【正文】 感謝我的家人，特別是我的父親和母親，正是他們的全力支持才能讓我專心地學習，他們的關(guān)懷和期望是我不斷前進的動力。 不積跬步何以至千里，本設(shè)計能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認真負責，使我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設(shè)計中得以體現(xiàn)。J intelligence card producing center [11] IC卡技術(shù)網(wǎng) . [12] 開發(fā)板精品網(wǎng)－ AT89C51單片機 [13] 王愛英 .智能卡技術(shù) .北京 :清華大學出版 .20xx [14] 徐德華，程受浩，劉華 .多用途射頻 IC 卡應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計 .探測與控制學報 .20xx， 25(3) [15] 王璐，秦汝祥，賈群 .基于 RFID 技術(shù)的門禁監(jiān)控系統(tǒng)，微機發(fā)展 .20xx [16] 沈宇超，沈樹群，樊榮等 .射頻識別系統(tǒng)中通信協(xié)議的模塊化設(shè)計 .通信學報 .20xx [17] KaiserU. Alowpower transponder IC forhighperforman [18] Philips Semiconductors Mifare RF S50 HighlyIntegrated ISO14443 A Reader IC Data Sheet Philips 基于單片機的 IC 卡預收費水表系統(tǒng)硬件設(shè)計 21 附錄 附錄 1 IC卡讀寫模塊電路 基于單片機的 IC 卡預收費水表系統(tǒng)硬件設(shè)計 22 附錄 2 液晶顯示模塊電路 基于單片機的 IC 卡預收費水表系統(tǒng)硬件設(shè)計 23 致謝 衷心感謝導師牛軍在我整個畢業(yè)設(shè)計階段給予的耐心指導和悉心關(guān)懷，使我能夠更好地完成了大學的最后一門課程。然而，市場的發(fā)展也給不法分子留下可乘之機，制假行為隨之產(chǎn)生，嚴重影響到社會正常經(jīng)濟活動的開展，因此望長江后浪推前浪， 未來的學者、研究人員能在其行業(yè)上 再接再厲 ，必須提高 IC 卡制作水平和防偽技術(shù)含量，向制假行為發(fā)起反擊 ， 研究發(fā)明更多更優(yōu)秀的 IC 卡，以給人們帶更大的方便。整個過程中， 從開始接 到 論文題目 到 系統(tǒng)電路的實現(xiàn)，再 到 論文文章的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)。外部數(shù)據(jù)讀取設(shè)備可通過水表的 485接口，將水表的數(shù)據(jù)讀出，實現(xiàn)自動抄表功能。 (2) 安全保護電路 安全保護電路，利用 AT89C51可編程的 1/O中斷口接到水表的外封裝上實現(xiàn)保護。電路設(shè)計上采用多路模擬開關(guān)組合成一組雙刀雙擲開關(guān)，在 AT89C51的控制下，將 正脈沖或負脈沖加到電磁閥的控制線 AB兩端。 基于單片機的 IC 卡預收費水表系統(tǒng)硬件設(shè)計 18 圖 12 記憶單元硬件原理圖 電磁閥控制電路 電磁閥選用脈沖式電磁閥， 為以色列 BERMAD公司出品， 其控制電路原理如圖 13所示。一般輸入 +5V 電壓。為器件地址輸入端。在該引腳的上升沿時，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)輸入到每個 EEPROM 器件，在下降沿時輸出。所有字節(jié)都以單一操作方式讀取。連接到總線的接口數(shù)量只由總 線電容是 400pF 的限制決定。 總線上主和從（即發(fā)送和接收）的關(guān)系取決于此時數(shù)據(jù)傳送的方向。 傳統(tǒng)的單片機串行接口的發(fā)送和接收一般都分別各用一條線，而 I2C 總線則根據(jù)器件的功能通過軟件程序使其工作于發(fā)送或接收方式。主 器件的功能是啟動在總線上傳送數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生時鐘脈沖，以允許與被尋址的器件進行數(shù)據(jù)傳送。 地址碼用來選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種類；控制量決定該調(diào)整的類別及需要調(diào)整的量。 一個典型的 I2C 總線標準的 IC 器件，其內(nèi)部不僅有 I2C接口電路，還可將內(nèi)部各單元電路劃分成若干相對獨立的模塊，它只有二根信號線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線 SDA，另一根是時鐘線 SCL。協(xié)議允許總線接入多個器件，并支持多主工作。 記憶單元電路 I2C 總線簡介 I2C 總線，是 Inter Integrated Circuit Bus 的縮寫，即“內(nèi)部集成電路總線”。 基于單片機的 IC 卡預收費水表系統(tǒng)硬件設(shè)計 15 單片機模塊 由于內(nèi)部液晶控制器的存在，單片機可直接與 GXM12864 相連，不必使用其他的接口芯片。 D D2 是反相耐壓大于 16V 的肖特基二極管，也可選用具有相同耐壓參數(shù)的其他型號二極管。 電源模塊電路 如圖 9所示 。液晶 電源電路的作用就是將電壓轉(zhuǎn)換成這兩種電壓信號輸出，為液晶顯示模塊提供工作電壓 。為避免液晶模塊的損壞，在加液晶驅(qū)動電壓 V0/VEE時需要比加邏輯電壓 VDD 滯后 50ms； 在關(guān)電時，液晶驅(qū)動電壓 V0/VEE 需要比邏輯電壓VDD 提前 50ms 關(guān)斷。 圖 8 液晶顯示模塊 GXM12864 的工作原理圖 電位器 R15 的作用 是 調(diào)節(jié)提供給驅(qū)動器的供壓，從而調(diào)節(jié)液晶顯示的對比度。 液晶顯示電路 液晶顯示模塊 液晶顯示 模塊選用圖形液晶顯示模塊 GXM12864，它內(nèi)含 KS0108B/HD61202 控制 器，是一種采用低功耗 CMOS 技術(shù)實現(xiàn)的點陣圖形 LCD 模塊，有 8 位的微處理器接口，通過內(nèi)部的 128 64 位映射 DDRAM 實現(xiàn) 128 點 64 點大小的平板顯示。負載開路時電壓不得超過177。 RS232C 標準的信號線共 25 根，其中只定義了 22 根。 L1為雙色發(fā)光二極管，它表示當前 H6152的工作狀態(tài)。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 單片機 AT89C51 串口電平 轉(zhuǎn)換電路 IC 卡讀寫器 報警電路 Mifare1 射頻卡 基于單片機的 IC 卡預收費水表系統(tǒng)硬件設(shè)計 10 圖 5 單片機模塊 圖 6 串口電平轉(zhuǎn)換模塊 基于單片機的 IC 卡預收費水表系統(tǒng)硬件設(shè)計 11 圖 7 H6152 讀寫模塊 U1為單片機芯片 AT89C51， 其 H6152的控制輸出，它控 制 H6152的工作狀態(tài)，該引腳為高電平時 ， H6152停止工作； ，為低電平時 ， 蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲。 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。 （ 5） 天線尺寸： 45mm 70mm。主要性能指標如下： （ 1） 工作頻率： 。 （ 4） 引腳 4：供電 LED 指示的負端。圖中，對外通信的接口為 J3和 J4。 存儲器及其接口電路 該單元主要用于存儲數(shù)據(jù) 。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。 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”。 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。 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。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)。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 。 ATR模塊： Answer to Request (“請求之應(yīng)答” ) 當一張 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)。 （ 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。 （ 9） 讀寫距離最大可達 10cm（取決于天線設(shè)計）。 （ 5） 無電源，自帶天線，內(nèi)含加密控制邏輯和通信邏輯電路。 （ 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。 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。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。當 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。當 P0口作為輸入口使用時，應(yīng)先向口鎖存器基于單片機的 IC 卡預收費水表系統(tǒng)硬件設(shè)計 5 寫入全 1，此時 P0口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。 （ 2） XTAL2（ 18腳）：振蕩器反相放大器的輸出端。 （ 9） 具有節(jié)電工作方式，即休閑方式和掉電方式。 （ 5） 兩個 16位的定時器 /計數(shù)器，每個定時器 /計數(shù)器 都可以設(shè)置成計數(shù)方式。 圖 1 硬件總體框圖 AT89C51 單片機 簡介 89C51單片機的基本組成 在 一小塊芯片上，集成了一個微型計算機的各個組成部分，即 89C51 單片機芯片內(nèi) AT89C51 脈沖提取電路 電磁閥控制電路 安全保護電路 IC 卡讀寫電路 液晶顯示電路 通信接口電路 記憶單元電路 IC 卡座 通信插座 來自水量 傳感器