【正文】 ........... 18 其它模塊電路 ..................................................... 19 結(jié)束語 ................................................................... 19 參考文獻 ................................................................. 20 附錄 ..................................................................... 21 致謝 ..................................................................... 23 基于單片機的 IC 卡預(yù)收費水表系統(tǒng)硬件設(shè)計 1 1 引言 IC 卡的相關(guān)知識 ISO7816定義了 IC卡芯片中點到卡左邊沿距離為： ， 到上邊沿的距離為：(8pin)， (6pin)， 寬度： ， 高度： ， 厚度： 。它作為一種新的高科技產(chǎn)品正在引起人們的廣泛關(guān)注，其關(guān)鍵在于卡的應(yīng)用，它標(biāo)志著又一種新的信息處理手段的問世。 IC 卡的 分類 （ 1） 按存儲容量分： IC卡的存儲量小的幾十個 Bit，大到幾十個 K BYTE （ 2） 按安全級別分：非加密存儲卡、邏輯加密存儲卡、 CPU卡 （ 3） 按 連接方式分：接觸式和非接觸式 （ 4） 按 IC芯片廠家：德國 Siemens、法國 Gemplus、美國 Atmel、荷蘭 Philips等 IC 卡的歷史 IC卡是集成電路卡（ Integrated Circuit Card） 的英文簡稱，在有些國家也稱之為智能卡等。 1969 年 12 月，日本的有村國孝提出一種制基于單片機的 IC 卡預(yù)收費水表系統(tǒng)硬件設(shè)計 2 造安全可靠的信用卡方法， 并于 1970 年獲得專利 ， 那時叫 ID 卡 （ Identification Card） 。這樣就誕生了世界上第一張 IC 卡。1984 年，法國的 PTT（ Posts, Telegraphs and Telephones） 將 IC 卡用于電話卡，由于 IC 卡良好的安全性和可靠性，獲得了意想不到的成功。到了 1988 年，發(fā)卡量已經(jīng)超過 10 億張，人均約 5 張，消費金額達到 4695億美元 。 在法國， IC卡誕生于法國，它是 IC卡應(yīng)用的先驅(qū)。 在我國， IC卡的發(fā)展在我國的起步較晚，但在 IC卡行業(yè)里，我國是一個發(fā)展較快的國家之一。可見， IC卡在我國的快速發(fā)展，目前已經(jīng)有 10余個部門和行業(yè)推廣應(yīng)基于單片機的 IC 卡預(yù)收費水表系統(tǒng)硬件設(shè)計 3 用了 IC卡。 2 基于單片機 的 IC卡預(yù)收費水表硬件 設(shè)計 預(yù)收費水表系統(tǒng)硬件組成 本水表電路的硬件設(shè)計原則是在低功耗的前提下，實現(xiàn)多功能，組成框圖如圖 1 所示。它能方便地讀取 IC 卡的數(shù)據(jù)，并控制電磁閥和液晶顯示器的工作，同時還可以 將 水表的數(shù)據(jù)存入E2ROM 進行永久保存并可通過串口送至表外的數(shù)據(jù)終端，大大地提高了該水表的智能化的功能。 （ 3） 片內(nèi) 4KB 程序存儲器 Flash ROM， 用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。 （ 7） 一個全雙工 UART 的串行 I/O 口，用于實現(xiàn)單片機之間或單片機與 PC 機之間的串行通信。 89C51 單片機引腳及其功能 如圖 2 所示為單片機 AT89C51 的引腳圖。 （ 4） P0口（ 39～ 32腳 ）： P0口是一個漏極開路的 8位準(zhǔn)雙向 I/O端口。 P3口輸出緩沖 器 可驅(qū)動 4個 TTL邏輯門電路。 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE 管腳處低電平 10ms 來完成。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在信道保證和數(shù)據(jù)完整性方 面， Mifare 1 標(biāo)準(zhǔn)還提供了信道檢測、存儲基于單片機的 IC 卡預(yù)收費水表系統(tǒng)硬件設(shè)計 6 數(shù)據(jù)冗余校驗、三次傳遞認(rèn)證以及防沖突機制等功能，保證了數(shù)據(jù)交換過程的安全。 （ 3） 每張卡有 唯一 的 32位序列號。 （ 7） 工作頻率為 。 C。 POR模塊主要是對卡片上的各個電路進行 POWERONRESET（上電復(fù)位），使各電路同步啟動工作。 被選中的卡片將直接與讀寫器進行數(shù)據(jù)交換，未被基于單片機的 IC 卡預(yù)收費水表系統(tǒng)硬件設(shè)計 7 選擇的卡片處于等待狀態(tài)，隨時準(zhǔn)備與卡片讀寫器進行通信。 Select Application 模塊：主要用 于卡片的選擇 當(dāng)卡片與讀寫器完成了上述的二個步驟，程序員控制的讀寫器要想對卡片進行讀寫操作，必須對卡片進行“ SELECT”操作。 整個卡片可以設(shè)計成“一卡通”形式來應(yīng)用。 同時它還對各種收 /發(fā)的數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算處理，遞增 /遞減處理， CRC運算處理，等等。 如果某些數(shù)據(jù)需要存儲到 EEPROM，則由控制及算術(shù)運算單元取出送到 EEPROM存儲器中；如果某些數(shù)據(jù)需要傳送給讀寫器，則由控制及算術(shù)運算單元取出，經(jīng)過 RF射頻接口電路的處理，通過卡片上的天線傳送給卡片讀寫器。 數(shù)據(jù)加密單元 該單元完成對數(shù)據(jù)的加密處理及密碼保護。 Mifare 1基于單片機的 IC 卡預(yù)收費水表系統(tǒng)硬件設(shè)計 8 卡片中的這一單元容量為 8196bit（ 1Kbyte），分為 16個扇區(qū)， 64個塊。 （ 2） 引腳 2：讀過程 LED 指示的負(fù)端。它集成了 PCB 板載天線電路和RS232/422 接口的集成讀寫模塊，還提供了 RS232/422 接口與 TTL 接口的轉(zhuǎn)換電路。 （ 3） 接口： RS232/422/485。 （ 7） 電流供應(yīng)： 80mA。 H6152讀寫器對射頻卡進行讀寫后通過串口電平轉(zhuǎn)換電路將 RS－ 232電平轉(zhuǎn)換為單片機所識別的 TTL 電平，從而達到了使用 AT89C51 單片機來控制射頻卡的讀寫過程。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器 ， 石晶振蕩和陶瓷均可采用。另外單片機中還帶有復(fù)位端，為了安全方便，單片機采用了上電自動復(fù)位和手動復(fù)位兩種。 MAX3232 將單片機的 TTL 電平轉(zhuǎn)為 RS232，然后與 H6152 的 RS232 接口直接相連。在通信中，即便是只使用主信道，也并非主信道的所有信號都要連接，一般情況下只需使用其中的 9根信號線 ， 這就是為什么在微機的機箱上串行通信接口（如 COM COM2）只有 9根的原因。對于接收端，電壓低于－ 3V表示基于單片機的 IC 卡預(yù)收費水表系統(tǒng)硬件設(shè)計 12 邏輯“ 1”，高于＋ 3V表示邏輯“ 0”。 KS0107B 不與 CPU 發(fā)生聯(lián)系，只要提供電源就能產(chǎn)生行驅(qū)動信號和各種同步信號，比較簡單。數(shù)據(jù)線 DB0～ DB7 和單片機的 P0口相連 ，控制線 D/I、 R/W和片選線 /CSA、 /CSB 分別與單片機 P2 口的 0腳相連，使能線與 相連。 基于單片機的 IC 卡預(yù)收費水表系統(tǒng)硬件設(shè)計 13 表 2 GXM12864 的引腳定義 引腳名稱 引腳定義 /CSA、 /CSB 片選 2 VSS 數(shù)字地 VDD 邏輯電源 +5V V0 對比度調(diào)節(jié) D/I 指令數(shù)據(jù)通道 R/W 讀 /寫選擇 E 使能信號、高電平有效 DB0DB7 8 位數(shù)據(jù)線 RST 復(fù)位信號 VEE 液晶驅(qū)動電源 A、 K 背光正電源端、背光接地端 電源模塊 在一般情況下，液晶器件的驅(qū)動需要兩種不同的電源電壓，一種是 +5V(工作電壓 )，另一種是 10V(背景光對比度調(diào)節(jié)電壓 )。 MAX1677 是雙電壓輸出升壓 DCDC 變換器，它是一種專門為 LCD 提供電源的芯片，可以產(chǎn)生兩種可調(diào)電壓輸出。 基于單片機的 IC 卡預(yù)收費水表系統(tǒng)硬件設(shè)計 14 圖 9 電源模塊電路 電路中的其他器件說明如下。如果不是用欠電壓監(jiān)測的話，只需要將第三引腳（ LBI）接地即可。其工作原理 圖見附錄 2 所示。目前， Philips 公司和其他集成電路制造商推 出了很多基于 I2C總線的外圍器件?？偩€按照一定 的 通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換。 在信息的傳輸過程中， I2C 總線上并接的每一模塊電路既是主控器（或被控器），又是發(fā)送器（或接收器）。 I2C總線接口電路如圖 10 所示。一般來講，任何器件均可以稱為從器件，只有單片機才能稱為主器件。主器件用于啟動總線上傳送數(shù)據(jù)并產(chǎn)生時鐘以開放傳送的器 件，此時任何被 尋址的器件均被認(rèn)為是從器件。連接總線器件的輸出級必須是集電極或漏極開路，以具有線“與”功能，當(dāng)總線空閑時，兩根線都是高電平。 AT24C01 中帶有片內(nèi)尋址寄存器。圖 11 為 AT24C01 的 引腳 圖。該引腳為開 漏極驅(qū)動，可雙向傳送數(shù)據(jù)。當(dāng)該引腳為高電平時禁止寫入，為低電平時可正常讀 /寫數(shù)據(jù)。 硬件原理圖 記憶單元硬件 原理 圖如圖 12 所示。當(dāng)關(guān)斷時則在 AB兩端加一反向脈沖，水閥就會關(guān)閉?？稍谠?的老式濕式水表加 入 磁針和干 簧 管，磁針隨著用水的流動而旋轉(zhuǎn)使得干 簧 管動作發(fā)出開關(guān)信號，作為計量信號。這樣就能有效地防止私拆或惡意破壞水表的事件發(fā)生。 本人設(shè)計是以配合軟件設(shè)計，完成的功能是通過 51 單片機控制德國 ACG 公司的H6152 系列讀寫模塊對 MIFARE1 系列頻卡進行讀寫操作。它 具有防磁、防靜電、抗破壞性和耐用性強、防偽性好、存儲數(shù)據(jù)安全性高（可加密）、數(shù)據(jù)存儲容量大、 應(yīng)用 設(shè)備及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境成本低、品種型號齊全、技術(shù)規(guī)范成熟等特點， 使得它在生活中可以說無處不在。 但由于能力和時間的關(guān)系，總是覺得有很多不盡人意的地方，譬如有的模塊沒有達到預(yù)期的效果等，然而就是這些缺點讓我知道了我的弱處，我應(yīng)該努力的方向。牛老師嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué) 態(tài)度、敏捷縝密 的邏輯思維、深厚廣博的學(xué)術(shù)造詣使我受益匪淺，本文的 撰寫 亦是牛老師的精心指導(dǎo)和幫助下完成的。 在整個設(shè)計的過程中，我的伙伴們給予的幫助更是不容忽視，我們在一起共同討論、分析、制定方案，共同分工合作，最終都只是向著目標(biāo)前進－－完成一個最滿意的畢業(yè)設(shè)計課題 。