【文章內(nèi)容簡介】 7腳）： P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O多功能口。 P3口輸出緩沖 器 可驅(qū)動 4個 TTL邏輯門電路。對 P3口寫入 “ 1” 時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口，此時，被外部拉低的 P3口將用上拉電阻輸出電流。當(dāng) CPU不對 P3口進行 SFR尋址訪問時，即用作第二功能輸出 /輸入線時，由內(nèi)部硬件使鎖存器 Q置 1。 用作第二功能時如表 1所示。 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE 管腳處低電平 10ms 來完成。在芯片擦除操作中，代碼陳列全被寫“ 1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài) 邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。 表 1 P3口與第二功能表 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD (串行輸出口 ) INT0（外中斷 0） INT1（外中斷 1） T0（定時器 /計數(shù)器 0） T1（定時器 /計數(shù)器 1） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 3 系統(tǒng) 各 模塊 硬件 電路 設(shè)計 IC 卡讀寫電路 Mifare 1 射頻 IC 卡 Mifare 1 射頻 IC 卡的核心是 Philips 公司制造的 Mifare 1 IC S50 系列微晶片，其內(nèi)部包括 1KB高速 EEPROM、數(shù)字控制模塊和一個高效率射頻天線模塊?？ㄆ旧聿粠щ姵毓╇姡ぷ鲿r將卡片放在讀寫器的有效工作區(qū)域，卡片讀寫器的天線發(fā)送 無線電載波信號耦合到卡片上的天線提供電源能量，其電壓可達 2V 以上，足以滿足卡片上的 IC電路供電需要。在信道保證和數(shù)據(jù)完整性方 面， Mifare 1 標(biāo)準(zhǔn)還提供了信道檢測、存儲基于單片機的 IC卡預(yù)收費水表系統(tǒng)硬件設(shè)計 6 數(shù)據(jù)冗余校驗、三次傳遞認(rèn)證以及防沖突機制等功能，保證了數(shù)據(jù)交換過程的安全。Mifare 1 射頻 IC 卡的主要性能指標(biāo)如下。 （ 1） 1KB的 EEPROM， 分為 16個扇區(qū)，每個扇區(qū)分為 4塊，每塊 16B，以塊為存取單位。 （ 2） 每個扇區(qū)有獨立的一組（ 2個）密碼及存取權(quán)限設(shè)置。 （ 3） 每張卡有 唯一 的 32位序列號。 （ 4） 具有防沖突機制、支持多卡操作。 （ 5） 無電源，自帶天線，內(nèi)含加密控制邏輯和通信邏輯電路。 （ 6） 數(shù)據(jù)可保存 10年，可反復(fù)寫 10萬次。 （ 7） 工作頻率為 。 （ 8） 106kbps 的快速數(shù)據(jù)傳輸速率。 （ 9） 讀寫距離最大可達 10cm（取決于天線設(shè)計）。 （ 10） 工作溫度范圍： 20 +50。 C。 Mifare 1射頻卡包含了兩個部分： RF射頻接口電路和數(shù)字電路部分。 （ 1） RF射頻接口電路 在 RF射頻接口電路中，主要包括波形轉(zhuǎn)換模塊 和 POR模塊。波形轉(zhuǎn)換模塊 可將卡片讀寫器上的 ，一方面送調(diào)制 /解調(diào)模塊，另一方面進行波形轉(zhuǎn)換，將正弦波轉(zhuǎn)換為方波，然后對其整流濾波，由電壓調(diào)節(jié)模塊對電壓進行進一步的處理，包括穩(wěn)壓等 ，最終輸出供給卡片上的各電路。 POR模塊主要是對卡片上的各個電路進行 POWERONRESET（上電復(fù)位），使各電路同步啟動工作。 （ 2） 數(shù)字電路部分模塊 ATR模塊： Answer to Request (“請求之應(yīng)答” ) 當(dāng)一張 Mifare 1卡片處在卡片讀寫器的天線的工作范圍之內(nèi)時，程序員控制讀寫器向卡片發(fā)出 REQUEST all（或 REQUEST std）命令后，卡片的 ATR將啟動，將卡片 Block 0 中的卡片類型（ TagType）號共 2個字節(jié)傳送給讀寫器，建立卡片與讀寫器的第一步通信聯(lián)絡(luò)。如 果不進行第一步的 ATR工作，讀寫器對卡片的其他操作（ Read/Write等）將不會進行。 Anticollision模塊：防止（卡片）重疊功能 如果有多張 Mifare 1卡片處在卡片讀寫器的天線的工作范圍之內(nèi)時， AntiCollision模塊的防重疊功能將被啟動工作，在程序員控制下的卡片讀寫器會與每一張卡片進行通信，取得每一張卡片的系列號。由于 Mifare 1卡片每一張都具有唯一的系列號，決不會相同，因此卡片讀寫器根據(jù)卡片的序列號來識別 、 區(qū)分已選的卡片 。 卡片讀寫器中的 MCM中的 Anticollision防重疊功能配合卡片上的防重疊功能模塊，由程序員來控制讀寫器，根據(jù)卡片的序列號來選定一張卡片。被選中的卡片將直接與讀寫器進行數(shù)據(jù)交換，未被基于單片機的 IC卡預(yù)收費水表系統(tǒng)硬件設(shè)計 7 選擇的卡片處于等待狀態(tài)，隨時準(zhǔn)備與卡片讀寫器進行通信。 Anticollision模塊（防重疊功能）啟動工作時，卡片讀寫器將得到卡片的序列號Serial Number。序列號 Serial Number存儲在卡片的 Block 0中，共有 5個字節(jié)，實際有用的為 4個字節(jié)，另一個字節(jié)為序列號 Serial Number的校驗字節(jié)。 Select Application 模塊：主要用 于卡片的選擇 當(dāng)卡片與讀寫器完成了上述的二個步驟，程序員控制的讀寫器要想對卡片進行讀寫操作，必須對卡片進行“ SELECT”操作。以使卡片真正地被選中。 被選中的卡片將卡片上存儲在 BLOCK 0 中的卡片的容量 “ SIZE” 字節(jié)傳送給讀寫器。當(dāng)讀寫器收到這一字節(jié)后，可以對卡片進行深一步的操作，例如，可以進行密碼驗證等等。 認(rèn)證及存取控制模塊 在確認(rèn)了上述的三個步驟，確認(rèn)已經(jīng)選擇了一張卡片時，程序員對卡片進行讀寫操作之前，必須對卡上已經(jīng)設(shè)置的密碼進行認(rèn)證，如果匹配，則允許進一步的 Read/Write操作。 Mifare 1 卡片上有 16個扇區(qū)，每個扇區(qū)都可分別設(shè)置各自的密碼，互不干涉。因此每個扇區(qū)可獨立地應(yīng)用于一個應(yīng)用場合。整個卡片可以設(shè)計成“一卡通”形式來應(yīng)用。 控制及算術(shù)運算單元 這一單元是整個卡片的控制中心，是卡片的“頭腦”。它 主要進行對整個卡片的各個單位進行微操作控制，協(xié)調(diào)卡片的各個步驟。 同時它還對各種收 /發(fā)的數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算處理，遞增 /遞減處理， CRC運算處理，等等。是卡片中內(nèi)建的中央微處理機（ MCU)單元。 RAM/ROM 單元 RAM主要配合控制及算術(shù)運算單元，將運算的結(jié)果進行暫時的存儲。 如果某些數(shù)據(jù)需要存儲到 EEPROM，則由控制及算術(shù)運算單元取出送到 EEPROM存儲器中；如果某些數(shù)據(jù)需要傳送給讀寫器，則由控制及算術(shù)運算單元取出，經(jīng)過 RF射頻接口電路的處理，通過卡片上的天線傳送給卡片讀寫器。 RAM中的數(shù)據(jù)在卡片失掉電源后（卡片離開讀寫器天線的有效工作范圍內(nèi)）將被清除。同時， ROM中還固化了卡片運行所需要的必要的程序指令，由控制及算 術(shù)運算單元取出去對每個單元進行微指令控制，使卡片能有條不紊地與卡片的讀寫器進行數(shù)據(jù)通信。 數(shù)據(jù)加密單元 該單元完成對數(shù)據(jù)的加密處理及密碼保護。 存儲器及其接口電路 該單元主要用于存儲數(shù)據(jù) 。 EEPROM中的數(shù)據(jù)在卡片失掉電源后（卡片離開讀寫器天線的有效工作范圍內(nèi)）仍將被保持 ， 用戶所要存儲的數(shù)據(jù)被存放在該單元中。 Mifare 1基于單片機的 IC卡預(yù)收費水表系統(tǒng)硬件設(shè)計 8 卡片中的這一單元容量為 8196bit（ 1Kbyte），分為 16個扇區(qū)， 64個塊。 H6152讀寫模塊 圖 3 H6152基本結(jié)構(gòu)示意圖 H6152的基本結(jié)構(gòu)如圖 3所示。圖中，對外通信的接口為 J3和 J4。 J3 口共有 7 針，包括 RS232/422 的接口引腳和讀寫器模塊的電源端，接地端，具體的功能定義如下： （ 1） 引腳 1：保留引腳 （ 2） 引腳 2：＋ 5V電源腳 （ 3） 引腳 3：接地端 （ 4） 引腳 4： A 路串行接收 RxD（ RS232/422） （ 5） 引腳 5： A 路串行 發(fā)送 TxD（ RS232/422） （ 6） 引腳 6： B 路串行接收 RxD（ RS422） （ 7） 引腳 7： B 路串行 發(fā)送 TxD（ RS422） J4 口為 4針接口 ，提供電源和操作狀態(tài)的 LED 燈指示信號，具體的定義如下： （ 1） 引腳 1：讀過程 LED指示的正端。 （ 2） 引腳 2：讀過程 LED指示的負(fù)端。 （ 3） 引腳 3：供電 LED 指示的正端。 （ 4） 引腳 4：供電 LED 指示的負(fù)端。 H6152 讀寫模塊操作簡單方便，讀寫過程穩(wěn)定有效。它集成了 PCB 板載天線電路和RS232/422 接口的集成讀寫模塊，還提供了 RS232/422 接口與 TTL 接口的轉(zhuǎn)換電路。H6152 需外界 +5V 電源供電。主要性能指標(biāo)如下： （ 1） 工作頻率： 。 （ 2） 串行通信波特率： 9600bps、 19200bps、 38400bps 和 57600bps4 種可選。 （ 3） 接口： RS232/422/485。 11 10 H202114x 20 ○ 1 ○ ○○○○○○ J3 1 7 ○ ○ ○ ○ J4 1 4 基于單片機的 IC卡預(yù)收費水表系統(tǒng)硬件設(shè)計 9 （ 4） 天線輸出阻抗： 50K歐姆。 （ 5） 天線尺寸： 45mm 70mm。 （ 6） 電源電壓： +5V。 （ 7） 電流供應(yīng)： 80mA。 （ 8） 工作溫度： 40～ +85℃ . （ 9） 最大讀寫距離： 50mm。 IC 卡讀寫電路的原理及說明 IC 卡應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖如圖 4 所示 ， 總體原理圖見附錄 1。單片機AT89C51 是本設(shè)計的核心器件，它主要完成了對射頻卡（ MIFARE 1 卡）的讀寫操作。 H6152讀寫器對射頻卡進行讀寫后通過串口電平轉(zhuǎn)換電路將 RS－ 232電平轉(zhuǎn)換為單片機所識別的