【正文】 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)的全過程，以及中間所有的的分析、仿真和驗(yàn)證。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。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)后就可以通過軟件對(duì)硬件功能進(jìn)行調(diào)試。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。( 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)。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?！∩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。完成之后等待卡的拿開，確保每次只讀一次數(shù)據(jù)。接下來(lái)就是對(duì)卡的實(shí)時(shí)監(jiān)控。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。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?！?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。在沒有卡進(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。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)讀寫卡過程是一個(gè)很復(fù)雜的程序執(zhí)行過程，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，?？ā！≈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。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。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 軟件作為開發(fā)環(huán)境。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。單片機(jī)開發(fā)所使用的語(yǔ)言通常為匯編語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言。讀寫器為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能并且要通過主程序?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)。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。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。此處在繼電器處加一個(gè)反向二極管，起到保護(hù)作用。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?！★@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。I C 總線采用了器件地址的硬件設(shè)置方法，2通過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。 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。RR4 是保護(hù)電阻。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)。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。其工作過程為：天線拾取的信號(hào)經(jīng)過天線匹配電路送到 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。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。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。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。圖 33　無(wú)線讀卡模塊的管腳PA0/RST：一般 I/O 口； PSAM 卡復(fù)位PA1/CLK ：一般 I/O 口(默認(rèn))；PSAM 卡時(shí)鐘 頻率輸出石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)14PA2/DATA、一般 I/O 口；PSAM 卡數(shù)據(jù)PA3：僅能作為輸入口且上電時(shí)不能為 0（低電平）PA4：一般 I/O 口VCC：電源 5V（同 26 腳，但在 102 模塊中必須接，其他模塊可省去）PA5：一般 I/O 口PA6/MOSI：一般 I/O 口1RE：天線數(shù)據(jù)接收管腳(可以直接連接天線相應(yīng)名稱的管腳 )1TGND：天線地( 可以直接連接天線相應(yīng)名稱的管腳)1TX1 ：天線 1 發(fā)送管腳(可以直接連接天線相應(yīng)名稱 的管腳)1TX2 ：天線 2 發(fā)送管腳（可以直接連接天線相應(yīng)名稱的管腳)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?！101 功能特點(diǎn)采用 PHILIPS 高度集成讀卡芯片 MFRC500 及其兼容芯片支持 Mifare one S50， S70，SAM9600，SAM38400 及其兼容卡片超小體積，僅 具有 RS485 控制方向線（可聯(lián)網(wǎng)）和可控蜂鳴器信號(hào)輸出簡(jiǎn)單的命令集可完成對(duì)卡片的全部操作可提供 C51 函數(shù)庫(kù) (例程)及 windows 操作系統(tǒng)下的例程函數(shù)庫(kù)供二次開發(fā)基于模塊的擴(kuò)展功能很強(qiáng)可根據(jù)用戶要求修改軟件定制用戶要求修改軟件定制個(gè)性化模塊,不用改變線路板；用戶要求修改軟件定制用戶要求修改軟件定制通用協(xié)議：UART:適用于 PC 機(jī)或 8 位 UART 的單片機(jī)，默認(rèn)波特率19200BPS。另外，它支持快速的 CRYPTOI 安全算法來(lái)驗(yàn)證 MIFARE Classic 產(chǎn)品。接收部分提供一個(gè)堅(jiān)固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于處理 IS014443A 兼容的非接觸式 IC 卡的信號(hào)。MFRC500 支持 IS014443A 的所有層協(xié)議。射頻讀卡模塊采用的是 M101 無(wú)線讀卡模塊，其主要部件就是射頻基站芯片，這里選用的是 NXP 公司的射頻基站芯片 MFRC500?！TC89C52RC 單片機(jī)的最小系統(tǒng)圖如圖 32 所示，為單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖，P0 口控制系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果，且 P0石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)12口外部連接 10k 的上拉電阻； 接報(bào)警燈； 接繼電器； 接繼電器運(yùn)行燈；、 通過 I C 總線與射頻模塊 M101 連接；P2 口為數(shù)碼管顯示接口；晶振 Y2選用 11．0592MHz；R5 與 C6 為單片機(jī)構(gòu)成上電復(fù)位， RXD、TXD 為單片機(jī)下載程序接口。XTAL1（19 引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA 應(yīng)該接 VCC。為使能從 0000H 到FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，EA 必須接 GND。當(dāng) AT89C51RC 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN 將不被激活。這個(gè) ALE 使能標(biāo)志位（地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。這一位置“1” ，ALE 僅在執(zhí)行 MOVXP 或 MOV 指令時(shí)有效。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 脈沖將會(huì)跳過。在 Flash 編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。看門狗計(jì)時(shí)完成后，RST 引腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)11P3 口除作為一般 I/O 口外，還有其他一些復(fù)用功能，如表 31 所示：表 31　P3 口引腳復(fù)用功能引腳號(hào) 復(fù)用功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0（定時(shí)器 0 的外部輸入） T1（定時(shí)器 1 的外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）RST（9 引腳）：復(fù)位輸入。P3 做輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸入一個(gè)電流。 P3 的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式） 4 個(gè) TTL 輸入。在對(duì) Flash ROM 編程和程序校驗(yàn)期間，P2 也接收高位地址和一些控制信號(hào)。在訪問外部程序存儲(chǔ)器和 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行“MOVX DPTR”指令）時(shí)，P2 送出高 8 位地址。對(duì)端口寫入 1 時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時(shí)可用作輸入口。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)10圖 31　STC89C52RC 單片機(jī)的管腳圖P2 端口（～，21～28 引腳）：P2 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向I/O 端口。此外， 和 還可以作為定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部技術(shù)輸入（）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（） 。對(duì)端口寫入 1 時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1 端口（～，1～8 引腳）：P1 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向I/O 口。在 Flash ROM 編程時(shí)，P0 端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0 口也可以提供低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。VCC（40 引腳）：電源電壓VSS（20 引腳）：接地P0 端口（～，39～32 引腳）：P0 口是一個(gè)漏極開路的 8 位雙向 I/O 口。STC89C52RC 內(nèi)置 8K 的 Flash 存儲(chǔ)器和 512字節(jié) RAM，具有 3 個(gè) 16 位計(jì)數(shù)器和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的串行通信口，支持 ISP 程序下載方便程序的調(diào)試，此外它還具有良好的溫度特性、穩(wěn)定性和性價(jià)比。MCS51 系列單片機(jī)在超低功耗和功能集成等方面有明顯的特點(diǎn)。根據(jù)市場(chǎng)上單片機(jī)的性能、價(jià)格、應(yīng)用領(lǐng)域的不同，加之綜合考慮諸如單片機(jī)程序存儲(chǔ)器的容量、外部中斷及定時(shí)中斷功能、開發(fā)的方便性等因素，從眾多的八位微處理器中選擇了 STC89C52RC 單片機(jī)作為系統(tǒng)的MCU，STC89C52RC 單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，它是 MCS51 單片機(jī)的擴(kuò)展型號(hào)，其指令與 MCS51 系列單片機(jī)完全兼容。系統(tǒng)的主控模塊采用單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心。讀寫器發(fā)送的射頻信號(hào)除提供能量外，通常還提供時(shí)鐘信號(hào)，使數(shù)據(jù)保持同步，讀寫器接收到返回的數(shù)據(jù)后，解碼并進(jìn)行錯(cuò)誤校驗(yàn)來(lái)決定數(shù)據(jù)的有效性，然后進(jìn)行處理，通過 IIC 總線將數(shù)據(jù)傳送到 STC89C52 單片，再經(jīng)過單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器的控制，從而實(shí)現(xiàn)射頻卡的收費(fèi)控制。數(shù)據(jù)解調(diào)部分從接收到的射頻脈沖中解調(diào)出命令和數(shù)據(jù)并送到控制邏輯，控制邏輯接受