【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??；MFRC500 對(duì)驅(qū)動(dòng)部分使用單獨(dú)電源供電?！⊥ㄓ嵞K　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，?？?。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