【正文】 圖321 電源電路第四章 系統(tǒng)軟件設計考慮到售卡金額的安全管理，公交公司事先必須制作好兩種IC票卡：一種是用戶IC票卡，另一種是售卡員的售票IC卡。電源電路一般由全波整流電路、濾波電路和限幅穩(wěn)壓電路組成。 電源電路非接觸式IC卡本身不帶電源，需要從射頻信號中提取，以維持系統(tǒng)中各部分正常工作的需要。C3為15pF主要用于耦合卡負載調(diào)制信號，RR2為分壓器，VMID引腳的電壓可為RX引腳提供一個參考電位。L是天線線圈，CC2a、C2b則組成匹配電路。RC500與8051的接口電路如圖320所示 圖320 MFRC500與8051的接口電路從而減弱PCD的調(diào)制邊帶，這樣可能導致PCD無法與卡通信。 從式(1)中可以看出，天線的傳輸帶寬與品質(zhì)因數(shù)成反比。 B=f0／Q 圖319 天線示意圖若以f0表示工作頻率，那么通過品質(zhì)因數(shù)就計算出天線的帶寬：對于電感耦合式射頻識別系統(tǒng)的PCD天線來說，較高品質(zhì)因數(shù)會使天線線圈中的電流強度大些，由此可改善對PC的功率傳送。MHz的系統(tǒng)來說，天線的最大尺寸在50該天線的最大幾何尺寸同工作波長之間沒有一個嚴格的界限。小環(huán)天線有方形、圓形、橢圓形、三角形等，本系統(tǒng)采用方形設計。(8) EEPROM 存儲數(shù)據(jù)。(6) 加密單元對通訊數(shù)據(jù)進行加密解密等。(4) 認證與存取控制電路驗證密碼和訪問權限以控制對EEPROM的訪問。(2)防沖突電路 當有多張卡進入讀寫器工作范圍時，防沖突機制會從中選擇一張作為處理對象，并通過防沖突電路使未選中的卡置于空閑模式以等待下一次被選擇，該過程會返回被選中卡的序列號。2）芯片電路的數(shù)字部分中各塊的功能(1)復位響應電路Mifare 1型射頻卡的通訊協(xié)議和通訊波特率是定義好的，當有卡片進入讀寫器的操作范圍時，讀寫器對IC卡進行上電復位，自動將卡的有關信息傳遞給讀寫器，從而確定該卡是否為Mifare 1型射頻卡，以便使讀寫器正確識別卡類型并對其進行相應操作。(4)完成通訊過程中的調(diào)制、解調(diào)、編碼、解碼。1）射頻接口模塊主要完成的功能(1)卡本身無電源，需通過該模塊中的電源產(chǎn)生電路并經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后，為芯片提供直流工作電壓。3 非接觸式IC卡接口功能Mifare 1型卡含有1024 X 8bit EEPROM，分為16個區(qū)，每個分區(qū)都具有獨特存取條件，如寫保護、讀保護、獨立的密鑰等。射頻卡的幾個模塊集成倒一塊芯片中，芯片外圍只需連接天線，對有源卡還必須有電源。射頻卡可根據(jù)閱讀器發(fā)出的指令對這些數(shù)據(jù)進行相應的實時讀寫操作。讀寫器和IC卡之間通過無線方式通信，因此它們都有無線收發(fā)模塊及天線(或感應線圈)。 MHz工作頻率下，以半雙工方式進行讀寫器與IC卡之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸。Mifare 1型非接觸式IC卡是一種可以用于電子錢包和公共交通收費系統(tǒng)等方面的多功能卡。射頻識別系統(tǒng)一般由應答器和閱讀器兩個部分組成，應用中，應答器附著在待識別的物品上，閱讀器用于當附著應答器的待識別物品通過其讀出范圍時，自動以無接觸的方式將應答器中的約定識別信息取出，從而實現(xiàn)自動識別物品或自動收集物品標識信息的功能。 Mifare 1型非接觸式IC卡1 Mifare 1 型IC卡主要性能：(1)容量為8K 位EEPROM； (2)分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)為4塊，每塊16個字節(jié)，以塊為存取單位；(3)三次相互認證( ISO IIECDIS97982 )，每個扇區(qū)有獨立的一組密碼及訪問控制；(4) 每張卡有唯一序列號，為32 位；(5) 具有防沖突機制，支持多卡操作，一時間可處理多張卡；(6) 無電源，自帶天線，內(nèi)含加密控制邏輯和通訊邏輯電路；(7) 數(shù)據(jù)保存期為10年，改寫10萬次，讀無限次；(8) 工作頻率: ；(9) 通信速率:106Kbps；(10) 動態(tài)讀寫 讀寫距離:在l00MM內(nèi)，能方便、快速地傳遞數(shù)據(jù) 每塊有16 位CRC糾錯，每字節(jié)有奇偶校驗位2 工作原理非接觸式 IC卡的數(shù)據(jù)通信采用的是射頻識別技術。 ◇ 適合高安全性的終端。 ◇ 支持Mifare卡有關協(xié)議； ◇ 帶有內(nèi)部地址鎖存和IRQ線，可以很方便地與ＭＣＵ接口；MHz石英晶體的快速內(nèi)部振蕩器緩沖區(qū)；◇ 天線驅動電路僅需很少的外圍元件，有效距離可達１０ｃｍ； ◇ 帶有高集成度模擬電路以用于卡應答的解調(diào)和解碼；RC500的引腳MF RC500如圖318所示，MF RC500為32腳SO32封裝 圖3182 MF此外，它還支持快CRYPTO1加密算法，以用于驗證Mifare系列產(chǎn)品。mm)；MFRC500的接收器部分提供有一個堅固而有效的解調(diào)和解碼電路，可用于ISO14443兼容的應答器信號；數(shù)字部分則用于處理ISO14443A幀和錯誤檢測(奇偶amp。RC500能夠支持ISO14443A所有的層。MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。MHz非接觸式通信中高集成讀寫器芯片。RC500MF且要注意其發(fā)送與接收引腳對應，否則可能對器件或計算機串口造成永久性損壞。V+、V 是電源變換部分，使用單一的+5V電源供電，電容CCC,以提高抗干擾能力。 通信接口電路 系統(tǒng)設計中采用串行接口芯片MAX232實現(xiàn)8051單片機和PC機的RS232接口通信電路如圖317所示。T1OUT、T2OUT可以直接接PC機的RS232串口的接收端RD。在實際應運中，T1IN、T2IN可以直接接TTL/CMOS的8051單片機的串行發(fā)送端TXD引腳。MAX202芯片內(nèi)部有一個電源電壓變換器，可以把輸入+5V電源電壓變換成為RS232輸出電平所需的177。15V靜電放電沖擊。1 MAX232的引腳功能MAX232的引腳如圖316所示 圖316引腳功能◇ Vcc :電源◇ GND :電源地◇ 電源轉換部分：V+、V、電容CCCC4 ◇ 接收部分：T1IN、T2IN、R1IN、R2IN◇ 發(fā)送部分：T1OUT、T2OUT、R1OUT、R2OUT2 MAX232的特點MAX232芯片包含兩路驅動器和接收器的RS232電平轉換芯片，適用于噪聲嚴重環(huán)境下的公交IC卡控制系統(tǒng)中的RS232通信。圖315 蜂鳴器驅動電路 通信模塊 MAX232由于RS232采用負邏輯，并且其電壓規(guī)定也與常用的TTL電平不符合，所以，在用RS232進行串行通信時必須進行電平轉換。MCU I/O口（）輸出經(jīng)驅動電路放大后即可驅動蜂鳴器。 蜂鳴器是在每次讀卡操作不成功的時候發(fā)出報警指示音。 蜂鳴器驅動電路設計 圖314 顯示接口電路系統(tǒng)的讀寫器設計中顯示部分采用LED數(shù)碼顯示，利用串行輸入BCD碼十進制譯碼驅動顯示器MC14499來完成與單片機系統(tǒng)的顯示接口，以顯示讀寫器工作狀態(tài)、輸入的數(shù)據(jù)或讀出IC卡中所剩余以及出錯信息等。 表 33 MC14499LED 掃描顯示 20 位數(shù)據(jù)串行輸入格式20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 54 3 2 1LSB MSBLSB MSBLSB MSB LSB MSBLSB MSB LED4字段LED3字段LED2字段LED1字段小數(shù)點選擇MC14499 數(shù)據(jù)輸入時序圖如圖313所示。 顯示模塊 MC14499MC14499是Motorla公司的產(chǎn)品，采用動態(tài)掃描方式同時驅動4位LED 數(shù)碼管，功耗比較低；采用串行輸入接口，與單片機接口簡單，既可以采用串口控制，又可以采用并行I/O口控制，占用單片機資源較少；數(shù)據(jù)為8421BCD 碼，編程簡單。加值鍵：通過此鍵可對用戶卡進行加值。 　　通信鍵：由于讀寫器的存儲量有限，因此讀寫器每售卡一段時間，應將讀寫器中的數(shù)據(jù)通過RS232串行接口與PC機通信，以便回放和清空讀寫器中的數(shù)據(jù)。功能鍵有查詢鍵和通信鍵2個鍵。圖311 鍵盤接口電路鍵盤接口電路共16個鍵。8255的A口為輸出口，控制鍵盤列線掃描作為鍵掃描口，B口為鍵盤的行線輸入口，由PB0PB3讀入鍵盤數(shù)。其中端口B可以工作在方式0或方式1 鍵盤接口電路讀寫器的4 4鍵盤接口電路由8051外接一片8255構成。C口作為聯(lián)絡線的各位分配是在設計8255時規(guī)定的。單片機可以對8255進行I/O數(shù)據(jù)的無條件傳送，外設的I/O數(shù)據(jù)在8255的各端口能得到鎖存和緩沖。方式的選擇是通過寫控制字的方法來完成的。用戶通過程序把這兩個控制字送到8255的控制寄存器，這兩個控制字以D7來作為標志。8255有兩個控制字：方式選擇控制字和C口置/復位控制字。(4) 電源線(2條)：VCC為+5 V，GND為地線。當CS =0，芯片被選中時，這兩位的4種組合00、011分別用于選擇A、B、C口和控制寄存器。CS：片選輸入，低電平有效。當為0時（必為1），所選的8255處于讀狀態(tài)，8255送出信息到CPU。一般和單片機的復位相連，復位后，8255所有內(nèi)部寄存器清0，所有口都為輸入方式。 (2) 控制線和尋址線(6條)。 1 8255的引腳功能8255的引腳圖如圖310 所示。 鍵盤輸入模塊 可編程并行I/O芯片8255讀寫器設計時采用可編程的接口芯片8255擴展I/O口來實現(xiàn)鍵盤控制電路，所謂可編程的接口芯片是指其功能可由微處理機的指令來加以改變的接口芯片，利用編程的方法，可以使一個接口芯片執(zhí)行不同的接口功能。不過應注意，如果用仿真器調(diào)試用戶目標板時，最好先不要插上DS1232芯片。圖 39 DS1232與 8051單片機接口電路DS1232的ST和8051單片機的ALE相連接, 以確保單片機周期性訪問看門狗定時器，也就是說，接口電路必須保證在看門狗定時器計數(shù)溢出前復位看門狗定時器。TD引腳接至定時時間最小值典型值最大值地（GND）150ms250ms浮空250ms600ms1000ms電源(Vcc)500ms1200ms2000ms 表32看門狗定時器的周期輸入信號ST可以從微處理器的地址信號、數(shù)據(jù)信號或控制信號中獲得,不論哪種信號都必須能夠周期性的訪問DS1232,對于MCS51系列單片機,一般使用ALE信號。這一功能對于防止由于干擾等原因造成的微處理器死機是非常有效的。DS1232 提供了可直接連接復位按鍵的輸入PBRST(第 1腳),在該引腳上輸入低電平信號,將在 RST 和RST 端輸出至少250ms 復位信號。當電源恢復正常后,RST 和RST信號至少保持250ms,以保證微處理器的正常復位。當TOL接地時, 以下時產(chǎn)生。4 DS1232的功能（1） 電源電壓監(jiān)視DS1232 能夠實時監(jiān)測向微處理器供電的電源電壓,當電源電壓VCC低于預置值時 ,DS1232的第5腳和第6腳輸出互補復位信號 RST和RST。圖 37 DS1232外形及引腳排列各引腳功能如下:◇ PBRST :按鈕復位輸入端◇ TD :看門狗定時器延時設置端◇ TOL :5%或10%電壓監(jiān)測選擇端◇ GND :電源地◇ RST :高電平有效復位輸出端◇ RST :低電平有效復位輸出端◇ ST :周期輸入端◇ Vcc :電源2 DS1232 的內(nèi)部結構DS1232的內(nèi)部結構框圖如圖38所示。其功能是：上電和掉電時給8051產(chǎn)生RESET信號，由看門狗定時器對系統(tǒng)進行監(jiān)控，防止死機。本監(jiān)控電路采用性能可靠、使用簡單、價格低廉的DS1232芯片，DS1232芯片應用在單片機產(chǎn)品中能夠很好的提高硬件的抗干擾能力。 監(jiān)控電路 　　隨著單片機技術的發(fā)展和制造工藝的日益成熟, 單片機的應用領域不斷拓寬, 但由于單片機自身的抗干擾能力較差, 尤其是在一些條件比較惡劣, 噪聲大的場合, 常會出現(xiàn)單片機因受外界干擾而導致死機的現(xiàn)象, 造成系統(tǒng)不能正常工作。（4）MCS51 不同中斷源的中斷入口地址相隔8個字節(jié)。如用74LS273 ,74LS377 等作為地址鎖存器時,應將ALE 反相后加到它們的CL K時鐘端,74LS273的CLR 清除端接+ 5V ,74LS377 的G應接地。（3）地址總線和數(shù)據(jù)總線復用P0口。擴展的IPO 口均占用數(shù)據(jù)存儲器地址。存儲器模塊在公交售卡機中主要存放卡號、售卡員號、售卡金額、售卡日期、售卡總金額和售卡總記錄數(shù)；在公交車載機中主要存放乘客IC卡號、司機號和刷卡總數(shù)等信息。在非接觸式IC卡控制系統(tǒng)的設計中，由于售卡交易和刷卡消費過程中數(shù)據(jù)存儲量大，單片機內(nèi)部具有的存儲空間無法滿足系統(tǒng)要求，因此要對讀寫器的存儲模塊進行擴展。此法中常采用的譯碼器:74LS138。 圖35 線選法(二) 譯碼選通法:在外擴存儲器芯片數(shù)目較多時,就要用譯碼選通法,這種方法由譯碼器組成譯碼電路,譯碼電路將地址空間劃分若干塊,其輸出分別選通各存儲器芯片。對使用者而言,只要用其中任一組地址即可。這種方法由于剩余的高位地址不參加譯碼,可為任意狀態(tài),所以將有很多地址空間重疊。（2）存儲器片選控制在用多片存儲器芯片構成外部存儲器時,除了低8位地址需要鎖存之外,還要由高位地址產(chǎn)生片選信號,產(chǎn)生片選信號有兩種法。有的芯片把讀控制線分開,分別記為OE(或G) 和WE(或W) 。當其為高電平時,允許讀出數(shù)據(jù)。（1）存儲器讀寫控制RAM 芯片既能讀出又能寫入,所以通常都有讀寫控制線WE。程序存儲器一般采用只讀存儲器,數(shù)據(jù)存儲器一般采用 RAM 芯片。 外部存儲器擴展模塊1 外