数据储存电路 .................................................. 4 3 软件设计............................................................ 7

3.1 软件总体流程 .................................................. 7 3.2 I2C器件的读写................................................. 8 3.3 反转法读键值 .................................................. 9 3.4 数码管扫描显示 ............................................... 10 4 软硬件调试......................................................... 12 4.1 软硬件协同调试................................................ 12 5 实习心得........................................................... 13 参考文献............................................................. 15 附录................................................................. 16

I

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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“—”。

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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。

P0/P3 STC89C52RC P2 INT0/INT1 4位数码管 4x4 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。

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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P2.0~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。

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图 2.3 数码管显示电路

2.4 数据存储电路

2.4.1 I2C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。

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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

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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 E2PROM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START 1010 B2B1B0(0~111B) 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

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2）读数据过程：

读操作时，SDA线上的信号依次为：启动START 1010 B2B1B0(0~111B) 0低电平为写操作 应答ACK 8位的地址 ACK START 1010 B2B1B0(0~111B) 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。

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键值扫描 显示“—”状态 开始 C D 任意键

显示数据，并等待退出 输入数据 读取IIC数据 关闭数码管 E F

图 3.1 程序总体流程 放弃输入 储存输入 3.2 I2C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：

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图3.2 读数据流程图 图 3.3 写数据流程图

停止 非应答 应答 停止 启动 应答 应答 应答 启动 启动 开始 开始 写控制字 写控制字 应答 8位地址 8位地址 写数据 写控制字 应答 读一字节 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

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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。

开始

有键按下吗？ N 返回值0xff Y 键盘行列扫描 延时 N

按键松开？ 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。

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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

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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。

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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

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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。

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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．

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附录

程序清单：

Main.c ///////////////////////////////////////////////////////////// #include #include #include \#include \#include \ 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

{

ge=read_add(0x00); //读00单元的数据 _nop_();

shi=read_add(0x01); _nop_();

bai=read_add(0x02);

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_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) {

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

//修改iic的值，储存或放弃

}

值的位

sum

{

t=KeyScan(); if(t<10) count++; if( (count==1)&& (t<10) ) {

qian=t;

bai=20; shi=20; ge=20;

while( count < 4)

//读取键值给

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}

if( (count==2)&&(t<10) ) { bai=t;

}

if( (count==3)&& (t<10)) { shi=t; }

if( (count==4)&&(t<10) ) {

ge=t; }

if(count

>

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)

输入值

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0)

//储存

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} }

}

{

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 #include #include #include \

void delay(void) {

unsigned char i,j; for(i=0;i<10;i++)

for(j=0;j<248;j++) _nop_();

//延时函数

//at24c02

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}

void start(void) //起始函数

{ sdak=1; _nop_(); sclk=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); sdak=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); sclk=0; _nop_();

}

void stop(void) // { sdak=0; sclk=1; _nop_(); _nop_(); _nop_();

_nop_(); 停止子函数 第 20 页 共 29 页

sdak=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); sclk=0; _nop_(); _nop_();

}

void tack(void) { sdak=0; _nop_(); sclk=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); sclk=0; _nop_(); _nop_(); _nop_();

}

void notack(void) { sdak=1; _nop_();

_nop_(); IC卡读写器

//iic响应子函数

//iic非响应子函数

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}

sclk=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); sclk=0; _nop_(); _nop_();

void wrbyt(unsigned char a) {

unsigned char b; unsigned char i=8; b=a; while(i--) {

if( (b&0x80) == 0x80) {

sdak=1; _nop_(); _nop_(); sclk=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); sclk=0;

//iic写数据

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sdak=0;

}

else {

sdak=0; _nop_(); _nop_(); sclk=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); sclk=0;

} } }

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_();

b<<=1;

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} }

_nop_(); if(sdak==1) {rdd|=0x01;} else

{rdd&=0xfe;}

sclk=0;

return rdd;

unsigned char read_add(unsigned char address) //iic读一个字节 { }

void write_add(unsigned char address,unsigned char date) //iic写入一

unsigned a; start(); wrbyt(0xa0); tack();

wrbyt(address); tack(); start(); wrbyt(0xa1); tack(); a=rdbyt(); notack(); stop(); return a;

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字节 { } at24c02.h

#ifndef __AT24C02_H__ #define __AT24C02_H__ sbit sclk=P3^2; sbit sdak=P3^3;

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_add(unsigned char address);

//读取某个固定地址一个字节数据

//iic数据口定义

start(); wrbyt(0xa0); tack();

wrbyt(address); tack(); wrbyt(date); tack(); stop(); delay(); delay(); delay();

#endif

Key.c/////////////////////////////////////////////////////////////// /* 反转法读键值 IO口使用P2 */ #include

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#include \

void delayms(unsigned int xms) { }

//键值对应表 unsigned

char

data

unsigned int i,j; for(i=xms;i>0;i--) for(j=110;j>0;j--);

key_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：k

unsigned 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;

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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|i; k=0;

while(key_tab[k]!=i) {k++;

if(k>15) break; } return k; }

Key.h///////////////////////////////////////////////////////////// #ifndef __KEY_H__ #define __KEY_H__

extern unsigned char KeyScan( void ); #endif

Led.c///////////////////////////////////////////////////////// #include #include %unsigned

int

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data

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seg_7[16]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E};

void LedDelay(unsigned int i) //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 bai,unsigned char qian) {

if(qian<10) {

P0=seg_7[qian];

//段选数码管 P3=0x7F;

//位选数码管

LedDelay(100);

P3=0xFF; } if(bai<10)

{

P0=seg_7[bai]; P3=0xbF; LedDelay(100);

P3=0XFF;

}

if(shi<10)

{

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char IC卡读写器

P0=seg_7[shi]; P3=0xdF; LedDelay(100); P3=0XFF;

}

if(ge<10)

{

P0=seg_7[ge]; 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

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