【正文】 位通用工作寄存器 全靜態(tài)工作 工作 于 16 MHz 時性能高達 16 MIPS 只需兩個時鐘周期的硬件乘法器 非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash 擦寫壽 命 : 10,000 次 具有獨立鎖定位的可選 Boot 代碼區(qū) 通過片上 Boot 程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程 真正的同時讀寫操作 512 字節(jié)的 EEPROM 擦寫壽命 : 100,000 次 1K 字節(jié)的片 內(nèi) SRAM 可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 JTAG 接口 ( 與 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)兼容 ) 符合 JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能 支持擴展的片內(nèi)調(diào)試功能 通過 JTAG 接口實現(xiàn)對 Flash、 EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程 （ 3）外設(shè)特點 兩個具有獨立預(yù)分頻器和比較器功能 的 8 位定時器 / 計數(shù)器 一個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功 能的 16 位定 時器 / 計數(shù)器 具有獨立振蕩器的實時計數(shù) 器 RTC 四 通道 PWM 8 路 10 位 ADC 8 個單端通道 TQFP 封裝的 7 個差分通道 2 個具有可編程增 益（ 1x, 10x, 或 200x）的差分通道 面向字節(jié)的兩線接口 兩個可編程的串行 USART 可工作于主機 / 從機模式的 SPI 串行接口 具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器 片內(nèi)模擬比較器 特殊的處理器特點 上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測 片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的 RC 振蕩器 片內(nèi) / 片外中斷源 6 種 睡眠模式 : 空閑模式 、 ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、 Standby 模式以及 擴展的 Standby 模式 I/O 和封裝 32 個可編程的 I/O 口 40 引腳 PDIP 封裝 , 44 引腳 TQFP 封裝 , 與 44 引腳 MLF 封裝 工作電壓 : ATmega16L： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 ATmega16： ATmega16L 在 1 MHz, 3V, 25176。該系列讀寫卡芯片利用了先進的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了 在 下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。內(nèi)部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅(qū)動近操作距離的天線 （可達 100mm） 。數(shù)字部分處理 ISO14443A 幀和錯誤檢測（ 奇偶 ＆ CRC）。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)計提供了極大的靈活性。 經(jīng)典協(xié)議； 采用 Crypto1 加密算法并含有安全的非易失性內(nèi)部密匙存儲器； 并行微處理器接口帶有內(nèi)部地址鎖存和中斷請求線； 自動檢測微處理器并行接口類型； 靈活的中斷處理； 64 字節(jié)發(fā)送和接收 FIFO 緩沖區(qū)； 帶低功耗的硬件復(fù)位； 可編程定時器； 唯一的序列號； 用戶可編程初始化配置； 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 面向位和字節(jié)的幀結(jié)構(gòu)； 支持防碰撞操作； 數(shù)字、模擬和發(fā)送器部分經(jīng)獨立的引腳分別供電； 內(nèi)部振蕩器緩存器 連接 石英晶體； 在短距離應(yīng)用中，發(fā)送器（天線驅(qū)動）可以用 供電。 公共交通終端； 手持終端； 非接觸式 PC 終端； 計量； 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 3． 硬件電路設(shè)計 MFRC500 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) MFRC500 系列模塊的核心部分包括一個控制用 MCU 和一個 MIFARE 基站芯片。 MFRC500 系列模塊提供多種通信方式與用戶系統(tǒng)進行通信，極大地方便了用戶的聯(lián)接。 其硬件結(jié)構(gòu)簡圖為： A T M E G A M F R C 5 0 0 天 線穩(wěn) 壓 電 源R S 2 3 2 模 塊P C 機圖 31 RC500硬件結(jié)構(gòu)簡圖 穩(wěn)壓電路 RC500 的工作電壓都比較低，如 果 RC500 直接接到外部電源，那么當(dāng)電源的電壓起伏的時候就會導(dǎo)致 RC500 發(fā)熱，很容易會因此而燒毀，所以一般的情況下都會經(jīng)過穩(wěn)壓電路才可以接入芯片中。我這里采用的是線型尋址的方式，也就是說可以把 RC500 當(dāng)作一個外部 RAM進行尋址，這就使得在軟件編程的時候更加的方便 [4]。 由于 RC500 一共是分為 8 個頁面寄存器，如果在軟件編程的時候并沒有使用到某些頁面內(nèi)的寄存器，那就沒有必要對該頁面的 UsePageSelect 位置位；所以應(yīng)該根據(jù)自己在編程的過 程中使用到的寄存器進行相應(yīng)的頁面設(shè)置 。讀寫器通過天線發(fā)射能量形成電磁場，對電子標(biāo)簽進行識別，天線所形成的電磁場范圍就是射頻識別系統(tǒng)的可讀寫區(qū)域。 處 理 器 M F R C 5 0 0天 線 匹 配 電路天 線 圖 34 基于 RC500的結(jié)構(gòu)框圖 為節(jié)約成本和減小體積，天線采用直接在 PCB 板制成的微帶天線。這兩種設(shè)計方法的 EMC 電路、接收電路和天線匹配電路都相同，且 EMC 和接收電路元件的取值都一樣。兩種設(shè)計方法的區(qū)別在天線和讀卡器 的連接方式上， 50Ω 匹配的天線用的是 50Ω 同 軸 電纜連接，直接匹配天線用短線或者直接連接。 所以，本項目中設(shè)計方案采用了直接匹配的天線，可以根據(jù) Philips 公司所提供的各元件的取值范圍，對天線匹配電路中的元器件進行取值。 在制作天線的 PCB 板的時候， RX1 端口所接的電感用銅線的繞組替代 。 表 31 EMC濾波和接收電路的值 元件 值 誤差范圍 注釋 L0 C0 R1 47pF 820Ω 10% 2% 5% 屏蔽的磁場 NP0材料 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 續(xù)表 3－ 1 元件 值 誤差范圍 注釋 R2 C5 C4 15pf 100nf 5% 2% 2% NP0 材料 NP0 材料 （注：要獲得最好的功能，所使用的電容和電感至少要具備推薦的這些元件的性能和容差。我們建議用阻抗分析儀測量 LANT 和 RANT。 天線的品質(zhì)因子是糾正天線調(diào)諧和所獲得的性能的一個重要特性。 天線的品質(zhì)因子由下面的公式定義： ANTANTRR LW ??Q （ 32） 根據(jù)天線的幾何 形狀， Q 的值通常在 50～ 100 之間。系統(tǒng)的波特率是 。 用帶寬 B 的定義： QFB R? （ 33） 以及時間與帶寬的乘積的規(guī)定： 1B ??T （ 34） （ 3） 可以算出要求的 Q 因子是 : R ????? usM H zTQ （ 35） 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 （ 4） 由于元件的容差和對溫度的依靠 ,我們建議 Q 因子的值取 35。 REXT 的值用下面的公式算出： A N TA N TA N TA N TEXT RLRLR ?????? 35WQW RR （ 36） 在前面已經(jīng)提到，我們推薦在設(shè)計直接匹配天線的天線線圈時使用中心抽頭。減少天線品質(zhì)因子的完整電路如圖 5 所示 4 軟件程序設(shè)計 RC500 控制主要通過讀寫 RC500 的寄存器來實現(xiàn)的， RC500 共 64 個寄存器。 RC500 主要是通過寫通信命令、數(shù)據(jù)到 FIFODATA 中，再通過寫命令到COMMAND 寄存器中以實現(xiàn)與 Mifare1 卡的通信。 每段 LED 的筆畫分別稱為 a、b、 c、 d、 e、 f、 g，另外有一段構(gòu)成小數(shù)點。 abcedgfabcdefg 圖 37 數(shù)碼管結(jié)構(gòu) a bcd efg 圖 38 共陰極解法 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 abcd efgv c c 圖 39 共陽極解法 LED 的工作原理 在選用共陰極的 LED 是，只要在某一發(fā)光二極管加上高 電平，該段即點亮，反之則暗。為了要顯示某個字形，則應(yīng)使此字形的相應(yīng)段點亮，也即送一個不同的電平組合代表的數(shù)據(jù)來控制 LED 的顯示字形，此數(shù)據(jù)稱為字符的段碼。當(dāng)上電的時候，基站芯片立即將 E2PROM 中塊 1 和塊 2 的內(nèi)容復(fù)制出來進行寄存器的初始化。 在初始化完成后，應(yīng)將 80H 寫進頁面寄存器中，用于初始化微處理器的接口電路。也就是將00H 寫進對應(yīng)的頁面寄存器中，用于激活線型尋址模式。本項目采用芯片的默認密碼（ 12 個 F），該密鑰逐一寫進起始的地址為 1A0H（該地址可根據(jù)實際需要自行更改）的寄存器中。 (注：寫進的密鑰跟卡的 KEY 必須是相同的， 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 否則不會通過驗證。 （ 1）卡呼叫 當(dāng)一張 M1 卡片處在卡片讀寫器的天線的工作范圍之內(nèi)時，程序員控制讀寫器向卡片發(fā)出卡呼叫命令。如果不進行復(fù)位請求操作，讀寫器對卡片的其它操作將不會進行； （ 2）外圍沒卡狀態(tài) 當(dāng)完成第一個步驟的卡呼叫時，如果外圍不存在射頻卡，這時 FIFODATA寄存器中就會存在一個固定的返回值，根據(jù)這個返回值可以編寫一段程序用于防止整個程序繼續(xù)運行下去。在制作項目的時候我就利用這個方法檢查處理了多處錯誤。 MFRC500 支持 ISO14443A 定義的算法 ，通過所謂的防碰撞處理來解決卡序列號的數(shù)據(jù)沖突。由于寄存器 ErrorFlag 的CollErr 位當(dāng)檢測到 1 個位沖突時，該位會自動置位，所以在本項目中利用這一點，通過不斷地查詢判斷該 位，直到正確讀取 M1 卡的序列號為止 [5]。為了確保有效的驗證， MFRC500 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 密鑰緩沖區(qū)內(nèi)的密鑰必須是正確的。注：在本項目中，通過不斷查詢該位，用于判斷是否通過驗證。另外， Cryptol中的密鑰已不是 KEYA 了，已經(jīng)變了一個數(shù)據(jù)了，經(jīng)過加密運算后變了內(nèi)容了，變得誰都看不明 白了，不然安全性就沒有保證。 （ 6）對卡的各種 操作 直接對卡進行讀寫增減值操作，也就是通過在 FIFODATA 上寫入命令參數(shù)及數(shù)據(jù)，通過寫命令 IEH 到 COMMAND 寄存器實現(xiàn)。 由于在本項目中 M1卡控制位值采用默認值（ FF078069） ,即校驗 KEYA或 KEYB正確時，允許讀出和寫入數(shù)據(jù)，也可以對塊值進行加減等操作。 顯示電路的軟件程序 顯示程序流程如下圖 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 開 始送 段 碼 首地 址顯 示 緩 沖區(qū) 取 數(shù)讀 段 碼送 顯 示 圖 41 顯示流程 單片共陽極 LED 數(shù)碼管顯示程序如下： MOV PO， OCOH ；顯示數(shù)碼 0 MOV DPTR， TAB ；段碼首地址 MOV A， 30H ；顯示緩沖區(qū)取數(shù) MOVC A， A+DPTR ；讀段碼 MOV PO， A ；送顯示 軟件程序流程圖 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 上 電 初 始 化卡 呼 叫讀 卡 序 列 號YN檢 測碰 撞YN存 卡 序 列 號卡 激 活三 重 驗 證NY執(zhí) 行 各 種卡 操 作開 始 圖 42 軟件程序流程圖 讀卡程序 參見附錄 B（ 讀卡程序 程序） 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 5． 系統(tǒng)仿真 仿真內(nèi)容簡介 本系統(tǒng)采用 protues 和 keil 軟件進行仿真，由于 protues 元件庫的限制，射頻芯片 MFRC500 使用 SRAM 芯片 6255 取代，單片機使用 ATMEGA16，在進行射頻系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)上增加了顯示的仿真， 在 以 彌補缺少部分元件的缺憾。它不僅具有其