近年来，电子门禁系统发展非常迅速，按照其开门方式可以分为3类：密码识别、卡片识别和生物识别。
无线射频识别技术(RFID)在门禁系统中得到广泛的应用，本例中以使用工作频率为125KHz的射频ID卡和密码识别相结合的门禁系统为例，说明单片机控制门禁系统的原理及应用。
本门禁系统主要应用于居民小区的居民楼，其工作原理如下：当有人要进入时，可以通过以下两种方式实现：一是通过在门禁处主机上刷卡，当该卡为门禁系统中存在的ID卡时，门可以打开，否则，语音提示该卡不存在。二是输入房间号码+密码的方式开门，若有访客要进入时，访客可以提前和住户联系，获得住户的房间号和密码，当访客输入正确的房间号和密码后，楼宇门可以打开，否则提示密码错误。系统的结构图如下图所示。
系统包括门禁管理机、门禁处主机以及上位管理机。
门禁管理机主要完成门禁系统发卡、挂失卡以及与PC机通信等操作，硬件电路包括：
CPU、射频卡读卡器电路、RS-485通信电路、电源电路等。
门禁处主机完成对进入楼宇门的控制及判断操作，另外需要与PC机通信，获得系统中存在的ID卡编号及其他信息。硬件电路包括：CPU、电源电路、键盘显示电路、射频卡读卡器电路、存储器电路、语音电路、电磁锁控制电路等。
1．门禁主机硬件设计
门禁主机由CPU、键盘显示电路、存储器、射频卡读卡器、通信电路、语音电路和电源电路等组成。原理框图如下图所示。
(1)增强型51单片机。
单片机选用体积小、功能强、存储器容量大的C8051F340。该单片机是一款完全集成的混合信号片上系统型MCU，片上有4352字节的RAM(256B片内RAM和4KB片外RAM)，多达64KB的片内Flash存储器，具有一个内部可编程高速振荡器，可以作为系统时钟使用，片内集成了看门狗定时器功能，只需要极少的外围电路就可以构成单片机最小应用系统，电路设计简单，可以提供较多的I/O口，可以灵活配置中断引脚及I/O口的输入/输出方式。
(2)存储器电路。
由于在系统中要存储一定数量的射频ID卡号、开门记录以及其他的信息，所需要的存储器空间比较大，存储器选用Flash型的AT45DB041D存储器，这是单一2.7V～3.6V电源供电串行接口Flash存储卡，适用于系统内重复编程，它共有4325376bit内存，分为2048页，每页为264字节；在主内存之外AT45DB041D还有两个SRAM数据缓存，每个264字节，缓存使得主内存的一页正在编程的同时可以接收数据。与用多条地址线和一个并行接口随机访问的传统Flash存储器不同，其数据闪存DataFlash采用串行接口顺序访问数据，这种简单的串行接口方便了硬件布局，增强了系统灵活性。存储器电路原理如下图所示。
AT45D041D为SPI总线的器件，在系统中使用单片机管脚模拟SPI总线的方式实现了对存储器芯片的读写操作。
(3)键盘显示电路。
键盘显示电路采用专用的控制芯片HD7279A来驱动，该芯片最多能驱动8位共阴极数码管及64个键盘，单片即可完成LED显示、键盘接口的全部功能，使设计的电路更加简洁。
HD7279A同样也是SPI总线的器件，在键盘显示电路中也是通过单片机管脚模拟SPI总线的方式实现对HD7279A的操作。键盘显示电路原理如下图所示。键盘显示由8个数码管以及13个按键组成，其中的12个键为10个数字键、“*”建和“#”键，另外1个按键作为楼道内开门的按键使用。
(4)语音电路。
在本系统中对语音质量要求不高，而且语音提示信息不是很长，我们选用了价格低廉的APLUS公司生产的语音芯片AP89170，这是一款OTP的语音芯片，声音的最大存储长度可以达到170s，芯片可以最多存储254个语音片段。功率放大电路采用专用的语音放大器LM386，该放大器的增益可以调整，在使用过程中比较灵活。语音电路原理如下图所示。
(5)射频卡读卡器电路。
本例中门禁系统使用工作频率为125kHz的EM4100卡作为系统使用的射频卡。125kHz的射频卡读卡器电路可以由模拟电路和集成电路芯片电路两种方式实现。由于模拟电路设计复杂、调试难度大，所以系统的射频卡读卡器电路选用专用的低成本读卡器芯片U2270B实现，这是由美国TEMIC公司生产的、发射频率为125kHz的射频卡基站芯片，其载波振荡器能产生l00kHz～150kHz的振荡频率，其典型应用频率为125kHz，此时，典型数据传输速率为Skbit/s，典型读写距离为15cm。适用于曼彻斯特编码和双相位编码，并带有微处理器接口，可与单片机直接连接。另外，供电方式灵活，可以采用+5V直流供电，也可以采用汽车用+12V供电，同时具有电压输出功能，可以给微处理器或其他外围电路供电。具有低功耗待机模式，可以极大地降低基站的耗电量。其典型的应用电路原理如下图所示。
图中Fl为射频卡读卡器天线线圈，线圈的电感值为680μH，使用漆包线缠绕制成，单片机通过P0.0读出U2270B送出的ID卡号。
(6)电磁锁控制电路。
电磁锁的开闭需要由继电器提供一个开关信号。楼宇门需要经常的打开关闭，而机械式的继电器使用寿命有限，因而采用光电式的继电器AQV102A，它在负载电压为60V时，负载电流可以高达600mA，完全满足一般电磁锁的工作要求。磁锁控制电路原理如下图所示。
(7)电源电路。
门禁系统由220V交流电供电经过开关电源转换后输入的12V电压供电。在门禁主机电路中，有需要3.3V和5V供电的器件，设计中把开关电源的输出12V再转换为5V和3.3V。
5V电压转换电路使用开关稳压芯片LM2576T-5，该器件具有较高的转换效率，而且能够提供较大的工作电流，3.3V电压通过稳压芯片AMS1117-3.3获得，电源电路原理如下图所示。
(8)RS-485通信电路。
RS232通信标准的距离较短，而且速率低，在本门禁系统中采用了RS-485通信标准。
RS-485标准的最大通信距离为1219m，最大数据传输速率为l0Mbit/s，采用双绞线进行传输。
RS-485通信电路原理如下图所示。单片机的标准串行口TXD和RXD接到MAX485的DI和RO管脚，控制信号R/D接到MAX485的/RE及DE脚。当R/D为1时发送器有效，接收器禁止，当R/D为0时接收器有效，发送器禁止。
2．管理机硬件设计
管理机的硬件设计采用与门禁主机相类似的电路设计，单片机的选型以及射频卡读卡器电路、电源电路采用完全相同的硬件设计，只是通信电路采用更简单的RS-232通信标准，使整个系统的硬件设计尽量一致，维护更加方便。
