【文章內(nèi)容簡介】 電源模塊 該 電源按常規(guī)設(shè)計(jì)，為系統(tǒng)工作提供所需電源，其輸入為 220V、 50Hz 交流電，輸出電壓等級為177。 5V，電路原理圖如圖 所示。該部分主要采用 78 系列穩(wěn)壓器，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，輸出電壓紋波小。當(dāng)所需電流超過穩(wěn)壓器標(biāo)定值時(shí)，可采用外接功率管的方法來擴(kuò)大輸出電流。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。經(jīng)過各三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后，在 LM7805 輸出端輸出 +5V 直流電壓， LM7905 輸出的端輸出 5V直流電壓。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 4 J u n 2 0 08 S he e t o f F i l e : F : \張?jiān)路?\張?jiān)路瀹厴I(yè)設(shè)計(jì) \模塊論述 \ 6 66 6 6 \單元電路 \ B A C K U P ~ 1 . D D BD r a w n B y:1234B R I D G E 1V i nGNDV o ut12 3L M 7 90 5T0220V～V i n1GND2V o ut3L M 7 80 5Port1C11 00 0 μ FPort2C52 20 μ FC62 20 μ FC21 00 0 μ F 圖 177。 5V 直流穩(wěn)壓電源 顯示模塊 本系統(tǒng)的人機(jī)接口部分采用 LCD 顯示、 3 2 矩陣式鍵盤，用來實(shí)現(xiàn)對 IC 卡的操作和系統(tǒng)設(shè)置等功能。 LCD 型號為 ACM1602A，該字符型液晶顯示模塊由字符型液晶顯示屏，具有字符發(fā)生器 ROM 可顯示 192 種字符，有 64 個(gè)字節(jié)的自定義字符 RAM，可自定義 8 個(gè) 5 8點(diǎn)陣字符或四個(gè) 5 11 點(diǎn)陣字符。 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(gè)字節(jié)，每屏寫入二行（第一行為系統(tǒng)的時(shí)間，第二行為卡片的信息）。 ACM1602A集成度高，其內(nèi)部已經(jīng)帶有驅(qū)動(dòng)電路，所以不用再為其設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，由于 1602 是一個(gè)并口器件所以占用單片機(jī)的接口資源較多，為節(jié)省單片機(jī)接口資源使用了一個(gè) 74HC595 進(jìn)行串口轉(zhuǎn)并口，使 1602 與單片機(jī)進(jìn)行間接連接， LCD 與單片機(jī)的連結(jié)圖如圖 所示。 7 圖 LCD 顯示電路 系統(tǒng)時(shí)鐘模塊 刷 卡時(shí)要記錄刷卡的時(shí)間，用外接硬件實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片的辦法，為系統(tǒng)提供一個(gè)準(zhǔn)確可靠的時(shí)鐘，用 3V 備用電池保證在系統(tǒng)掉電時(shí)也能正常走時(shí)，在此選用體積小、接口簡單的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302。 (1)時(shí)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(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。在本設(shè)計(jì)中 使用的 DS1302 為 8 腳 DIP 封裝形式，其中 1 腳和 8 腳為電源電壓引腳，單電源供電時(shí)接 8 腳，雙電源供電時(shí)，主工作電源接 1 腳，備份電源接 8 腳。 2 腳和 3 腳為 晶振引腳； 5 腳 RST 為復(fù)位端，若其被置為低電平，則中止所有數(shù)據(jù)傳送， I/O 腳變?yōu)楦咦钁B(tài)，系統(tǒng)復(fù)位； 6 腳 I/O 為數(shù)據(jù)輸人 /輸出端； 7 腳 SCLK 為串行時(shí)鐘輸入端，所有地址 /命令字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)都是在時(shí)鐘的同步控制下從 I/O 腳串行輸入輸出的。 DS1302 通過 SCLK、 I/O、RST 三根線與外部進(jìn)行同步串行通信。 (2)DS1302 與單片機(jī)的 連接 在本設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)的 與 DS1302 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘，其連接方法如圖 所示。 8 圖 DS1302 與單片機(jī)接口電路 存儲(chǔ)模塊 在 本設(shè)計(jì)中采用串行 E2PROM 芯片 AT24C64 作數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器。 AT24C64 是 ATMEL 公司生產(chǎn)的采用 I2C 總線標(biāo)準(zhǔn)常用的串行 E2PROM 存儲(chǔ)芯片，其支持 I2C 總線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，64K（ bit）存儲(chǔ)器容量，用兩根線與 CPU 構(gòu)成串行接口。 AT24C64 一般具有兩種寫入方式，一種是字節(jié)寫入方式，還有一種是頁寫入方式。 AT24C64 的讀操作有當(dāng)前地址讀、隨機(jī)讀、多字節(jié)讀三種方式。 AT24C64 其主要管腳功能描述如下： SCL，串行時(shí)鐘。這是一個(gè)輸入管腳，用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時(shí)鐘； SDA，串行數(shù)據(jù) /地址。這是一個(gè)雙向傳輸端，用于傳送地址和所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或 接收； A0、 A A2，器件地址輸入端，這些輸入端用于多個(gè)器件并聯(lián)時(shí)設(shè)置器件地址。 AT24C64 其主要管腳功能如下： 在系統(tǒng)中采用單片機(jī)的 、 口與 AT24C64 進(jìn)行連接，其與單片機(jī)的接口接法電路如圖 所示，由于本系統(tǒng)中采用到的 AT89S52 單片機(jī)不具備 I2C 總線接口，因此采用軟件法加以解決。 9 圖 AT24C64 與單片機(jī)接口電路 MFRC500讀寫模塊 MFRC500 介紹 PHILIPS 公司的 MFRC500 是應(yīng)用于 IC 系列中的一員。該讀卡 IC 系列利用先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在 下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議。 MFRC500 支持 IS014443A 所有的層，其功能框圖如下 : 圖 MFRC500 的功能框圖 MFRC500 內(nèi)部包括并行微控制器接口、雙向 FIFO 緩沖區(qū)、中斷、數(shù)據(jù)處理單元、狀態(tài)控制單元、安全和密碼控制單元、模擬電路接口及天線接口。 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 的并行微控制器接口自動(dòng)檢測連接的 8 位并行接口的類型。它包含了一個(gè)雙向 FIFO 緩沖區(qū)和一個(gè)可配置的中斷輸出，這樣就為連接各種 MCU 提供了很大的靈活性，即使使用非常低成本的器件也能滿足高速非接觸式通信的要求。數(shù)據(jù)處理部分執(zhí)行數(shù)據(jù)的并行 串行轉(zhuǎn)換 [。狀態(tài)和控制部分允許對器件進(jìn)行配置以使性能調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)。模擬電路包含 一個(gè)具有非常低阻抗橋驅(qū)動(dòng)器輸出的發(fā)送部分，這使得最大操作距離可達(dá) 100mm，接收器可以檢測到非常弱的應(yīng)答信號。 MFRC500 管腳如 所 10 示。 圖 MFRC500 管腳圖 該器件為 32 腳 SO 封裝，器件使用了 3 個(gè)獨(dú)立的電源以實(shí)現(xiàn)在 EMC 特性和信號解耦方面達(dá)到最佳性能。 MFRC500 具有出色的 RF 性能并且模擬和數(shù)字部分可適應(yīng)不同的操作電壓，其驅(qū)動(dòng)、模擬、數(shù)字部分分別使用單獨(dú)電源供電。 表 天線連接管腳 為了驅(qū)動(dòng)天線， MFRC500 通過 TXl 和 TX2 提供 的能量載波。根據(jù)寄存器的設(shè)定對發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制得到發(fā)送的信號。智能卡采用 RF 場的負(fù)載調(diào)制進(jìn)行響應(yīng)。天線拾取的信號經(jīng)過天線匹配電路送到 RX 腳， RC500 內(nèi)部接收器對信號進(jìn)行檢測、處理，然后將數(shù)據(jù)發(fā) 送到并行接口由微控制器進(jìn)行讀取。 表 MFRC500 并行口控制管腳 天線模塊的設(shè)計(jì) 為 了同非接觸式智能卡通信，讀卡器內(nèi)必須有能發(fā)射和接收射頻信號的天線。天線用于產(chǎn)生磁通量，而磁通量用于向應(yīng)答器提供電源并在閱 讀器和應(yīng)答器之間傳送信息。因此，對讀卡器天線的構(gòu)造有了三個(gè)基本的要求： 11 1)使天線線圈的電流 i1 最大，用于產(chǎn)生最大的磁通量； 2)功率匹配，以最大程度地利用產(chǎn)生磁通量的可用能量； 3)足夠的帶寬，以無失真地傳送數(shù)據(jù)調(diào)制的載波信號。 (1)天線尺寸和讀寫距離 由 于 MFRC500 是低功耗設(shè)計(jì)，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 。天線一般設(shè)計(jì)為三圈，可以設(shè)計(jì)為圓形或者方形天線。天線的直徑必須介于 之間。表 給出了卡和天線的耦合系數(shù)為 時(shí)的天線大小和讀寫距離關(guān)系表。 表 天線大小和讀寫距離關(guān)系表 根據(jù)技術(shù)指標(biāo)以及尺寸等方面的要求，要本設(shè)計(jì)中讀寫器天線參數(shù)如下 : 天線形狀：方形天線 天線圈數(shù)：三圈 幾何尺寸： 65mm 54mm 天線導(dǎo)體直徑： 1mm (2)EMC 電路及接收電路 EMC 電路：射頻識別系統(tǒng)的工作頻率為 ，是由一個(gè)石英晶振產(chǎn)生的，同時(shí)它還產(chǎn)生更高頻率的諧波，為了確保能夠有效抑制三次，五次和更高次的諧波對信號的干擾作用，需要有一個(gè)低通濾波器來濾除這些高次諧波。 接收電路： MFRC500 內(nèi)部的信號接收部分使用由子載波的雙邊帶調(diào)制出的信號，為了減少干擾，在地和 VMID 間接了一個(gè)電容，接收部分需要在 Rx 和 VMID 腳之間接一個(gè)電阻分壓結(jié)構(gòu)。另外，在天線線圈和分壓器之間串一 個(gè)電容會(huì)獲得質(zhì)量更高的信號。濾波器與接收電路的電路原理圖如圖 所示。 圖 EMC 及接收電路 (4)天線電路圖 天線電路圖如圖 所示。 12 圖 天線電路 圖中電容 C2A_a、 C2A_b、 C2A_a、 C2A_b、（通稱 C2）的值是由天線的電感值決定的，且需要根據(jù)天線的形狀進(jìn)行調(diào)整。 C2 電容的大小嚴(yán)格影響讀卡器的性能，這就需要在確定了卡的類型之后在實(shí)際的使用環(huán)境中進(jìn)行試驗(yàn)，確定不同的 C2 值，使讀卡器具有最好的性能表現(xiàn)。 RC500 有一個(gè)內(nèi)部信號驅(qū)動(dòng)管腳 AUX，當(dāng)讀卡器 發(fā)出某一指令時(shí)，可以使用示波器觀察該引腳的輸出信號，不斷改變卡與讀卡器之間的距離和 C2 值，示波器輸出不同的波形，根據(jù)不同的波形即可確定讀卡器最好性能的 C2 值。在本課題設(shè)計(jì)中，根據(jù)天線的參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，得到的最終 C2 值如表 所示。 表 C2 電容值表 (5)天線的品質(zhì)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(zhì)因數(shù) Q。較高的品質(zhì)因數(shù) Q 值會(huì)使天線線圈中的電流強(qiáng)度大，由此改善對應(yīng)答器的功率改善情況。與之相反，天線的傳輸帶寬剛好與品質(zhì)因數(shù)成反比例變化，選擇的品質(zhì)因數(shù)過高會(huì)導(dǎo)致帶寬縮小從而明顯地減弱應(yīng)答器接收到的調(diào)制邊帶。 MFRC500 與 AT89S52 連接圖 M FRC500 與 AT89S52 連接圖如圖 所示，圖中單片機(jī) AT89S52 作為控制核心，主要完成數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)及控制電路工作； MFRC500 支持不同的微控制器接口，一個(gè)智能的自動(dòng)檢測邏輯可以自動(dòng)適應(yīng)系統(tǒng)總線的并行接口。圖中使用信號 NCS 選擇芯片。對于MFRC500，若要使用獨(dú)立的地址和數(shù)據(jù)總線與微控制器相連，必須將 ALE 腳連接到 DVDD，若使用復(fù)用的地址和數(shù)據(jù)總線與控制器接口，必須將 ALE 腳連到微控制器的 ALE 信號。在本設(shè)計(jì)中，該讀寫器采用地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用方式與微控制器相連。在對 MFRC500 進(jìn)行讀寫操作時(shí)，若要使用 NWR 和 NRD 與微控制器相連，則這兩個(gè)引腳應(yīng)該連接到微控制器的讀寫管腳上。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(shí)與 OSCIN 管腳相連可作為外部時(shí)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(jìn)行控制。另外，根據(jù)系統(tǒng)的需要，可以采用查詢方式對 MFRC500 進(jìn)行 操作。 圖 MFRC500 與 AT89S52 連接圖 通信模塊 本 智能卡讀寫器采用 RS232 標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)讀卡器和上位機(jī)之間的通信，能實(shí)現(xiàn) RS232 通信協(xié)議的芯片很多，其中 MAXIM 公司生產(chǎn)的 MAX232 是一款比較優(yōu)良 的 RS232 通信芯片。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(biāo)準(zhǔn)；多路輸入輸出。 MAX232 其引腳功能說明如表 所示。 表 MAX232 引腳說明 在硬件電路連接上采 用三線制（ RXD、 TXD、 GND）軟握手的零 MODEM 方式，即將PC 機(jī)和單片機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)線（ TXD）與接收數(shù)據(jù)（ RXD）交叉連接，二者的地線（ GND）直接相連，而其它信號線、如握手信號均不用，而采用軟件握手，這樣既可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的任 14 務(wù)又可以簡化電路設(shè)計(jì)、節(jié)約成本。 MAX232 與 AT89S52 的電路連接如圖 所示。 圖 MAX232 與 AT89S52 的連接圖