基于單片機(jī)的課堂簽到系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

文章出處：http://botanicstilllife.com 作者：雷金莉，張　偉，李永博   人氣： 發(fā)表時間：2011年11月18日

    目前大多數(shù)高校里，大都采用大班（合班）上課，統(tǒng)計學(xué)生出勤成了教師的一大難題。針對這一問題，設(shè)計了一個課堂簽到系統(tǒng)，以減輕教師的負(fù)擔(dān)，提高上課效率。 

    1 　系統(tǒng)設(shè)計思想 

    課堂簽到系統(tǒng)采用插卡的方法，系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖如圖１ 所示。其中卡可以采用一些廢舊的電話卡或其它卡來制作。根據(jù)學(xué)生的學(xué)號在卡上打上與其對應(yīng)的二進(jìn)制的孔，利用光電傳感器，將卡號轉(zhuǎn)化為學(xué)號，送入單片機(jī)進(jìn)行識別、存儲和顯示，完成學(xué)生的簽到。另外，系統(tǒng)中還設(shè)置了顯示未到學(xué)生學(xué)號的功能。

    2 　系統(tǒng)硬件設(shè)計 

    課堂簽到系統(tǒng)的硬件部分可分為三大部分，即插卡部分、存儲部分和顯示部分。其中，插卡部分通過自制光電傳感器來實現(xiàn)卡號的采集，存儲部分采用常用的SRAM６２６４ 來實現(xiàn)，顯示部分采用單片機(jī)的串口驅(qū)動LED 數(shù)碼管。本系統(tǒng)設(shè)計中，單片機(jī)采用ATMEL 公司的AT８９C５１ 單片機(jī)，它是一種低功耗、高速的八位CMOS 芯片，片內(nèi)含有４ KB Flash ROM ，１２８ 字節(jié)RAM ，工作電壓范圍為２ ．７ ～ ６ V（實際使用＋ ５ V 供電） ，３２ 條I／O 線，２ 個１６ 位定時／計數(shù)器和５ 個中斷源等資源。可以很方便的實現(xiàn)鍵盤、顯示、A／D 轉(zhuǎn)換、D／A 轉(zhuǎn)換以及控制輸出接口。
 
    ２ ．１ 　插卡電路 

    插卡電路通過自制光電傳感器實現(xiàn)。為了節(jié)省成本，本系統(tǒng)中采用發(fā)光二極管和普通光敏二極管構(gòu)成了光電傳感器電路，電路圖如圖２ 所示。由八個高亮發(fā)光二極管、普通光敏二極管和電阻構(gòu)成簡單的光電傳感器。發(fā)光二極管和光敏二極管成對相向橫裝在有機(jī)玻璃插槽孔中。學(xué)生手持簽到卡上的預(yù)制孔與此插槽孔位置對應(yīng)，用卡片上預(yù)制孔的組合形態(tài)構(gòu)成二進(jìn)制編碼（卡碼） 。電路中反向連接的光敏二極管與排阻用來產(chǎn)生單片機(jī)可識別的二進(jìn)制代碼，分壓電線與單片機(jī)P１ 口八線相連。經(jīng)測試，在普通室內(nèi)燈光環(huán)境下，對應(yīng)無光照和有光照２ 種情況，分壓點處的電壓變化分別在０ ．２ V 以下和４ ．６ V 以上，滿足單片機(jī)I／O 口的高低電平需要。 

    ２ ．２ 　存儲器電路 

    存儲器部分采用SRAM６２６４ 芯片實現(xiàn)，６２６４是８K８ 位的靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器芯片，該芯片與５１單片機(jī)的連接電路簡單，易于實現(xiàn)，存儲空間最多可以存放８０００ 個學(xué)號，足以滿足該系統(tǒng)的要求。電路如圖３ 所示。

    ２ ．３ 　顯示電路 

    顯示電路在學(xué)生簽到時顯示簽到的學(xué)號，并在簽到完成之后，循環(huán)顯示未到學(xué)生的學(xué)號。學(xué)生的學(xué)號通常只有后三位不同，所以本系統(tǒng)采用三位LED 數(shù)碼管來顯示，顯示接口是通過擴(kuò)展單片機(jī)的串行口來實現(xiàn)。采用８ 位串入并出的移位寄存器７４LS１６４ 擴(kuò)展了三個級聯(lián)８ 位并行輸出口，如圖４ 所示。７４LS１６４ 的A 、B 為串行數(shù)據(jù)輸入端（RXD） ；Q０ ～ Q７ 為并行數(shù)據(jù)輸出端；CLK為同步時鐘輸入端（TXD） ，為清除端；２２０ Ω 電阻為對應(yīng)LED 的限流電阻。 

    3 　系統(tǒng)軟件設(shè)計 

    課堂簽到系統(tǒng)是在應(yīng)用程序軟件控制下實現(xiàn)學(xué)生簽到功能。本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)編制，系統(tǒng)控制軟件主要包括：主程序、LED 顯示子程序、讀卡和識別子程序、存儲學(xué)號子程序以及缺席者學(xué)號顯示子程序，主程序流程圖如圖５ 所示。缺席者學(xué)號的顯示采用中斷方式實現(xiàn)，中斷信號來源于外部事件的觸發(fā)，在本系統(tǒng)中設(shè)計了一個開關(guān)，作為顯示未到學(xué)生學(xué)號的中斷信號，當(dāng)開關(guān)閉合時，循環(huán)顯示缺席者的學(xué)號，中斷服務(wù)程序的流程圖如圖６ 所示。

    本簽到系統(tǒng)制作成敗的關(guān)鍵是卡碼與學(xué)號能否一一對應(yīng)。在編制中，要想方便快捷的得到與卡碼對應(yīng)的學(xué)號使用查表的方法是當(dāng)然的選擇。一般講，八位二進(jìn)制代碼可以確定２５６ 種 狀態(tài)，去除全零這個無效態(tài)則最多可以用于總?cè)藬?shù)為２５５ 個這對于一般的合班上課足夠了。 

    4 　結(jié)論 

    本系統(tǒng)已經(jīng)完成實驗調(diào)試，并能穩(wěn)定運行。一次最多可考勤２５５ 人。使用確定人數(shù)和學(xué)校統(tǒng)一學(xué)號時，需提前在單片機(jī)中預(yù)置。若教學(xué)班自行編號，則卡碼與片內(nèi)編碼一致，無需更改，可多班級﹑長期反復(fù)使用。學(xué)生手持的卡片（簽到卡）沒有特殊要求，手頭的廢舊卡片（如電信卡）即可。廢物利用，既不用學(xué)生花一分錢，又符合綠色環(huán)保的設(shè)計理念。該系統(tǒng)的硬件電路簡單，所用的電子器件較少，故成本很低。