【正文】 的讀、寫、增值、減值、存儲和傳送等操作。按鍵識別分兩步進(jìn)行：第一步，識別鍵盤有無鍵被按下；第二步如果有鍵被按下，識別出具體的按鍵。鍵盤掃描子程序中完成如下幾個功能： (1) 斷鍵盤上有無鍵按下。方法是等待按鍵釋放之后，再進(jìn)行按鍵功能的處理操作。在軟件編 寫時遵循 I2C 總線規(guī)則：初始狀態(tài)時， SCL、 SDA 兩線都為高，當(dāng) SCL 為高電平時，如果 SDA 線跌落，認(rèn)為是“起始位”；當(dāng) SCL 為高電平時，如果 SDA線上升，認(rèn)為是“停止位”；除此之外，在發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中當(dāng) SCL 為高電平時， SDA 應(yīng)保持穩(wěn)定。 for(i=8。0x80){SDA_DIR=1。 Send_Data = (Send_Data1)。 24 SCL_DIR=1。 } 通信部分程序設(shè)計 (1)通信協(xié)議概述 RS232 串口通信協(xié)議是我們熟悉和常用的通信協(xié)議，其通信協(xié)議的設(shè)計思想是基于幀傳輸方式，即在向串口發(fā)送命令信號、應(yīng)答信號及數(shù) 據(jù)信號時是按照幀的格式發(fā)送的。 主要測試的內(nèi)容有： (1) 讀卡器的基本功能如：系統(tǒng)時鐘顯示、 E2PROM 的讀寫、非法卡報警等； (2) 系統(tǒng)軟件的功能模塊測試； (3) RC500 讀 /寫卡功能模塊測試。 AT24C64 通過二根線與單 片機相連，理論上只要時序正確，對其進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫就應(yīng)該能夠成功，但是實際中每次調(diào)用該子程序都不成功，可能是時序上的問題，但經(jīng)過調(diào)試發(fā)現(xiàn)程序的編寫是正確的，所以應(yīng)該是硬件連接上的問題。這個問題產(chǎn)生的原因有很多，可能是 RC500 軟件設(shè)計上的問題，也可能是天線設(shè)計的問題，最后在指導(dǎo)老師的幫助下，經(jīng)過自己的努力找到了問題的所在，原來是天線匹配電路不合適，通過對匹配電路上電阻、電容的適當(dāng)調(diào)整，使問題得到了解決。讀卡器采用外接電源供電，具有蜂鳴器報警、系統(tǒng)時鐘、 LCD 顯示、3 2 小鍵盤輸入和采用 RS232 接口同上位機通信的功能，能夠很好地滿足實際應(yīng)用的需要。 (2) 讀寫裝置與上位機之間的通信接口宜采用 USB 接口。本文還有很多不足之處，懇請各位專家和老師批評指正。 他 廣博的知識面，豐富的實踐經(jīng)驗以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)，將激勵我在今后的工作和學(xué)習(xí)中豐富自己、努力進(jìn) 取，在此，特別向郭老師表示由衷的感謝和誠摯的敬意。 再次向所有幫助過我的人表示衷心的感謝！謝謝你們！ 28 參考文獻(xiàn) 1 張洪潤，藍(lán)清華 .單片機應(yīng)用技術(shù)教程 .北京：清華大學(xué)出版社， 1997， 41~96 2 譚浩強 .C 程序設(shè)計 . 北京：清華大學(xué)出版社， 2020， 67~186 3 MF RC500 中文資料 . 29 附錄 A 總電路圖 。 在本論文的寫作和相關(guān)研究工作中，我同班同學(xué)都給予了我很多熱心的幫助和熱情的鼓勵，使我順利走過近 兩 個月的 畢業(yè)設(shè)計 生活。對其中設(shè)計思路的引導(dǎo)，電路的可靠性，論文的嚴(yán)謹(jǐn)性等方面更傾注了 他 的精力和心血。 (3) 本論文中給出的程序，還需進(jìn)一步的優(yōu)化，減少其大小，提高程序執(zhí)行效率。 然而本論文論述的非接觸式智能卡系統(tǒng)還有很多方 面需要進(jìn)一步提高，針對 論文中所述，主要有以下幾個方面： (1) 本論文沒有介紹上位機的軟件設(shè)計問題。論文從智能卡整體系統(tǒng)入手，著重介紹了基于 Philips 公司 MIFARE 技術(shù)的非接觸式 IC 卡讀卡器的設(shè)計開發(fā) 。 (3) 讀卡器與卡片不能進(jìn)行正常的通信。顯示模塊由 LCD 和時鐘芯片 1602 組成，時鐘芯片與單片機的連接比較簡單，并且程序部分也都通過了調(diào)試，但系統(tǒng)卻不能正常工作，所以應(yīng)該是 LCD 的硬件出了問題，經(jīng)過查找，是由于調(diào)節(jié) LCD 亮度的那個電位器值過大，造成雖然DS1602 正常工作了，但信息并沒有得到正常的顯示，通過對電位器值的適當(dāng)調(diào)整， LCD 正常工作了，問題得到了解決。 (2)MCU 串口通信程序流程圖 MCU 串口通信程序流程圖如圖 所示。 //停止位 SCL_DIR=0。 SDA_DIR=1。} delay_μs(2)。i) { SCL_DIR=0。這時主器件 (AT89S52)的 SDA 口屬性應(yīng)該變?yōu)檩斎胍员銠z測。 23 圖 掃描程序流程圖 E2PROM 程序的編寫 AT24C64 存儲器可以解決單片機片內(nèi) E2PROM 不足的問題，用以保存諸如用戶設(shè)置參數(shù)、卡片信息等資料。其方法為，在判斷有鍵按下后，用軟件延時的方法延時 10ms，再判斷鍵盤狀態(tài)，如果仍為有鍵按下狀態(tài)，則認(rèn)為有一個確定的鍵按下，否則當(dāng)作按鍵抖動處理； (3) 按鍵位置。第二步，識別具體的按鍵的方法有掃描法和線反轉(zhuǎn)法，這里采用掃描法：逐列置 0 電平，其余各列置為高電平，檢查各行線電平的變化，如果某行電平由高電平變?yōu)?0 電平，則可確定此行此列交叉點處的按鍵被按下。 圖 讀 /寫卡程序流程圖 21 讀卡器外圍基本電路程序的設(shè)計 顯示程序設(shè)計 本設(shè)計中的顯示模塊主要由系統(tǒng)時鐘和 LCD 顯示組成，系統(tǒng)時鐘用來提供時間、日期等信息； LCD 用來向用戶顯示卡片、存儲數(shù)據(jù)等信息； LCD 的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的，通過寄存器的設(shè)置和指令編程就可完成，這部分的程序設(shè)計比較簡單，其流程圖如圖 所示。卡片的 ATR 將啟動，將卡片 Block0 中的卡片類型共2 個字節(jié)傳送給讀寫器 , 建立卡片與讀寫器的第一步通信聯(lián)絡(luò)。KEYADDR 寄存器中的 AB 設(shè)置必須匹配“ Authentication”命令?？ㄆ系拇鎯ζ鞯拿恳粋€塊都分別地指定了該塊的存取條件。 Select 指令成功地完成后， MCU將得到 MFRC500 的 DATA 寄存 器傳送來的一個字節(jié)長的卡片容量信息 — Size。當(dāng)卡片在 MFRC500 天線的有效工作范圍內(nèi)， Request std 指令在成功地讀取這一張卡片之后，對卡進(jìn)行其他操作。 Request 指令分為 Request std和 Request all 兩個指令。 MCU 對 MFRC500 的某一指令操作不是簡單的一條指令所能完成的，必須有一個程序的序列來完成，其中有對 MFRC500 硬件內(nèi)核寄存器的讀 /寫以及根據(jù)讀出的硬件內(nèi)核寄存器的內(nèi)容進(jìn)行語言軟件上的判斷和設(shè)置。讀卡器的主程序流程圖如圖 所示。其主要包括鍵盤掃描、 LCD 顯示、讀寫 E2PROM、讀 /寫卡及與上位機通信等。有經(jīng)驗表明，用 C 語言編寫的程序生成代碼的效率僅比用匯編語言編寫的程序 10～20%。單片機開發(fā)所使用的語言一般為匯編語言。 17 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn) 非接觸智能卡系統(tǒng)的軟件設(shè)計可分為四部分，分別為主程序設(shè)計、 RC500 的讀 /寫程序的設(shè)計、讀卡器外圍基本電路的應(yīng)用程序設(shè)計和通信部分程序的設(shè)計。 PSEN 程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。對 P2 端口寫 “1” 時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入使用。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 P0 口： P0 口雙向 I/O 口。單片機是靠程序的，并且可以修改。它就是單片機芯片。 MAX232 其引腳功能說明如表 所示。圖中使 AT89S52 的 WR 和 RD 管腳分別與 MFRC500 的 NWR 管腳和 NRD 管腳相 13 連來控制讀寫使能； MFRC500 工作頻率由石英晶體而產(chǎn)生，同時與 OSCIN 管腳相連可作為外部時鐘； 管腳與 MFRC500 的 IRQ 管腳相連用以接收中斷請求；由圖可以看出，本系統(tǒng)采用中斷（ INT0）工作模式，即 MCU 利用 MFRC500 提供中斷信息對其進(jìn)行控制。圖中使用信號 NCS 選擇芯片。 表 C2 電容值表 (5)天線的品質(zhì)因數(shù)和匹配電阻 用 于電感耦合式射頻識別系統(tǒng)的天線，其特征值是諧振頻率 f0 和品質(zhì)因數(shù) Q。 12 圖 天線電路 圖中電容 C2A_a、 C2A_b、 C2A_a、 C2A_b、（通稱 C2）的值是由天線的電感值決定的，且需要根據(jù)天線的形狀進(jìn)行調(diào)整。 接收電路： MFRC500 內(nèi)部的信號接收部分使用由子載波的雙邊帶調(diào)制出的信號，為了減少干擾，在地和 VMID 間接了一個電容，接收部分需要在 Rx 和 VMID 腳之間接一個電阻分壓結(jié)構(gòu)。天線一般設(shè)計為三圈，可以設(shè)計為圓形或者方形天線。 表 MFRC500 并行口控制管腳 天線模塊的設(shè)計 為 了同非接觸式智能卡通信，讀卡器內(nèi)必須有能發(fā)射和接收射頻信號的天線。 表 天線連接管腳 為了驅(qū)動天線， MFRC500 通過 TXl 和 TX2 提供 的能量載波。模擬電路包含 一個具有非常低阻抗橋驅(qū)動器輸出的發(fā)送部分，這使得最大操作距離可達(dá) 100mm，接收器可以檢測到非常弱的應(yīng)答信號。 MFRC500 的并行微控制器接口自動檢測連接的 8 位并行接口的類型。 9 圖 AT24C64 與單片機接口電路 MFRC500讀寫模塊 MFRC500 介紹 PHILIPS 公司的 MFRC500 是應(yīng)用于 IC 系列中的一員。 AT24C64 其主要管腳功能描述如下： SCL，串行時鐘。 8 圖 DS1302 與單片機接口電路 存儲模塊 在 本設(shè)計中采用串行 E2PROM 芯片 AT24C64 作數(shù)據(jù) 存儲器。在本設(shè)計中 使用的 DS1302 為 8 腳 DIP 封裝形式，其中 1 腳和 8 腳為電源電壓引腳，單電源供電時接 8 腳，雙電源供電時，主工作電源接 1 腳，備份電源接 8 腳。 在此系統(tǒng)中采用 LCD分屏顯示，每一屏第一行的 首地址是 80H，第二行的首地址是 0C0H；每行寫入 16 個字節(jié)，每屏寫入二行（第一行為系統(tǒng)的時間，第二行為卡片的信息）。經(jīng)過各三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后，在 LM7805 輸出端輸出 +5V 直流電壓， LM7905 輸出的端輸出 5V直流電壓。 5V，電路原理圖如圖 所示。 總體方案確定 根據(jù)上述分析，系統(tǒng)設(shè)計方案如下：本 IC 卡 讀寫器擬以 ATMEL 公司的 AT89S52 單片機作為微控制器，采用 MFRC500 芯片作為射頻卡讀 /寫模塊，采用 DS1302 作為系統(tǒng)時鐘，以AT24C64 作為不掉電存儲器，采用 LCD 顯示， 以 RS232 接口和計算機通信，組成一套功能齊全的非接觸 IC 卡讀寫系統(tǒng)。它是美國 Dallas 公司推出的低功耗串行通信接口專用芯片，采用 3 線串行方式與單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。缺點是需要用軟件處理消抖、重鍵等。 (4)鍵盤模塊 采用矩陣式按鍵。由于 MFRC500 能夠滿足設(shè)計需求，而且應(yīng)用范圍比其他的芯片更廣，資料齊備，于是選擇 MFRC500 作為本設(shè)計的射頻接口芯片。 (2)RFID 讀卡芯片 NXP 公司 (原飛利浦半導(dǎo)體公司 )是較早進(jìn)入 RFID 芯片行業(yè)的國際半導(dǎo)體公司，在射頻讀寫芯片上產(chǎn)品較全。讀卡器的工作過程如下 : (1) 讀卡器將載波信號經(jīng)天線向外發(fā)送； (2) 卡進(jìn)入讀卡器的工作區(qū)域后，卡內(nèi)天線和電容組成的諧振回路接收讀卡器發(fā)射的載波信號，射頻接口模塊將其轉(zhuǎn)換成電源電壓、復(fù)位信號，使卡片激活； (3) 存取控制模塊將存儲器中信息調(diào)制到載波上，經(jīng) 卡上天線送給讀卡器； 4 (4) 讀卡器對接收到的信號進(jìn)行解調(diào)、解碼后送至后臺計算機； (5) 后臺計算機根據(jù)卡號的合法性，針對不同應(yīng)用做出相應(yīng)的處理和控制。這是與智能 IC 卡實現(xiàn)無線通信的核心模塊，也是讀寫器讀寫智能 IC 卡的關(guān)鍵接口芯片。 本系統(tǒng)在調(diào)試過程中使用的是 PHILIPS 公司的 MFI IC S50，其屬于 TYPEA 型卡，下面對其做一些簡述： Mifare1 IC 卡的核心是 PHILIPS 公司 MF1 IC S50 系列微模塊，它確定了卡片的特性以及卡片讀寫器的諸多性能。讀寫器采用兆頻段及磁感應(yīng)技術(shù)，通過無線方式對卡片中的信息進(jìn)行讀寫并采用高速率的半雙工通信協(xié)議。但是，這類卡的讀寫操作速度較慢，操作也不方便，每次讀寫時必須把卡