【正文】 管腳說(shuō)明 OSCOUT32ALE21RSTPD31VMID30RX29AVSS28AUX27AVDD26DVDD25A224A123A022D720D619D518D417OSCIN1IRQ2MFIN3MFOUT4TX15TVDD6TX27TVSS8NCS9NWR10NRD11DVSS12D013D114D215D316MFRC500U2 。表 MFRC500所支持的并口信號(hào)。方便的并行接口可直接連接到任何 8 位微處理器這樣給讀卡器 /終端的設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。 MF RC500 支持 ISO14443A 所有的層 。 射頻模塊接口電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的部分就是讀卡器的射頻讀寫模塊，而該模塊的核心是 Philips 公司為 Mifare 卡設(shè)計(jì)的 MF RC500 專用讀卡芯。不同類型的卡和不同的使用環(huán)境都將影響讀卡器的性能表現(xiàn)，這就需要在確定了卡的類型之后，在實(shí)際的使用環(huán)境中進(jìn)行試驗(yàn)，確定不同的 C2 值，使讀卡器具有最好的性能表現(xiàn)。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 24 (3)天線耦合電路圖 天線耦合電路圖如圖 所示： 圖 圖中電容 C2 C2 C2 C27(通稱 C2)的值是由天線的電感值決定的，并且需要根據(jù)天線的形狀進(jìn)行調(diào)整。本課題設(shè)計(jì)的讀卡器中，天線 采用 65mm 54mm，圈數(shù)為方形天線 ) (2)天線電感的計(jì)算 天線的電感必須介于 800nH 和 之間。天線的直徑必須介于 O． 5～ 1． 5mm 之間。 (1)天線大小和讀寫距離 由于 MF RC500 是低功耗設(shè)計(jì)，因此卡和天 線之間的耦合系數(shù)必須滿足一定的值，卡和天線之間的耦合系數(shù)不能低于 O． 3。此外，由于 Mifare 卡是無(wú)源非接觸式 IC 卡，其能量是通過(guò)天線感應(yīng)來(lái)的。與之相反，天線的傳輸帶寬與品質(zhì)因數(shù) Q 值成反比。因此，對(duì)讀卡器天線的構(gòu)造就有三個(gè)基本要求：首先是使天線線圈的電流最大，用于產(chǎn)生最大的磁通量：其次是功率要匹配，以最大程度地利用產(chǎn)生磁通量的可用能量；最后是要有足夠的帶寬，以無(wú)失真地傳送用數(shù)據(jù)調(diào)制的載波信號(hào) 品質(zhì)因數(shù) Q 和諧振頻率是電感藕合式射頻識(shí)別系統(tǒng)讀卡器天線的特征值，蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 23 由于品質(zhì)因數(shù) Q 會(huì)影響天線讀寫距離，所以是天線設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，它可以通過(guò)電感線圈的電抗與電阻的比值計(jì) 算出來(lái)， 。在小功率、短距離的 RFID 系統(tǒng)中，需要一個(gè)通信可靠、價(jià)格低廉的天線系統(tǒng)， PCB 環(huán)型天線是比較常用的一種．本文主要討論用于由 NXP 公司的射頻芯片 RC500 所設(shè)計(jì)的讀卡器中使用的天線．由于該芯片要求的天線阻抗為 70 Q，工作于 l3． 56 MHz，因此在設(shè)計(jì)中，采用PCB 環(huán)形天線。良好的天線系統(tǒng)可以使通信距離達(dá)到最佳狀態(tài)。 電路圖如 所示： 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 22 圖 液晶顯示電路圖 天線模塊設(shè)計(jì) 天線是一種轉(zhuǎn)能器。 根據(jù)顯示原理，在字符或者漢字的顯示時(shí)，把要顯示的字符或者漢字的位元資料以表的形式在程序中給出，采用查表的方式讀取它們 。 液晶顯示的原理 :每一個(gè)漢字在漢字庫(kù)中有確定的區(qū)和位編號(hào) (用兩個(gè)字節(jié) )，這就是所 謂的區(qū)位碼。 它廣泛應(yīng)用于電話 、 傳真 、 便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域 。 DS1302 是由 DS1202 改進(jìn)而來(lái) 。 時(shí)鐘 /RAM 的讀 /寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá) 31 個(gè)字節(jié)的字符組方式通信 。 DS1302 與蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 21 單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信 。 DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片 ， 內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷和 31 字節(jié)靜態(tài) RAM 通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信 。這種芯片的管腳多，與 CPU 的接口的連線多，而且體積大，但是并行接口方式數(shù)據(jù)傳送快。這種芯片通常為 8 腳 DIP 封裝，占用空間小，連線簡(jiǎn)單，一般只需占用 CPU 的 2 一 3 條 I/O 口線，但是數(shù)據(jù)傳送慢。因?yàn)樾枰紤]系統(tǒng)掉電情況下的時(shí)間顯示以及良好的微機(jī)接口 。 MAX232 的電路連接如圖 所示。 MAX232 芯片是美信公司專門為電腦的 RS232 標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片 ,使用 +5v 單電源供電。 10V 電壓 (負(fù)邏輯 )。 MAX232是 MAXIM 公司生產(chǎn)的專用串行接口芯片，包括 2 路接收器和驅(qū)動(dòng)器，我們只用其中一路收發(fā)器。主控模塊的電路圖如圖 所示。 本次設(shè)計(jì)的主控模塊選取 AT89C51 的 PO 口作為地址和數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口，與 RC500 芯片的數(shù)據(jù)總線相連。 數(shù)據(jù)查詢 AT89C51 單片機(jī)用數(shù)據(jù)查詢方式來(lái)檢測(cè)一個(gè)寫周期是否結(jié) 束，在一個(gè)寫周期中，如需讀取最后寫入的那個(gè)字節(jié)，則讀出的數(shù)據(jù)的最高位（ ）是原來(lái)寫入字節(jié)最高位的反碼。 改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，重復(fù) 1— 5 步驟，直到全部文件編程結(jié)束。 （ 4） ．在高電壓編程方式時(shí)，將 EA—— ／ Vpp 端加上 +12V 編程電壓。 （ 2） ．在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。編程單元的地址加在 P1 口和 P2 口的 － （ 11 位地址范圍為 0000H－ 0FFFH），數(shù)據(jù)從 P0 口輸入，引腳 、 和 、 的電平設(shè)置見表 ， PSEN 為低電平， RST 保持高電平， EA／ Vpp 引腳是編程電源的輸入端，按要求加上編程電壓， ALE／ PROG 引腳輸入編程脈沖（負(fù)脈沖）。 AT89C51 單片機(jī)中，有些屬于低電壓編程方式，而有些則是高電 壓編 程方式，用戶可從芯片上的型號(hào)和讀取芯片內(nèi)的名字節(jié)獲得該信息，見 表 ： 表 高低 電壓編程方式 VPP=12V VPP=5 芯片頂面標(biāo)識(shí) AT89C51 xxxx yyww AT89C51 xxxx5 yyww 簽名字節(jié) (030H)=1EH (030H)=51H (032H)=FFH (030H)=1EH (030H)=51H (032H)=05H AT89C51的程序存儲(chǔ)器陣列是采用字節(jié)寫入方式編程的，每次寫入一個(gè)字節(jié)，要對(duì)整個(gè)芯片內(nèi)的 PEROM 程序存儲(chǔ)器寫入一個(gè)非空字節(jié)，必 須使用片擦除的方式將整個(gè)存儲(chǔ)器的內(nèi)容清除。編程接口可接收高電壓（ +12V）或低電壓（ Vcc）的允許編程信號(hào)。此外，加密位只能通過(guò)整片擦除的方法清除。 空閑和掉電模式外部引腳狀 如表 ： 表 空閑和掉電模式外部引腳狀 模式 程序存儲(chǔ)區(qū) ALE PSEN P0 P1 P2 空閑模式 內(nèi)部 1 1 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 空閑模式 內(nèi)部 1 1 浮空 數(shù)據(jù) 地址 掉電模式 外部 0 0 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 掉電模式 外部 0 0 浮空 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 程序存儲(chǔ)器的加密 AT89C51 可使用對(duì)芯片上的 3 個(gè)加密位 LB LB LB3 進(jìn)行編程（ P）或不編程（ U）來(lái)得到如 表 所示的功能加密位保護(hù)功能表： 表 功能加密位保護(hù)功能表 程序加密位 LB1 LB2 LB3 保護(hù)類型 1 U U U 沒(méi)有程序保護(hù)功能 2 P U U 禁止從外 部程序 存儲(chǔ)器 中執(zhí)行MOVC 指令 3 P P U 除上表功能，還禁止程序校驗(yàn) 4 P P P 除上表功能外，同時(shí)禁止外部執(zhí)行 注：表中的 U — 表示未編程， P — 表示編程 當(dāng)加密位 LB1 被編程時(shí)，在復(fù)位期間， EA 端的邏輯電平被采樣并鎖存，如果單片機(jī)上電后一直沒(méi)有復(fù)位，則鎖存起的初始值是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，且這個(gè)隨機(jī)蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 18 數(shù)會(huì)一直保存到真正復(fù)位為止。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 17 掉電模式 在掉電模式下，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi) RAM 和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。需要注意的是，當(dāng)由硬件復(fù)位來(lái)終止空閑工作模式時(shí)， CPU 通常是從激活空閑模式那條指令的下一條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復(fù)位操作，硬件復(fù)位脈沖要保持兩個(gè)機(jī)器周期（ 24 個(gè)時(shí)鐘周期 ）有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止 CPU 訪問(wèn)片內(nèi) RAM，而允許訪問(wèn)其它端口。程序會(huì)首先響應(yīng)中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序并緊隨 RETI（中斷返回）指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機(jī)進(jìn)入空閑模式那條指令后面的一條指令?？臻e模式可由任何允許的中斷請(qǐng)求或硬件復(fù)位終止 。 在空閑工作模式狀態(tài)， CPU 保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設(shè)仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。 IDL 是空閑等待方式，當(dāng) IDL=1，激活空閑工作模式，單片機(jī)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。這兩種 方式是控 制專用寄 存器 PCON（ 即電源控 制寄存 器）中的 PD（ ）和 IDL（ ）位來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 16 圖 時(shí)鐘電路 由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè) 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒(méi)有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。采用外部時(shí)鐘的電路如圖 右圖所示。 10F。對(duì)外接電容 C C2 雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF177。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖 5。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。 EA／ VPP：外部訪問(wèn)允許。 PSEN：程序儲(chǔ)存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89C51 由外部程序存儲(chǔ)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。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會(huì)被激活。 對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG————— ）。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 l／ 6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 P3 口除了作為一般的 I／ O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示： 表 P3 口的第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（穿行輸出口） INT0（外中斷 0） INT1（外中斷 1） T0（定時(shí) /計(jì)數(shù) 0 外部輸入） T1（定時(shí) /計(jì)數(shù) 1 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） P3 口 還接收一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。對(duì) P3 口寫入“ 1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端 口。 P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ O 口。在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行 MOVXRI 指令）時(shí)， P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中 R2 寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。對(duì)端口寫“ 1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ IIL）。 FIash 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 14 編程和程序校驗(yàn)期間， P1 接收低 8 位地址。對(duì)端口寫“ 1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻 把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。在 FIash 編程時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端用?？删幊檀? UART 通道 功能特性概述 AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個(gè) I／ O 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。 2 個(gè) 16 位定時(shí)／計(jì)數(shù)器 全靜態(tài)操作： 0Hz－ 24MHz 4k 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲(chǔ)器 主要性能參數(shù) 這里還是對(duì)其做一個(gè)全面的介紹，以便為后面的設(shè)計(jì)奠定良好的基礎(chǔ)。這里的中央主控制模塊采用 8 位單片機(jī)即可以達(dá)到要求。選擇單片機(jī)時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：系統(tǒng)時(shí)鐘頻率、計(jì)算速度、處理能力、兼容性、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)等。微控制器是讀卡器的主控模塊， Mifare