【正文】 稱的管腳)1TGND：天線地（同 13 腳，但在 102 模塊中必須接，其他模塊可省去）1PB5/SCK ：一般 I/O 口；有無(wú)卡指示(默認(rèn))PB4/NSS：一般 I/O 口；RS485 方向轉(zhuǎn)換控制2PB3/TXD ：一般 I/O 口；串口發(fā)送端(默認(rèn))2PB2/RXD：一般 I/O 口；串口接收端(默認(rèn))2PB1/SDA ：一般 I/O 口( 默認(rèn))；IC 數(shù)據(jù)，無(wú)上拉2PB0/SCL ：一般 I/O 口( 默認(rèn))；IC 時(shí)鐘輸入端，無(wú)上拉2GND：數(shù)據(jù)地2VCC：電源 5V　無(wú)線讀卡模塊 M101 的電路設(shè)計(jì)如圖 34 所示為模塊的電路設(shè)計(jì)原理圖。U7 為天線部分，PB0、PB1 為 I C 總2線，即為 SCL 和 SDA。天線的組成部分包括低通濾波電路、接收電路、天線匹配電路和天線線圈四個(gè)部分。低通濾波電路：讀卡器的工作頻率由一個(gè) 的石英晶體產(chǎn)生，在產(chǎn)生驅(qū)動(dòng) RC500 以及驅(qū)動(dòng)天線的能量載波的基頻同時(shí)石英晶體也產(chǎn)生高次諧波。由國(guó)際 EMC 規(guī)定可知，為了抑制住 中的三次、五次和高次諧波，設(shè)計(jì)電路時(shí)在射頻模塊發(fā)送端口即 TX1 腳，IX2 腳和地 TVSS 腳之間引入一個(gè)低通濾波器電路。接收電路：RC500 的內(nèi)部接受電路是利用非接觸式 IC 卡的返回應(yīng)答信號(hào)在副載波的雙邊帶上都有調(diào)制這一概念來(lái)工作的。根據(jù) RC500 的芯片手冊(cè)，由 RC500 芯片內(nèi)部所產(chǎn)生的 VMID 作為接收信號(hào)引腳 RX 的輸入偏置。為了減少干擾，提供一個(gè)穩(wěn)定的參石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)15圖 34　模塊的電路設(shè)計(jì)原理圖考電壓，在 VMID 和地 TVSS 之間連接了一個(gè) O．1uF 電容 C4，同時(shí)在 RX 和VMID 引腳間連接了一個(gè) 820Q 的電阻 R2 作為分壓器；R1 為 ，C3 為 15pF。其工作過(guò)程為：天線拾取的信號(hào)經(jīng)過(guò)天線匹配電路送到 Rx 腳；MF RC500 的內(nèi)部接收器對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和解調(diào)并根據(jù)寄存器的設(shè)定進(jìn)行處理；然后數(shù)據(jù)發(fā)送到并行接口；由微控制器進(jìn)行讀?。籑FRC500 對(duì)驅(qū)動(dòng)部分使用單獨(dú)電源供電。　通訊模塊　串行通信模塊在本系統(tǒng)中，PC 機(jī)與單片機(jī)之間的通信是近距離的串行通信，可以采用 RS232實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)串口的輸入輸出均為 TTL 低電平，而 PC 機(jī)的 RS232 接口為了提高抗干擾性能，采用 RS232 標(biāo)準(zhǔn)的 EIA 電平，所以要實(shí)現(xiàn) PC 機(jī)與單片機(jī)之間的串行通信，其接口必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。選用 MAX232 芯片實(shí)現(xiàn)這兩種電平之間的轉(zhuǎn)化。硬件接口電路如圖 35 所示，其中 CCCC5 均為 104 電容，數(shù)據(jù)也可以以無(wú)線的方式將數(shù)據(jù)發(fā)給 PC 機(jī)。此模塊主要用于下載程序，其中電容 CC4 是用于提高其電壓，以至于能夠達(dá)到下載程序時(shí)所需的電壓。RR4 是保護(hù)電阻。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)16圖 35　串口通信接口電路設(shè)計(jì)圖　I C 總線通信模塊2射頻讀卡模塊與單片機(jī)的通信時(shí)采用采用 I C 總線方式工作，在軟件操作時(shí)，2就得用 I C 總線方式進(jìn)行讀寫。 I C 總線是由 PHILIPS 公司發(fā)明的一種高性能芯片2 2間串行同步傳輸總線。與 SPI、MicroWire 接口不同，它僅僅需要兩根信號(hào)線（串行數(shù)據(jù)線 SDA 和串行時(shí)鐘線 SCL） ，就實(shí)現(xiàn)了完善的雙工同步數(shù)據(jù)傳送，能夠極其方便地構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)和外圍器件擴(kuò)展系統(tǒng)。I C 總線采用了器件地址的硬件設(shè)置方法，2通過(guò)軟件尋址完全避免了器件的片選線尋址端，從而使硬件系統(tǒng)具有更簡(jiǎn)單、更靈活的擴(kuò)展方法?？偩€的特征：要求兩條總線線路：一條串行數(shù)據(jù)線 SDA，一條串行時(shí)鐘線SCL；每個(gè)連接到總線的器件都可以通過(guò)唯一的地址和一直存在的簡(jiǎn)單的主機(jī)/從機(jī)關(guān)系軟件設(shè)定地址，主機(jī)可以作為主機(jī)發(fā)送器或主機(jī)接收器；它是一個(gè)真正的多主機(jī)總線，如果兩個(gè)或更多主機(jī)同時(shí)初始化，數(shù)據(jù)傳輸可以通過(guò)沖突檢測(cè)和仲裁防止數(shù)據(jù)被破壞；串行的 8 位雙向數(shù)據(jù)傳輸位速率在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá) 100kbit/s，快速模式下可達(dá) 400kbit/s，高速模式下可達(dá) ；連接到相同總線的 IC 數(shù)量只受到總線的最大電容 400pF 限制?！★@示模塊及繼電器動(dòng)作模塊石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)17數(shù)據(jù)的顯示部分采用了四位的共陽(yáng)極數(shù)碼管。在系統(tǒng)中，顯示部分主要用于顯示程序程序調(diào)試中的變量值，也就是射頻卡內(nèi)余額，也可以通過(guò)修改程序顯示各種不同的內(nèi)容。此數(shù)碼管外圍電路配置簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，具有很高的性價(jià)比。如圖 36 所示是數(shù)碼管顯示設(shè)計(jì)和繼電器動(dòng)作設(shè)計(jì)圖。此處在繼電器處加一個(gè)反向二極管，起到保護(hù)作用。圖 36　顯示與繼電器動(dòng)作設(shè)計(jì)原理圖　蜂鳴器報(bào)警模塊蜂鳴器起到聲音提示的作用，例如開(kāi)機(jī)提示、驗(yàn)證卡片密碼失敗、對(duì)卡片讀寫的過(guò)程中發(fā)生了錯(cuò)誤進(jìn)行提示等。由于單片機(jī)的 I/O 口驅(qū)動(dòng)能力有限，一般不能直接驅(qū)動(dòng)壓電式蜂鳴器，因此選用 PNP 型三極管 8550 組成驅(qū)動(dòng)電路，單片機(jī) 口輸出經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大后即可驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路如圖 37 所示。單片機(jī)采用 5V 供電，當(dāng) 輸出高電平時(shí)，三極管截止，集電極無(wú)電流，蜂鳴器不響；當(dāng) 輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出聲音，從而可通過(guò)控制 腳的高低電平變化來(lái)控制蜂鳴器的是否發(fā)生，發(fā)聲次數(shù)和頻率等。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)18圖 37　蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)電路圖石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)19第 4 章　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)　編程思想及編程語(yǔ)言讀寫器軟件的編寫采用了模塊化和結(jié)構(gòu)化的編程思想。讀寫器為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能并且要通過(guò)主程序?qū)⒏鱾€(gè)部分的程序組織起來(lái)，讓系統(tǒng)穩(wěn)定有序的運(yùn)行，需要大量的軟件代碼，繁瑣的軟件代碼需要采用模塊化的編程思想，即將各個(gè)功能模塊部分的程序模塊化并定義自己的頭文件，各個(gè)部分之間只要包含其它部分的頭文件就可以調(diào)用相關(guān)部分的函數(shù)。從而使對(duì)程序的調(diào)試、修改和維護(hù)都變得比較容易。單片機(jī)開(kāi)發(fā)所使用的語(yǔ)言通常為匯編語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言的代碼生成效率高，程序執(zhí)行速度快，但是不同系列的單片機(jī)支持的匯編語(yǔ)言指令差別大，程序的可讀性和可移植性差、程序開(kāi)發(fā)周期比較長(zhǎng)。C 語(yǔ)言是比較通用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，即可用來(lái)編寫計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)程序，也可用來(lái)編寫一般的應(yīng)用程序。C 程序最大的優(yōu)點(diǎn)就是可讀性強(qiáng)，可移植性很好。因此在軟件設(shè)計(jì)中采用了 C 語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言，采用 Keil C 軟件作為開(kāi)發(fā)環(huán)境。C51 是將 C 語(yǔ)言向單片機(jī) 8051 上移植后專門用于 8051 系列開(kāi)發(fā)的一種高級(jí)編程語(yǔ)言。它具有一般 C 語(yǔ)言的特點(diǎn)：程序書寫簡(jiǎn)潔，便于閱讀與維護(hù)；可實(shí)現(xiàn)模塊化，結(jié)構(gòu)化編程；語(yǔ)言表達(dá)能力強(qiáng)，可對(duì)內(nèi)存地址，變量的值等直接操作，能完成匯編語(yǔ)言對(duì)硬件直接操作的功能；源程序可移植性好，許多程序不作或只作少量修改即可移植到另一個(gè) C 語(yǔ)言系統(tǒng)上運(yùn)行。C51 大大提高了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率，是進(jìn)行單片射頻卡收費(fèi)管理系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)方面主要考慮串口通信功能模塊以及數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊的編寫，這些模塊是系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)和核心部分，其他部分電路程序設(shè)計(jì)包括繼電器程序程序、數(shù)碼管顯示程序、蜂鳴器程序設(shè)計(jì)等?！≈鞒绦蛟O(shè)計(jì)主程序主要負(fù)責(zé)各個(gè)模塊的控制、協(xié)調(diào)各個(gè)模塊之間的工作，并根據(jù)上位機(jī)的命令完成對(duì)各個(gè)模塊的操作，在系統(tǒng)上電后負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)各個(gè)模塊的初始化、自檢、單片機(jī)自身資源的初始化(包括定時(shí)器的初始化、串口的工作方式和波特率等)、實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前時(shí)間。當(dāng)插上電源后，單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一系列的初始化，包括數(shù)碼顯示初始化，串口初始化和無(wú)線讀卡模塊的初始化，以及判斷有無(wú)刷卡，并做出相應(yīng)石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)20的處理。主程序流程圖如圖41所示：A代表調(diào)用讀寫卡子程序圖 41　主程序流程圖　射頻讀寫卡子程序設(shè)計(jì)讀寫卡過(guò)程是一個(gè)很復(fù)雜的程序執(zhí)行過(guò)程，要執(zhí)行一系列的操作指令，調(diào)用多個(gè) C52 函數(shù)，包括裝載密碼，詢卡，防沖突，選卡，驗(yàn)證密碼，讀寫卡，停卡。這一系列的操作必須按固定的順序進(jìn)行。在沒(méi)有卡進(jìn)入射頻天線有效范圍時(shí)，在低 5位顯示當(dāng)前時(shí)鐘，當(dāng)有卡進(jìn)入到射頻天線的有效范圍，讀卡程序驗(yàn)證卡及密碼成功后，將卡號(hào)和讀卡時(shí)間及相關(guān)數(shù)據(jù)作為一條記錄存入 E2PROM 存儲(chǔ)器中。圖 42 所示是射頻讀寫卡子程序流程圖，其中 B 代表調(diào)用刷卡無(wú)效子程序，C 代表調(diào)用刷卡有效子程序?！?設(shè)置)RFID 卡第一部分功能為上位機(jī)對(duì)讀卡器的操作，讀卡器對(duì)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，密碼的管理和功能的測(cè)試，通過(guò)上位機(jī)發(fā)送的命令，可以進(jìn)行尋卡，防沖突，選擇和終止等功能。對(duì) 16 個(gè)扇區(qū)密碼的下載，及 AB 組密碼的選擇。對(duì) 16 個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)3 個(gè)塊的數(shù)據(jù)讀寫。塊值操作，包括初始化，讀值，加值和減值；密碼的修改。射頻卡處理部分，void cmd—execution(void)詳細(xì)的寫出了怎樣進(jìn)各種設(shè)置，包NOYES顯示，串口，無(wú)線讀卡模塊初始化開(kāi)始A是否有刷卡？數(shù)碼管顯示橫線石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)21括 12 種功能設(shè)置：終止卡操作；尋卡，防沖突，選擇卡，返回值操作；防沖突讀卡的系列號(hào) MLastSelectedSnr；選擇卡 Select Card；校驗(yàn)卡密碼(E2)；下載密碼(E2) ；直接校驗(yàn)密碼；讀卡；寫卡下載密碼；參數(shù)設(shè)置。整個(gè)處理部分按照定義好的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行操作，具體格式如下：數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 L(1byte)命令字 C(1byte)數(shù)據(jù)包 D(Llbytes)返回 0l 00(01 為長(zhǎng)度，00 為操作成功)返回 01 01(01 為長(zhǎng)度，01 為操作失敗)圖 42　讀寫卡子程序流程圖　讀 RFID 卡第二部分功能為對(duì)卡的實(shí)時(shí)監(jiān)控并將數(shù)據(jù)以無(wú)線的方式發(fā)給上位機(jī)，程序開(kāi)始時(shí)，延時(shí)，然后對(duì) LED 進(jìn)行初始化。接下來(lái)就是對(duì)卡的實(shí)時(shí)監(jiān)控。首先尋卡，進(jìn)入卡處理程序，緊接著要防沖撞，成功之后，加載密碼，之后便可對(duì) IC 進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取和操作。完成之后等待卡的拿開(kāi)，確保每次只讀一次數(shù)據(jù)。同時(shí)將數(shù)據(jù)發(fā)給上位機(jī)?！∩漕l卡與讀寫器間的通信程序設(shè)計(jì)各功能定義為：C返回YESNO刷有效卡刷無(wú)效卡A是否刷有效卡B石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)22復(fù)位應(yīng)答(Answer to request)：M1 射頻卡的通訊協(xié)議和通訊波特率是定義好的，當(dāng)有卡片進(jìn)入讀寫器的操作范圍時(shí)，讀寫器以特定的協(xié)議與它通訊，從而確定該卡是否為 M1 射頻卡，即驗(yàn)證卡片的卡型。防沖突機(jī)制(Anticollision Loop)：當(dāng)有多張卡進(jìn)入讀寫器操作范圍時(shí)，防沖突機(jī)制會(huì)從其中選擇一張進(jìn)行操作，未選中的則處于空閑模式等待下一次選卡，該過(guò)程會(huì)返回被選卡的序列號(hào)。選擇卡片(Select Tag)：選擇被選中的卡的序列號(hào)，并同時(shí)返回卡的容量代碼。三次互相確認(rèn)(3 Pass Authentication)：選定要處理的卡片之后，讀寫器就確定要訪問(wèn)的扇區(qū)號(hào)，并對(duì)該扇區(qū)密碼進(jìn)行密碼校驗(yàn)，在三次相互認(rèn)證之后就可以通過(guò)加密流進(jìn)行通訊。( 在選擇另一扇區(qū)時(shí)，則必須進(jìn)行另一扇區(qū)密碼校驗(yàn)。)對(duì)數(shù)據(jù)塊的操作：讀(Read)：讀一個(gè)塊；寫(Write)：寫一個(gè)塊；加(ncrement) ：對(duì)數(shù)值塊進(jìn)行加值；減(Decrement)：對(duì)數(shù)值塊進(jìn)行減值；存儲(chǔ)(Restore) ：將塊中的內(nèi)容存到數(shù)據(jù)寄存器中；傳輸(Transfer) ：將數(shù)據(jù)寄存器中的內(nèi)容寫入塊中；中止(Halt)：將卡置于暫停工作狀態(tài)；　刷卡無(wú)效子程序設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)的操作要求，應(yīng)該有刷卡無(wú)效子程序的情況，設(shè)計(jì)刷卡無(wú)效子程序流程圖，如圖 44 所示。圖 44　刷卡無(wú)效子程序流程圖B刷無(wú)效卡蜂鳴器響，報(bào)警燈閃爍返回石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)23　刷卡有效子程序設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)的基本要求，須有刷卡有效子程序的情況，設(shè)計(jì)刷卡有效子程序流程圖，如圖 45 所示。圖 45　刷卡有效子程序流程圖NOYES余額=0 ？在本次 TT分鐘計(jì)時(shí)結(jié)束后，繼電器停止動(dòng)作，數(shù)碼管顯示 00，運(yùn)行燈常亮，2s 后恢復(fù)到未刷卡狀態(tài)10 分鐘后停止動(dòng)作YESNO返回C刷有效卡可消費(fèi)值=0？報(bào)警燈亮 2s蜂鳴器響 2s顯示可消費(fèi)值1s 后，顯示扣除消費(fèi)金額后的余額繼電器動(dòng)作，運(yùn)行燈閃爍石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)24　系統(tǒng)調(diào)試硬件平臺(tái)是系統(tǒng)的載體，軟件則是系統(tǒng)的靈魂，系統(tǒng)的各項(xiàng)功能都需要用軟件控制硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。完成讀寫器的軟件設(shè)計(jì)，并將編譯好的 HEX 文件下載到單片機(jī)后就可以通過(guò)軟件對(duì)硬件功能進(jìn)行調(diào)試。因?yàn)橄到y(tǒng)的模塊性比較強(qiáng)，所以在調(diào)試的時(shí)候也采用分模塊的方式進(jìn)行調(diào)試，先分別對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)試，再將各個(gè)模塊綜合起來(lái)統(tǒng)一調(diào)試。借助于現(xiàn)有的應(yīng)用軟件對(duì)讀寫器的功能模塊進(jìn)行了調(diào)試和測(cè)試，讀寫器采用 5V 電源供電，和上位機(jī)的通信采用 RS－232 接口進(jìn)行調(diào)試。上位機(jī)應(yīng)用軟件通過(guò)串口和讀寫器進(jìn)行連接后，應(yīng)用軟件就可以通過(guò)串口向讀寫器發(fā)送控制命令和數(shù)據(jù)控制讀寫器執(zhí)行蜂鳴、顯示余額及對(duì)卡射頻卡的操作。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)25石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)26第 5 章　Protel99SE 原理圖和印制電路板的設(shè)計(jì)　Protel99SE 的安裝與啟動(dòng)Protel99SE 軟件采用設(shè)計(jì)庫(kù)管理模式，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力以及 3D 模擬功能，是一個(gè)全 32 位的的設(shè)計(jì)軟件，能夠完整的實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品從電學(xué)概念到生物物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全過(guò)程，以及中間所有的的分析、仿真和驗(yàn)證。Protel99SE 的安裝方法