【文章內容簡介】 不具備尋址外部程序存儲器和數據存儲器的能力。它的 P1 口是一個 8 位準雙向 I/O 口。 ~ 內置了上拉電阻，而 和 兩條口線卻沒有，需要外接上拉電阻。 和 分別是內部高精度模擬比較器的 +/輸入端（ AIN0/AIN1）。 14 P1 口的每個引腳的輸出緩沖器具有 20mA 的輸出驅動能力，可直接點亮 LED 顯示器。與其它 51 系列單片機一樣，當 P1 口的引腳作為輸入線使用時，應先對其寫 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 口是一個具有 7 位的準雙向多功能口。 7 條 I/O 口線是 ~ 以及 。 P3 口的每一個也同 P1 口一樣，具有 20mA 的輸出驅動能力。當其作為輸入口使用時也應先對它們寫 1。 P3 口的全部口線都設置了內部上拉電阻。 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．單片機的串行通信功能 利用 89C2051 單片機進行串行通信時必須對有關寄存器進行設置，與串行通信有關的寄存器有： 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（定時器 0的外部中斷） T1（定時器 1的外部中斷） 15 PCON（電 源控制寄存器）：在串行應用中，該寄存器用于對 SMOD 設置，完成對波特率是否加倍的設定，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 SMOD=1 時，方式 3的波特率加倍；當 SMOD=0 時，波特率不加倍。 IE（中斷允許控制寄存器）：該寄存器完成對全局中斷和局部中斷的設定，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（定時器 /計數器方式 控制寄存器）：選擇定時器 /計數器及其工作方式，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接收中斷標志發(fā)送中斷標志接收數據第9位發(fā)送數據第9位接收控制多機通信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為單片機時鐘頻率。 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 在進行串行通信時，上位機（收費站本地主機）使用 RS232C 邏輯電平，與一般微處理器、單片機的 TTL 邏輯電平是不一致的。因此，在實際應用時，必須把微處理器的信號電平轉換為 RS232C 電平，這兩種轉換是由專用電平轉換芯片 MAX232實現的。 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，更快地將產品推向市場。基于高速公路應用的實際需要，方案成本低，體積小，功耗低，集成度高，外圍元件少，加工容易，數據傳輸率高，傳輸時間短，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，應該選用發(fā)射功率較高的產品。 nRF401的發(fā)射功率達到 +10dBm，是同類產品中最高的 (考慮到性能、價格等因素 )。 2. 功耗：作為高速公路收費中使用 的非接觸 IC卡，主要是滿足用戶的便攜需要，因此應該根據需要選擇綜合功耗較小的產品， nRF401的工作電流在同等發(fā)射功率下是最小的。 17 3. 數據傳輸速度：現有的好多無線射頻芯片，數據的傳輸采用曼徹斯特編碼，雖然可以滿足數據可靠性傳輸的要求，但在編程上會需要較高的技巧和經驗，需要更多的內存和程序容量；最重要的是曼徹斯特編碼大大降低數據傳輸的效率，一般僅能達到標稱速率的 1/3，無法適應高速數據通信的需要。 nRF401是采用與單片機串口相連傳輸數據的芯片，應用及編程非常簡單，傳送的效率很高，而且采用有線方式的串口傳輸，數據的誤碼率也非常低，它也是目前唯一可以串口直接連接的無線收發(fā)芯片。 4. 產品成本：芯片外圍元件的數量直接決定產品的成本。這方面 nRF401做得很好，外圍元件數量較少，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傳產品，具有性能優(yōu)異、功耗低、使用方便等特點。 nRF401的外圍元件很少，只包括一個基準晶振和幾個無源器件，基本無需調試，這給研制及生產帶來了極大的方便。 nRF401采用抗干擾能力強的頻移鍵控 (FSK)調制方式，抗干擾能力強，改善了噪聲環(huán)境下的系統(tǒng)性能，與幅移鍵控 (ASK)和開關鍵控 (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傳頻段 433/434MHz，工作頻率穩(wěn)定可靠，可直接聯(lián)接單片機串口。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），接收電流約 10mA。工作方式為半雙工，速率最高 20kbit/S，數據傳輸距離一般在開闊地可達 300~400米，實際使用距離與具體環(huán)境有關，可通過實驗做具體調整。 綜上所述， nRF401無線射頻芯片作為非接觸 IC卡的中心部件來設計系統(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計 本節(jié)研究的非接觸 IC卡系統(tǒng)采用 AT89C2051單片機和 nRF401射頻芯片作為主要元件，實現了數據收發(fā)的硬件電路設計。 圖 nRF401的典型應用電路，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) 射數據輸入和接收數據輸出端口， 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據的收發(fā)切換。考慮到 nRF401和單片機都只有一個串口，單片機還要和上位機相連，所以本方案中用了兩個單片機，一個完成和上位機的 串口通信，另一個完成和 nRF401的串口通信，兩個單片機之間直接相連完成數據傳遞。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中的看門狗對系統(tǒng)提供了保護功能，當系統(tǒng)發(fā) 生故障而超過設置時間時，也就是說，當保持 1或者 0的時間大于看門狗的定時時間周期，電路中的看門狗將通過 RESET輸出高電平信號使單片機復位。另外， X25045所具有的電壓監(jiān)控功能也可以保護單片機系統(tǒng)免受低電壓的影響，它的正常工作電壓是 ~(和單片機共用 )，如果電源電壓低于 200ms，則 RESET就輸出高電平復位單片機，直到電源電壓返回到穩(wěn)定值為止。 發(fā)送過程：上位機把要發(fā)送的數據送給電平轉換芯片 MAX232，數據經過電平變換后，送給第一個單片機 (U2)的 (RXD)引腳，數據經單片機 U2處理后，送給單片機 U3，從串行口 (TXD)引腳送出去，然后，數據通過 nRF401的 DIN引腳，進入到射頻芯片內部，經過 FSK調制，通過印刷天線發(fā)射出去。 20 接收過程：天線接收到數據，送到 nRF401芯片內部完成解調后，數據通過 nRF401的串行口 DOUT送給單片機 U3的 （ TXD） ,U3接收數據后，把它送給單片機 U2，單片機 U2再通過串行口 (TXD)，把數據經電平轉換后送上位機。 當然在應用中，如果作為非接觸 IC卡來使用，可以把卡號、車型、牌照、用戶余額、入口車站編 號、出口車站編號等數據存入片內存儲器，此時只要用一個單片機即可完成與閱讀器的通信。 外圍控制器的分析與實現 從非接觸 IC 卡中提取數據（非接觸 IC 卡的卡號）后，把數據送往上位機進行處理，計算出本次收費額，下傳到 LED 進行顯示；同時把處理后的結果轉換為相應的控制字