【文章內(nèi)容簡介】 單片機 IC 卡系統(tǒng)畢業(yè)論文 9 Protel 99 軟件沿襲了 Protel 以前版本方便易學(xué)的特點，內(nèi)部界面與Protel 98 大體相同，新增 加了一些功能模塊。 Protel 公司引進了德國INCASES 公司的先進技術(shù)，在 Protel99 中集成了信號完整性工具，精確的模型和板分析，幫助你在設(shè)計周期里利用信號完整性分析可獲得一次性成功和消除盲目性。 Protel99 容易使用的特性就是新的 “ 這是什么 ” 幫助。按下任何對話框右上角的小問號，然后選擇你所要的信息?，F(xiàn)在可以很快地看到 特性的功能，然后用到設(shè)計中，按下狀態(tài)欄末端的按鈕，使用自然語言幫助顧問。 原理圖 單片機 IC 卡系統(tǒng)畢業(yè)論文 10 方案論證 方案一：設(shè)計要求制作一個 IC 識別系統(tǒng)，實現(xiàn)單片機的 IC 卡有效控 制。本系統(tǒng)采用 AT89C51 單片機為主控芯片，它不但和 8051 指令管腳完全兼容，而且用戶可以用電的方式瞬間插除、改寫這種單片機對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短 方案二：與方案一不同的是方案二選用 AT8031 芯片，來實現(xiàn) IC 卡識別 與 AT8031 相比， AT89C51 在性能上具有明顯的優(yōu)勢，若采用 AT8031 用戶若想對寫入的程序修改必須用一種特殊的紫外線的燈將其照射擦除之后才可寫入滲入滲出到外接程序存儲器的程序代碼沒有什么保密性可言，故采用方案一。 單片機 IC 卡系統(tǒng)畢業(yè)論文 11 第 3 章 硬件部分介紹 AT89C51 單片機簡介 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。 AT89c51 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的 可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100次。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51是一種高效微控制器， AT89C51是它的一種精簡版本。 AT89C51 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 主要特性 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 管腳說明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。 單片機 IC 卡系統(tǒng)畢業(yè)論文 12 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電 平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL門電流，當(dāng) P2口被寫 “1” 時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2口輸 出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個 TTL 門電流。當(dāng) P3口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /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） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因 此它可用作對外單片機 IC 卡系統(tǒng)畢業(yè)論文 13 部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時，則在此期間外 部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 晶振電路 所謂的晶振電路即指單片機的時鐘電路。該電路通常有內(nèi)部時鐘電路和外部時鐘電路。一般選用前者。單片機芯片內(nèi)部有一個反相放大器構(gòu)成的振蕩器。反相放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2，把 XTAL1 和 XTAL2 與外部石英晶體及兩個電容連接起來可構(gòu)成一個石英晶體振蕩器如圖 34所示。時鐘發(fā)生器是單片機 IC 卡系統(tǒng)畢業(yè)論文 14 一個 2分頻電路。它把晶體振蕩器的頻率 2 分頻后供給片內(nèi)其他電路。一般電容C1和 C2 起到穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。 芯片擦除 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 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持 兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU停止工作。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。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，直到下一個硬件復(fù)位為止。 RS232 串行接口 EIARS232C 是由美國電子工業(yè)協(xié)會 EIA 制訂的一種串行物理接口標準。RS232C 采用負邏輯， 5~ 15V為邏輯 1， +5~+15V為邏輯 0。而 TTL 電平的“ 1”和“ 0”的特征電壓分別為２ .４Ｖ和０ .４Ｖ，用 RS232C 總線進行串行通信需外接電路實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。在 發(fā)送端需用驅(qū)動電路將ＴＴＬ電平轉(zhuǎn)換成 RS232C電平，在接收端用接收電路將 RS232C 電路轉(zhuǎn)換為 TTL 電平。本設(shè)計是用的 TI公司的 RS232C收發(fā)器 MAX232，可用單一 +5V電源供電實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。 RS232C在設(shè)計中主要永遠用于 PC 機與 IC 卡讀 /寫器之間的通信，框圖如下 RS232C 芯片的引腳結(jié)構(gòu)如圖３－１所示： 單片機 IC 卡系統(tǒng)畢業(yè)論文 15 圖３－１ 圖 31中的 C C C C4及 V+、 V— 是電源變換電路部分。 在實際應(yīng)用中，器件對電源噪音很敏感。因此， VCC必須要對地加去耦電容，其值 為 F 。電容 C C C3及 C4取同樣的數(shù)值的鉭電解電容，用以提高抗干擾能力，在連接時必須盡量靠近器件。 MAX232 的 1 14 管腳為串行異步通信發(fā)送及接受引腳。 SLE4442 卡簡介 SLE4442 卡內(nèi)部有一個 256 8bit EEPROM，不可逆的 4 個寫保護字節(jié)，具備密碼保護功能，可以隨時讀取主存儲器內(nèi)容；在校驗成功后，可讀保護存儲器、讀寫安全存儲器和寫主存儲器。 SLE4442 有一個密碼邏輯，用以控制對存儲器的讀寫。為此， SLE4442 包含一個 4字節(jié)加密存儲區(qū)，該存儲區(qū)有一個錯 誤計數(shù)器 EC（ 02位）和三個字節(jié)的參考數(shù)據(jù)，這三個字節(jié)作為一個整體，稱為可編程密碼（ PSV）。整個數(shù)據(jù)區(qū)除了參考數(shù)據(jù)，其它的數(shù)據(jù)都能被讀取，在校驗數(shù)據(jù)與內(nèi)部參考數(shù)據(jù)比較正確后才能進行讀寫操作，連續(xù)三次比較錯誤后，錯位計數(shù)器將阻止任何比較嘗試，從而也消除了任何擦寫操作。 IC 卡座 IC 卡座引腳如圖３－２所示，其中引腳 SW SW2 為微動開關(guān)在無 IC 卡狀態(tài)時，處與斷開狀態(tài)；有卡插入時， IC 卡卡座上的微動開關(guān)閉合。因此，此開關(guān)往往是用來判斷是否插 IC 卡的傳感器件。 單片機 IC 卡系統(tǒng)畢業(yè)論文 16 其引腳 VCC：工作電壓； SCL（ CLK）：串行時鐘； GND：接地； SDA（ I/O）：串行數(shù)據(jù)（輸入 /輸出）； SW SW2：微動開關(guān) 本設(shè)計中與邏輯有關(guān)的引出端先只有 2 條： SCL 和 SDA。所有的地址、數(shù)據(jù)及讀 /寫控制命令等信號均從 SDA端輸入 /輸出。為了區(qū)分線上的數(shù)據(jù)、地址、操作命令以及各種狀態(tài)的“開始”與“結(jié)束”，卡片內(nèi)設(shè)計就多個邏輯控制單元。其中，啟動與停止邏輯單元產(chǎn)生控制讀 /寫操作的“開始”與“停止”標志信號。 “開始”狀態(tài)：當(dāng) SCL 處于高電平時， SDA 從高電平轉(zhuǎn)向低電平，即產(chǎn)生“開始”標志信號。 “停止”狀態(tài)：當(dāng) SCL處于高電平時， SDA從低電平轉(zhuǎn)向高電平，即產(chǎn)生一個“停止”標志信號，如圖３－２所示： 圖３－２ 單片機 IC 卡系統(tǒng)畢業(yè)論文 17 SDA 和 SCL 通常各自通過一個電阻拉到高電平，當(dāng) SCL 為高電平時，對應(yīng)的 SDA 上的數(shù)據(jù)有宵；而當(dāng) SCL 為低電平時，允許 SDA 上的數(shù)據(jù)變化。 數(shù)據(jù)輸入 /輸出應(yīng)答邏輯單元產(chǎn)生數(shù)據(jù)輸入 /輸出操作應(yīng)答信號。操作時所有的地址和數(shù)據(jù)字均一 8 位碼串行輸入 /輸出于卡片?？ㄆ瑳]收到一個 8 位碼長的地址或數(shù)據(jù)后都以置 SDA 線為低電平方式“確認”應(yīng)答信號，其波形如圖３－３所示 圖３－３ 外圍電路 （ 1） 狀態(tài)燈 IC 卡的上電一般是可知的，即對 IC 卡讀 /寫時，須給 IC卡上電（送電源），因此， IC 卡的上電控制比較簡單。由于 IC卡讀 /寫電流很小，一般為幾個 A，因此其實現(xiàn)可按照圖３－４所示。由單片機 89C51 的 P14 信號通過小功率三極管9012 控制系統(tǒng)的 +5V 電源切入 IC卡座。當(dāng) IC 卡上電后，發(fā)光二極管 L2被點亮，起讀 /寫指示作用。每次對 IC 卡讀 /寫完成后。即及時先電，以減少插拔時帶電的可能性，要保證 IC 卡能任意插拔（有可能處于帶電狀態(tài)），不致 IC 卡損壞，必須使 IC 卡拔電過程處于斷電的狀態(tài)。要做到這點，必須保證 IC卡的下電 迅速及時 圖３－４ （ 2）蜂鳴器 單片機 IC 卡系統(tǒng)畢業(yè)論文 18 一般所指的蜂鳴器是以壓電陶瓷為主要元件的。壓電陶瓷是一類有將壓力與電流相互轉(zhuǎn)換能力的特殊陶瓷。這種能力緣于其特殊的晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)壓電陶瓷在一定方向上受到一個壓力使其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生形變時，它就會在內(nèi)部產(chǎn)生一個電流，并且電流的變化與壓力的變化密切相關(guān)。反之亦然。所以利用這一特性，在壓電陶瓷上通過一定頻率的電流，就會引起壓電陶瓷微小形變，這一形變帶動空