【正文】 在整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我的伙伴們給予的幫助更是不容忽視，我們?cè)谝黄鸸餐懻?、分析、制定方案，共同分工合作，最終都只是向著目標(biāo)前進(jìn)－－完成一個(gè)最滿意的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題 。 但由于能力和時(shí)間的關(guān)系，總是覺(jué)得有很多不盡人意的地方，譬如有的模塊沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的效果等，然而就是這些缺點(diǎn)讓我知道了我的弱處，我應(yīng)該努力的方向。 本人設(shè)計(jì)是以配合軟件設(shè)計(jì)，完成的功能是通過(guò) 51 單片機(jī)控制德國(guó) ACG 公司的H6152 系列讀寫(xiě)模塊對(duì) MIFARE1 系列頻卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作。可在原有 的老式濕式水表加 入 磁針和干 簧 管，磁針隨著用水的流動(dòng)而旋轉(zhuǎn)使得干 簧 管動(dòng)作發(fā)出開(kāi)關(guān)信號(hào)，作為計(jì)量信號(hào)。 硬件原理圖 記憶單元硬件 原理 圖如圖 12 所示。該引腳為開(kāi) 漏極驅(qū)動(dòng)，可雙向傳送數(shù)據(jù)。 AT24C01 中帶有片內(nèi)尋址寄存器。主器件用于啟動(dòng)總線上傳送數(shù)據(jù)并產(chǎn)生時(shí)鐘以開(kāi)放傳送的器 件，此時(shí)任何被 尋址的器件均被認(rèn)為是從器件。 I2C總線接口電路如圖 10 所示?？偩€按照一定 的 通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其工作原理 圖見(jiàn)附錄 2 所示。 基于單片機(jī)的 IC 卡預(yù)收費(fèi)水表系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 14 圖 9 電源模塊電路 電路中的其他器件說(shuō)明如下。 基于單片機(jī)的 IC 卡預(yù)收費(fèi)水表系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 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(duì)比度調(diào)節(jié) D/I 指令數(shù)據(jù)通道 R/W 讀 /寫(xiě)選擇 E 使能信號(hào)、高電平有效 DB0DB7 8 位數(shù)據(jù)線 RST 復(fù)位信號(hào) VEE 液晶驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(duì)比度調(diào)節(jié)電壓 )。 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(dòng)信號(hào)和各種同步信號(hào)，比較簡(jiǎn)單。在通信中，即便是只使用主信道，也并非主信道的所有信號(hào)都要連接，一般情況下只需使用其中的 9根信號(hào)線 ， 這就是為什么在微機(jī)的機(jī)箱上串行通信接口（如 COM COM2）只有 9根的原因。另外單片機(jī)中還帶有復(fù)位端，為了安全方便，單片機(jī)采用了上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種。 H6152讀寫(xiě)器對(duì)射頻卡進(jìn)行讀寫(xiě)后通過(guò)串口電平轉(zhuǎn)換電路將 RS－ 232電平轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所識(shí)別的 TTL 電平，從而達(dá)到了使用 AT89C51 單片機(jī)來(lái)控制射頻卡的讀寫(xiě)過(guò)程。 （ 3） 接口： RS232/422/485。 （ 2） 引腳 2：讀過(guò)程 LED 指示的負(fù)端。 數(shù)據(jù)加密單元 該單元完成對(duì)數(shù)據(jù)的加密處理及密碼保護(hù)。 同時(shí)它還對(duì)各種收 /發(fā)的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算處理，遞增 /遞減處理， CRC運(yùn)算處理，等等。 被選中的卡片將直接與讀寫(xiě)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，未被基于單片機(jī)的 IC 卡預(yù)收費(fèi)水表系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 7 選擇的卡片處于等待狀態(tài)，隨時(shí)準(zhǔn)備與卡片讀寫(xiě)器進(jìn)行通信。 POR模塊主要是對(duì)卡片上的各個(gè)電路進(jìn)行 POWERONRESET（上電復(fù)位），使各電路同步啟動(dòng)工作。 （ 7） 工作頻率為 。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(cè)、存儲(chǔ)基于單片機(jī)的 IC 卡預(yù)收費(fèi)水表系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6 數(shù)據(jù)冗余校驗(yàn)、三次傳遞認(rèn)證以及防沖突機(jī)制等功能，保證了數(shù)據(jù)交換過(guò)程的安全。 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處低電平 10ms 來(lái)完成。 （ 4） P0口（ 39～ 32腳 ）： P0口是一個(gè)漏極開(kāi)路的 8位準(zhǔn)雙向 I/O端口。 （ 7） 一個(gè)全雙工 UART 的串行 I/O 口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與 PC 機(jī)之間的串行通信。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(shí)還可以 將 水表的數(shù)據(jù)存入E2ROM 進(jìn)行永久保存并可通過(guò)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?？梢?jiàn)， IC卡在我國(guó)的快速發(fā)展，目前已經(jīng)有 10余個(gè)部門和行業(yè)推廣應(yīng)基于單片機(jī)的 IC 卡預(yù)收費(fèi)水表系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3 用了 IC卡。 在法國(guó)， IC卡誕生于法國(guó)，它是 IC卡應(yīng)用的先驅(qū)。1984 年，法國(guó)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。 1969 年 12 月，日本的有村國(guó)孝提出一種制基于單片機(jī)的 IC 卡預(yù)收費(fèi)水表系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 2 造安全可靠的信用卡方法， 并于 1970 年獲得專利 ， 那時(shí)叫 ID 卡 （ Identification Card） 。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(wèn)世。本文 對(duì) 每個(gè) 模塊 逐一進(jìn)行了研究 ， 全面詳細(xì)地論述了硬件 電路的設(shè)計(jì)流程，對(duì)本設(shè)計(jì)中非接觸式 IC 卡讀寫(xiě)電路模塊、 液晶顯示 電路模塊和 H6152 讀寫(xiě)電路模塊等工作原理及功能進(jìn)行了詳細(xì)了說(shuō)明。 IC卡，又稱“集成電路卡”、智能卡，英文名稱“ Integrated Circuit Card” 或“ Smart card” ， 是法國(guó)人 Roland morono 于 1974年發(fā)明的，將具有存儲(chǔ)、加密及 數(shù)據(jù)處理能力的集成電路芯片模塊封裝于和信用卡尺寸一樣大小的塑料基中，便構(gòu)成了 IC卡。將一個(gè)專用的集成電路芯片鑲嵌于符合 ISO7816標(biāo)準(zhǔn)的 PVC（或 ABS） 塑料基片中，封裝成外形與磁卡類似的卡片形式，即制成一張 IC卡。1974 年，法國(guó)的羅蘭德 1993年僅美國(guó)兩家最大的發(fā)卡公司 VISA和 MASTER的發(fā)行量即達(dá)到了 ，遍及全世界 200 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)， 消費(fèi)額達(dá)到 8250 億美元，電子收款機(jī) ECR 的普及率約為 400～ 500 臺(tái) /萬(wàn)人。自 1993年 7月我國(guó)電子工業(yè)部協(xié)同銀行、郵電及有關(guān)部委提出了命名為“金卡”的專項(xiàng)工程，總目標(biāo)是：用 10年左右的時(shí)間，在全國(guó) 400個(gè)大中城市及部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)縣區(qū)推廣使用卡基支付工具，在這些覆蓋了 3億城市人口的地區(qū)，發(fā)卡總量要達(dá)到 2億張，年交易額達(dá)到 1萬(wàn)億元。系統(tǒng)硬件電路由 IC 卡讀寫(xiě)電路 、液晶顯示控制電路、 電磁閥控制電路 、 脈沖提取電路、安全保護(hù)電路、記憶單元電路、通信接口電路組成，以 AT89C51 為核心控制芯片，完成整個(gè)水表信 號(hào)的讀 、 寫(xiě)處理，監(jiān)控水表工作的功能。 （ 4） 4 個(gè) 8 位并行 I/O 端口 P0P3,每個(gè)端口既可以用作輸入，也可以用作輸出。 圖 2 單片機(jī) AT89C51 的引腳圖 （ 1） XTAL1（ 19 腳）：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部 時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。對(duì) P3口寫(xiě)入 “ 1” 時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口，此時(shí)，被外部拉低的 P3口將用上拉電阻輸出電流。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 （ 4） 具有防沖突機(jī)制、支持多卡操作。 Mifare 1射頻卡包含了兩個(gè)部分： RF射頻接口電路和數(shù)字電路部分。 Anticollision模塊：防止（卡片）重疊功能 如果有多張 Mifare 1卡片處在卡片讀寫(xiě)器的天線的工作范圍之內(nèi)時(shí)， AntiCollision模塊的防重疊功能將被啟動(dòng)工作，在程序員控制下的卡片讀寫(xiě)器會(huì)與每一張卡片進(jìn)行通信，取得每一張卡片的系列號(hào)。以使卡片真正地被選中。 RAM中的數(shù)據(jù)在卡片失掉電源后（卡片離開(kāi)讀寫(xiě)器天線的有效工作范圍內(nèi)）將被清除。 H6152讀寫(xiě)模塊 圖 3 H6152基本結(jié)構(gòu)示意圖 H6152的基本結(jié)構(gòu)如圖 3所示。H6152 需外界 +5V 電源供電。 （ 8） 工作溫度： 40～ +85℃ . （ 9） 最大讀寫(xiě)距離： 50mm。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，則 XTAL1不接。 RS232C 是數(shù)據(jù)終端設(shè)備（ DTE）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（ DCE）之間的接口標(biāo)準(zhǔn)，是在微機(jī)接口應(yīng)用中 常用的一種串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)，全稱為 EIARS232C 標(biāo)準(zhǔn)（ Electoronic Industrial Associate Remended Standard232C）。 設(shè)計(jì)中單片機(jī)選用 ATMEL 公司的芯片 AT89C51，它可以完全滿足設(shè)計(jì)的功能要求 。 在進(jìn)行液晶顯示模塊的硬件調(diào)試時(shí)務(wù)必注意正確的接線，尤其是正負(fù)電源的接線不能有錯(cuò)，否則會(huì)燒壞電路上的芯片。其輸入電壓范圍（ ）較大，可以依據(jù)不同系統(tǒng)提供的安裝電池的空間和所需的不同電池電壓與容量，靈活的選擇電池的種類。 在 原理圖 中， Vin 為電源電路的輸入端，連接兩節(jié) 的電池形成便攜式儀表的電源； Vout1 連接 MAX1677 的第 16 引腳，輸出 +5V 的電壓，作為系統(tǒng)的電源電壓； Vout2連接 MAX1677 的 10 引腳，輸出 10V 的電壓，作為液晶顯示模塊的背光電源電壓。 I2C 總線包括一條數(shù)據(jù)線（ SDA）和一條時(shí)鐘線（ SCL）。 CPU 發(fā)出的控制信號(hào)分為地址碼和控制量（數(shù)據(jù)）兩部分 。主、從 器件對(duì)偶出現(xiàn)，工作在接收還是發(fā)送數(shù)據(jù)方式，由器件的功能和數(shù)據(jù)傳送方向所決定。 I2C總線上數(shù)據(jù)的傳輸速率在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá) 100kb/s，在快速模式下可達(dá) 400kb/s，在高速模式下可達(dá) 。各引腳功能如下： 圖 11 AT24C01 的 引腳 圖 SCL:串行時(shí)鐘。 Vcc：電源。因?yàn)檫@種電磁閥開(kāi)啟后不需給電磁閥持續(xù)供電，所以它的功耗非常低，因而特別適合用在 IC卡水表中作為水表開(kāi)啟送水或欠費(fèi)停水的執(zhí)行單元。 (3) 通信接口電路 通信接口電路，利用 AT89C51的串行通信口，選用 MAX2338芯片形成 485接口電路。 20xx 年，我國(guó)啟動(dòng)了第二長(zhǎng)身份證換發(fā)工作，又為 IC 卡產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了巨大的機(jī)遇，同時(shí)促進(jìn)了 IC 卡在更廣的社會(huì)生活領(lǐng)域內(nèi)普及。謹(jǐn)在此，向?qū)熤乱哉\(chéng)摯的感謝和敬意。 最后，感謝所有關(guān)心過(guò)我、給予我無(wú)私的幫助和啟發(fā)的朋友們，謝謝你們。我的每一點(diǎn) 進(jìn)步都與牛老師的言傳身教分不開(kāi)。我的課題是關(guān)于 IC 卡的，現(xiàn)在 IC 卡的應(yīng)用很普遍。使封裝完好時(shí) I/O線相當(dāng)于接地 ，為低電平，