【文章內(nèi)容簡介】 不具備尋址外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的能力。它的 P1 口是一個(gè) 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。 ~ 內(nèi)置了上拉電阻，而 和 兩條口線卻沒有，需要外接上拉電阻。 和 分別是內(nèi)部高精度模擬比較器的 +/輸入端（ AIN0/AIN1）。 14 P1 口的每個(gè)引腳的輸出緩沖器具有 20mA 的輸出驅(qū)動(dòng)能力，可直接點(diǎn)亮 LED 顯示器。與其它 51 系列單片機(jī)一樣，當(dāng) P1 口的引腳作為輸入線使用時(shí)，應(yīng)先對(duì)其寫 1。 1234567891110121314151617181920RST( RX D ) P 3 .0( TX D ) P 3 .1X TA L2X TA L1P 3 .2)I NT0()I N T1( P 3 .3( T0)P 3 .4( T1)P 3 .5GNDV CCP 1 .7P 1 .6P 1 .5P 1 .4P 1 .3P 1 .2P 1 .1 ( A I N 1 )P 1 .0 ( A I N 2 )P 3 .7 圖 AT89C2051 引腳圖 P3 口： AT89C2051 的 P3 口是一個(gè)具有 7 位的準(zhǔn)雙向多功能口。 7 條 I/O 口線是 ~ 以及 。 P3 口的每一個(gè)也同 P1 口一樣，具有 20mA 的輸出驅(qū)動(dòng)能力。當(dāng)其作為輸入口使用時(shí)也應(yīng)先對(duì)它們寫 1。 P3 口的全部口線都設(shè)置了內(nèi)部上拉電阻。 P3 口有 5 條線具有雙功能，它們是： ， ， ， ， ，詳見表 。 表 P3各端口引腳與兼用功能表 3．單片機(jī)的串行通信功能 利用 89C2051 單片機(jī)進(jìn)行串行通信時(shí)必須對(duì)有關(guān)寄存器進(jìn)行設(shè)置，與串行通信有關(guān)的寄存器有： 端口引腳 兼用功能 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（定時(shí)器 0的外部中斷） T1（定時(shí)器 1的外部中斷） 15 PCON（電 源控制寄存器）：在串行應(yīng)用中，該寄存器用于對(duì) SMOD 設(shè)置，完成對(duì)波特率是否加倍的設(shè)定，其格式如下： SM ODPC ON PCON 中的 D7位是串行口波特率選擇位 SMOD。當(dāng) SMOD=1 時(shí)，方式 3的波特率加倍；當(dāng) SMOD=0 時(shí)，波特率不加倍。 IE（中斷允許控制寄存器）：該寄存器完成對(duì)全局中斷和局部中斷的設(shè)定，其格式如下： IE EA ES ET1 E X1 ET0 E X0 其中 EA 為 CPU 中斷允許位， ES 為串行口中斷允許位。 TMOD（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器方式 控制寄存器）：選擇定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器及其工作方式，確定串行通信的波特率，其格式為： GAT E M1 M0M0 GAT EC/ T C/ TM1T M OD SCON（串行口控制寄存器）：用來定義串行口的工作方式，進(jìn)行接收、發(fā)送控制以及監(jiān)視串行口的工作狀態(tài)。其格式如下： S M0 TI RIREN TB8S M2S CO N S M1 RB8接收中斷標(biāo)志發(fā)送中斷標(biāo)志接收數(shù)據(jù)第9位發(fā)送數(shù)據(jù)第9位接收控制多機(jī)通信1: 允許0: 禁止1: 允許0: 禁止工作方式選擇 SM0、 SM1 是串行口工作方式選擇位，可選擇四種工作方式，如表 所示。表中 fosc為單片機(jī)時(shí)鐘頻率。 16 表 串行口工作方式選擇 SM0 SM1 方式 功能 波特率 0 0 0 同步移位寄存器 fosc/12 0 1 1 10位異步收發(fā) 可變 1 0 2 11位異步收發(fā) fosc/64 或 fosc/32 1 1 3 11位異步收發(fā) 可變 在進(jìn)行串行通信時(shí)，上位機(jī)（收費(fèi)站本地主機(jī)）使用 RS232C 邏輯電平，與一般微處理器、單片機(jī)的 TTL 邏輯電平是不一致的。因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，必須把微處理器的信號(hào)電平轉(zhuǎn)換為 RS232C 電平，這兩種轉(zhuǎn)換是由專用電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232實(shí)現(xiàn)的。 可讀可寫式非接觸 IC卡系統(tǒng)的研究 射頻芯片的選型 無線射頻芯片是 整個(gè)非接觸 IC卡的核心部件，由于無線收發(fā)芯片的廠商和種類比較多，正確的選擇可以使研發(fā)少走彎路，降低成本，更快地將產(chǎn)品推向市場?；诟咚俟窇?yīng)用的實(shí)際需要，方案成本低，體積小，功耗低，集成度高，外圍元件少，加工容易，數(shù)據(jù)傳輸率高，傳輸時(shí)間短，接口簡單，開發(fā)方便等，本文選擇了 nRF401射頻芯片，其依據(jù)為： 1. 發(fā)射功率：在同等條件下，為了保證有效和可靠的通信，應(yīng)該選用發(fā)射功率較高的產(chǎn)品。 nRF401的發(fā)射功率達(dá)到 +10dBm，是同類產(chǎn)品中最高的 (考慮到性能、價(jià)格等因素 )。 2. 功耗：作為高速公路收費(fèi)中使用 的非接觸 IC卡，主要是滿足用戶的便攜需要，因此應(yīng)該根據(jù)需要選擇綜合功耗較小的產(chǎn)品， nRF401的工作電流在同等發(fā)射功率下是最小的。 17 3. 數(shù)據(jù)傳輸速度：現(xiàn)有的好多無線射頻芯片，數(shù)據(jù)的傳輸采用曼徹斯特編碼，雖然可以滿足數(shù)據(jù)可靠性傳輸?shù)囊?，但在編程上?huì)需要較高的技巧和經(jīng)驗(yàn)，需要更多的內(nèi)存和程序容量；最重要的是曼徹斯特編碼大大降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩话銉H能達(dá)到標(biāo)稱速率的 1/3，無法適應(yīng)高速數(shù)據(jù)通信的需要。 nRF401是采用與單片機(jī)串口相連傳輸數(shù)據(jù)的芯片，應(yīng)用及編程非常簡單，傳送的效率很高，而且采用有線方式的串口傳輸，數(shù)據(jù)的誤碼率也非常低，它也是目前唯一可以串口直接連接的無線收發(fā)芯片。 4. 產(chǎn)品成本：芯片外圍元件的數(shù)量直接決定產(chǎn)品的成本。這方面 nRF401做得很好，外圍元件數(shù)量較少，并且收發(fā)天線合一。 射頻芯片的性能分析 nRF401是挪威 Nordic公司最新推出的單片無線收發(fā)一體芯片，是目前集成度最高的無線數(shù)傳產(chǎn)品，具有性能優(yōu)異、功耗低、使用方便等特點(diǎn)。 nRF401的外圍元件很少，只包括一個(gè)基準(zhǔn)晶振和幾個(gè)無源器件，基本無需調(diào)試，這給研制及生產(chǎn)帶來了極大的方便。 nRF401采用抗干擾能力強(qiáng)的頻移鍵控 (FSK)調(diào)制方式，抗干擾能力強(qiáng)，改善了噪聲環(huán)境下的系統(tǒng)性能，與幅移鍵控 (ASK)和開關(guān)鍵控 (OnOff Keying)方式相比，這種方式的通信范圍更廣，特別是在附近有類似設(shè)備工作的場合通信更加可 靠，更適合工業(yè)控制場合。 nRF401工作在國際通用的數(shù)傳頻段 433/434MHz，工作頻率穩(wěn)定可靠，可直接聯(lián)接單片機(jī)串口。由于采用了較低發(fā)射功率，滿足無線電管制要求，無需許可證。 nRF401工作電壓 ~5V，發(fā)射電流 8~30mA（與發(fā)射功率有關(guān)），接收電流約 10mA。工作方式為半雙工，速率最高 20kbit/S，數(shù)據(jù)傳輸距離一般在開闊地可達(dá) 300~400米，實(shí)際使用距離與具體環(huán)境有關(guān)，可通過實(shí)驗(yàn)做具體調(diào)整。 綜上所述， nRF401無線射頻芯片作為非接觸 IC卡的中心部件來設(shè)計(jì)系統(tǒng)不失為一種理想的選擇。 18 非接觸 IC 卡和閱讀器的整體設(shè)計(jì) 本節(jié)研究的非接觸 IC卡系統(tǒng)采用 AT89C2051單片機(jī)和 nRF401射頻芯片作為主要元件，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)收發(fā)的硬件電路設(shè)計(jì)。 圖 nRF401的典型應(yīng)用電路，圖中天線接口 ANT1和 ANT2輸出至印制天線，XC XC2是參考振蕩器輸入、輸出端， DIN、 DOUT是發(fā) 射數(shù)據(jù)輸入和接收數(shù)據(jù)輸出端口， CS 是 通 道 選 擇 端 口 (CS=“0”=(Channel1) ； CS=“1” =(Channel2))， PWR_UP是電源開 /(PWR_UP=“1” =Power up(Operating mode)； PWR_UP=“0”=Power down(Standby mode))， TXEN為工作模式選擇端口(TXEN=“1” =發(fā)射模式； TXEN=“0”=接收模式 )。 圖 nRF401典型應(yīng)用電路 圖 ，既可以作為閱讀器，又可以作為非接觸 IC卡，由軟件控制來完成數(shù)據(jù)的收發(fā)切換。考慮到 nRF401和單片機(jī)都只有一個(gè)串口，單片機(jī)還要和上位機(jī)相連，所以本方案中用了兩個(gè)單片機(jī)，一個(gè)完成和上位機(jī)的 串口通信，另一個(gè)完成和 nRF401的串口通信，兩個(gè)單片機(jī)之間直接相連完成數(shù)據(jù)傳遞。下面說明可讀可寫式非接觸 IC卡的工作原理。 19 圖 可讀可寫式非接觸 IC卡系統(tǒng)原理圖 圖 ， X25045是一種集看門狗、電壓監(jiān)控和串行 EEPROM三種功能于一身的可編程電路。 X25045中的看門狗對(duì)系統(tǒng)提供了保護(hù)功能，當(dāng)系統(tǒng)發(fā) 生故障而超過設(shè)置時(shí)間時(shí)，也就是說，當(dāng)保持 1或者 0的時(shí)間大于看門狗的定時(shí)時(shí)間周期，電路中的看門狗將通過 RESET輸出高電平信號(hào)使單片機(jī)復(fù)位。另外， X25045所具有的電壓監(jiān)控功能也可以保護(hù)單片機(jī)系統(tǒng)免受低電壓的影響，它的正常工作電壓是 ~(和單片機(jī)共用 )，如果電源電壓低于 200ms，則 RESET就輸出高電平復(fù)位單片機(jī)，直到電源電壓返回到穩(wěn)定值為止。 發(fā)送過程：上位機(jī)把要發(fā)送的數(shù)據(jù)送給電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232，數(shù)據(jù)經(jīng)過電平變換后，送給第一個(gè)單片機(jī) (U2)的 (RXD)引腳，數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī) U2處理后，送給單片機(jī) U3，從串行口 (TXD)引腳送出去，然后，數(shù)據(jù)通過 nRF401的 DIN引腳，進(jìn)入到射頻芯片內(nèi)部，經(jīng)過 FSK調(diào)制，通過印刷天線發(fā)射出去。 20 接收過程：天線接收到數(shù)據(jù)，送到 nRF401芯片內(nèi)部完成解調(diào)后，數(shù)據(jù)通過 nRF401的串行口 DOUT送給單片機(jī) U3的 （ TXD） ,U3接收數(shù)據(jù)后，把它送給單片機(jī) U2，單片機(jī) U2再通過串行口 (TXD)，把數(shù)據(jù)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后送上位機(jī)。 當(dāng)然在應(yīng)用中，如果作為非接觸 IC卡來使用，可以把卡號(hào)、車型、牌照、用戶余額、入口車站編 號(hào)、出口車站編號(hào)等數(shù)據(jù)存入片內(nèi)存儲(chǔ)器，此時(shí)只要用一個(gè)單片機(jī)即可完成與閱讀器的通信。 外圍控制器的分析與實(shí)現(xiàn) 從非接觸 IC 卡中提取數(shù)據(jù)（非接觸 IC 卡的卡號(hào)）后，把數(shù)據(jù)送往上位機(jī)進(jìn)行處理，計(jì)算出本次收費(fèi)額，下傳到 LED 進(jìn)行顯示；同時(shí)把處理后的結(jié)果轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制字