【正文】 能的進(jìn)一步提高，它必將得到更多廣泛的應(yīng)用。由于它保存的信息比較可靠安全、可以高達(dá)幾萬(wàn)次的讀寫(xiě)，能存儲(chǔ)大量資料。射頻卡系統(tǒng)用于智能倉(cāng)庫(kù)貨物管理，能有效地解決與貨物流動(dòng)有關(guān)的信息管理，不但增加了處理貨物的速度，還可監(jiān)視貨物的一切信息。在繳費(fèi)系統(tǒng)中應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)和射頻卡技術(shù)，控制容易，擴(kuò)展功能方便，管理將更有效率，將兩者的優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起?！∩漕l識(shí)別技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)IC卡按卡與外界數(shù)據(jù)傳送的形式不同，分為接觸式IC卡和非接觸式IC卡?，F(xiàn)在常見(jiàn)的是接觸式IC卡，這類(lèi)卡的讀寫(xiě)操作速度較慢，操作也不方便，每次讀寫(xiě)時(shí)必須把卡正確地插入到讀寫(xiě)器的口槽才能完成數(shù)據(jù)交換。非接觸式IC卡是基于電磁感應(yīng)原理開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品。目前Philips公司的Mifare卡現(xiàn)在是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，應(yīng)用越來(lái)越廣。Mifare卡是一種智能卡,內(nèi)建有中央微處理機(jī)等，使卡的安全保密性、認(rèn)證邏輯等微操作控制有序進(jìn)行。隨著技術(shù)的進(jìn)步，PHILIPS公司現(xiàn)在生產(chǎn)了功能及性能更好的讀卡芯片(例如:MFRC500)，我們就是以這種芯片為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)Mifare射頻卡讀寫(xiě)器。利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市繳費(fèi)射頻卡收費(fèi)系統(tǒng)，能顯著提高企業(yè)的現(xiàn)代化管理水平，為公交運(yùn)營(yíng)管理提供科學(xué)準(zhǔn)確的數(shù)字信息，獲得明顯的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。一卡通的城市繳費(fèi)系統(tǒng)，是一個(gè)革命性的轉(zhuǎn)變，要經(jīng)基層領(lǐng)域的長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐應(yīng)用中不斷完善和發(fā)展?！⊙芯?jī)?nèi)容本課題研究的內(nèi)容是基于51單片機(jī)的射頻卡讀寫(xiě)系統(tǒng)，本論文中用該讀寫(xiě)系統(tǒng)模擬自助交費(fèi)系統(tǒng)。當(dāng)余額不足時(shí)候發(fā)出警報(bào)。第二章　　基于FM1702的讀卡器硬件電路設(shè)計(jì)　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖21　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖　系統(tǒng)工作過(guò)程接通電源后，系統(tǒng)不停地檢測(cè)FM1702周?chē)欠裼锌梢宰R(shí)別的IC卡，如果有，AT89T51就把卡內(nèi)預(yù)設(shè)單元數(shù)據(jù)讀回，減去預(yù)設(shè)繳費(fèi)值（5元），然后將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)FM1702存儲(chǔ)卡內(nèi)，接著將卡掛起，避免一次刷卡進(jìn)行多次繳費(fèi)操作。操作結(jié)束后系統(tǒng)會(huì)控制蜂鳴器提示操作完畢，之后會(huì)在12864液晶上顯示個(gè)人信息，本次扣除金額等?？煽啃允菃纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的重要指標(biāo)之一，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性通常是指在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定工作的能力。提高系統(tǒng)的可靠性也就是要減少系統(tǒng)的故障，而引起故障的因素有來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部和外部?jī)蓚€(gè)方面。內(nèi)部因素：它出現(xiàn)在系統(tǒng)的硬件及軟件上。一個(gè)高可靠性的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是通過(guò)可靠性設(shè)計(jì)而產(chǎn)生的，并通過(guò)可靠性生產(chǎn)和可靠性使用及維護(hù)來(lái)保證的。同時(shí)，該系統(tǒng)要廣泛應(yīng)用于社會(huì)的繳費(fèi)系統(tǒng)，這就對(duì)系統(tǒng)的可行性提出了很高的要求。通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能?！≈骺刂颇KMCU主控電路是射頻卡讀寫(xiě)器的核心部分，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)上電后對(duì)各個(gè)模塊的初始化、控制通信模塊完成與上位機(jī)進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信、控制顯示模塊顯示數(shù)據(jù)、聲光報(bào)警、控制射頻模塊通過(guò)天線(xiàn)完成對(duì)射頻卡的各種操作等，保證系統(tǒng)能夠有序、穩(wěn)定的工作。圖22　　主控制電路　讀卡器模塊　讀卡器模塊概述讀卡器模塊是由復(fù)旦微電子股份有限公司設(shè)計(jì)的非接觸卡讀卡器專(zhuān)用芯片F(xiàn)M1702SL和少量外圍電路組成的。模塊電路如圖23。圖23　　讀卡器模塊電路圖圖24　　讀卡器與MCU連接圖　讀卡器芯片F(xiàn)M1702圖25　　FM1702管腳圖 FM1702芯片有以下特點(diǎn)：高集成度的模擬電路，只需最少量的外圍線(xiàn)路；操作距離可達(dá)10cm；支持ISO14443協(xié)議；內(nèi)部帶有加密單元；支持SPI接；包含512byte的EEPROM；包含64byte的FIFO；數(shù)字電路具有TTL/CMOS兩種電壓工作模式；軟件控制的power down模式；一個(gè)可編程計(jì)時(shí)器；一個(gè)中斷處理器；一個(gè)串行輸出輸入口；啟動(dòng)配置可編程數(shù)字，模擬和發(fā)射模塊都有獨(dú)立的電源供電，電壓范圍從3V到5V；封裝形式為SOP24小型封裝。管腳功能如表21。時(shí)序圖如圖26。符號(hào)參數(shù)MINMAX單位tSCKLSCK低電平寬度100nstSCKHSCK高電平寬度100nstSHDXSCK高到數(shù)據(jù)改變20nstDXSHd數(shù)據(jù)改變到 SCK 變高20nstSLDXSCK低到數(shù)據(jù)改變 15nstSLNHSCK低到NSS變高20ns表22　　時(shí)序表圖26　　SPI時(shí)序圖　Mifare1 S50非接觸IC卡介紹　主要指標(biāo)容量為8K位（bits）=1K字節(jié)（bytes）EEPROM；分為16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)為4塊，每塊16個(gè)字節(jié),以塊為存取單位；每個(gè)扇區(qū)有獨(dú)立的一組密碼及訪(fǎng)問(wèn)控制；每張卡有唯一序列號(hào)，為32位；具有防沖突機(jī)制，支持多卡操作；無(wú)電源，自帶天線(xiàn)，內(nèi)含加密控制邏輯和通訊邏輯電路；數(shù)據(jù)保存期為10年，可改寫(xiě)10萬(wàn)次，讀無(wú)限次；工作溫度：20℃~50℃(濕度為90%)；工作頻率：；通信速率：106 KBPS；讀寫(xiě)距離：10 cm以?xún)?nèi)（與讀寫(xiě)器有關(guān)）。每個(gè)扇區(qū)的塊0、塊塊2為數(shù)據(jù)塊，可用于存貯數(shù)據(jù)。每個(gè)扇區(qū)的塊3為控制塊，包括了密碼A、存取控制、密碼B。存取控制為4個(gè)字節(jié)，共32位，扇區(qū)中的每個(gè)塊（包括數(shù)據(jù)塊和控制塊）的存取條件是由密碼和存取控制共同決定的，在存取控制中每個(gè)塊都有相應(yīng)的三個(gè)控制位,定義如下：塊0： C10 C20 C30塊1： C11 C21 C31塊2： C12 C22 C32塊3： C13 C23 C33三個(gè)控制位以正和反兩種形式存在于存取控制字節(jié)中，決定了該塊的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限（如進(jìn)行減值操作必須驗(yàn)證KEY A，進(jìn)行加值操作必須驗(yàn)證KEY B，等等）?！」ぷ髟砜ㄆ碾姎獠糠种挥梢粋€(gè)天線(xiàn)和ASIC組成。ASIC：卡片的ASIC由一個(gè)高速（106KB波特率）的RF接口，一個(gè)控制單元和一個(gè)8K位EEPROM組成?！1射頻卡與讀寫(xiě)器的通訊M1射頻卡與讀寫(xiě)器的通訊如圖35?！》罌_突機(jī)制 (Anticollision Loop)當(dāng)有多張卡進(jìn)入讀寫(xiě)器操作范圍時(shí)，防沖突機(jī)制會(huì)從其中選擇一張進(jìn)行操作，未選中的則處于空閑模式等待下一次選卡，該過(guò)程會(huì)返回被選卡的序列號(hào)?！∪位ハ啻_認(rèn)(3 Pass Authentication)選定要處理的卡片之后，讀寫(xiě)器就確定要訪(fǎng)問(wèn)的扇區(qū)號(hào)，并對(duì)該扇區(qū)密碼進(jìn)行密碼校驗(yàn)，在三次相互認(rèn)證之后就可以通過(guò)加密流進(jìn)行通訊。）圖28　　M1射頻卡與讀寫(xiě)器的通訊FM1702SL使用的認(rèn)證算法稱(chēng)為三重認(rèn)證。如欲獲取標(biāo)準(zhǔn)卡片的數(shù)據(jù)，有關(guān)相應(yīng)密要的知識(shí)是必需的。當(dāng)一張卡按照ISO14443A 協(xié)議被選中后，用戶(hù)可以按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議繼續(xù)操作。這一過(guò)程在執(zhí)行Authent1（0CH）和Authent2（14H）指令時(shí)自動(dòng)完成。在認(rèn)證指令執(zhí)行過(guò)程中，F(xiàn)M1702SL從內(nèi)部密鑰緩沖器中讀取密鑰。因此認(rèn)證指令無(wú)需指明密鑰存儲(chǔ)地址。密鑰緩沖器可以通過(guò)一下方式加載：用LoadKeyE2指令從E178。三重加密算法被用于執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。步驟1：通過(guò)LoadKeyE2或者LoadKey加載密鑰到內(nèi)部密鑰緩沖器；步驟2：?jiǎn)?dòng)Authent1指令，結(jié)束以后，檢查錯(cuò)誤標(biāo)志來(lái)判斷執(zhí)行結(jié)果；步驟3：?jiǎn)?dòng) Authent2 指令，結(jié)束以后，檢查錯(cuò)誤標(biāo)志以及FM1702中Crypto1On標(biāo)志來(lái)判斷執(zhí)行結(jié)果。圖29　　12864與單片機(jī)連接圖　12864簡(jiǎn)介12864是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器, 引腳功能如表26它主要由行驅(qū)動(dòng)器/列驅(qū)動(dòng)器及12864全點(diǎn)陣液晶顯示器組成。表26　　12864管腳功能表管腳號(hào)管腳名稱(chēng)LEVER管腳功能描述1VSS0電源地2VDD+電源電壓3V0液晶顯示器驅(qū)動(dòng)電壓4D/I(RS)H/LD/I=“H”，表示DB7∽DB0為顯示數(shù)據(jù)D/I=“L”，表示DB7∽DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/WH/LR/W=“H”，E=“H”數(shù)據(jù)被讀到DB7∽DB0R/W=“L”，E=“H→L”數(shù)據(jù)被寫(xiě)到IR或DR6EH/LR/W=“L”，E信號(hào)下降沿鎖存DB7∽DB0R/W=“H”，E=“H”DDRAM數(shù)據(jù)讀到DB7∽DB07DB0H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)8DB1H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)9DB2H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)10DB3H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)11DB4H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)12DB5H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)13DB6H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)14DB7H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)15CS1H/LH:選擇芯片(右半屏)信號(hào)16CS2H/LH:選擇芯片(左半屏)信號(hào)17RETH/L復(fù)位信號(hào),低電平復(fù)位18VOUT10VLCD驅(qū)動(dòng)負(fù)電壓19LED+LED背光板電源A20LEDLED背光板電源K　LCD12864內(nèi)部功能器件及相關(guān)功能使用12864LCD前先必須了解以下功能器件才能進(jìn)行編程。當(dāng)D/I=0時(shí)，在E信號(hào)下降沿的作用下，指令碼寫(xiě)入IR。當(dāng)D/I=1時(shí)，在下降沿作用下，圖形顯示數(shù)據(jù)寫(xiě)入DR，或在E信號(hào)高電平作用下由DR讀到DB7∽DB0數(shù)據(jù)總線(xiàn)。3．忙標(biāo)志：BFBF標(biāo)志提供內(nèi)部工作情況。BF=0時(shí)，模塊為準(zhǔn)備狀態(tài)，隨時(shí)可接受外部指令和數(shù)據(jù)。4．顯示控制觸發(fā)器DFF此觸發(fā)器是用于模塊屏幕顯示開(kāi)和關(guān)的控制。DDF的狀態(tài)是指令DISPLAY ON/OFF和RST信號(hào)控制的。高3位是X地址計(jì)數(shù)器，低6位為Y地址計(jì)數(shù)器，XY地址計(jì)數(shù)器實(shí)際上是作為DDRAM的地址指針，X地址計(jì)數(shù)器為DDRAM的頁(yè)指針，Y地址計(jì)數(shù)器為DDRAM的Y地址指針。Y地址計(jì)數(shù)器具有循環(huán)記數(shù)功能，各顯示數(shù)據(jù)寫(xiě)入后，Y地址自動(dòng)加1，Y地址指針從0到63。數(shù)據(jù)為1表示顯示選擇，數(shù)據(jù)為0表示顯示非選擇。7．Z地址計(jì)數(shù)器Z地址計(jì)數(shù)器是一個(gè)6位計(jì)數(shù)器，此計(jì)數(shù)器具備循環(huán)記數(shù)功能，它是用于顯示行掃描同步。Z地址計(jì)數(shù)器可以用指令DISPLAY START LINE預(yù)置。此模塊的DDRAM共64行，屏幕可以循環(huán)滾動(dòng)顯示64行。其指令表如表27所示：表27　　12864LCD指令表指令名稱(chēng)控制信號(hào)控制代碼R/WRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0顯示開(kāi)關(guān)0000111111/0起始行設(shè)置0011XXXXXX頁(yè)設(shè)置0010111XXX列地址設(shè)置0001XXXXXX讀狀態(tài)10BUSY0ON/OFFRST0000寫(xiě)數(shù)據(jù)01寫(xiě)數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)11讀數(shù)據(jù)各功能指令分別介紹如下：R/W RSDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 00 0 1 1 1 1 1 1/0當(dāng)DB0＝1時(shí)，LCD顯示RAM中的內(nèi)容；DB0＝0時(shí)，關(guān)閉顯示。頁(yè)（PAGE）設(shè)置指令R/W RSDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 01 0 1 1 1 頁(yè)號(hào)（0～7）顯示RAM共64行，分8頁(yè)，每頁(yè)8行。讀狀態(tài)指令R/W RSDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB01 0BUSY 0 ON/OFF REST 0 0 0 0該指令用來(lái)查詢(xún)液晶顯示模塊內(nèi)部控制器的狀態(tài)，各參量含義如下：BUSY：1內(nèi)部在工作0正常狀態(tài)ON/OFF：1顯示關(guān)閉0顯示打開(kāi)RESET：1復(fù)位狀態(tài)0正常狀態(tài)在BUSY和RESET狀態(tài)時(shí)，除讀狀態(tài)指令外，其它指令均不對(duì)液晶顯示模塊產(chǎn)生作用。寫(xiě)數(shù)據(jù)指令R/W RSDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 1寫(xiě)數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)指令 R/W RSDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB01 1讀顯示數(shù)據(jù)讀、寫(xiě)數(shù)據(jù)指令每執(zhí)行完一次讀、寫(xiě)操作，列地址就自動(dòng)增一。第三章　　基于FM1702的讀卡器軟件設(shè)計(jì)　主程序主程序流程圖如圖31所示。圖31　　主程序流程圖　FM1702初始化子程序FM1702初始化子函數(shù)流程圖如圖32。圖32　　FM1702初始化子函數(shù)流程圖　尋卡等待開(kāi)始 顯示：等待狀態(tài)延時(shí)100ms顯示：（）延時(shí)100ms顯示：（（））延時(shí)100ms 清 屏延時(shí)100ms操作區(qū)域是否有卡？ N Y結(jié)束，進(jìn)行主函數(shù)下一步圖33　　尋卡等待流程圖尋卡等待功能流程圖如圖33。　讀卡子程序讀卡子函數(shù)流程圖如圖34。Card_Mun子函數(shù)包含了AntiColl子函數(shù)、Select_Card子函數(shù)、Load_key_CPY子函數(shù)、Authentication子函數(shù)和12864顯示子程序。該子函數(shù)的返回值有0、4，其含義是驗(yàn)證正確、無(wú)卡、CRC校驗(yàn)失敗，三重認(rèn)證失敗。圖34　　讀卡