【正文】 內(nèi)部地址鎖存和 IRQ 線自動檢測微處理器并行接口的類型 64 Byte發(fā)送和接收 FIFO 緩沖區(qū)面向位和字節(jié)的幀唯的序列號可靠的內(nèi)部非易失性密存儲器連接到 1356MHz 晶振上的內(nèi)部振蕩緩沖器具有優(yōu)化的低相位去抖動在近距離應(yīng)用中，發(fā)送器采用電壓 33V～ 5VMFRC500 適用于各種基于 ISO／ EC 14443A標(biāo)準(zhǔn)要求低成本、小尺寸、高性能以及單電源的非接觸式通信的應(yīng)用場合：計量公共交通終端手持終端板上單元非接觸式 PC 終端非接觸式公用電話等。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為射頻區(qū)和接口區(qū)：射頻區(qū)內(nèi)含調(diào) 制解調(diào)器和電源供電電路，直接與天線連接；接口區(qū)有與單片機(jī)相連的端口，還具有與射頻區(qū)相連的收 /發(fā)器、數(shù)據(jù)緩沖器、防碰撞模塊和控制單元。讀寫器工作時，不斷地向外發(fā)出一組固定頻率的電磁波，當(dāng)有卡靠近時，卡片內(nèi)有一個 LG 串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器的發(fā)射頻率相同，這樣在電磁波的激勵下， LG 諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容充電有了電荷。當(dāng)電容器充電達(dá)到一定電壓值時 ，此電容就作為電源為卡片上的其他電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器發(fā)出的數(shù)據(jù)與保存。 4 讀寫器硬件設(shè)計與制 .1 讀寫器總體構(gòu)思讀寫器的硬 件從功能上來劃分大致可分為幾個模塊，包括 MCU 主控制模塊、天線、模塊、儲存模塊、時鐘模塊、顯示模塊、聲光報警模塊其結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示。單片機(jī)控制 MFRC500 驅(qū)動天線對 MIFARE 卡進(jìn)行讀寫操作 LED 和蜂鳴器聲光報警作為人機(jī)交互接接口， 232 作串口信號轉(zhuǎn)換把數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)。由于單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為使更多的業(yè)內(nèi)人士、學(xué)生、愛好者，產(chǎn)品開發(fā)人員掌握單片機(jī)這門技術(shù)，于是產(chǎn)生單片機(jī)開發(fā)板，比較有名的例如電子人 DZR01A 單片機(jī)開發(fā)板。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和 CPU 集成在一個芯片中，使計 算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。早期的單片機(jī)都是 8 位或 4 位的。此后在 8031 上發(fā)展出了 MCS51 系列單片機(jī)系統(tǒng)。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16 位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。隨著 INTEL i960 系列特別是后來的 ARM 系列的廣泛應(yīng)用，32 位單片機(jī)迅速取代 16 位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。目前，高端的 32 位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過 300MHz，性能直追 90 年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至 1 美元，最高端的型號也只有 10 美元。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用 的 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng)。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計算機(jī)。手機(jī)、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有 12 部單片機(jī)。汽車上一般配備 40 多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機(jī)在同時工作單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過 PC 機(jī)和其他計算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。相當(dāng)于一個微型的計算機(jī)，和計算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了 I/O 設(shè)備。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過 10 元即可，用它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工 作足矣了。它是一種在線式實(shí)時控制計算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機(jī)的（比如家用 PC）的主要區(qū)別。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達(dá)到幾 十 K 的尺寸對于家用 PC 的硬盤來講沒什么，可是對于單片機(jī)來講是不能接受的。在單片機(jī)選型的過程中主要考慮了單片機(jī)的計算速度、處理能力、穩(wěn)定性、定時器和中斷資源、片內(nèi)集成的 ROM 大小等因數(shù)。單片機(jī)作 為計算機(jī)發(fā)展的一個重要領(lǐng)域，應(yīng)用一個較科學(xué)的分類方法。 1）通用型 /專用型 這是按單片機(jī)適用范圍來區(qū)分的。（ 2）總線型 /非總線型 這是按單片機(jī)是否提供并行總線來區(qū) 分的。（ 3）控制型 /家電型 這是按照單片機(jī)大致應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)行區(qū)分的。 顯然，上述分類并不是惟一的和嚴(yán)格的。 單片機(jī)自動完成賦予它的任務(wù)的過程，也就是單片機(jī)執(zhí)行程序的過程，即一條條執(zhí)行的指令的過程，所謂指令就是把要求單片機(jī)執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫下來，這是在設(shè)計人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的，一條指令對應(yīng)著一種基本操作；單片機(jī)所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機(jī)的指令系統(tǒng)，不同種類的單片機(jī)，其指令系統(tǒng)亦不同。存儲器由許多存儲單元（最小的存儲單位）組成，就像大樓房有許多房間組成一樣，指令就存放在這些單元里，單元里的指令取出并執(zhí)行就像大樓房的每個房間的被分配到了唯一一個房間號一樣，每一個存儲單元也必須被分配到唯一的地址號，該地址號稱為存儲單元的地址，這樣只要知道了存儲單元的地址，就可以找到這個存儲單元，其中存儲的指令就可以被取出，然后再被執(zhí)行。 單片機(jī)集成度高。 主要特性如下： 增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)， 6 時鐘 /機(jī)器周期和 12 時鐘 /機(jī)器周期可以任 意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051工作電壓： ～ （ 5V 單片機(jī)） /～ （ 3V 單片機(jī)） 工作頻率范圍： 0～ 40MHz，相當(dāng)于普通8051 的 0～ 80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá) 48MHz 用戶應(yīng)用程序空間為 8K 字節(jié)片上集成 512 字節(jié) RAM通用 I/O 口（ 32 個）復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻。即定時器 T0、 TT21外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 1通用異步串行口（ UART），還可用定時器軟件實(shí)現(xiàn)多個 UART1工作溫度范圍： 40～ +85（工業(yè)級） /0～ 75（商業(yè)級） 1PDIP 封裝 STC89C52RC 單片機(jī)的工作模式掉電模式：典型功耗 A,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原 程序空閑模式：典型功耗 2mA 典型功耗 正常工作模式：典型功耗 4Ma～ 7mA 典型功耗 掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設(shè)備STC89C52RC 引腳功能說明 VCC（ 40 引腳）：電源電壓 VSS（ 20 引腳）：接地 P0 端口（ ～ ， 39～ 32 引腳） ： P0 口是一個漏極開路的 8位雙向 I/O 口。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0 口也可以提供低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線位數(shù)據(jù) 的復(fù)用總線。在 Flash ROM 編在程時， P0 端口接收指令字節(jié)端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時，則輸出指令字節(jié)則輸出指令字節(jié)。 P1 端口（ ～ ， 1～ 8 引腳） ： P1 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。對端口寫入 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。 此外， 和 還可以作為定時器 /計數(shù)器 2 的外部技術(shù)輸入（ ） 和定時器 /計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ）在對 Flash ROM 編程和程序校驗(yàn)時， P1 接收低 8 位地址。 P2 的輸出緩沖器可以驅(qū)動（吸收或輸出電流方式） 4 個 TTL 輸入。P2 作為輸入口使用時，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如 執(zhí)行“ MOVX R1”指令）時， P2 口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（ SFR）區(qū)中的 P2 寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不會改變。 P3 端口（ ～ ， 10～ 17 引腳）： P3 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。對端 口寫入 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。在對 Flash ROM 編程或程序校驗(yàn)時， P3 還接收一些控制信號。當(dāng)輸入連續(xù)兩個機(jī)器周期以上高電平時為有效， 用來完成單片機(jī)單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。特殊寄存器 AUXR（地址 8EH）上的 DISRTO位可以使此功能無效。 ALE/ ROG（ 30 引腳）地址鎖存控制信號 ：（ ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。如果需要，通過將地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位置“ 1” ， ALE 操作將無效。否則 ， ALE 將被微弱拉高。外部程序存儲器選通信號（ SEN）是外部程序存儲器選 SEN（ 29引腳）通信號。 A/VPP（ 31 引腳）訪問外部程序存儲器控制信號。注意加密方式 1 時， A 將內(nèi)部鎖定位 RESET。在 Flash 編程期間， A 也接收 12 伏 VPP電壓。 XTAL2（ 18 引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。在 RF 射頻接口電路中， 圖 3 RF 接口電路主要包括有波形轉(zhuǎn)換模塊，它可將讀寫器發(fā)出的 1356MHz的無線載波調(diào)制頻率接收，一方面 送調(diào)制解調(diào)模塊，另一方面進(jìn)行波形轉(zhuǎn)換，將正弦波轉(zhuǎn)換為方波，然后對其整流濾波，由電壓調(diào)節(jié)模塊對電壓進(jìn)行進(jìn)一步的處理，最終輸出供給卡片上的各電路使用。線接收到卡片的響應(yīng)信號經(jīng)過天線匹配電路送到 MFRC500 的接收引腳 RX，芯片內(nèi)部的接收器對接收信號進(jìn)行解調(diào)、譯碼根據(jù) MFRC500 的典型應(yīng)用電路和系統(tǒng)本身的特點(diǎn)設(shè)計了 射頻接口部分的電路如圖所示。設(shè)計讀寫模塊的天線電路時，分四個部分： EMC 低通濾波器、接收電路、天線匹配電路和天線。這一部分參考了Philips 公司所提供文檔中的推薦電路圖如圖所示 1 高頻濾波電路 圖 46 EMC 濾波電路 EMC 電路射頻識別系統(tǒng)的工作頻率為 ，是由一個石英晶振產(chǎn)生的，同時它還產(chǎn)生更高頻率的諧波，為了確保能夠有效抑制三次，五次和更高次的諧波對信號的干擾作用，需要有一個低通濾波器來濾除這些高次諧波。 MFRC500 的天線引腳 TX TX RX以及參考電壓 VMID 先經(jīng)過 EMC 濾波電路，然后再與天線匹配電路連接。 2 天線及匹配電路為了同非接觸式智能卡通信，讀卡器內(nèi)必須有能發(fā)射和接收射頻信號的天線。因此，對讀卡器天線的構(gòu)造有了三個基本的要求： ? 使天線線圈的電流 i1 最大，用于產(chǎn)生最大的磁通量 ?； ? 功率匹配，以最大程度地利用產(chǎn)生磁通量的可用能量； ? 足夠的帶寬，以無失真地傳送數(shù)據(jù)調(diào)制的載波信號。天線一般設(shè)計為三圈，可以設(shè)計為圓形或者方形天線。表 給出了卡和天線的耦合系數(shù)為 時的天線大小和讀寫距離關(guān)系表。天線的電感通過下列公式計 算： 其中： L―讀卡器天線電感，μ H； I―天線導(dǎo)體長度， cm； D―天線導(dǎo)體寬度， cm； N―天線導(dǎo)體圈數(shù)； P―由天線線圈的技術(shù)而定的 N 的指數(shù)因子。為了給射頻卡提供足夠的能量，天線與卡片間必須實(shí)現(xiàn)耦合，耦合系數(shù)最少為 （耦合系數(shù)為 0 時，即由于距離太遠(yuǎn)或磁屏蔽導(dǎo)致完全去耦；耦合系數(shù)為 1 即全耦合）因此天線線圈采用直徑為 1mm的導(dǎo)線，設(shè)計為三圈的 65mm 54mm 方形天 線此時天線線圈產(chǎn)生的電感，有下列公式計算： L＝ 2 I ln（ 1/D） N 其中： L 為天線電感； I 為環(huán)形導(dǎo)體的長度（即一圈的周長），單位為 cm； D 為導(dǎo)體的寬度，即導(dǎo)線直徑，單位為 mm N 為線圈的圈數(shù)。為了使天線線圈接收的來自芯片天線引腳的射頻信號盡可能減少損失與輻射，采用了如圖所示的天線匹配電路對其進(jìn)行阻抗轉(zhuǎn)換。另外在天線線圈和分壓器之間串一個電容會獲得質(zhì)量更高的信號 MFRC500 的內(nèi)部接收部分使用卡響應(yīng)的負(fù)載波調(diào)制所產(chǎn)生的兩個邊頻帶，內(nèi)部產(chǎn)生的 Vmid 電勢作為 R 管腳的輸入電勢，為了減少干擾，需要在Vmid 管腳連接一個電容到地。 電源電路 考慮到該電流源輸出電壓在 10V 以內(nèi)，單片機(jī)控制系統(tǒng)以及外圍芯片供電采用三端穩(wěn)壓器件，通過全波整流，然后進(jìn)行濾波穩(wěn)壓 根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用需求的特點(diǎn)，存儲器件必須具有掉電后數(shù)據(jù)不丟失的特性。電存儲器的核心技術(shù)是鐵電晶體材料當(dāng)在鐵電晶體材料上加入電場，晶體中的中心原子會沿著電場方向運(yùn)動達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。中心原子能在常 溫、沒有電場的情況下，停留在此狀態(tài)達(dá) 100 年以上。由于整個物理過程中沒有任何原子碰撞，鐵電存儲器有高速讀寫、超低功耗和無限次寫入等特性。一般 EEPROM 的壽命在十萬到～百萬次寫入，而新一代鐵電存儲器已經(jīng)達(dá)到一億次的寫入壽命且不易丟失。 FM24C16的存儲容量為 2048 8bit，共分 8 頁，每頁 256B，工作電壓為 +5V。 SCL 輸入串行時鐘：兩線接口串行時鐘輸入，數(shù)據(jù)在 SCL 的下降沿輸出，數(shù)據(jù)在 SCL 的上沿輸出，需要加上拉電阻。選取它的主要依據(jù)在于：單 5V 電源供電，與讀卡器里其它芯片的工作電壓相同；符合所有 EIA/232E 標(biāo)準(zhǔn)；多路輸入輸出。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號功能及傳送過程。這里只介紹 EIA RS232C（簡稱 232，RS2