【正文】 (2) 讀寫裝置與上位機之間的通信接口宜采用 USB 接口。 他 廣博的知識面，豐富的實踐經(jīng)驗以及嚴謹?shù)闹螌W作風，將激勵我在今后的工作和學習中豐富自己、努力進 取，在此，特別向郭老師表示由衷的感謝和誠摯的敬意。 在本論文的寫作和相關研究工作中，我同班同學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)設計 生活。 (3) 本論文中給出的程序，還需進一步的優(yōu)化，減少其大小，提高程序執(zhí)行效率。論文從智能卡整體系統(tǒng)入手，著重介紹了基于 Philips 公司 MIFARE 技術的非接觸式 IC 卡讀卡器的設計開發(fā) 。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試，但系統(tǒng)卻不能正常工作，所以應該是 LCD 的硬件出了問題，經(jīng)過查找，是由于調節(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調整， LCD 正常工作了，問題得到了解決。 //停止位 SCL_DIR=0。} delay_μs(2)。這時主器件 (AT89S52)的 SDA 口屬性應該變?yōu)檩斎胍员銠z測。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)，則認為有一個確定的鍵按下，否則當作按鍵抖動處理； (3) 按鍵位置。 圖 讀 /寫卡程序流程圖 21 讀卡器外圍基本電路程序的設計 顯示程序設計 本設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、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的，通過寄存器的設置和指令編程就可完成，這部分的程序設計比較簡單，其流程圖如圖 所示。KEYADDR 寄存器中的 AB 設置必須匹配“ Authentication”命令。 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。 Request 指令分為 Request std和 Request all 兩個指令。讀卡器的主程序流程圖如圖 所示。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%。 17 4 系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn) 非接觸智能卡系統(tǒng)的軟件設計可分為四部分，分別為主程序設計、 RC500 的讀 /寫程序的設計、讀卡器外圍基本電路的應用程序設計和通信部分程序的設計。對 P2 端口寫 “1” 時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入使用。 P0 口： P0 口雙向 I/O 口。它就是單片機芯片。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行控制。 表 C2 電容值表 (5)天線的品質因數(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 和品質因數(shù) Q。 接收電路： MFRC500 內部的信號接收部分使用由子載波的雙邊帶調制出的信號，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構。 表 MFRC500 并行口控制管腳 天線模塊的設計 為 了同非接觸式智能卡通信，讀卡器內必須有能發(fā)射和接收射頻信號的天線。模擬電路包含 一個具有非常低阻抗橋驅動器輸出的發(fā)送部分，這使得最大操作距離可達 100mm，接收器可以檢測到非常弱的應答信號。 9 圖 AT24C64 與單片機接口電路 MFRC500讀寫模塊 MFRC500 介紹 PHILIPS 公司的 MFRC500 是應用于 IC 系列中的一員。 8 圖 DS1302 與單片機接口電路 存儲模塊 在 本設計中采用串行 E2PROM 芯片 AT24C64 作數(shù)據(jù) 存儲器。 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）。 5V，電路原理圖如圖 所示。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行數(shù)據(jù)通信。 (4)鍵盤模塊 采用矩陣式按鍵。 (2)RFID 讀卡芯片 NXP 公司 (原飛利浦半導體公司 )是較早進入 RFID 芯片行業(yè)的國際半導體公司，在射頻讀寫芯片上產(chǎn)品較全。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 卡的關鍵接口芯片。讀寫器采用兆頻段及磁感應技術，通過無線方式對卡片中的信息進行讀寫并采用高速率的半雙工通信協(xié)議。 該讀寫器完成以后，既可獨立使用，完成基本功能，外擴簡單接口后，就能構成 IC 卡考勤、門禁、售飯一卡通等系統(tǒng)，在公交、校園、娛樂場所等方面有廣泛的應用前景。我國 IC 卡系統(tǒng)市場格局必將由無序走向有序，市場競爭必將由有限走向無限， IC 卡系統(tǒng)市場將逐步走向成熟。 我國對 IC 卡行業(yè)的發(fā)展始于 1994 年，當時的中央領導特別是江澤民同志高度重視 IC 卡行業(yè)，高瞻遠矚，指示要發(fā)展我國自己的 IC 卡事業(yè)，建立“金卡工程”。目前，讀卡器已經(jīng)開始大量應用于各種“一卡通”系統(tǒng)中，這些應用對讀卡器的功能要求越來越高，除了傳統(tǒng)的對卡號的讀取之外，需要能夠對卡片進行更高層的數(shù)據(jù)操作，與 PC 設備之間能進行信息交流。 早期的 IC 卡系統(tǒng)是接觸式的，它有其本身不可克服的缺點，如接觸磨損、交易速率慢、難以維護、基礎設施投入大等。論文描述了 IC 卡系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀，通過對射頻識別技術原理的研究，揭示了射頻 IC 卡系統(tǒng)的工作原理。最后介紹了系統(tǒng)設計的軟件部分，重點介紹了 RC500 的主要特性、基本指令集以及與 Mifare1 非接觸 IC 卡數(shù)據(jù)通信的一些重要模塊的編程思路和編程方法，給出了兩個編程實例。 非接觸式 IC 卡一經(jīng)問世，便立即引起廣泛的關注。智能 IC 卡源于七十年代的歐洲和日本，后來由法國人提出的將處理器置入 IC 卡卡片中的思想得到了廣泛 接受，由于其具有完善的密碼功能從而有效的解決了智能卡的舞弊行為。在我國，智能卡在各種應用領域全面開花，目前超過 10 個政府部門和行業(yè)推廣應用了智能卡。設計和開發(fā)出更好的讀卡設備，對加快我國 IC 卡行業(yè)的發(fā)展，特別是尖端的 CPU 卡及非接觸式 IC 智能射頻卡的推廣應用，有著重大的意義。日前在社會上常見的是接觸式 IC 卡，它具有存儲量大，可實現(xiàn)一卡多用等功能。目前我國引進的射頻卡主要以 PHILIPS 公司的 MIFARE 卡為主。當電容器充電達到一定電壓值時，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。B 的所有層的通信方案；內部收發(fā)器部分能夠驅動近耦合設計的天線而不需要另外的電路；數(shù)字部分能處理完整的 ISO14443 幀數(shù)據(jù)還有錯誤檢測；具有合適的并行接口，可以直接與 8 位的微處理 器相連，并且支持 SPI 兼容接口。這種方的優(yōu)點是可以節(jié)省很多 I/O 資源，相對于專用鍵盤可以節(jié)省成本，且更為靈活。由于本設計采用的 AT89S52 單片 5 機不具備 I2C 總線接口，因此采用軟件法加以解決。市電交流 220V 經(jīng)變壓器降壓為交流 6V，經(jīng)過全橋整流輸出直流電流，再經(jīng)過 1000μ F 的電解電容濾波，除去整流后的交流成分，送至各三端穩(wěn)壓器， 輸出需要的電壓。 (1)時鐘芯片介紹 DS1302 是美國 DALLAS 公司開發(fā)的具備功耗低、接口容易串行實時時鐘芯片。 AT24C64 的讀操作有當前地址讀、隨機讀、多字節(jié)讀三種方式。 MFRC500 外部接口包括數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線、電源等。 MFRC500 具有出色的 RF 性能并且模擬和數(shù)字部分可適應不同的操作電壓，其驅動、模擬、數(shù)字部分分別使用單獨電源供電。 (1)天線尺寸和讀寫距離 由 于 MFRC500 是低功耗設計，因此卡和天線之間的耦合系數(shù)必須符合一定的值，卡和天線之間的耦合系數(shù)不能低于 。 圖 EMC 及接收電路 (4)天線電路圖 天線電路圖如圖 所示。 MFRC500 與 AT89S52 連接圖 M FRC500 與 AT89S52 連接圖如圖 所示，圖中單片機 AT89S52 作為控制核心，主要完成數(shù)據(jù)采集、處理、存儲及控制電路工作； MFRC500 支持不同的微控制器接口，一個智能的自動檢測邏輯可以自動適應系統(tǒng)總線的并行接口。選取它的主要依據(jù)在于：單 5V 電源供電，與讀卡器里其它芯片的工作電壓相同；符合所有EIA/232E 標準；多路輸入輸出。手機、電 話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有 12 部單片機。在 flash 編程時， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。 P3 口 第二功能 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INTO(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時 /計數(shù)器 0) T1(定時 /計數(shù)器 1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 ) RST 復位輸入。本系統(tǒng)程序的設計以模塊化和結構化的設計思想為指導。 主程序的設計 讀 卡器工作的過程是一個復雜的程序執(zhí)行過程，要執(zhí)行一系列的操作指令 ,調用多個函數(shù)。 MFRC500 的指令主要有： Request std， Request all， Anticollision， Select， Authentication， Read， Write，它們可以完成 MCU 對 MIFARE 非接觸式智能卡的很多應用場合的控制。 Request std 指令的使用和 Request all 指令相反， Request std 指令是連續(xù)性的讀卡指令。如果這一組密碼與MIFARE 卡片上的密碼匹配，這一次操作被允許進行。 讀 /寫卡程序流程圖 讀 /寫卡過程主要由以下幾步組成： (1) 復位應答：當一張 MIFARE 卡片處在讀寫器的天線的工作范圍之內時，程序員控制讀寫器向卡片發(fā)出 REQUEST all 命令。分述如下：第一步，識別 鍵盤有無鍵被按下的方法是：讓所有列均置為 0 電平，檢查各行線電平是否有變化，如果有變化，則說明有鍵被按下。編程掃描程序流程圖如圖 所示。i!=0。 // 數(shù)據(jù)左移一位 } do //接收應答信號，防止死循環(huán) { SCL_DIR=0。為了使數(shù)據(jù)快速可靠地傳輸，將每一幀數(shù)據(jù)對應一個命令幀，傳輸數(shù)據(jù)即執(zhí)行命令，具體如下： 1) 在讀數(shù)據(jù)時，遵循“讀命令 等數(shù)據(jù) 報告”，即 PC 下達一個命令，等待接收數(shù)據(jù)，再據(jù)所接收數(shù)據(jù)正誤向應用程序報告此命令的執(zhí)行情況； 2) 在 PC 寫數(shù)據(jù)時，遵循“寫命令 等回應 報告”，即 PC 下達一寫命令 (此時所要寫的數(shù)據(jù)含于此命令中 )，等待 MCU 發(fā)來的己經(jīng)正確接收的回應信號，并向應用程序報告此命令執(zhí)行完畢； 3) 如果在傳輸過程中 PC 或 MCU 所接收的任何 一幀信號出現(xiàn)錯誤時，均會向對方發(fā)送重發(fā)此幀信號的請求，如果連續(xù)幾 次傳輸失敗，則退出通信，并向應用程序報告。根據(jù)I2C 協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)的規(guī)定， SDA 和 SCL 都是要求加上拉電阻的，但參閱的資料上說由于 P2口內部已帶有上拉電阻，不用再加 AT24C64 就能正常工作，但經(jīng)過調試發(fā)現(xiàn)事實并非如此，經(jīng)過對電路的修正，在 SDA 和 SCL 引腳上加了兩個 10K 的電阻，最終解決了這個問題了。 作為一個系統(tǒng)在設計時可能要考慮到諸多因素，每一個細節(jié)上，都可能出現(xiàn)意想不到的事情，有時一個小小的問題，要花好多的時間和精力，需要耐心和恒心，經(jīng)過努力，該系統(tǒng)設計已經(jīng)完成，實際測試證明系統(tǒng)已能達到設計要求。 27 致謝 本文從課題的選定開始，系統(tǒng)方案的確定，以及對設計電路的調試指導，到最后論文的編寫和完成較稿， 郭 老師都給予了悉心的指導