【文章內容簡介】 定。整個系統(tǒng)符合通用的物聯(lián) 網(wǎng)架構，接口協(xié)議清晰規(guī)范，系統(tǒng)可擴充能力強，在后續(xù)的 CDIO 教學項目中，還可以進一步完善和升級，開發(fā)新的服務，是開展電氣信息類 CDIO 工程教學改革的一個非常好的實踐平臺。 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 8 系統(tǒng)總體設計 在簡要概括系統(tǒng)設計和實現(xiàn)過程中所涉及到的幾項關鍵技術的基礎上，系統(tǒng)的總體設計便成為了可能。本系統(tǒng)總體上是由硬件和軟件組成的，但從功能上劃分主要由三個部分構成： 系統(tǒng)硬件：硬件是一個系統(tǒng)的實體基礎，它提供了軟件運行的環(huán)境，使軟件有了用武之地； 固件程序： MCU 的靈魂，周而復始的工作者，不知道疲憊的勞動模范； 上位機軟件 ：最人性化的服務窗口，最易于被用戶接受。 如下圖 12 所示為本系統(tǒng)的系統(tǒng)框架圖，對圖中各模塊的功能實現(xiàn)可作以下解釋：先由 PC 管理機傳達操作指示給 C8051F340，微控制器接收到命令后根據(jù)指示通過SPI 通信方式控制讀寫模塊 MFRC522 驅動天線對 IC 卡進行相關操作，然后根據(jù)從卡中取得的數(shù)據(jù)控制發(fā)光極管和蜂鳴器等進行聲光提示響應操作，同時 MCU 把用戶數(shù)據(jù)或錯誤信息通過 USB 接口通信傳給 PC 管理機進行處理，由 PC 管理機統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)。 圖 14 系統(tǒng)框架圖 本章小結 本章首先介 紹了本系統(tǒng)開發(fā)過程中使用到的基礎技術，有側重點地闡述了這些技術的精髓，對 IC 卡的邏輯結構及存儲結構做了簡單介紹，闡述了 RFID 的系統(tǒng)組成及分類，對本論文的總體框架做了詳細分析，系統(tǒng)需求分析，系統(tǒng)實現(xiàn)的功能，系統(tǒng)選擇的方案，最后給出了系統(tǒng)總體設計框架。 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 9 讀卡模塊 在系統(tǒng)總體設計的基礎上，整個讀卡模塊的硬件部分由三大部分組成： (1) 主控 MCU：主要提供對射頻基站芯片的控制操作，同時提供 SPI 接口形式的外部 MCU 控制。這種控制操作體現(xiàn)在兩個方面：一，主控 MCU 通過 SPI 串行接口與射頻基站芯片連接，控制射頻基站芯片的工作，實現(xiàn)與 RFID 卡的通信。二，外部 MCU 可以通過 SPI 串行接口與主控 MCU 連接，由外部 MCU 控制射頻基站芯片的工作，實現(xiàn)與 RFID 卡的通信。 (2) 射頻基站芯片：它負責接收主控 MCU 的控制信息，并完成與 RFID 卡的通信操作。為了正常工作，射頻基站芯片須選用合適的接口與 MCU 連接。而為了發(fā)送、接收穩(wěn)定的高頻信號，射頻基站芯片要通過高頻濾波電路與天線部分連接 。 (3) 天線部分：包括線圈及匹配電路，這是讀卡模塊實現(xiàn)射頻通信必不可少的一部分。讀卡模塊要依靠天線產(chǎn)生的磁通量為 RFID 卡提供電源，從 RFID 卡獲取信息。為使天線正常工作，天線線圈要通過無源的匹配電路連接射頻基站芯片的天線引腳。 MFRC522 簡介 MFRC522 是高度集成的非接觸式（ ）讀寫卡芯片。此發(fā)送模塊利用調制和解調的原理，并將它們完全集成到各種非接觸式通信方法和協(xié)議中（ ）。MFRC522 發(fā)送模塊支持下面的工作模式：讀寫器，支持 ISO14443A/MIFARE174。MFRC522 的內部發(fā)送器部分可驅動讀寫器天線與 ISO14443A/MIFARE174?？ê蛻饳C的通信，無需其它的電路。接收器部分提供一個功能強大和高效的解調和譯碼電路，用來處理兼容ISO14443A/MIFARE174。的卡和應答機的信號。數(shù)字電路部分處理完整的 ISO14443A 幀和錯誤檢測（奇偶 amp。CRC）。 MFRC522 支持 MIFARE174。Classic（如， MIFARE174。標準）器件。MFRC522 支持 MIFARE174。更高速的非接觸式通信，雙向數(shù)據(jù)傳輸速率高達 424kbit/s?？蓪崿F(xiàn)各 種不同主機接口的功能： SPI 接口串行 UART（類似 RS232，電壓電平取決于提供的管腳電壓） I2C 接口。 特性：（ 1）高度集成的模擬電路，解調和譯碼響應。 （ 2）緩沖的輸出驅動器與天線的連接使用最少的外部元件。 （ 3）支持 ISO 14443A/MIFARE174。 （ 4）讀寫器模式中與 ISO 14443A/MIFARE174。的通信距離高達 50mm，取決于天線的河北工程大學畢業(yè)設計說明書 10 長度和調諧。 （ 5）讀寫器模式下支持 MIFARE174。 Classic 加密。 （ 6）支持 ISO 14443 212kbit/s 和 424kbit/s 的更高傳輸速率的通信。 （ 7）支持的主機接口－ 10Mbit/s 的 SPI 接口－ I2C 接口，快速模式的速率為400kbit/s ， 高 速 模 式 的 速 率 為 3400kbit/s － 串 行 UART ， 傳 輸 速 率 高 達 ，幀取決于 RS232 接口，電壓電平取決于提供的管腳電壓。 （ 8） 64 字節(jié)的發(fā)送和接收 FIFO 緩沖區(qū)。 （ 9）靈活的中斷模式。 （ 10）低功耗的硬復位功能。 （ 11）軟件掉電模式。 （ 12）可編程定時器。 (13) 內部振蕩器，連接 的晶體。 （ 14） 的電源電壓。 （ 15） CRC 協(xié)處理器。 （ 16）自由編程的 I/O 管腳。 （ 17）內部自測試。 MFRC522 結構框圖 圖 21 MFRC522 簡化框圖 模擬接口用來處理模擬信號的調制和解調。非接觸式 UART 用來處理與主機通信時的協(xié)議要求。 FIFO 緩沖區(qū)快速而方便地實現(xiàn)了主機和非接觸式 UART 之間的數(shù)據(jù)傳輸。河北工程大學畢業(yè)設計說明書 11 不同的主機接口功能可滿足不同用戶的要求。 MFRC522 的 OSCIN 和 OSCOUT 分別為晶振電路的輸入輸出引腳，接 的晶振，兩 者通 過一個 15pF 的電容 接地隔 離。 MFRC522 的 復位信號 RSTPD 由MCUC8051F340 給出。 MFRC522 電路連接 MFRC522 外圍電路連接如圖 圖 22 讀卡模塊原理圖 當 IC 卡放在讀卡模塊的感應區(qū)，也就是天線部分，天線發(fā)出的射頻功率在 IC 的反應下反射回來一個卡的信息，之后通過 CRC 冗余校驗，得出一串號碼，這時候可以通過上位機進行操作添加卡的權限，刪除卡的信息，等一些上位機的功能。 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 12 RC522 主要燒錄程序 主要程序： char PcdRead(unsigned char addr,unsigned char *pData) { char status。 unsigned int unLen。 unsigned char ucComMF522Buf[MAXRLEN]。 ucComMF522Buf[0] = PICC_READ。 ucComMF522Buf[1] = addr。 CalulateCRC(ucComMF522Buf,2,amp。ucComMF522Buf[2])。 status = PcdComMF522(PCD_TRANSCEIVE,ucComMF522Buf,4,ucComMF522Buf,amp。unLen)。 if ((status == MI_OK) amp。amp。 (unLen == 0x90)) { memcpy(pData, ucComMF522Buf, 16)。 } else { status = MI_ERR。 } return status。 } 功 能：讀取 M1 卡一塊數(shù)據(jù) 參數(shù)說明 : addr[IN]：塊地址 pData[OUT]：讀出的數(shù)據(jù)， 16字節(jié) 返 回 : 成功返回 MI_OK 控制模塊 本門禁系統(tǒng)控制模塊采用 C8051F340，通過控制 MFRC522 射頻芯片，實現(xiàn)了門禁系統(tǒng)，而 C8051F340 的程序通過下載線用電腦把程序下載給它。 C8051F340 芯片介紹 模擬外設 ? 10位 ADC ? 轉換速率可達 200ksps ? 內建模擬多路器，單端或差分輸入 ? VREF可在內部 VREF、外 部引腳或 VDD中選擇 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 13 ? 內置溫度傳感器 ? 外部轉換啟動輸入 ? 兩個比較器 ? 內部電壓基準 ? 上電復位 /掉電檢測器 USB控制器 ? 符合 USB規(guī)范 ? 全速 (12Mbps)或低速 () ? 集成時鐘恢復電路；無需外部晶體 ? 支持 8個端點 ? 1KB USB緩存 ? 集成收發(fā)器；無需外部電阻 在片調試 ? 片內調試電路提供全速、非侵入式的在系統(tǒng)調試（不需仿真器） ? 支持斷點、單步、觀察 /修改存儲器和寄存器 ? 比使用仿真芯片、目標仿真頭和仿真插座的仿 真系統(tǒng)有更優(yōu)越的性能 電壓調整器輸入： ? 使用片內電壓調整器時，支持的電壓范圍為 ~ 高速 8051微控制器內核 ? 流水線指令結構； 70%的指令的執(zhí)行時間為一個或兩個系統(tǒng)時鐘周期 ? 有 48MIPS和 25MIPS兩種版本 ? 擴展的中斷系統(tǒng) 存儲器 ? 4352或 2304 B數(shù)據(jù) RAM ? 64或 32KB FLASH；可在系統(tǒng)編程，扇區(qū)大小為 512字節(jié) 數(shù)字外設 ? 40/25個端口 I/O；均耐 5V電壓，大灌電流 ? 硬件增強型 SPI、 SMBus和 1或 2個增強型 UART串口 ? 4個通用 16位計數(shù)器 /定時器 ? 16位可編程計數(shù)器 /定時器陣列（ PCA），有 5個捕捉 /比較模塊 ? 外部存儲器接口（ EMIF） 時鐘源 ? 內部振蕩器： %的精度 (時鐘恢復被使能時 )。支持所有 USB和 UART工作方式 ? 外部振蕩器：晶體、 RC、 C、或外部時鐘（ 1或 2引腳方式） 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 14 ? 低頻（ 80KHz）內部振蕩器 ? 可在運行中切換時鐘源 封裝 ? 48腳 TQFP（ C8051F340/1/4/5） ? 32腳 LQFP（ C8051F342/3/6/7） 溫度范圍： 40176。C +85176。C 如圖所示為 C8051F340 內部各功能模塊結構框圖 圖 23 C8051F340 內部功能結構框圖 C8051F340器件是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型 MCU。下面列出了一些主要特性。 ?高速、流水線結構的 8051兼容的微控制器內核（可達 48MIPS） ?全速、非侵入式的在系統(tǒng)調試接口（片內） ?通用串行總線（ USB）功能控制器，有 8個靈活的端點管道，集成收發(fā)器和 1K FIFO RAM ?電源穩(wěn)壓器 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 15 ?真正 10位 200 ksps的單端 /差分 ADC，帶模擬多路器 ?片內電壓基準和和溫度傳感器 ?片內電壓比較器（兩個） ?精確校準的 12MHz內部振蕩器和 4倍時鐘乘法器 ?多達 64KB的片內 FLASH存儲器 ?多達 4352字節(jié)片內 RAM（ 256+4KB） ?硬件實現(xiàn)的 SMBus/I2C、增強型 UART和增強型 SPI串行接口 ?4個通用的 16位定時器 ?具有 5個捕捉 /比較模塊和看門狗定時器功能的可編程計數(shù)器 /定時器陣列（ PCA） ?片內上電復位、 VDD監(jiān)視器和時鐘丟失檢測器 ?多達 40個端口 I/O（容許 5V輸入） 具有片內上電復位、 VDD監(jiān)視器、電壓調整器、看門狗定時器和時鐘振蕩器的C8051F340/1/2/3/4/5/6/7器件是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)。 FLASH存儲器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新 8051固件。用戶軟件對所有外設具有完全的控制，可以關斷任何一個或所有外設以節(jié)省功耗。 片內 Silicon Labs二線（ C2）開發(fā)接口允許使用安裝在最終應用系統(tǒng)上的產(chǎn)品 MCU進行非侵入式（不占用片內資源）、全速、在系統(tǒng)調試。調試邏輯支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持斷 點、單步、運行和停機命令。在使用 C2進行調試時，所有的模擬和數(shù)字外設都可全功能運行。兩個 C2接口引腳可以與用戶功能共享，使在系統(tǒng)調試功能不占用封裝引腳。 每種器件都可在工業(yè)溫度范圍（ 45℃到 +85℃）內用 。電源電壓大于 ，必須使用內部穩(wěn)壓器。對于 USB通信，電源電壓