【正文】 XXXX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) I 基于單片機(jī)的公交非接觸 IC 卡的應(yīng)用設(shè)計(jì) 學(xué)生： 指導(dǎo)教師 ： 內(nèi)容摘要 : 非接觸式 IC 卡（俗稱感應(yīng)卡或射頻卡）的發(fā)展歷史僅十余年，至今已成功地應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)、行政、通訊等許多場(chǎng)合，特別是公交行業(yè)、衛(wèi)生保健、身份識(shí)別、小區(qū)管理等，非接觸式 IC 卡有著磁卡和接觸式 IC 卡不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，所以非接觸式 IC 卡一經(jīng)問(wèn)世，便立即引起了廣泛的關(guān)注，并以驚人的速度得到推廣和應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用 PHILIPS 公司的 Mifare 卡作 IC 卡，設(shè)計(jì)以射頻技術(shù)為核心以單片機(jī)為控制器的 IC 卡讀寫器在公 交自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)中的應(yīng)用。制作的 IC 卡讀寫器可以實(shí)現(xiàn)制卡、售卡、自動(dòng)收費(fèi)等功能，具有安全、實(shí)用、方便、快捷、可靠性高的特點(diǎn)，解決了城市公共交通服務(wù)行業(yè)既頻繁又瑣碎的收費(fèi)管理問(wèn)題，有廣泛的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī) 非接觸式 IC 卡 讀寫器 XXXX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) II Based on singlechip bus noncontact IC card application design Abstract: Noncontact IC card (monly known as proximity cards or RF card) The development history of more than ten years alone, has been successfully applied in the economic, administrative, munications and many other occasions, especially the bus industry, health care, identification, munity management, noncontact IC card has a magic card and contactless IC card unparalleled advantages, so noncontact IC card by the advent of one immediately attracted wide attention, and at an alarming rate to be the promotion and application. In this paper, PHILIPS39。s Mifare cards for IC cards, the design of radio frequency technology as the core for a singlechip controller IC card reader automatically charges in the bus system. The production of IC card reader system can be achieved cards, Card Vending, automatic toll collection and other functions, a safe, practical, convenient, fast, high reliability and features, to resolve the city39。s public transport servicesector is also frequently trivial charges management issues, has wide application prospect. Key words： Singlechip noncontact IC card cardreader XXXX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) III 目 錄 一、 前言 ............................................................ 1 （一）本設(shè)計(jì)的背景 ............................................... 1 （二）本設(shè)計(jì)的目的和意義 ......................................... 1 二、 總體方案設(shè)計(jì) .................................................... 2 （一）工作原理 ................................................... 2 （二）方案的設(shè)計(jì) ................................................. 2 （三）方案的論證與選擇 ........................................... 3 三、 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) ................................................ 5 （一）單片機(jī)電路設(shè)計(jì) ............................................. 5 （二）鍵盤電路的設(shè)計(jì) ............................................. 6 （三）顯示電路的設(shè)計(jì) ............................................. 7 （四）存儲(chǔ)器電路的設(shè)計(jì) .......................................... 10 （五）串行通信接口電路的設(shè)計(jì) .................................... 13 四、 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì) ............................................... 13 （一）單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)處理程序 .................................... 14 （二）鍵盤處理程序 .............................................. 14 （三） LCD 液晶顯示程序 ........................................... 14 （四）串口通信程序 .............................................. 14 （五）存儲(chǔ)器程序 ................................................ 14 五、結(jié)束語(yǔ) .......................................................... 14 六、致謝 ............................................................ 15 附錄 : ............................................................... 16 附錄一 設(shè)計(jì)總電路圖 ............................................. 16 附錄二 程序設(shè)計(jì)流程圖 ........................................... 18 附錄三 部分設(shè)計(jì)源代碼 ........................................... 22 參考文獻(xiàn) ............................................................ 30 XXXX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 一、 前言 （一）本設(shè)計(jì)的背景 隨著時(shí)代的進(jìn)步，在我們的日常生活和工作中，科技含量越來(lái)越高。具有電腦相同結(jié)構(gòu)，但功能精簡(jiǎn)的小電腦，即單片機(jī) (single chip microputer)的運(yùn)用越來(lái)越多，家用電器和辦公設(shè)備的智能 化、遙控化、已成為世界潮流，而這些高性能無(wú)一不是靠單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。近幾年，隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，單片機(jī)的發(fā)展速度十分驚人。它的應(yīng)用也必將導(dǎo)致傳統(tǒng)控制技術(shù)發(fā)生重大變革。因此，學(xué)習(xí)單片機(jī)的原理，掌握單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)，具有重要的意義 。 IC 卡是集成電路卡 Integrated CircuitCard 的簡(jiǎn)稱 ， 將一個(gè)集成電路芯片鑲嵌在由聚氯乙烯 (PVC)或聚氯乙烯酸酯 (PVCA)材料制成的塑料卡片內(nèi)封裝成卡片形狀 ， 其外形和尺寸遵循 ISO7816 系列標(biāo)準(zhǔn)，集成電路芯片一般分為存儲(chǔ)卡芯片和微處理卡 芯片。 目前經(jīng)常接 觸到的 IC卡有兩種：接觸式的和非接觸式的 IC卡。接觸式的 IC卡通過(guò)機(jī)械觸點(diǎn)從讀寫器獲取能量和交換數(shù)據(jù)；非接觸式 IC卡通過(guò)線圈射頻感應(yīng)從讀寫器獲取能量和交換數(shù)據(jù)，所以又稱射頻卡。目前在社會(huì)上常見(jiàn)的是接觸式 IC卡。它具有存儲(chǔ)量大（以兆為單位），保密功能強(qiáng)（有多重密碼設(shè)置和認(rèn)證功能），可實(shí)現(xiàn)一卡多用。但是，這類卡的讀寫操作速度較慢，操作也不方便，每次讀寫時(shí)必須把卡正確地插入到讀寫器的口槽才能完成數(shù)據(jù)交換，這樣，在公交、考勤等需要頻繁讀寫卡的場(chǎng)合就很不方便，而且讀寫器的觸點(diǎn)和卡片上 IC卡的觸腳暴露在外 ,容易損壞和搞 臟而造成接觸不良。 非接觸式 IC卡是根據(jù)射頻電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生的。它的讀寫操作只需將卡片放在讀寫器附近一定的距離之內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，無(wú)需任何接觸，使用中非常方便、快捷，不易損壞。 非接觸式 IC卡由 IC芯片、感應(yīng)天線組成，封裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 PVC卡片內(nèi)，芯片及天線無(wú)任何外露部分。是世界上最近幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù) ,它成功的將射頻識(shí)別技術(shù)和 IC卡技術(shù)結(jié)合起來(lái) ， 結(jié)束了無(wú)源 (卡中 無(wú) 電源 )和免接觸這一難題 ， 是電子器件領(lǐng)域的一大突破 。 卡片在一定距離范圍 (通常為5—10mm)靠近讀寫器表面，通過(guò)無(wú)線電波的傳遞來(lái)完成數(shù)據(jù)的讀 寫操作。 （二）本設(shè)計(jì)的目的和意義 為提高 IC 卡在公交系統(tǒng)的適應(yīng)能力，包括用戶的各類特殊要求，抗干擾，抗惡劣環(huán)境等。 方便廣大乘客，減輕售票員的負(fù)擔(dān) ，本設(shè)計(jì) 具有安全、實(shí)用、方便、快捷、可靠性高的特點(diǎn)，解決了城市公共交通服務(wù)行業(yè)既頻繁又瑣碎的收費(fèi)管理問(wèn)題，有廣泛的應(yīng)用前景。 XXXX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 二、 總體方案設(shè)計(jì) （一）工作原理 非接觸式 IC 卡讀寫器以射頻識(shí)別技術(shù)為核心，讀寫器內(nèi)主要使用了 1 片 Mifare 卡專用的讀寫處理芯片 MMM 微模塊。它是一個(gè)小型的最大操作距離達(dá) 20～ 30mm 的 Mifare讀 /寫設(shè)備的核心器件，其功能包 括調(diào)制、解調(diào)、產(chǎn)生射頻信號(hào)、安全管理和防碰撞機(jī)制。內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為射頻區(qū)和接口區(qū)：射頻區(qū)內(nèi)含調(diào)制解調(diào)器和電源供電電路，直接與天線連接；接口區(qū)有與單片機(jī)相連的端口，還具有與射頻區(qū)相連的收 /發(fā)器、 16 字節(jié)的數(shù)據(jù)緩沖器、存放 64 對(duì)傳輸密鑰的 ROM、存放 3 套密鑰的只寫存儲(chǔ)器以及進(jìn)行三次證實(shí)和數(shù)據(jù)加密的密碼機(jī)、防碰撞處理的防碰撞模塊和控制單元。這是與射頻卡實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的核心模塊，也是讀寫器讀寫 Mifare 卡的關(guān)鍵接口芯片。讀寫器工作時(shí)，不斷地向外發(fā)出一組固定頻率的電磁波（ ），當(dāng)有卡靠近時(shí)，卡片內(nèi)有一個(gè) LG 串 聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器的發(fā)射頻率相同，這樣在電磁波的激勵(lì)下， LG 諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容充電有了電荷。在這個(gè)電容另一端，接有一個(gè)單向?qū)щ姷碾娮颖茫瑢㈦娙輧?nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)存儲(chǔ)。當(dāng)電容器充電達(dá)到 2V 時(shí)，此電容就作為電源為卡片上的其他電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器發(fā)出的數(shù)據(jù)與保存。 （二）方案的設(shè)計(jì) 總體電路設(shè)計(jì)應(yīng)該完成六個(gè)部分電路： 單片機(jī)及外圍電路 ， 鍵盤電路 ， 顯示電路， 存儲(chǔ)器電路， 串口通信電路， 非接觸式 IC 卡。單片機(jī)采用八位機(jī) AT89C51，根據(jù)內(nèi)部的特 性，完全能滿足功能要求；因?yàn)樾枰斎氲臄?shù)字量比較多，所以鍵盤采用 4X4矩陣鍵盤；顯示器使用液晶顯示器；存儲(chǔ)器采用鐵電存儲(chǔ)器，操作方便，可靠，掉電可保存數(shù)據(jù)。下面為電路組成框圖，如圖 1： 圖 1 系統(tǒng)組成框圖 單 片 機(jī) 鍵盤 電路 顯示 電路 非接觸式IC 卡 存儲(chǔ)器電路 串口通信電路 XXXX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 （三）方案的論證與選擇 1． IC 卡的選擇 與接觸式 IC 卡相比較 ,非接觸式卡具有以下優(yōu)點(diǎn) : ⑴ 可靠性高非接觸式 IC 卡與讀寫器之間無(wú)機(jī)械接觸，避免了由于接觸讀寫而產(chǎn)生的各種故障。例如 :由于粗暴插卡，非卡外物插入，灰塵或油污導(dǎo)致接觸不良造成的故障。 此外 ,非接觸式卡表面無(wú)裸露芯片，無(wú)須擔(dān)心芯片脫落，靜電擊穿，彎曲損壞等問(wèn)題，既便于卡片印刷，又提高了卡片的使用可靠性。 ⑵ 操作方便由于非接觸通訊，讀寫器在 10CM 范圍內(nèi)就可以對(duì)卡片操作，所以不必插撥卡，非常方便用戶使用。非接觸式卡使用時(shí)沒(méi)有方向性，卡片可以在任意方向掠過(guò)讀寫器表面，既可完成操作，這大大提高了每次使用的速度。 ⑶ 防沖突非接觸式卡中有快速防沖突機(jī)制 ， 能防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾，因此，讀寫器可以 “ 同時(shí) ” 處理多張非接 觸式 IC 卡。這提高了應(yīng)用的并行性，無(wú)形中提高系統(tǒng)工作速度。 ⑷ 可以適合于