【正文】 強(qiáng)，可建立防沖突機(jī)制，同一時(shí)間同時(shí)處理多張卡，且不出現(xiàn)相互間的數(shù)據(jù)干擾. 非接觸式 IC 卡讀卡器的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)非接觸式 IC 卡讀卡器按照應(yīng)用的場(chǎng)所不同出現(xiàn)了全面發(fā)展的趨勢(shì)，有便攜式讀卡器、讀卡器模塊、高頻讀卡器、些產(chǎn)品有的適合近距離讀寫，出現(xiàn)了同質(zhì)化很嚴(yán)重的問(wèn)題，各種產(chǎn)品之間的差別不大，性能也相似，但核心技術(shù)并不在自己手上，缺乏成套系統(tǒng)的自主生產(chǎn)權(quán).隨著技術(shù)的進(jìn)步，讀卡器會(huì)隨著多功能如條形碼識(shí)別、以太網(wǎng)傳輸?shù)确较虬l(fā)展，讀卡器的成本也越來(lái)越低，同時(shí)讀卡器將像多制式、多頻段兼容且多功能的方向發(fā)展. 選題背景及課題任務(wù)本課題的背景是校園一卡系統(tǒng)收費(fèi)終端的應(yīng)用，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，社會(huì)的日益信息化，技術(shù)的不斷革新以及要求的不斷提高，需要設(shè)計(jì)出一個(gè)功能豐富，性能更加穩(wěn)定的，并且具有友好人機(jī)界面的嵌入式智能終端，來(lái)取代 安徽新華學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3第 3 頁(yè) 共 43 頁(yè)，方便快捷.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體規(guī)劃2．1 硬件設(shè)計(jì)思路： IC IC 卡的觸點(diǎn)和讀/寫設(shè)備的觸點(diǎn)良好接觸之前，讀/寫設(shè)備不應(yīng)對(duì) IC 卡施加有關(guān)信號(hào)， 卡讀/寫設(shè)備作為系統(tǒng)和用戶交換的接口，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)注意 IC 卡讀/,管理 IC 卡的硬件資源和 卡上的硬件資源包括 CPU,ROM,EEPROM 和 RAM 及通訊接口,這些都由 IC 卡上操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理, 使外部不能直接控制這些資源,使IC 卡對(duì)外表現(xiàn)為一個(gè)黑匣子,從而加強(qiáng)了系統(tǒng)的保密性能. 智能卡通訊管理主要功能是執(zhí)行智能 IC 卡的信息傳送協(xié)議, 接收讀寫器發(fā)出的指令,并對(duì)指令,CRC 采用分組傳輸協(xié)議的系統(tǒng), 還可以通過(guò)分組長(zhǎng)度變化來(lái)檢出錯(cuò)誤.智能卡操作系統(tǒng)最重要的功能之一就是數(shù)據(jù)安全管理. 這可以具體地分為用戶與 IC 卡的鑒別,核實(shí)功能以及對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的加密與解密操作. 智能 IC 卡COS 的應(yīng)用管理功能是對(duì)讀寫器發(fā)來(lái)的命令進(jìn)行判斷,譯碼和處理. 智能卡的各種應(yīng)用以專有文件形式存在卡上,各專有文件則是由 IC 卡的指令系統(tǒng)中指令排列所組成的.鑒別是指對(duì) IC 卡本身的合法性進(jìn)行驗(yàn)證,判定一張 IC 卡是不是,寫,擦除密碼作為防偽的 COS 由于可以通過(guò)內(nèi)部軟件運(yùn)行來(lái)完成密碼轉(zhuǎn)換,因此智能 IC 卡上實(shí)際寫入的密碼無(wú)法被讀寫器直接讀取, 卡由于其高存儲(chǔ)量和高保密性,應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛,除覆蓋了傳統(tǒng)磁卡的全部功能外,還拓展到許多磁卡不能勝任的領(lǐng)域.2．2 硬件論證方案： IC 卡是一種集成電路卡，它的讀/寫設(shè)備是每個(gè) IC 卡應(yīng)用系統(tǒng)必不可缺的 安徽新華學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4第 4 頁(yè) 共 43 頁(yè) IC 卡的 8 個(gè)觸點(diǎn)向 IC 卡提供電源并與 IC 卡相互交換信 IC 卡是從磁卡發(fā)展而來(lái)的. 本 IC 卡讀/寫器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有：IC 卡的插拔檢測(cè)，IC 卡的電源控制，IC 卡與 CPU 的接口以及必要的人機(jī)界面.軟件系統(tǒng)主要由 IC 卡數(shù)據(jù)讀/寫模塊，串行通信模塊等組成. 系統(tǒng)的方案確定對(duì)于本論文的基于單片機(jī)的 IC 卡讀卡器系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，整個(gè)系統(tǒng)由電源模塊、時(shí)鐘電路模塊、顯示電路、報(bào)警系統(tǒng)幾個(gè)部份組成。整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)控制，能夠通過(guò)借口把數(shù)據(jù)從 PC 上顯示出來(lái)。電源模塊負(fù)責(zé)提供電力。顯示電路負(fù)責(zé)顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，報(bào)警系統(tǒng)負(fù)責(zé)當(dāng)數(shù)值超過(guò)卡內(nèi)數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)蜂鳴器提示，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 安徽新華學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5第 5 頁(yè) 共 43 頁(yè)3 硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)的簡(jiǎn)介STC12LE5A16S2 是 16K Flash 的宏晶 STC12C5A60S2 系列單片機(jī)，采用宏晶第六代加密技術(shù)，STC12C5A60S2 系列單片機(jī)器件是 1 個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期 8051 單片機(jī)，低功耗、高速、高可靠、強(qiáng)抗靜電、強(qiáng)抗干擾。STC12LE5A16S2 特性：　?。?）高速：1 個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期，增強(qiáng)型 8051 內(nèi)核，速度比普通 8051快 612 倍；　?。?）寬電壓：（3V 單片機(jī)） ；　?。?）增加第二復(fù)位功能腳/；　?。?）增加外部掉電檢測(cè)電路/，可在掉電時(shí)，及時(shí)將數(shù)據(jù)保存進(jìn)EEPROM， 單片機(jī)引腳圖如下：　 安徽新華學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6第 6 頁(yè) 共 43 頁(yè) 圖 單片機(jī)引腳圖各個(gè)引腳的介紹P0 口是一個(gè)漏極開(kāi)路型準(zhǔn)雙向 I/O 口。在訪問(wèn)外部 存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的地址(低 8 位)和數(shù)據(jù)總線，在訪問(wèn)期間激活了內(nèi) 部的上拉電阻。在 EPROM 編程時(shí)，它接收指令字節(jié)，而在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指 令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。 —(18)：P1 口是帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在 EPROM 編 程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收低 8 位地址。 —(2128)：P2 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在訪 問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它送出高 8 位地址。在對(duì) EFROM 編程和程序驗(yàn)證期間，它接收 高 8 位地址。 —(1017)：P3 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 電源電路電源電路是指提供給用電設(shè)備電力供應(yīng)的電源部分的電路設(shè)計(jì)，使用的電 安徽新華學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7第 7 頁(yè) 共 43 頁(yè)路形式和特點(diǎn)。有交流電源也有直流電源。常見(jiàn)的電源電路有交流電源電路、直流電源電路等。本系統(tǒng)所用的電源電路電路圖如下 圖 電源電路 蜂鳴器電路蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。 ；蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。 本系統(tǒng)中的蜂鳴器系統(tǒng)用于，當(dāng)該讀卡器系統(tǒng)正常運(yùn)作時(shí)，通過(guò)蜂鳴器響兩聲來(lái)表示，該蜂鳴器電路如下： 安徽新華學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8第 8 頁(yè) 共 43 頁(yè)圖 蜂鳴器電路 天線電路 本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在無(wú)源 Mifare 卡中。讀寫模塊的主要任務(wù)是將能量傳輸給 Mifare 卡。并與之建立通信。天線是非接觸式 IC 卡讀寫模塊的一個(gè)重要組成部分，在讀寫模塊和非接觸式 IC 卡通信過(guò)程中，天線用于產(chǎn)生能發(fā)射和接收射頻信號(hào)的磁通量．而磁通量用于向卡提供電源并在讀寫模塊和卡片之間傳送信息。因此，在設(shè)計(jì)中要求天線線圈的電流最大，以用于產(chǎn)生最大的磁通量，并要確保有足夠的帶寬。讀寫模塊的性能與天線的參數(shù)有著直接的關(guān)系。在對(duì)天線的性能進(jìn)行優(yōu)化之后。讀寫模塊的讀卡距離可以達(dá)到 10 cm。 由于 FM1702SL 的頻率是 13．56 MHz．屬于短波段，因此可以采用小環(huán)天線。小環(huán)天線有方型、圓形、橢圓型、三角型等，本系統(tǒng)采用的是矩型天線。天線的最大幾何尺寸同工作波長(zhǎng)之間沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格的界限。一般定義為： L／λ≤1／(2π) 　　　(1) 式中，L 是天線的最大尺寸，λ 是工作波長(zhǎng)。對(duì)于 13．6 MHz 的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，天線的最大尺寸在 50cm 左右。 在天線設(shè)計(jì)中，品質(zhì)因數(shù) Q 是一個(gè)非常重要的參數(shù)。對(duì)于電感耦合式射頻識(shí)別系統(tǒng)的讀寫器天線來(lái)說(shuō)。較高的品質(zhì)因數(shù)值會(huì)使天線線圈中的電流強(qiáng)度也較大，由此可改善對(duì)卡的傳送功率。品質(zhì)因數(shù)的計(jì)算公式為： 式中，f0 是工作頻率，Lcoil 是天線的尺寸，Rcoil 是天線的半徑。 通過(guò)品質(zhì)因數(shù)可以很容易地計(jì)算出天線的帶寬： B=f0/Q 　　(3) 從式中可以看出，天線的傳輸帶寬與品質(zhì)因數(shù)成反比關(guān)系。因此。過(guò)高的品質(zhì)因數(shù)會(huì)導(dǎo)致帶寬縮小，從而減弱讀寫器的調(diào)制邊帶，導(dǎo)致無(wú)法與卡通信。一般系統(tǒng)的最佳品質(zhì)因數(shù)為 1030，最大不能超過(guò) 60。本設(shè)計(jì)中的天線電路如下： 安徽新華學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9第 9 頁(yè) 共 43 頁(yè)圖 天線電路 I/O 口STC12LE5A16S2 單片機(jī)內(nèi)部有 P0、PPP3 四個(gè) 8 位雙向 I/O 口，外設(shè)可直接連接于這幾個(gè)接口上，而無(wú)須另加接口芯片。P0P3 的每個(gè)端口可以按字節(jié)輸入或輸出，也可以按位進(jìn)行輸入或輸出，共 32 根口線，用作控制十分方便。P0 口為三態(tài)雙向口，能帶 8 個(gè) TTL 電路。PPP3 口為準(zhǔn)雙向口，負(fù)載能力為 4 個(gè) TTL 電路，如果外設(shè)需要的驅(qū)動(dòng)電流大，可加接驅(qū)動(dòng)器。P0 口是一個(gè)漏極開(kāi)路型準(zhǔn)雙向 I/O 口。在訪問(wèn)外部 存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的地址(低 8 位)和數(shù)據(jù)總線，在訪問(wèn)期間激活了內(nèi) 部的上拉電阻。在 EPROM 編程時(shí)，它接收指令字節(jié)，而在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指 令字節(jié)。驗(yàn) 安徽新華學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10第 10 頁(yè) 共 43 頁(yè)證時(shí)，要求外接上拉電阻。 —(18)：P1 口是帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在 EPROM 編 程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收低 8 位地址。 —(2128)：P2 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在訪 問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它送出高 8 位地址。在對(duì) EFROM 編程和程序驗(yàn)證期間，它接收 高 8 位地址。 —(1017)：P3 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 FM1702 芯片簡(jiǎn)介FM1702SL 是復(fù)旦微電子股份有限公司基于 IS014443 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的非接觸卡讀卡機(jī)專用芯片，該芯片采用的是 0．6 微米 CMOS EEPROM 工藝制造．可支持ISOl4443 typeA 協(xié)議和 MIFARE 標(biāo)準(zhǔn)的加密算法。芯片內(nèi)部集成了模擬調(diào)制解調(diào)電路。因而只需搭接最少量的外圍電路就可以工作。FM1702SL 芯片支持 SPI接口，其數(shù)字電路具有 TTL、CMOS 兩種電壓工作模式。特別適用于 ISO14443 標(biāo)準(zhǔn)下的水、電、煤氣表等計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的讀卡器的應(yīng)用。該芯片的三路電源都適用于低電壓。該芯片電路如圖 安徽新華學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11第 11 頁(yè) 共 43 頁(yè)圖 FM1702 芯片電路功能特點(diǎn)： 高集成度的模擬電路，只需最少量的外圍線路；操作距離可達(dá) 10cm；支ISO14443typeA 協(xié)議；包含 512byte 的 EEPROM；支持 MIFARE 標(biāo)準(zhǔn)的加密算法；包含 64byte 的 FIFO；數(shù)字電路具有 TTL/CMOS 兩種電壓工作模式；軟件控制的power down 模式；一個(gè)可編程計(jì)時(shí)器；一個(gè)中斷處理器；啟動(dòng)配置可編程；數(shù)字，模擬和發(fā)射模塊都有獨(dú)立的電源供電；