【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(dòng) 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(diǎn)及難點(diǎn) a. 掌握 AT90s8535 單片機(jī)各個(gè)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(duì)象， 主要掌握并學(xué)會(huì)運(yùn)用 SLE4442 卡的讀寫功能。 c. 根據(jù)實(shí)際情況，對(duì) SLE4442 卡中的內(nèi)容進(jìn)行修改，便于實(shí)現(xiàn)充值管理。 d. 研究其顯示功能，并使系統(tǒng)具有自動(dòng)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(duì) SLE4442 卡系統(tǒng)進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)，用相關(guān)軟件畫出電路圖，模擬仿真。 g. 做出實(shí)物，實(shí)踐、安裝，進(jìn)行調(diào)試，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。 系統(tǒng)功能說明 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展 ,將計(jì)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(fèi)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(jì)（ 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(cái)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(jiǎn)單靈活、外型美觀大方、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。 食堂 IC 卡售飯機(jī)作為食堂收費(fèi)終端，根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境，應(yīng)具有如下功能特點(diǎn)，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(chǔ)的金額，并能在面對(duì)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(dòng)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(bào)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(bào)警音，提示就餐者需要修卡，食堂售飯窗口不具備對(duì)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(dòng)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(hào)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(duì)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(bào)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(jiǎn)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(jiǎn)指令集計(jì)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(duì)于 CISC(Complex Indtruction set Computer， 復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī) )而言的。 RISC 通過優(yōu)選使用頻率最高的簡(jiǎn)單指令避免復(fù)雜指令采用固定指令長(zhǎng)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(gè)通用寄存器組成。這 32 個(gè)通用寄存器全部直接與運(yùn)算邏輯單元 (ALU)相連，每一個(gè)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(shí)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(chǔ)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(shí)鐘被分頻降低到內(nèi)部執(zhí)行周期。AVR 單片機(jī)沒有對(duì)外部時(shí)鐘分頻，它用一個(gè)時(shí)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(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是分開的。微處理器直接訪問全部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 Atmel 公司將高密度、非易失性性存儲(chǔ)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(shí)，也可以對(duì)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(shí)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(jí)語言對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，是單片機(jī)應(yīng)用發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。采用高級(jí)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(diǎn) 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jià)比較高的產(chǎn)品。它具有如下特點(diǎn)： 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(jiǎn)指令集，大多數(shù)為單指令周期 (3) 32 個(gè) 8 位通用寄存器 (4) 工作在 8MHz時(shí)具有 8MIPS 的性能 b. 數(shù)據(jù)和非易失性程序存儲(chǔ)器 (1) 8KB 的在線可編程 FLASH 存儲(chǔ)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(diǎn) (1) 兩個(gè)可預(yù)分頻的 8 位定時(shí)器計(jì)數(shù)器 (T/C0、 T/C2)，其中 T/C2 具有輸出比較和 PWM 功能 (2) 一個(gè)可預(yù)分頻 16 位定時(shí)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(shí)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(diǎn) (1) 上電復(fù)位電路 (2) 具有計(jì)數(shù)功能有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)時(shí)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(gè)獨(dú)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(jiǎn)介 隨著社會(huì)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(gè)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(jì)（論文） 7 費(fèi)、電費(fèi)、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(yàn)等多功能及攜帶方便、安全可靠的 “ 卡 ” 。 IC 卡就是隨著計(jì)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(huì)重要的信息載體和交易工具。1972 年 ， 法國(guó)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(chǔ)、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(diǎn) ， 即 Standard(國(guó)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(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算場(chǎng)合， 如醫(yī)療衛(wèi)生、保險(xiǎn)、金融、交通、電信、國(guó)防以及日常生活等各個(gè)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(jià)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(huì)效益。而我國(guó)的金融和非金融產(chǎn)業(yè)部門都已經(jīng)認(rèn)識(shí)到發(fā)展 IC 卡產(chǎn)業(yè)對(duì)加速我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)信息化的重大作用。因此 與國(guó)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(guó) IC 卡的應(yīng)用和發(fā)展。我國(guó)的 “金卡工程 ”其目的也在于推廣 IC 卡 ，使其逐步成為各個(gè)行業(yè)的通用信息載體。在當(dāng)今社會(huì)，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(gè)國(guó)家科技發(fā)展水平 的標(biāo)志之一。國(guó)際上不少國(guó)家由于受到當(dāng)時(shí)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(guó)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)支持，可脫機(jī)作業(yè)，還可以實(shí)現(xiàn)一卡多用。近年來 ，由于計(jì)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(chǎng)不斷拓寬 ， 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈?？v觀 IC 卡市場(chǎng) ，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(duì)于其它種類的卡具有以下四大特點(diǎn) (1)存儲(chǔ)容量大 ， 內(nèi)部有 RAM、 ROM、EEPROM 等存儲(chǔ)器 ， 使得卡上可存儲(chǔ)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(gè)方面實(shí)施其安全策略 ，可控制卡內(nèi)不同區(qū)域的存取特性。 (4)對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求不高 ， IC 卡的安全可靠性使其在應(yīng)用中對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)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(jì)（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(jì)見硬件設(shè)計(jì)部分 [4]。 根據(jù) IC 卡的讀寫特點(diǎn) 分類 a. 接觸型 IC 卡 接觸型 IC 卡的表面 有 6 個(gè)或 8 個(gè)金屬 觸點(diǎn)， 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(diǎn)，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(shí)，讀寫卡器通過發(fā)射射頻信號(hào)對(duì)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(chǔ)卡 存儲(chǔ)卡的存儲(chǔ)單元一般為電可擦除的存儲(chǔ)器 EEPROM。存儲(chǔ)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(jiǎn)單、讀寫速度快、信息存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。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(shí)間 100 年。這類卡不具備加密功能 ，存儲(chǔ)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(duì)安全性能不高的場(chǎng)合，如門禁卡、身份識(shí)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(cuò)誤密碼達(dá)到規(guī)定的次數(shù)后， IC 卡自 動(dòng)死鎖報(bào)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(cuò)誤，卡微就報(bào)廢。這種卡常常用于對(duì)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(chǔ)器 ROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，而且通過內(nèi)置的程序可以對(duì)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(diǎn)和實(shí)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(jì)（論文） 9 (3) IC 卡內(nèi)的存儲(chǔ)器適合本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ) (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(chǔ)和身份識(shí)別。詳細(xì)電路設(shè)計(jì)見硬件設(shè)計(jì)部分 [5]。 鍵盤 選型 獨(dú)立型按