【正文】 和使用壽命。(2) 防偽性好 每張卡都有一個由制造商在產(chǎn)品出廠前固化于芯片的3 2 位序列號，一旦寫入即不可更改，且世界惟一。 (3) 安全性好 卡與讀寫器間采用三次相互確認(rèn)的雙向驗(yàn)證機(jī)制，在讀寫器驗(yàn)證卡的合法性的同時卡也對讀寫器合法性進(jìn)行檢驗(yàn)。所有通訊數(shù)據(jù)均加密，以防止信號截取?？▋?nèi)各扇區(qū)均有自己的操作密碼和訪問條件，并實(shí)行芯片傳輸密碼保護(hù)。(4)抗干擾能力強(qiáng)具備防沖突(防碰撞)機(jī)制，同一時間可“同時”處理多張卡，而不致出現(xiàn)相互間的數(shù)據(jù)干擾。(5) 一卡多用 用戶可根據(jù)需要，靈活定義各存儲扇區(qū)的密碼和訪問條件，以便互不影響地分別滿足不同場合、不同用途的要求。綜上述兩種IC卡的介紹，采用非接觸式IC卡來完成公交汽車IC卡控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。目前，在世界智能卡市場上主要有三大品牌: Mifare,Temic,Legic它們各具特點(diǎn)，性能也各具千秋。但由于市場占有率和性能價(jià)格比Temic,Legic。不如Mifare 1型IC卡，因此通常選擇Mifare 1型射頻IC卡作為公交控制系統(tǒng)的信息載體。在本系統(tǒng)采用符合IS014443 標(biāo)準(zhǔn)的Mifare 1型非接觸式邏輯加密卡。 單片機(jī)選擇公交IC卡控制系統(tǒng)的讀寫器電路板向著小型化、低功耗、抗千擾、低成本、實(shí)用功能方向發(fā)展。因此在對單片機(jī)的選擇趨向于容量適中、功能豐富、性能可靠、價(jià)格低的元件。因此本設(shè)計(jì)中應(yīng)用最為廣泛的MCS51系列8位單片機(jī)8051。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)概述 8051單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理1 8051單片機(jī)的內(nèi)部組成8051內(nèi)部有4 KB ROM，基本組成如圖31所示。 圖31 8051 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖1) 中央處理器（CPU）中央處理器是單片機(jī)的核心,完成運(yùn)算和控制功能。8051的CPU能處理8位二進(jìn)制數(shù)或代碼。2) 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部RAM）8051芯片中共有256個RAM單元，但其中后128單元被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是前128單元，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。因此通常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器就是指前128單元，簡稱內(nèi)部RAM。3) 內(nèi)部程序存儲器（內(nèi)部ROM）8051共有4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格，因此，稱之為程序存儲器，簡稱內(nèi)部ROM。4) 定時/計(jì)數(shù)器8051共有兩個16位的定時/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時或計(jì)數(shù)功能，并以其定時或計(jì)數(shù)結(jié)果對計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。 5) 并行I/O口 MCS51共有4個8位的I/O口（P0、PPP3），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出。6) 串行口8051單片機(jī)有一個全雙工的串行口，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其它設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強(qiáng)，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。7) 中斷控制系統(tǒng)8051單片機(jī)的中斷功能較強(qiáng)，以滿足控制應(yīng)用的需要。8051共有5個中斷源，即外中斷兩個，定時/計(jì)數(shù)中斷兩個，串行中斷一個。全部中斷分為高級和低級共兩個優(yōu)先級別。 8) 時鐘電路8051芯片的內(nèi)部有時鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。時鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時鐘脈沖序列。系統(tǒng)允許的晶振頻率一般為6 MHz和12 MHz。從上述內(nèi)容可以看出，MCS51雖然是一個單片機(jī)芯片，但作為計(jì)算機(jī)應(yīng)該具有的基本部件它都包括，因此，實(shí)際上它已是一個簡單的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)了。2 8051的信號引腳8051是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳如圖32所示。圖321）信號引腳介紹（1）主電源引腳◇ VCC：+5 V電源◇ VSS：地線。（2）時鐘電路引腳◇ XTAL1和XTAL2：外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。（3）控制信號引腳◇ RST/VPD：復(fù)位信號。當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù)兩個機(jī)器周期以上的高電平時即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。當(dāng)單片機(jī)掉電時，此引腳上可接備用電源，由VPD向片內(nèi)RAM提供備用電源，一保持片內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)不丟失?！?ALE/PROG：地址鎖存控制信號。在系統(tǒng)擴(kuò)展時，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。此外，由于ALE是以晶振1/6的固定頻率輸出的正脈沖，因此,可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。 對于EPROM型單片機(jī)，在EPRAM編程期間，此引腳接收編程脈沖。 ◇ PSEN:片外程序存儲器讀選通信號輸出端?！?EA/VPP：訪問程序存儲控制信號。當(dāng)EA信號為低電平時，對ROM的讀操作限定在外部程序存儲器；當(dāng)EA信號為高電平時，對ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。對于EPROM型單片機(jī)，在EPRAM編程期間，此引腳接上加21V EPROM編程電源VPP。(4)I/O引腳 ～ ： P0口8位雙向口線。 ～ ：P1口8位雙向口線。 ～ ：P2口8位雙向口線。 ～ ：P3口8位雙向口線。 2) P3口線的第二功能。P3的8條口線都定義有第二功能，詳見表31。表31 P3口各引腳與第二功能表引腳第二功能信號名稱RXD串行數(shù)據(jù)接收TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送INT0外部中斷0申請INT1外部中斷1申請T0定時/計(jì)數(shù)器0的外部輸入T1定時/計(jì)數(shù)器1的外部輸入WR外部RAM寫選通RD外部RAM讀選通以上把8051單片機(jī)的全部信號引腳分別以第一功能和第二功能的形式列出。對于各種型號的芯片，其引腳的第一功能信號是相同的，所不同的只在引腳的第二功能信號。對于30和31三個引腳，由于第一功能信號與第二功能信號是單片機(jī)在不同工作方式下的信號，因此不會發(fā)生使用上的矛盾。但是P3口的情況卻有所不同，它的第二功能信號都是單片機(jī)的重要控制信號。因此，在實(shí)際使用時，都是先按需要選用第二功能信號，剩下的才以第一功能的身份作數(shù)據(jù)位的輸入/輸出使用。3 并行輸入/輸出口電路結(jié)構(gòu)單片機(jī)芯片內(nèi)還有一項(xiàng)主要內(nèi)容就是并行I/O口。8051共有4個8位的并行I/O口，分別記作P0、PPP3。每個口都包含一個鎖存器、一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。實(shí)際上，它們已被歸入專用寄存器之列，并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。在訪問片外擴(kuò)展存儲器時，低8位地址和數(shù)據(jù)由P0口分時傳送，高8位地址由P2口傳送。在無片外擴(kuò)展存儲器的系統(tǒng)中，這4個口的每一位均可作為雙向的I/O端口使用。8051單片機(jī)的4個I/O口都是8位雙向口，這些口在結(jié)構(gòu)和特性上是基本相同的，但又各具特點(diǎn)。4 時鐘電路（1）內(nèi)部方式時鐘電路在8051芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機(jī)的時鐘電路，如圖33所示。時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后，才成為單片機(jī)的時鐘脈沖信號。請讀者特別注意時鐘脈沖與振蕩脈沖之間的二分頻關(guān)系，否則會造成概念上的錯誤。一般地，電容C1和C2取30pF左右，～12MHz。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也高，單片機(jī)運(yùn)行速度也就快。8051在通常應(yīng)用情況下，使用振蕩頻率為6MHz或12MHz。圖33 時鐘振蕩電路 （2）外部方式時鐘電路在由多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，為了各單片機(jī)之間時鐘信號的同步，應(yīng)當(dāng)引入惟一的公用外部脈沖信號作為各單片機(jī)的振蕩脈沖。這時，外部的脈沖信號是經(jīng)XTAL2引腳注入，其連接如圖34所示。圖34 外部時鐘源接法（3） 時序時序是用定時單位來說明的。8051的時序定時單位共有4個，從小到大依次是：節(jié)拍、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期。它們之間的關(guān)系如下：（1）一個振蕩脈沖的周期為節(jié)拍；（2）一個狀態(tài)就包含兩個節(jié)拍；（3）一個機(jī)器周期的寬度為6個狀態(tài)；（4）一條指令周期由若干個機(jī)器周期組成。 5 單片機(jī)的復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，復(fù)位后PC=0000H，使單片機(jī)從第一個單元取指令。單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使RST/VPD 或RST引腳加上持續(xù)兩個機(jī)器周期（即24個振蕩周期）的高電平。若時鐘頻率為12 MHz，每機(jī)器周期為1?μs，則只需2μs以上時間的高電平，在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位期間不產(chǎn)生ALE和PSEN信號，即ALE=1和PSEN=1。這表明單片機(jī)復(fù)位期間不會有任何取指操作。復(fù)位后，內(nèi)部各專用寄存器狀態(tài)如下:PC： 0000H TMOD： 00HACC： 00H TCON： 00HB： 00H TH0： 00HPSW： 00H TL0： 00HSP： 07H TH1： 00HDPTR： 0000H TL1： 00HP0~P3：FFH SCON： 00HIP： ***00000B SBUF： 不定IE： 0**00000B PCON： 0***0000其中，*表示無關(guān)位。注意：(1) 復(fù)位后PC值為0000H，表明復(fù)位后程序從0000H開始執(zhí)行，這一點(diǎn)在實(shí)訓(xùn)中已介紹。(2) SP值為07H，表明堆棧底部在07H。一般需重新設(shè)置SP值。(3) P0~P3口值為FFH。P0~P3口用作輸入口時，必須先寫入“1”。單片機(jī)在復(fù)位后，已使P0~P3口每一端線為“1”，為這些端線用作輸入口做好了準(zhǔn)備。1 8051內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器8051單片機(jī)的芯片內(nèi)部有RAM和ROM兩類存儲器，即所謂的內(nèi)部RAM和內(nèi)部ROM，首先分析內(nèi)部RAM。1）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128單元8051的內(nèi)部RAM共有256個單元，通常把這256個單元按其功能劃分為兩部分：低128單元（單元地址00H～7FH）和高128單元（單元地址80H～FFH）。 低128單元是單片機(jī)的真正RAM存儲器，按其用途劃分為寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和用戶RAM區(qū)三個區(qū)域。（1）寄存器區(qū)8051共有4組寄存器，每組8個寄存單元，各組都以R0～R7作寄存單元編號。寄存器常用于存放操作數(shù)中間結(jié)果等。由于它們的功能及使用不作預(yù)先規(guī)定，因此稱之為通用寄存器，有時也叫工作寄存器。4組通用寄存器占據(jù)內(nèi)部RAM的00H～1FH單元地址。 在任一時刻，CPU只能使用其中的一組寄存器，并且把正在使用的那組寄存器稱之為當(dāng)前寄存器組。到底是哪一組，由程序狀態(tài)字寄存器PSW中RSRS0位的狀態(tài)組合來決定。通用寄存器為CPU提供了就近存儲數(shù)據(jù)的便利，有利于提高單片機(jī)的運(yùn)算速度。此外，使用通用寄存器還能提高程序編制的靈活性，因此，在單片機(jī)的應(yīng)用編程中應(yīng)充分利用這些寄存器，以簡化程序設(shè)計(jì)，提高程序運(yùn)行速度。（2）位尋址區(qū)內(nèi)部RAM的20H～2FH單元，既可作為一般RAM單元使用，進(jìn)行字節(jié)操作，也可以對單元中每一位進(jìn)行位操作，因此把該區(qū)稱之為位尋址區(qū)。位尋址區(qū)共有16個RAM單元，計(jì)128位，地址為00H～7FH。MCS51具有布爾處理機(jī)功能，這個位尋址區(qū)可以構(gòu)成布爾處理機(jī)的存儲空間。這種位尋址能力是MCS51的一個重要特點(diǎn)。（3）用戶RAM區(qū)在內(nèi)部RAM低128單元中，通用寄存器占去32個單元，位尋址區(qū)占去16個單元，剩下80個單元，這就是供用戶使用的一般RAM區(qū)，其單元地址為30H～7FH。對用戶RAM區(qū)的使用沒有任何規(guī)定或限制，但在一般應(yīng)用中常把堆棧開辟在此區(qū)中。2）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器高128單元內(nèi)部RAM的高128單元是供給專用寄存器使用的，其單元地址為80H～FFH。因這些寄存器的功能已作專門規(guī)定，故稱之為專用寄存器（Special Function Register），也可稱為特殊功能寄存器。2 8051內(nèi)部程序存儲器8051的程序存儲器用于存放編好的程序和表格常數(shù)。8051片內(nèi)有4 KB的ROM。051的片外最多能擴(kuò)展64 KB程序存儲器，片內(nèi)外的ROM是統(tǒng)一編址的。如端保持高電平，8051的程序計(jì)數(shù)器PC在0000H～0FFFH地址范圍內(nèi)(即前4 KB地址)是執(zhí)行片內(nèi)ROM中的程序，當(dāng)PC在1000H～FFFFH地址范圍時，自動執(zhí)行片外程序存儲器中的程序；當(dāng)保持低電平時，只能尋址外部程序存儲器，片外存儲器可以從0000H開始編址。 8051的程序存儲器中有些單元具有特殊功能，使用時應(yīng)予以注意。其中一組特殊單元是0000H～0002H。系統(tǒng)復(fù)位后，(PC)=0000H，單片機(jī)從0000H單元開始取指令執(zhí)行程序。如果程序不從0000H單元開始，應(yīng)在這三個單元中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便直接轉(zhuǎn)去執(zhí)行指定的程序。還有一組特殊單元是0003H～002AH，共40個單元。這40個單元被均勻地分為5段，作為5個中斷源的中斷地址區(qū)。其中： 0003H～000AH 外部中斷0中斷地址區(qū) 000BH～0012H 定時/計(jì)數(shù)器0中斷地址區(qū) 0013H～001AH 外部中斷1中斷地址區(qū) 001BH～0022H 定時/計(jì)數(shù)器1中斷地址區(qū) 0023H～002AH 串行中斷地址區(qū)中斷響應(yīng)后，按中斷種類，自動轉(zhuǎn)到各中斷區(qū)的首地址去執(zhí)行程序，因此在中斷地址區(qū)中理應(yīng)存放中斷服務(wù)程序。但通常情況下，8個單元難以存下一個完整的中斷服務(wù)程序，因此通常也是從中斷地址區(qū)首地址開始存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便中斷響應(yīng)后，通過中斷地址區(qū)，再轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序的實(shí)際入口地址。（SFR）簡介8051共有21個專用寄存器，其中部分寄存器簡單介紹如下：(1) 程序計(jì)數(shù)器PC: PC是一個16位的計(jì)數(shù)器，它的作用是控制程序的執(zhí)行順序。其內(nèi)容