【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 幾種特殊用途電度表，如預(yù)付費(fèi)電表、復(fù)費(fèi)率電表、集中抄表系統(tǒng)，更多沒有質(zhì)量意識(shí)、沒有技術(shù)、沒有市場(chǎng)開拓能力的電表生產(chǎn)企業(yè)選擇了轉(zhuǎn)行甚至倒閉。 而中外合作的機(jī)械式電度表也由于電子式電度表的發(fā)展而終于快速退出，一些國(guó)外高科技電子企業(yè)正在與中國(guó)電子式電度表的企業(yè)就電表中的關(guān)健技術(shù)和東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 6 關(guān)健元器件如計(jì)量芯片、通訊軟件、等開展合作或提供產(chǎn)品，求得在中國(guó)電度表市場(chǎng)發(fā)展中的生存或商機(jī)。 就這樣，中國(guó)電度表從小到大，從弱到強(qiáng)，每年生產(chǎn)幾千萬只電度表滿足國(guó)內(nèi)外顧客的需求，可以予計(jì)，中國(guó)電度表企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈，中國(guó)電度 表的發(fā)展在技術(shù)進(jìn)步的道路上越來越寬廣，作為這一領(lǐng)城的開拓者肩負(fù)著光榮的歷史使命，為此而努力一定會(huì)有豐碩的成果！ 論文涉及的 主要技術(shù) IC 卡 IC 卡是指集成電路卡 ,， 一般常見的 IC卡采用射頻技術(shù)與 IC 卡的讀卡器進(jìn)行通訊 .IC 卡與磁卡是有區(qū)別的 ,IC 卡是通過卡里的集成電路存儲(chǔ)信息 ,而磁卡是通過卡內(nèi)的磁力記錄信息 .IC 卡的成本一般比磁卡高 ,但保密性更好。 IC 卡 (Integrated Circuit Card，集成電路卡 )是繼磁卡之后出現(xiàn)的又一種新型信息工具。 IC 卡在有些國(guó)家和地區(qū)也稱智 能卡 (smart card)、智慧卡(intelligent card)、微電路卡 (microcircuit card)或微芯片卡等。它是將一個(gè)微電子芯片嵌入符合 ISO 7816 標(biāo)準(zhǔn)的卡基中，做成卡片形式；已經(jīng)十分廣泛地應(yīng)用于包括金融、交通、社保等很多領(lǐng)域。 IC 卡讀寫器是 IC 卡與應(yīng)用系統(tǒng)間的橋梁，在 ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中稱之為接口設(shè)備 IFD(Interface Device)。 IFD 內(nèi)的 CPU 通過一個(gè)接口電路與 IC 卡相連并進(jìn)行通信。 IC 卡接口電路是 IC 卡讀寫器中至關(guān)重要的部分，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的不同，可選擇并行 通信、半雙工串行通信和 I2C 通信等不同的 IC卡讀寫芯片 [14]。 IC 卡的主要技術(shù)。 IC 卡核心是集成電路芯片，是利用現(xiàn)代先進(jìn)的微電子技術(shù)，將大規(guī)模集成電路芯片嵌在一塊小小的塑料卡片之中。其開發(fā)與制造技術(shù)比磁卡復(fù)雜得多。 IC 卡主要技術(shù)包括硬件技術(shù)、軟件技術(shù)及相關(guān)業(yè)務(wù)技術(shù)等。硬件技術(shù)一般包含半導(dǎo)體技術(shù)、基板技術(shù)、封裝技術(shù)、終端技術(shù)及其他零部件技術(shù)等；而軟件技術(shù)一般包括應(yīng)用軟件技術(shù)、通信技術(shù)、安全技術(shù)及系統(tǒng)控制技術(shù)等。 ① EEPROM 技術(shù)。電擦除式可編程只讀存儲(chǔ)器 (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)是 IC 卡技術(shù)的核心。該技術(shù)使晶體管密度增大，改善了性能，增加了容量，達(dá)到在同樣面積上存儲(chǔ)更大數(shù)據(jù)量的目的。 作為數(shù)據(jù)或程序的存儲(chǔ)空間， EEPROM 的數(shù)據(jù)可以至少保持 10 年的時(shí)間，擦寫次數(shù)達(dá) 10萬次以上。 EEPROM 技術(shù)還提供了很大的靈活性，通過設(shè)置不可修改的標(biāo)志位，能夠?qū)?EEPROM 單元轉(zhuǎn)變成可編程只讀存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器或不可讀的保密存儲(chǔ)單元。 該技術(shù)的先進(jìn)性使得帶有保密存儲(chǔ)器的 IC 卡得到快速發(fā)展和應(yīng)用。例如，東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 7 在各種收費(fèi)系統(tǒng) (公用電話、電表、公路收 費(fèi)等等 )及訪問控制等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。以 EEPROM 為核心的 CPU 卡也廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、銀行部門、多應(yīng)用卡及要求有公共密鑰算法的高安全性應(yīng)用領(lǐng)域。 ② RFID 技術(shù)。射頻識(shí)別 RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)是一種利用電磁波進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)淖R(shí)別方法，被識(shí)別的物體本身應(yīng)具有電磁波的接收和發(fā)送裝置。 RFID 系統(tǒng)使用的通信頻段范圍為＜ 135kHz 或＞ 300MHz～ GHz 級(jí)。 射頻識(shí)別 IC 卡是一種使用電磁波和非觸點(diǎn)來與終端通信的 IC 卡。使用此卡時(shí)，不需要把卡片插入到特 定讀寫器插槽之中。一般來說，通信距離在幾厘米至 1 米范圍內(nèi)。射頻識(shí)別卡使用得較多，而且發(fā)展?jié)摿^大。 射頻識(shí)別 IC 卡有主動(dòng)式和被動(dòng)式之分。主動(dòng)式卡是指卡片需要主動(dòng)靠近讀卡器，用戶需要將卡在讀卡器上晃過才完成交易；被動(dòng)式卡不用出示卡片，只要走過讀卡器的范圍，即可完成交易。 目前世界上最先進(jìn)的非接觸 IC卡就采用了獨(dú)特的 RFID 技術(shù)。預(yù)計(jì)此種技術(shù)將有很大的市場(chǎng)潛力。 ③ 加密技術(shù)。 IC 卡中的 CPU 卡采用特殊的加密技術(shù)，不僅可以驗(yàn)證信息的正確性，同時(shí)還能檢查通信雙方身份的合法性，從而保證信息傳送的安全性。這是通過 IC 卡 中存儲(chǔ)的銀行密鑰與讀卡器兼黑盒子中存儲(chǔ)的銀行密鑰的相互校驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)的，從而保證了持卡者本身和讀卡器雙方都具有合法身份?？傊?，采用先進(jìn)的加密技術(shù)后，不僅具有高度安全性、嚴(yán)謹(jǐn)性，還具有靈活便捷、成本低等優(yōu)勢(shì)。 除上述技術(shù)之外，還有 Java 卡技術(shù)、 IC卡 ISO 標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)、 IC卡生物認(rèn)證技術(shù)及數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)等軟、硬件新技術(shù)。由于 IC 卡技術(shù)含量越來越高，功能越來越強(qiáng)，使得 IC卡的應(yīng)用領(lǐng)域不斷向縱深方向拓展 [1]。 接觸式 IC 卡接口技術(shù)原理 ： IC 卡讀寫器要能讀寫符合 ISO7816 標(biāo)準(zhǔn)的 IC卡。 IC 卡接口電路作為 IC卡與 IFD內(nèi)的 CPU 進(jìn)行通信的唯一通道，為保證通信和數(shù)據(jù)交換的安全與可靠，其產(chǎn)生的電信號(hào)必須滿足下面的特定要求。 ● 完成 IC卡插入與退出的識(shí)別操作 IC 卡接口電路對(duì) IC 卡插入與退出的識(shí)別，即卡的激活和釋放，有很嚴(yán)格的時(shí)序要求。如果不能滿足相應(yīng)的要求， IC 卡就不能正常進(jìn)行操作；嚴(yán)重時(shí)將損壞 IC 卡或 IC 卡讀寫器。 (1)激活過程 ◇ RST 處于 L 狀態(tài)； ◇ 根據(jù)所選擇卡的類型，對(duì) VCC 加電 A類或 B 類， ◇ VPP 上升為空閑狀態(tài)； 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 8 ◇ 接口電路的 I/O 應(yīng)置于接收狀態(tài)； ◇ 向 IC 卡的 CLK提供時(shí)鐘信號(hào) (A 類卡 1～ 5MHz， B 類卡 1～ 4MHz)。 在 t’a 時(shí)間對(duì) IC 卡的 CLK 加時(shí)鐘信號(hào)。 I/O線路應(yīng)在時(shí)鐘信號(hào)加于 CLK的200 個(gè)時(shí)鐘周期 (ta)內(nèi)被置于高阻狀態(tài) Z(ta 時(shí)間在 t’a 之后 )。時(shí)鐘加于 CLK后，保持 RST為狀態(tài) L至少 400周期 (tb)使卡復(fù)位 (tb在 t’a 之后 )。在時(shí)間 t’b ，RST 被置于狀態(tài) H。 I/O 上的應(yīng)答應(yīng)在 RST 上信號(hào)上升沿之后的 400~40 000 個(gè)時(shí)鐘周期 (tc)內(nèi)開始 (tc 在 t’b 之后 )。 在 RST 處于狀態(tài) H 的情況下，如果應(yīng)答信號(hào)在 40 000 個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)仍未開始， RST 上的信號(hào)將返 回到狀態(tài) L，且 IC 卡接口電路按照?qǐng)D 2所示對(duì) IC卡產(chǎn)生釋放。 (2)釋放過程 當(dāng)信息交換結(jié)束或失敗時(shí) (例如，無卡響應(yīng)或卡被移出 )，接口電路應(yīng) 按 時(shí)序釋放電路： ◇ RST 應(yīng)置為狀態(tài) L； ◇ CLK 應(yīng)置為狀態(tài) L(除非時(shí)鐘已在狀態(tài) L上停止 )； ◇ VPP 應(yīng)釋放 (如果它已被激活 )； ◇ I/O 應(yīng)置為狀態(tài) A(在 td 時(shí)間內(nèi)沒有具體定義 )； ◇ VCC 應(yīng)釋放。 ● 通過觸點(diǎn)向卡提供穩(wěn)定的電源 IC卡接口電路應(yīng)能在表 1規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，向 IC 卡提供相應(yīng)穩(wěn)定的電流 。 ● 通過觸點(diǎn)向卡提供穩(wěn)定的時(shí)鐘 IC 卡接口電路向卡提供時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘信號(hào)的實(shí)際頻率范圍在復(fù)位應(yīng)答期間，應(yīng)在以下范圍內(nèi)： A類卡，時(shí)鐘應(yīng)在 1～ 5MHz； B類卡，時(shí)鐘應(yīng)在 1～ 4MHz。 復(fù)位后，由收到的 ATR(復(fù)位應(yīng)答 )信號(hào)中的 F(時(shí)鐘頻率變換因子 )和 D(比特率調(diào)整因子 )來確定。 時(shí)鐘信號(hào)的工作周期應(yīng)為穩(wěn)定操作期間周期的 40%～ 60%。當(dāng)頻率從一個(gè)值轉(zhuǎn)換到另一個(gè)值時(shí)，應(yīng)注意保證沒有比短周期的 40%更短的脈沖。 本文采用的是接觸式 IC 卡技術(shù)。 AT89C51 單片機(jī) AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)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(jī)。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100次。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 9 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖所示 ： 圖 11 AT89C2051引腳圖 主要特性 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10年 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128 8 位內(nèi)部 RAM 32可編程 I/O 線 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè)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(shí)鐘電路 ： 管 腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8位漏級(jí)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(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)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(shí)，將輸 出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 10 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)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(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí)，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(shí)， 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(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， 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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) 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(shí)器 0外部輸入） T1（記時(shí)器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩 器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， 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