【正文】 圖2 公交IC卡讀寫器的硬件結(jié)構(gòu)框圖 IC卡類型選擇任何技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展都有一個(gè)過(guò)程，限于技術(shù)原因，早期大多用磁卡、光電卡等，這些卡構(gòu)成的控制系統(tǒng)雖然曾經(jīng)給我們帶來(lái)了各種便利，但仍然存在一些弊端和缺陷，常常帶來(lái)許多不便，特別是其防偽性能差，易被仿制，作為收費(fèi)電子錢包使用存在巨大安全隱患，隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，上述卡逐漸被其他卡取代，而對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)的選擇主要考慮卡片模型、存儲(chǔ)容量、安全性要求綜合價(jià)格等因素。所以在城市公交IC卡收費(fèi)系統(tǒng)中使用非接觸IC卡和接觸式IC卡兩種IC卡卡片。SAM卡是安全認(rèn)證卡，所有部件功能經(jīng)專門設(shè)計(jì)，性能大大提高，與普通CPU卡相比較，具有很高的安全性、可靠性。接觸式IC卡己經(jīng)走過(guò)十幾年的歷程并得到廣泛的應(yīng)用，但隨著應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，其本身不可克服的缺點(diǎn)，如具有接觸磨損、卡的壽命小、使用不便、信息傳送速度慢、難以維護(hù)、基礎(chǔ)設(shè)施投入大等就成了它進(jìn)一步發(fā)展的絆腳石。2 非接觸式IC卡從提供電源的角度來(lái)看，非接觸式I C卡可分為有源和無(wú)源2種。從成本和生產(chǎn)方面考慮，無(wú)源系統(tǒng)是主流。其中近距離藕合由于優(yōu)勢(shì)不明顯而應(yīng)用較少， 而藕合距離較遠(yuǎn)的射頻卡使用較普遍且最具發(fā)展?jié)摿Α７墙佑|式IC卡，由于卡與讀寫器間無(wú)機(jī)械接觸，而是借助“空間媒介”電磁波進(jìn)行通訊，故在保留接觸式智能卡原有優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，又具備如下諸多長(zhǎng)處:(1) 可靠性高、壽命長(zhǎng)卡與讀寫器間無(wú)機(jī)械接觸，故不存在接觸式讀寫器可能出現(xiàn)的各種故障，卡和讀寫器均無(wú)裸露觸點(diǎn)，則無(wú)須擔(dān)心觸點(diǎn)損壞或脫落所致之卡片失效。這些都將大大提高卡乃至機(jī)具的可靠性和使用壽命。 (3) 安全性好 卡與讀寫器間采用三次相互確認(rèn)的雙向驗(yàn)證機(jī)制，在讀寫器驗(yàn)證卡的合法性的同時(shí)卡也對(duì)讀寫器合法性進(jìn)行檢驗(yàn)。卡內(nèi)各扇區(qū)均有自己的操作密碼和訪問條件，并實(shí)行芯片傳輸密碼保護(hù)。(5) 一卡多用 用戶可根據(jù)需要，靈活定義各存儲(chǔ)扇區(qū)的密碼和訪問條件，以便互不影響地分別滿足不同場(chǎng)合、不同用途的要求。目前，在世界智能卡市場(chǎng)上主要有三大品牌: Mifare,Temic,Legic它們各具特點(diǎn)，性能也各具千秋。不如Mifare 1型IC卡，因此通常選擇Mifare 1型射頻IC卡作為公交控制系統(tǒng)的信息載體。 單片機(jī)選擇公交IC卡控制系統(tǒng)的讀寫器電路板向著小型化、低功耗、抗千擾、低成本、實(shí)用功能方向發(fā)展。因此本設(shè)計(jì)中應(yīng)用最為廣泛的MCS51系列8位單片機(jī)8051。 圖31 8051 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖1) 中央處理器（CPU）中央處理器是單片機(jī)的核心,完成運(yùn)算和控制功能。2) 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部RAM）8051芯片中共有256個(gè)RAM單元，但其中后128單元被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是前128單元，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。3) 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（內(nèi)部ROM）8051共有4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格，因此，稱之為程序存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱內(nèi)部ROM。 5) 并行I/O口 MCS51共有4個(gè)8位的I/O口（P0、PPP3），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出。該串行口功能較強(qiáng)，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。8051共有5個(gè)中斷源，即外中斷兩個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷兩個(gè)，串行中斷一個(gè)。 8) 時(shí)鐘電路8051芯片的內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。系統(tǒng)允許的晶振頻率一般為6 MHz和12 MHz。2 8051的信號(hào)引腳8051是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳如圖32所示。（2）時(shí)鐘電路引腳◇ XTAL1和XTAL2：外接晶體引線端。（3）控制信號(hào)引腳◇ RST/VPD：復(fù)位信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)掉電時(shí)，此引腳上可接備用電源，由VPD向片內(nèi)RAM提供備用電源，一保持片內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址鎖存起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。 對(duì)于EPROM型單片機(jī)，在EPRAM編程期間，此引腳接收編程脈沖?！?EA/VPP：訪問程序存儲(chǔ)控制信號(hào)。對(duì)于EPROM型單片機(jī)，在EPRAM編程期間，此引腳接上加21V EPROM編程電源VPP。 ～ ：P1口8位雙向口線。 ～ ：P3口8位雙向口線。P3的8條口線都定義有第二功能，詳見表31。對(duì)于各種型號(hào)的芯片，其引腳的第一功能信號(hào)是相同的，所不同的只在引腳的第二功能信號(hào)。但是P3口的情況卻有所不同，它的第二功能信號(hào)都是單片機(jī)的重要控制信號(hào)。3 并行輸入/輸出口電路結(jié)構(gòu)單片機(jī)芯片內(nèi)還有一項(xiàng)主要內(nèi)容就是并行I/O口。每個(gè)口都包含一個(gè)鎖存器、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。在訪問片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，低8位地址和數(shù)據(jù)由P0口分時(shí)傳送，高8位地址由P2口傳送。8051單片機(jī)的4個(gè)I/O口都是8位雙向口，這些口在結(jié)構(gòu)和特性上是基本相同的，但又各具特點(diǎn)。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機(jī)的時(shí)鐘電路，如圖33所示。請(qǐng)讀者特別注意時(shí)鐘脈沖與振蕩脈沖之間的二分頻關(guān)系，否則會(huì)造成概念上的錯(cuò)誤。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高，單片機(jī)運(yùn)行速度也就快。圖33 時(shí)鐘振蕩電路 （2）外部方式時(shí)鐘電路在由多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，為了各單片機(jī)之間時(shí)鐘信號(hào)的同步，應(yīng)當(dāng)引入惟一的公用外部脈沖信號(hào)作為各單片機(jī)的振蕩脈沖。圖34 外部時(shí)鐘源接法（3） 時(shí)序時(shí)序是用定時(shí)單位來(lái)說(shuō)明的。它們之間的關(guān)系如下：（1）一個(gè)振蕩脈沖的周期為節(jié)拍；（2）一個(gè)狀態(tài)就包含兩個(gè)節(jié)拍；（3）一個(gè)機(jī)器周期的寬度為6個(gè)狀態(tài)；（4）一條指令周期由若干個(gè)機(jī)器周期組成。單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使RST/VPD 或RST引腳加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)振蕩周期）的高電平。單片機(jī)復(fù)位期間不產(chǎn)生ALE和PSEN信號(hào)，即ALE=1和PSEN=1。復(fù)位后，內(nèi)部各專用寄存器狀態(tài)如下:PC： 0000H TMOD： 00HACC： 00H TCON： 00HB： 00H TH0： 00HPSW： 00H TL0： 00HSP： 07H TH1： 00HDPTR： 0000H TL1： 00HP0~P3：FFH SCON： 00HIP： ***00000B SBUF： 不定IE： 0**00000B PCON： 0***0000其中，*表示無(wú)關(guān)位。(2) SP值為07H，表明堆棧底部在07H。(3) P0~P3口值為FFH。單片機(jī)在復(fù)位后，已使P0~P3口每一端線為“1”，為這些端線用作輸入口做好了準(zhǔn)備。1）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128單元8051的內(nèi)部RAM共有256個(gè)單元，通常把這256個(gè)單元按其功能劃分為兩部分：低128單元（單元地址00H～7FH）和高128單元（單元地址80H～FFH）。（1）寄存器區(qū)8051共有4組寄存器，每組8個(gè)寄存單元，各組都以R0～R7作寄存單元編號(hào)。由于它們的功能及使用不作預(yù)先規(guī)定，因此稱之為通用寄存器，有時(shí)也叫工作寄存器。 在任一時(shí)刻，CPU只能使用其中的一組寄存器，并且把正在使用的那組寄存器稱之為當(dāng)前寄存器組。通用寄存器為CPU提供了就近存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的便利，有利于提高單片機(jī)的運(yùn)算速度。（2）位尋址區(qū)內(nèi)部RAM的20H～2FH單元，既可作為一般RAM單元使用，進(jìn)行字節(jié)操作，也可以對(duì)單元中每一位進(jìn)行位操作，因此把該區(qū)稱之為位尋址區(qū)。MCS51具有布爾處理機(jī)功能，這個(gè)位尋址區(qū)可以構(gòu)成布爾處理機(jī)的存儲(chǔ)空間。（3）用戶RAM區(qū)在內(nèi)部RAM低128單元中，通用寄存器占去32個(gè)單元，位尋址區(qū)占去16個(gè)單元，剩下80個(gè)單元，這就是供用戶使用的一般RAM區(qū)，其單元地址為30H～7FH。2）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器高128單元內(nèi)部RAM的高128單元是供給專用寄存器使用的，其單元地址為80H～FFH。2 8051內(nèi)部程序存儲(chǔ)器8051的程序存儲(chǔ)器用于存放編好的程序和表格常數(shù)。051的片外最多能擴(kuò)展64 KB程序存儲(chǔ)器，片內(nèi)外的ROM是統(tǒng)一編址的。 8051的程序存儲(chǔ)器中有些單元具有特殊功能，使用時(shí)應(yīng)予以注意。系統(tǒng)復(fù)位后，(PC)=0000H，單片機(jī)從0000H單元開始取指令執(zhí)行程序。還有一組特殊單元是0003H～002AH，共40個(gè)單元。其中： 0003H～000AH 外部中斷0中斷地址區(qū) 000BH～0012H 定時(shí)/計(jì)數(shù)器0中斷地址區(qū) 0013H～001AH 外部中斷1中斷地址區(qū) 001BH～0022H 定時(shí)/計(jì)數(shù)器1中斷地址區(qū) 0023H～002AH 串行中斷地址區(qū)中斷響應(yīng)后，按中斷種類，自動(dòng)轉(zhuǎn)到各中斷區(qū)的首地址去執(zhí)行程序，因此在中斷地址區(qū)中理應(yīng)存放中斷服務(wù)程序。（SFR）簡(jiǎn)介8051共有21個(gè)專用寄存器，其中部分寄存器簡(jiǎn)單介紹如下：(1) 程序計(jì)數(shù)器PC: PC是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，它的作用是控制程序的執(zhí)行順序。PC有自動(dòng)加1功能，從而實(shí)現(xiàn)程序的順序執(zhí)行。因地址不在SFR（專用寄存器）之內(nèi)，一般不計(jì)作專用寄存器。它既可用于存放操作數(shù)，也可用來(lái)存放運(yùn)算的中間結(jié)果。(3) B寄存器。乘法運(yùn)算時(shí)，B存乘數(shù)。除法操作后，余數(shù)存于B中。 (4) 程序狀態(tài)字PSW：序狀態(tài)字是一個(gè)8位寄存器，用于存放程序運(yùn)行中的各種狀態(tài)信息。PSW的位狀態(tài)可以用專門指令進(jìn)行測(cè)試，也可以用指令讀出。PSW的各位定義如下：PSW位地址D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0H字節(jié)地 址CYACF0RS1RS0OVF1P，其余各位的定義及使用如下：CY（）——進(jìn)位標(biāo)志位。其功能有二：一是存放算術(shù)運(yùn)算的進(jìn)位標(biāo)志，在進(jìn)行加或減運(yùn)算時(shí)，如果操作結(jié)果的最高位有進(jìn)位或借位時(shí)，CY由硬件置“1”，否則清“0”；二是在位操作中，作累加位使用。AC（）——輔助進(jìn)位標(biāo)志位。在BCD碼調(diào)整中也要用到AC位狀態(tài)。這是一個(gè)供用戶定義的標(biāo)志位，需要利用軟件方法置位或復(fù)位，用以控制程序的轉(zhuǎn)向。它們被用于選擇CPU當(dāng)前使用的通用寄存器組。這兩個(gè)選擇位的狀態(tài)是由軟件設(shè)置的，被選中的寄存器組即為當(dāng)前通用寄存器組。OV（）——溢出標(biāo)志位。在乘法運(yùn)算中，OV=1表示乘積超過(guò)255，即乘積分別在B與A中，否則，OV=0，表示乘積只在A中。P（）——奇偶標(biāo)志位。如果A中有奇數(shù)個(gè)“1”，則P置“1”，否則置“0”。此標(biāo)志位對(duì)串行通信中的數(shù)據(jù)傳輸有重要的意義。(5) 數(shù)據(jù)指針（DPTR）。編程時(shí)，DPTR既可以按16位寄存器使用，也可以按兩個(gè)8位寄存器分開使用，即： DPH DPTR高位字節(jié) DPL DPTR低位字節(jié)DPTR通常在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)作地址指針使用。(6) 堆棧指針（SP—Stack Pointer）。堆棧共有兩種操作：進(jìn)棧和出棧。系統(tǒng)復(fù)位后，SP的內(nèi)容為07H，從而復(fù)位后堆棧實(shí)際上是從08H單元開始的。一般在內(nèi)部RAM的30H～7FH單元中開辟堆棧。注意：MCS51系列單片機(jī)有21個(gè)可尋址的專用寄存器，其中有11個(gè)專用寄存器是可以位尋址的。(2) 程序計(jì)數(shù)器PC不占據(jù)RAM單元，它在物理上是獨(dú)立的，因此是不可尋址的寄存器。 1 中斷源中斷源是指能發(fā)出中斷請(qǐng)求，引起中斷的裝置或事件。⑵ INT1:外部中斷1。⑷ T1:定時(shí)/計(jì)數(shù)器1溢出中斷。2 中斷寄存器8051單片機(jī)中涉及中斷控制的有3個(gè)方面4個(gè)特殊功能寄存器：① 中斷請(qǐng)求：定時(shí)和外中斷控制寄存器TCON。② 中斷允許控制寄存器IE。 ④ 中斷請(qǐng)求控制寄存器TCONINT0、INTT0、T1中斷請(qǐng)求標(biāo)志放在TCON中串行中斷請(qǐng)求標(biāo)志放在SCON中。⑥ IT0 —— 外中斷觸發(fā)方式控制位 其意義和功能與IT1相似。IE的結(jié)構(gòu)、位名稱和位地址如下：IED7D6D5D4D3D2D1D0位名稱EAESET1EX1ET0EX0位地址AFHACHABHAAHA9HA8H① EA —— CPU中斷允許控制位 EA=1，CPU開中； EA=0，CPU關(guān)中，且屏蔽所有5個(gè)中斷源。 ③ EX1 —— 外中斷INT1中斷允許控制位 EX1=1，INT1開中；EX1=0，INT1關(guān)中。⑤ ET1 —— 定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1中斷允許控制位 ET1=1，T1開中；ET1=0，T1關(guān)中。3 中斷入口地址8051的五個(gè)中斷入口地址：INT0：0003H；T0：000BH；INT1：0013HT1：001BH；串行口：0023H4 中斷優(yōu)先控制和中斷嵌套（1） 中斷優(yōu)先控制8051中斷優(yōu)先控制首先根據(jù)中斷優(yōu)先級(jí)，此外還規(guī)定了同一中斷優(yōu)先級(jí)之間的中斷優(yōu)先權(quán)。（2） 中斷嵌套當(dāng)CPU正在執(zhí)行某個(gè)中斷服務(wù)程序時(shí)，如果發(fā)生更高一級(jí)的中斷源請(qǐng)求中斷，CPU可以“中斷”正在執(zhí)行的低優(yōu)先級(jí)中斷,轉(zhuǎn)而響應(yīng)更高一級(jí)的中斷，這就是中斷嵌套。 定時(shí)/計(jì)數(shù)器1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器，（1） 定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCONTCONT1中斷標(biāo)志T1運(yùn)行標(biāo)志T0中斷標(biāo)志T1運(yùn)行標(biāo)志INT1中斷標(biāo)志INT1觸發(fā)方式INT0中斷標(biāo)志INT0觸發(fā)方式位名稱TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0位地