【文章內(nèi)容簡介】 。 A T 9 0 S 8 5 3 5I C 卡 接 口復(fù) 位 電 路鍵 盤 顯 示 驅(qū) 動 鍵 盤前 端 顯 示 屏后 端 顯 示 屏 圖 系統(tǒng)框圖 本課題研究的重點及難點 a. 掌握 AT90s8535 單片機(jī)各個引腳功能和主要結(jié)構(gòu)以及它的使用方法。 b. 認(rèn)真分析研究對象， 主要掌握并學(xué)會運(yùn)用 SLE4442 卡的讀寫功能。 c. 根據(jù)實際情況，對 SLE4442 卡中的內(nèi)容進(jìn)行修改，便于實現(xiàn)充值管理。 d. 研究其顯示功能，并使系統(tǒng)具有自動警告并在液晶顯示器上顯示相關(guān)信息的能力 。 e. 熟悉 AT90s8535 的硬件及外圍電路，學(xué)習(xí)并掌握語言程序編寫方法 。 f. 對 SLE4442 卡系統(tǒng)進(jìn)行硬件電路設(shè)計，用相關(guān)軟件畫出電路圖，模擬仿真。 g. 做出實物，實踐、安裝，進(jìn)行調(diào)試，完成畢業(yè)設(shè)計論文。 系統(tǒng)功能說明 隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展 ,將計算機(jī)技術(shù)用于食堂餐飲業(yè)管理成為可能。IC 卡食堂售飯機(jī)的使用 ， 將一改食堂傳統(tǒng)的手工管理的狀況 ， 使食堂走上現(xiàn)代化、高效化的道路。 IC 卡食堂售飯機(jī)適用于就餐人數(shù)密集的食堂微機(jī)收費系統(tǒng) ，西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（ 論文） 4 從根本上解決了餐券流通過程中的偽造、丟失、病菌交叉感染等一系列弊端 ， 節(jié)約了食堂管理過程中的大量人力、財力。作為一種高科技產(chǎn)品 IC 卡食堂售飯機(jī)采用先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù)與大規(guī)模集成電路技術(shù)及 IC 卡技術(shù)相結(jié)合具有技術(shù)先進(jìn)、功能豐富、使用安全可靠、操作簡單靈活、外型美觀大方、安裝方便等優(yōu)點。 食堂 IC 卡售飯機(jī)作為食堂收費終端，根據(jù)實際使用環(huán)境，應(yīng)具有如下功能特點，以適用不同階段的數(shù)據(jù)處理。 本食堂管理系統(tǒng)所要完成的功能如下： a. 就餐階段 就餐階段即正常使用階段。在 IC 卡插入售飯機(jī)后，系統(tǒng)能讀出 IC 卡里面預(yù)先存儲的金額，并能在面對就餐者和售飯員兩方面雙屏進(jìn)行顯示。售飯員利用鍵盤輸入就餐者選定的食物的金額，售飯機(jī)自動用卡中的金額減去應(yīng)付金額， 操作完成后屏幕顯示應(yīng)付金額以及卡中的余額。 如果就餐者卡中的余額小于預(yù)先設(shè)定的金額，售飯機(jī)則給出報警音，提示就餐卡余額不足需要進(jìn)行充值。食堂售飯窗口不具備為卡充值的功能，就餐者必須到指定的地方進(jìn)行充值。如果就餐卡出現(xiàn)故障，售飯機(jī)給出報警音，提示就餐者需要修卡，食堂售飯窗口不具備對卡進(jìn)行修復(fù)的功能，就餐者必須到指定的地方修復(fù)。如果修復(fù)失敗，就餐者只有到充值窗口重新辦理就餐卡。 b. 充值階段 在充值階段， IC 卡售飯機(jī)讀出卡里面的余額，就餐者在充值窗口交納一定的金額后，由工作人員通過鍵盤輸入次此充值金額，售 飯機(jī)自動將此次充值金額加入卡中。操作完成后，屏幕顯示充值后卡中的余額。 c. 初始化階段 初始化階段是為卡的發(fā)行做準(zhǔn)備。在此階段，工作人員通過鍵盤進(jìn)行就餐卡的初始化工作。此階段的主要任務(wù)是寫入用戶群號和初始金額。只有經(jīng)過初始化之后，就餐卡方能發(fā)行。 d. 修復(fù)階段 此階段對損壞的就餐卡進(jìn)行修復(fù)。如果修復(fù)失敗，售飯機(jī)給出報警聲，就餐者只有重新辦理就餐卡 [2]。 2 設(shè)備選型 5 2 設(shè)備選型 單片機(jī)選型 AVR 單片機(jī) 簡介 AVR單片機(jī)及是一款基于 RISC指令的 8位單片機(jī)。 RISC(Reduced Instruction Set puter， 精簡指令集計算機(jī) )是 20 世紀(jì) 90 年代開發(fā)出來的， 綜合了半導(dǎo)體集成技術(shù)和軟件技術(shù)性能的新型微處理器架構(gòu)。 RISC 相對于 CISC(Complex Indtruction set Computer， 復(fù)雜指令集計算機(jī) )而言的。 RISC 通過優(yōu)選使用頻率最高的簡單指令避免復(fù)雜指令采用固定指令長度減少指令格式和尋址方式等方法來縮短指令周期，挺高處理器的運(yùn)算速度。采用這種 RSIC 結(jié)構(gòu)，使得 AVR 系列的單片機(jī)具備 1MIPS/MHz 的高速處理能力。 AVR 單片機(jī)的快速存取寄存器文件由 32 個通用寄存器組成。這 32 個通用寄存器全部直接與運(yùn)算邏輯單元 (ALU)相連，每一個寄存區(qū)都可以代替累加器工作。這使得處理器可以在執(zhí)行當(dāng)前指令時取出要執(zhí)行的下一條指令，從而避免了傳統(tǒng)的累加器結(jié)構(gòu)造成的累加器和存儲器之間的數(shù)據(jù)傳輸瓶頸效應(yīng)，挺高了系統(tǒng)性能。 在傳統(tǒng) 的 CISC結(jié)構(gòu)中，單片機(jī)外部震蕩的時鐘被分頻降低到內(nèi)部執(zhí)行周期。AVR 單片機(jī)沒有對外部時鐘分頻，它用一個時鐘周期來執(zhí)行一條指令。 AVR 單片機(jī)采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是分開的。微處理器直接訪問全部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。 Atmel 公司將高密度、非易失性性存儲器技術(shù)運(yùn)用在了 AVR 單片機(jī)上面，使得 AVR 單片機(jī)都具有 ISP(In Systern Programming， 系統(tǒng)內(nèi)編程 )的功能。即使在程序運(yùn)行時，也可以對系統(tǒng)進(jìn)行重新編程。 Atmel公司在 AVR高端產(chǎn)品 ATmega系列的部分單片機(jī)中還集 成了在線調(diào)試單元，通過 JTAG 即可實習(xí)在線調(diào)試和程序下載功能。這使得 AVR 單片機(jī)成為一種能滿足多種需求的高靈活性和低成本的高速微處理器。 AVR 單片機(jī)除了支持匯編語言編程外，還支持 C 和 Basic 等高等語言編程。采用高級語言對系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，是單片機(jī)應(yīng)用發(fā)展的一個趨勢。采用高級語言編程能有效的進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)和程序的移植 [3]。 AT90s8535 單片機(jī)特點 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 AT90s8535單片機(jī)是 AT90系列 AVR單片機(jī)中內(nèi)部接口豐富功能齊全性價比較高的產(chǎn)品。它具有如下特點： a. AVR RISC 結(jié)構(gòu) (1) AVR 高性能低功耗 RISC 結(jié)構(gòu) (2) 118 條指令構(gòu)成的精簡指令集，大多數(shù)為單指令周期 (3) 32 個 8 位通用寄存器 (4) 工作在 8MHz時具有 8MIPS 的性能 b. 數(shù)據(jù)和非易失性程序存儲器 (1) 8KB 的在線可編程 FLASH 存儲器，可擦寫 1000 次以上 (2) 512B 的 SRAM (3) 512B 的在線可編程 EEPROM, 可擦寫 100000 次 (4) 程序加密位 c. 外圍器件特點 (1) 兩個可預(yù)分頻的 8 位定時器計數(shù)器 (T/C0、 T/C2)，其中 T/C2 具有輸出比較和 PWM 功能 (2) 一個可預(yù)分頻 16 位定時據(jù)暑期 (T/C1)， T/C1 具有輸入捕獲 、輸出比較和 PWM 功能 (3) 片內(nèi)模擬比較器 (4) 可編程的看門狗定時器 (5) 8 通道 10 位 ADC (6) 2 通道 10 位和 1 通道 8 位 PWM 脈沖調(diào)制輸出，可作 D/A 轉(zhuǎn)換器 (7) SPI 同步接口 (8) 全雙工 UART d. MCU 特點 (1) 上電復(fù)位電路 (2) 具有計數(shù)功能有獨立振蕩器的實時時鐘 RTC (3) 低功耗空閑省電和掉電模式 (4) 16 種中斷源，每種中斷源具有一個獨立的中端向量作為相應(yīng)的中端入口地址 IC 卡選型 智能 IC 卡的簡介 隨著社會的進(jìn)步和現(xiàn)代化程度的不斷提高 ，人類所擁有的信息種類和數(shù)量都在成倍增加，人們每天都要處理許多與個人有關(guān)的信息，如購物、打電話、交水西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 費、電費、到銀行存款取款等。這樣就需要攜帶多種票證、現(xiàn)金、單據(jù)，給人們帶來極大的不便和不安全感。于是， 人們開始尋求一種具有支付、查詢、密碼查驗等多功能及攜帶方便、安全可靠的 “ 卡 ” 。 IC 卡就是隨著計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和信息化技術(shù)的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的一種現(xiàn)代社會重要的信息載體和交易工具。1972 年 ， 法國人羅蘭 莫雷諾 (Roland Moreno)第一次將可進(jìn)行編程設(shè)置的 IC 芯片放在卡片中 ， 使卡片具有了存儲、加密 及數(shù)據(jù)處理能力等功能。 IC 卡又稱集成電路卡 (Integrated Circuit Card)或叫智能卡 Smart Card， 它是將集成電路芯片鑲嵌于塑料基片之中 并被封裝成卡片的形式，其外形與普通信用卡完全相同， 尺寸大小符合 ISO7816 標(biāo)準(zhǔn)。 IC 卡具有突出的 3S 特點 ， 即 Standard(國際標(biāo)準(zhǔn)化 )、Smart(靈巧智能化 )和 Security(安全性 )。因而發(fā)展迅速 被廣泛地應(yīng)用于移動數(shù)據(jù)計算場合， 如醫(yī)療衛(wèi)生、保險、金融、交通、電信、國防以及日常生活等各個領(lǐng)域。 IC 卡不僅改進(jìn)了現(xiàn)有多種卡的使用方法和功能作用 ， 它還不斷開創(chuàng)新的應(yīng)用領(lǐng)域。雖然 IC 卡本身并不創(chuàng)造任何價值 ， 但是 ， 如果將 IC 卡和其它設(shè)備組成系統(tǒng)就能夠提供非常豐富的服務(wù)功能。把這些功能與生產(chǎn)或流通領(lǐng)域有機(jī)地結(jié)合起來 ，將出現(xiàn)令人意想不到的奇跡， 創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。而我國的金融和非金融產(chǎn)業(yè)部門都已經(jīng)認(rèn)識到發(fā)展 IC 卡產(chǎn)業(yè)對加速我國國民經(jīng)濟(jì)信息化的重大作用。因此 與國外有關(guān)公司合作引進(jìn)制卡、讀卡設(shè)備及應(yīng)用的先進(jìn)技術(shù) 成立了有關(guān)集團(tuán)、公司以加速我國 IC 卡的應(yīng)用和發(fā)展。我國的 “金卡工程 ”其目的也在于推廣 IC 卡 ，使其逐步成為各個行業(yè)的通用信息載體。在當(dāng)今社會，作為包括微電子技術(shù)的一種成熟的高科技產(chǎn)品， IC 卡提高了人們生活和工作的現(xiàn)代化程度 ， 已成為一個國家科技發(fā)展水平 的標(biāo)志之一。國際上不少國家由于受到當(dāng)時歷史條件和技術(shù)發(fā)展的限制，都是先發(fā)展磁卡，其中大多數(shù)國家磁卡已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)普遍， 擁有數(shù)量龐大的磁卡應(yīng)用設(shè)備 ， 若要將其完全改造成 IC 卡讀寫設(shè)備將是相當(dāng)困難的。 IC 卡可以最有效地杜絕惡性透支 便于正常用款、存款，其內(nèi)部有各種安全措施，可免除偽造，它無須計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實時支持，可脫機(jī)作業(yè)，還可以實現(xiàn)一卡多用。近年來 ，由于計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、信息化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展， 促使 IC 卡向著多品種高層次方向發(fā)展 ，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)展， IC卡市場不斷拓寬 ， 市場競爭更加激烈?？v觀 IC 卡市場 ，規(guī)模不斷擴(kuò)大， 銷售量大幅度增加。由于采用了當(dāng)今最先進(jìn)的半導(dǎo)體制造技術(shù)和信息安全技術(shù) ， IC 卡相對于其它種類的卡具有以下四大特點 (1)存儲容量大 ， 內(nèi)部有 RAM、 ROM、EEPROM 等存儲器 ， 使得卡上可存儲文字、聲音、 圖形、圖像等各種信息 。 (2)體積小 、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、便于攜帶、易于使用。 (3)安全性高 ， IC 卡從硬件和軟件等幾個方面實施其安全策略 ，可控制卡內(nèi)不同區(qū)域的存取特性。 (4)對網(wǎng)絡(luò)要求不高 ， IC 卡的安全可靠性使其在應(yīng)用中對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實時性、敏西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 感性要求降低 。 綜合上述考慮，本系統(tǒng)選用 AVR 單片機(jī) AT90S8535 為控制智能卡的核心，詳細(xì)電路設(shè)計見硬件設(shè)計部分 [4]。 根據(jù) IC 卡的讀寫特點 分類 a. 接觸型 IC 卡 接觸型 IC 卡的表面 有 6 個或 8 個金屬 觸點， IC 卡插入讀寫器內(nèi)后，在微 處理器的控制下完成可是的讀寫操作。 b. 射頻卡 射頻卡沒有金屬觸點，而是在卡內(nèi)置有天線和射頻卡處在讀寫卡器一定距離內(nèi)時，讀寫卡器通過發(fā)射射頻信號對卡進(jìn)行讀寫操作。 根據(jù) IC 卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 分類 a. 存儲卡 存儲卡的存儲單元一般為電可擦除的存儲器 EEPROM。存儲卡的容量從幾十字節(jié)到幾干字節(jié)不等。這類卡具有操作簡單、讀寫速度快、信息存儲時間長等優(yōu)點。如 Atmel 公司 AT24C01 卡，具有 128B(1Kbit)，典型擦寫壽命 10 萬次，數(shù)據(jù)保存時間 100 年。這類卡不具備加密功能 ，存儲的數(shù)據(jù)可以很容易地被讀出，因而卡內(nèi)信息的安全性較差，常常用于對安全性能不高的場合，如門禁卡、身份識別卡 等。 b. 邏輯加密卡 邏輯加密卡內(nèi)設(shè)有硬件邏輯加密電路，只有在輸入密碼正確后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)的改寫，否則數(shù)據(jù)只能被讀出。而且輸入的錯誤密碼達(dá)到規(guī)定的次數(shù)后， IC 卡自 動死鎖報廢，因而這種卡的安全性能很高。常見的如兩門子的 SLE4442 卡，如果連續(xù)三次輸入密碼錯誤，卡微就報廢。這種卡常常用于對信息保密性較高的領(lǐng)域，非常適合于涉及到金融等方面的應(yīng)用。 c. CPU 卡 CPU卡內(nèi) 集成了中 央處理器、程序存儲器 ROM數(shù)據(jù)存儲器 RAM，有的 CPU卡的 ROM 中還潛入了操作系統(tǒng) COS(Chip Operation System)。由于集成了中央處理器，這種卡具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，能夠根據(jù)外界的指令對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，而且通過內(nèi)置的程序可以對數(shù)據(jù)按照一定的算法進(jìn)行高度的加密，故而信息非常的保密。這才是真正的所謂 “ 智能卡 ” 。這種卡常用作證件卡和信用卡。根據(jù) IC卡的特點和實際的使用環(huán)境，這里所選擇 IC 卡應(yīng)該滿足如下的條件： (1) IC 卡工作溫度在 20℃ ～ 60℃ 之間 (2) IC 卡工作電壓在 5V～ 12V 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 (3) IC 卡內(nèi)的存儲器適合本設(shè)計所設(shè)計的數(shù)據(jù)存儲 (4) IC 卡內(nèi)有一定的保密性以防非法復(fù)制 (5) IC 卡成本應(yīng)該控制在一定范圍內(nèi) 綜合上述考慮，本系統(tǒng)選用西門子 SLE4442 邏輯加密型 IC 卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲和身份識別。詳細(xì)電路設(shè)計見硬件設(shè)計部分 [5]。 鍵盤 選型 獨立型按