【正文】 再次向所有幫助過我的人表示衷心的感謝！謝謝你們！ 28 參考文獻(xiàn) 1 張洪潤，藍(lán)清華 .單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程 .北京：清華大學(xué)出版社， 1997， 41~96 2 譚浩強(qiáng) .C 程序設(shè)計(jì) . 北京：清華大學(xué)出版社， 2020， 67~186 3 MF RC500 中文資料 . 29 附錄 A 總電路圖 。 在本論文的寫作和相關(guān)研究工作中，我同班同學(xué)都給予了我很多熱心的幫助和熱情的鼓勵(lì)，使我順利走過近 兩 個(gè)月的 畢業(yè)設(shè)計(jì) 生活。 他 廣博的知識面，豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)，將激勵(lì)我在今后的工作和學(xué)習(xí)中豐富自己、努力進(jìn) 取，在此，特別向郭老師表示由衷的感謝和誠摯的敬意。對其中設(shè)計(jì)思路的引導(dǎo)，電路的可靠性，論文的嚴(yán)謹(jǐn)性等方面更傾注了 他 的精力和心血。本文還有很多不足之處，懇請各位專家和老師批評指正。 (3) 本論文中給出的程序，還需進(jìn)一步的優(yōu)化，減少其大小，提高程序執(zhí)行效率。 (2) 讀寫裝置與上位機(jī)之間的通信接口宜采用 USB 接口。 然而本論文論述的非接觸式智能卡系統(tǒng)還有很多方 面需要進(jìn)一步提高，針對 論文中所述，主要有以下幾個(gè)方面： (1) 本論文沒有介紹上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)問題。讀卡器采用外接電源供電，具有蜂鳴器報(bào)警、系統(tǒng)時(shí)鐘、 LCD 顯示、3 2 小鍵盤輸入和采用 RS232 接口同上位機(jī)通信的功能，能夠很好地滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。論文從智能卡整體系統(tǒng)入手，著重介紹了基于 Philips 公司 MIFARE 技術(shù)的非接觸式 IC 卡讀卡器的設(shè)計(jì)開發(fā) 。這個(gè)問題產(chǎn)生的原因有很多，可能是 RC500 軟件設(shè)計(jì)上的問題，也可能是天線設(shè)計(jì)的問題，最后在指導(dǎo)老師的幫助下，經(jīng)過自己的努力找到了問題的所在，原來是天線匹配電路不合適，通過對匹配電路上電阻、電容的適當(dāng)調(diào)整，使問題得到了解決。 (3) 讀卡器與卡片不能進(jìn)行正常的通信。 AT24C64 通過二根線與單 片機(jī)相連，理論上只要時(shí)序正確，對其進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫就應(yīng)該能夠成功，但是實(shí)際中每次調(diào)用該子程序都不成功，可能是時(shí)序上的問題，但經(jīng)過調(diào)試發(fā)現(xiàn)程序的編寫是正確的，所以應(yīng)該是硬件連接上的問題。顯示模塊由 LCD 和時(shí)鐘芯片 1602 組成，時(shí)鐘芯片與單片機(jī)的連接比較簡單，并且程序部分也都通過了調(diào)試，但系統(tǒng)卻不能正常工作，所以應(yīng)該是 LCD 的硬件出了問題，經(jīng)過查找，是由于調(diào)節(jié) LCD 亮度的那個(gè)電位器值過大，造成雖然DS1602 正常工作了，但信息并沒有得到正常的顯示，通過對電位器值的適當(dāng)調(diào)整， LCD 正常工作了，問題得到了解決。 主要測試的內(nèi)容有： (1) 讀卡器的基本功能如：系統(tǒng)時(shí)鐘顯示、 E2PROM 的讀寫、非法卡報(bào)警等； (2) 系統(tǒng)軟件的功能模塊測試； (3) RC500 讀 /寫卡功能模塊測試。 (2)MCU 串口通信程序流程圖 MCU 串口通信程序流程圖如圖 所示。 } 通信部分程序設(shè)計(jì) (1)通信協(xié)議概述 RS232 串口通信協(xié)議是我們熟悉和常用的通信協(xié)議，其通信協(xié)議的設(shè)計(jì)思想是基于幀傳輸方式，即在向串口發(fā)送命令信號、應(yīng)答信號及數(shù) 據(jù)信號時(shí)是按照幀的格式發(fā)送的。 //停止位 SCL_DIR=0。 24 SCL_DIR=1。 SDA_DIR=1。 Send_Data = (Send_Data1)。} delay_μs(2)。0x80){SDA_DIR=1。i) { SCL_DIR=0。 for(i=8。這時(shí)主器件 (AT89S52)的 SDA 口屬性應(yīng)該變?yōu)檩斎胍员銠z測。在軟件編 寫時(shí)遵循 I2C 總線規(guī)則：初始狀態(tài)時(shí)， SCL、 SDA 兩線都為高，當(dāng) SCL 為高電平時(shí)，如果 SDA 線跌落，認(rèn)為是“起始位”；當(dāng) SCL 為高電平時(shí)，如果 SDA線上升，認(rèn)為是“停止位”；除此之外，在發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中當(dāng) SCL 為高電平時(shí)， SDA 應(yīng)保持穩(wěn)定。 23 圖 掃描程序流程圖 E2PROM 程序的編寫 AT24C64 存儲器可以解決單片機(jī)片內(nèi) E2PROM 不足的問題，用以保存諸如用戶設(shè)置參數(shù)、卡片信息等資料。方法是等待按鍵釋放之后，再進(jìn)行按鍵功能的處理操作。其方法為，在判斷有鍵按下后，用軟件延時(shí)的方法延時(shí) 10ms，再判斷鍵盤狀態(tài)，如果仍為有鍵按下狀態(tài)，則認(rèn)為有一個(gè)確定的鍵按下，否則當(dāng)作按鍵抖動處理； (3) 按鍵位置。鍵盤掃描子程序中完成如下幾個(gè)功能： (1) 斷鍵盤上有無鍵按下。第二步，識別具體的按鍵的方法有掃描法和線反轉(zhuǎn)法，這里采用掃描法：逐列置 0 電平，其余各列置為高電平，檢查各行線電平的變化，如果某行電平由高電平變?yōu)?0 電平，則可確定此行此列交叉點(diǎn)處的按鍵被按下。按鍵識別分兩步進(jìn)行：第一步，識別鍵盤有無鍵被按下；第二步如果有鍵被按下，識別出具體的按鍵。 圖 讀 /寫卡程序流程圖 21 讀卡器外圍基本電路程序的設(shè)計(jì) 顯示程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中的顯示模塊主要由系統(tǒng)時(shí)鐘和 LCD 顯示組成，系統(tǒng)時(shí)鐘用來提供時(shí)間、日期等信息； LCD 用來向用戶顯示卡片、存儲數(shù)據(jù)等信息； LCD 的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的，通過寄存器的設(shè)置和指令編程就可完成，這部分的程序設(shè)計(jì)比較簡單，其流程圖如圖 所示。該操作 MFRC500 得到 MIFARE 卡片的返回值和卡片的系列號； (3) 選擇卡片操作：選擇被選中卡的系列號，并同時(shí)返回卡的容量代碼； (4) 認(rèn)證操作：經(jīng)過上述 3 個(gè)步驟 , 在確認(rèn)已經(jīng)選擇了一張卡片時(shí)， MFRC500 在對卡進(jìn)行讀寫操作之前，必須對卡片上已經(jīng)設(shè)置的密碼進(jìn)行認(rèn)證，如果匹配，才允許進(jìn)一步的讀寫操作； (5) 讀寫操作：在經(jīng)過上述幾個(gè)步驟之后就可以具體地對卡片進(jìn)行相應(yīng)的讀、寫、增值、減值、存儲和傳送等操作?？ㄆ?ATR 將啟動，將卡片 Block0 中的卡片類型共2 個(gè)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)。 (5)“ Write” (寫指令 ) 表 寫指令 “Write” 寫指令允許用戶寫數(shù)據(jù)到 MIFARE 卡片上 (完整的 16 個(gè) Byte 的數(shù)據(jù)塊 )。KEYADDR 寄存器中的 AB 設(shè)置必須匹配“ Authentication”命令。用戶必須在 KEYSTACON 寄存器中指定一套密碼，即設(shè)置 KSO， KS1?？ㄆ系拇鎯ζ鞯拿恳粋€(gè)塊都分別地指定了該塊的存取條件。這可以通過選擇存儲在 MFRC500 之 RAM 中的密碼集中的一組密碼來進(jìn)行認(rèn)證而實(shí)現(xiàn)。 Select 指令成功地完成后， MCU將得到 MFRC500 的 DATA 寄存 器傳送來的一個(gè)字節(jié)長的卡片容量信息 — Size。只要有一張卡片進(jìn)入 MFRC500 之天線的有效的工作范圍內(nèi)， Request std 指令將始終連續(xù)性地再次進(jìn)行讀卡操作。當(dāng)卡片在 MFRC500 天線的有效工作范圍內(nèi)， Request std 指令在成功地讀取這一張卡片之后，對卡進(jìn)行其他操作。當(dāng)某一張卡片在 MFRC500 天線的有效工作范圍內(nèi)， Request all 指令在成功地讀取這一張卡片之后，將一直等待卡片的使用者拿走這張卡片，直到有新一張的卡片進(jìn)入 M RC500 天線的有效工作范圍內(nèi)。 Request 指令分為 Request std和 Request all 兩個(gè)指令。 MFRC500 具體指令說明及程序設(shè)計(jì)如下： (1)“ Answer to Request” (應(yīng)答或復(fù) 位應(yīng)答 ) 表 復(fù)位應(yīng)答指令 Request 指令將通知 MFRC500 在天線有效的工作范圍內(nèi)尋找 WARE 卡片。 MCU 對 MFRC500 的某一指令操作不是簡單的一條指令所能完成的，必須有一個(gè)程序的序列來完成，其中有對 MFRC500 硬件內(nèi)核寄存器的讀 /寫以及根據(jù)讀出的硬件內(nèi)核寄存器的內(nèi)容進(jìn)行語言軟件上的判斷和設(shè)置。 MCU 對 MFRC500 的控制是以 MCU 發(fā)出MFRC500 的指令來達(dá)到的， MFRC500 收到指令之后執(zhí)行這些指令。讀卡器的主程序流程圖如圖 所示。在沒 MF1 卡進(jìn)入射頻天線有效范圍內(nèi)時(shí)，在 LCD 液晶上顯示當(dāng)前時(shí)鐘，當(dāng)有 MF1 卡進(jìn)入到射頻天線的有效范圍內(nèi)時(shí)，讀卡程序驗(yàn)證卡及密碼成功后，將卡號和讀卡時(shí)間作為一條記錄存入 E2PROM 存儲器中，并在 LCD 顯示器上顯示 該卡的卡號等信息。其主要包括鍵盤掃描、 LCD 顯示、讀寫 E2PROM、讀 /寫卡及與上位機(jī)通信等。因此系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中多數(shù)的 程序使用了 C 語言進(jìn)行設(shè)計(jì)，少數(shù)的一些程序用匯編語言編寫，用 C 語言進(jìn)行調(diào)用。有經(jīng)驗(yàn)表明，用 C 語言編寫的程序生成代碼的效率僅比用匯編語言編寫的程序 10～20%。 C 語言是一種通用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，在國際上十分流行，它既可用來編寫計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)程序，也可用來編寫一般的應(yīng)用程序。單片機(jī)開發(fā)所使用的語言一般為匯編語言。 軟件設(shè)計(jì)環(huán)境 一個(gè)好的程序設(shè)計(jì)思想，加上適當(dāng)?shù)木幾g軟件、仿真器和編程器，是單片機(jī)軟件開發(fā)的基本要求。 17 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 非接觸智能卡系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)可分為四部分，分別為主程序設(shè)計(jì)、 RC500 的讀 /寫程序的設(shè)計(jì)、讀卡器外圍基本電路的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和通信部分程序的設(shè)計(jì)。需注意的是：如果加密位被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會鎖存 EA端狀態(tài)。 PSEN 程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。 P3口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口也接收一些控制信號。對 P2 端口寫 “1” 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入使用。此外， 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（ ），具體如下表所示。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉 電阻。 P0 口： P0 口雙向 I/O 口。 下面我們對本次設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)進(jìn)行了解 AT89S52 這一產(chǎn)品 與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容、 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器、 1000次擦寫周期、 32 個(gè)可編程 I/O 口線、三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器八個(gè)中斷源、全雙工串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗 定時(shí)器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識符。單片機(jī)是靠程序的，并且可以修改。單片機(jī) 最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域 ，但是經(jīng)過很長一段時(shí)間， 現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會 有可能 集成有單片機(jī)。它就是單片機(jī)芯片。 MAX232 與 AT89S52 的電路連接如圖 所示。 MAX232 其引腳功能說明如表 所示。 圖 MFRC500 與 AT89S52 連接圖 通信模塊 本 智能卡讀寫器采用 RS232 標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)讀卡器和上位機(jī)之間的通信，能實(shí)現(xiàn) RS232 通信協(xié)議的芯片很多，其中 MAXIM 公司生產(chǎn)的 MAX232 是一款比較優(yōu)良 的 RS232 通信芯片。圖中使 AT89S52 的 WR 和 RD 管腳分別與 MFRC500 的 NWR 管腳和 NRD 管腳相 13 連來控制讀寫使能； MFRC500 工作頻率由石英晶體而產(chǎn)生，同時(shí)與 OSCIN 管腳相連可作為外部時(shí)鐘； 管腳與 MFRC500 的 IRQ 管腳相連用以接收中斷請求；由圖可以看出，本系統(tǒng)采用中斷（ INT0）工作模式，即 MCU 利用 MFRC500 提供中斷信息對其進(jìn)行控制。在本設(shè)計(jì)中，該讀寫器采用地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用方式與微控制器相連。圖中使用信號 NCS 選擇芯片。與之相反，天線的傳輸帶寬剛好與品質(zhì)因數(shù)成反比例變化，選擇的品質(zhì)因數(shù)過高會導(dǎo)致帶寬縮小從而明顯地減弱應(yīng)答器接收到的調(diào)制邊帶。 表 C2 電容值表 (5)天線的品質(zhì)因數(shù)和匹配電阻 用 于電感耦合式射頻識別系統(tǒng)的天線，其特征值是諧振頻率 f0 和品質(zhì)因數(shù) Q。 RC500 有一個(gè)內(nèi)部信號驅(qū)動管腳 AUX，當(dāng)讀卡器 發(fā)出某一指令時(shí)，可以使用示波器觀察該引腳的輸出信號，不斷改變卡與讀卡器之間的距離和 C2 值，示波器輸出不同的波形，根據(jù)不同的波形即可確定讀卡器最好性能的 C2 值。 12 圖