ic卡读取与设计毕业论文

毕毕 业业 设设 计计 正文部分 题题 目目 I IC C卡卡读读写写器器的的设设计计 姓姓 名名 方方唯唯程程 学学 号号 2 20 01 12 26 60 07 77 7 系系 部部 理理工工系系 年级专业年级专业 1 12 2级级电电子子信信息息工工程程 指导教师指导教师 彭彭沛沛夫夫 2 20 01 16 6年年 5 5 月月 2 28 8日 摘摘要要 信息领域发展的一个分支 智能卡即 IC Integrated Circuit 卡 本文 介绍一种基于 AT89C51 单片机的射频 IC 卡读写器系统 该系统主要由AT89C51 单片机 射频 IC 卡读写模块 天线及 RS485 通讯接口组成 非接触式 IC 卡又称 射频 IC 卡 是最近几年发展起来的一项新技术 它成功的将射频识别技术与IC 卡技术结合起来 解决了无源 卡中无源 和免接触这一难题 是电子器件领域的一 大突破 具有操作快捷 抗干扰性强 工作距离远 安全性高 便于 一卡多用 等特点 在自动收费 身份识别和电子钱包等领域具有接触式IC 卡所无法比拟的 优越性 具有广阔的市场前景 非接触式IC 卡读卡器是非接触式 IC 卡应用系统 的关键设备之一 本文首先对非接触式 IC 卡进行了 综合概述 详细介绍了其 种类 特点 关键 技术等 并介绍了非接触式 IC 卡的关键技术 射频识别技术 读卡器的硬件设计 包括电源供应电路 LED 状态显示电路 蜂鸣器驱动电路 RS232 通信电路 MCU 的连接 MFRC500 接口电路和读卡器天线这几部分的设计 以及MFRC500 与 MCU 接口电路设计 与电源接口电路设计和与天线射频接口电路设计三个部分 随着射 频技术的推广 IC 卡已经广泛应用于公共交通终端 手持终端 非接触式PC 终 端等各个非接触式通信场合 关键词关键词 射频卡 51 单片机 LCD1602 读写功能 Title Design of IC card reader Abstract A branch of the field of information developments is IC This paper describes a radio frequency based on AT89C52 microcontroller IC card reader system the system consists of AT89C52 microcontroller RF IC card reader modules antennas and RS485 communication interface Non contact IC card also known as IC card RF In recent years developed a new technology it will be the success of radio frequency identification technology and IC card technology together to solve the passive passive card and free access to this difficult problem the field of electronic devices is a major breakthrough Operation with fast strong anti interference distance work safe easy a multi purpose card and so on in the automatic toll collection identification and electronic purse and other fields of contactless IC card can not match the superiority of have broad market prospects Non contact IC card reader non contact IC card application system one of the key equipment In this paper first non contact IC card are summarized on the characteristics of the types of key technology And introduced the non contact IC card technology radio frequency identification technology Reader hardware design including power supply circuit LED status display circuit buzzer driver circuit RS232 communication circuit MCU connection MFRC500 reader antenna interface circuit and the design of these parts as well as with the MCU interface circuit MFRC500 design and Power Interface Circuit Design and RF antenna interface circuit design is in three parts With RF technology promotion IC card has been widely used in public transport terminals handheld terminals non contact PC terminals and other non contact communication applications Keywords Contactless IC Card Read Write Device MF RC500 Radio Frequency Identification 目 录 第一章 绪论 5 1 1 课题研究背景及意义 5 1 2 国内外发展现状 5 1 2 1 射频卡发展与现状 5 1 2 2 LCD 技术发展状况 6 1 2 3 单片机技术发展现状 6 1 3 论文主要内容及章节安排 7 第二章 系统方案设计 7 2 1 系统需求分析 7 2 1 1 系统设计原则 8 2 1 2 系统需求分析 8 2 1 3 硬件需求分析 9 2 2 系统方案设计 9 2 2 1 整体结构设计 10 2 3 2 系统功能设计 10 2 3 本章小结 10 第三章 程序编译环境 12 3 1 开发平台搭建 12 3 1 1 软件安装 12 3 1 2 程序设计以及解释分析 14 第四章 系统硬件设计与实现 15 4 1 射频卡模块介绍 15 4 1 1 射频卡模块选择原则 15 4 2 LCD1602 模块介绍 15 4 3 单片机选型 16 4 3 1 单片机选型 16 4 3 2 STC51 单片机介绍 16 4 3 3 系统实物图 18 第五章 总结与展望 18 5 1 论文工作总结 18 5 2 工作展望 18 致 谢 2 参考文献 25 第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 选题的背景和意义选题的背景和意义 本次我的设计任务是基于非接触式 IC 卡的读写器的硬件部分 非接触式 IC 卡通过 线圈射频感应从读写器获取能量和交换数据 所以又称射频卡 非接触式 IC 卡是根据 射频电磁感应原理产生的 已的读写操作只需将卡片放在读写器附近一定的距离之内就 能实现数据交换 无需任何接触 使用中非常方便 快捷 不易损坏 因此 在公交 门禁 校园 企事业等人事管理 娱乐场所等方面有广泛的应用前景 系统硬件主要包 括微型单片机 AT89C51 MFRC500 时钟电路 匹配电路及接口等外围电路 非接触式 IC 卡读写器以射频识别技术为核心 读写器内主要使用了 1 片 Mifare 卡专用的读写处 理芯片 MMM 微模块 已是一个小型的最大操作即离达 20 30mm 的 Mifare 读 写设各 的核心器件 其功能包括调制 解调 产生射频信号 安全管理和防碰撞机制 读写器 工作时 不断地向外发出一组固定频率的电磁波 13 6MHz 当有卡靠近时 卡片内有 一个 LG 串联谐振电路 其频率与读写器的发射频率相同 这样在电磁波的激励下 LG 谐振电路产生共振 从而使电容充电有了电荷 在这个电容另一端 接有一个单向导电 的电子泵 将电容内的电荷送到另一个电容内存储 当电容器充电达到 2V 时 此电容 就作为电源为卡片上的其他电路提供工作电压 将卡内数据发射出去或接收读写器发出 的数据与保存 IC 卡的全称是集成电路卡 其英文名字为 Integrated Circuit Card 在最开始的时候人们先发明了磁卡 磁卡最早出现在美国 当时美国金融机构发行了塑 料金融交易卡 在这种交易卡的背面贴好磁条 使卡能够自动读取信息并且在线处理卡 内部的信息 因为一张小小的磁卡带来了巨大的方便 而且价格低廉 结构简单 被越 来越多的人们所使用 后来 IC 卡的出现 以其更多的优点取代了磁卡 射频卡卡有着 更高的安全性 灵巧智能化和国际标准化 射频卡功能的强大 使得射频卡卡在各个领 域行业中都被使用 因而发展迅速 在金融 通讯 交通等众多领域中后来居上 即使 那些磁卡己经普及应用的范围也将被取而代之 射频卡不仅改变了现有多种卡的使用方 法和功能作用 还不断开创出新的应用领域 将射频卡和其他设备组成系统就能提供非 常丰富的服务功能 把这些功能与生产或流通领域有机地结合起来 将出现令人意想不 到的奇迹 创造出巨大的经济和社会效益 随着信息技术的发展 射频卡作为一种先进 的信息存储介质 它的应用已经渗透到各国的经济 社会生活 军事等各个方而 将来 更有着广阔的发展空间 IC 卡一开始是一种接触式的卡片系统 只要是接触式的物品 都有一个共同的缺点 就是磨损 随着使用次数的增加 卡上面的芯片就会磨损坏 导致卡失效 影响了交易 的速率 对于用户的使用需求不断的改进 现在已经有了非接触式的 IC 卡 即射频卡 射频卡系统由 IC 卡芯片和感应天线组成 通过无线电波进行卡的读写操作 射频卡的 出现时电子器件领域的一大突破 它将射频识别技术和 IC 卡技术完美的组合在一起 1 21 2 射频卡发展与现状射频卡发展与现状 Philips 公司的 Mifare 技术是当今世界上的主流 在一九九零年该公司的 MFRC 卡 技术诞生了 在一九九四年 MFRC 卡技术被推向了全世界 MFRC 卡技术在 1995 年被 用在公交系统上 最初被实施在英国 法国等国家 马来西亚将 MFRC 卡技术用在了 停车场的收费系统中 在此之后 该公司不断地开发 MFRC 卡技术 现在射频卡被广 泛的用于各个领域 停车场自动收费 公交卡 身份证 银行卡 门禁卡 校园卡等等 我国由于历史的原因 接触现代技术较晚 比较落后 特别是芯片设计生产方 面远远不能与外国人相比 目前国内只有华为一家公司能制作芯片 还被美国等大国在 市场上被打压 也就是说我国对于射频卡的技术认识不足 而且硬件设备也比较短缺 更加造成我国与外国的技术差距 现在我国第二代身份证已经大规模的使用射频卡 身份证中的射频卡是由清华 同方开发的 THR10XX 系列 清华同方还拥有 THR9904 系列的射频卡产品 目前在学 生证 新军官证 公交卡等得到广泛的应用 我国还研制出很多新型的射频卡 比如 SHC1105 该卡可用于安全管理等 因 为它遵循了 ISO IEC15693 协议 所以其安全性很强 还有 FM17XX 系列的射频卡 工 作频率为 13 56MHz 可以支持三种射频的通信协议 即非接触通信协议 而且有加密 算法在里面 这类射频卡适用于各类的数据采集和计费支付卡 而且成本低 内部还具 有大容量的 E2PROM 被广泛的运用到各行各业中 目前我国射频卡还有很大一步要迈出去 射频卡的市场前景广阔 如果我们能 抓住技术上升的机会 这将是我国射频卡技术发展的机遇 1 2 2 LCD 技术发展状况 液晶最早是由奥地利的植物学家发现 被美国一个年轻的电子学者应用到了电子屏 幕行业 由 RCA 公司最早开始研究 当时该公司将其列为企业的重大机密 在一九六几 年 RCA 公司才在广播中报道报道他们的 LCD 技术 后来日本很重视液晶屏幕的使用 实施了一系列的措施 开发了一系列的商品化产品 再加上 RCA 公司的错误决定 液晶 技术开始外流 逐渐液晶技术形成了一个产业 目前我国在 LCD 领域的基础设备方面很薄弱 而且市场占有率大部分也不在中国 不过中国多年来已经积累的很多经验 这是中国发展 LCD 行业一个资本 1 2 3 单片机技术发展现状 在 1976 年英特尔公司研制出 MCS 48 系列 8 位的单片机 标志着单片机的产生 在 1982 年 中国开始使用单片机 新的技术出现在中国引起技术人员的关注 在短短的几 年里 单片机在中国发展开来 各种各样的单片机交流会和协会在中国开始成立 人们 越来越重视单片机的运用 你可以把单片机叫做单片微型电脑或者单片微电脑 现在常 规的单片机普遍都是将中断系统 定时电路 时钟电路集成在一块单一的芯片上 PMW 即脉宽调制电路 随机存取数据存储 即 RAM 只读程序存储器 即 ROM 并行和 串行通信接口 一些技术含量高一些的单片机集成了如 A D 转换器 中央处理器 CPU 看门狗 有些单片机将液晶驱动电路都集成在单一的芯片上 毫无疑问单片机包含的单 元电路越多 功能就越强大 现在还可以联系厂商制作一款特别独有的单片机 现在电 子系列的产品都要求小体积 轻重量并且功耗要低和使用寿命要长 这就要求单片机需 要微型化 现在的发展方向也是这样的 既然是小型的电子设备 低功耗就永远是关 键 现在各种单片机都 CMOS 化 像 80c51 系列的单片机采用了 CHMOS 化和 HMOS 化 使 其具有高速处理和低功耗的优点 可以让它适应干电池供电 由于单片机强大的功能以及小巧 低功耗等优点 使得单片机能够应用于各种 各样的领域 无论是工业控制 家用电器 还是计算机网络和通信领域 医疗设备等 单片机都占着举足轻重的作用 1 31 3 论文主要内容及章节安排论文主要内容及章节安排 课题主要内容是基于射频卡的读写技术和单片机 设计实现通过单片机内部计时来 控制射频卡数据的变化 通过 LCD1602 来实时的展现射频卡内的数据 通过按键来对 射频卡的值进行加减变化 最终设计目标是由 51 单片机 射频卡模块 LCD1602 LED 灯组合起来的系统 论文共分为五章 各章节主要内容如下 绪论 介绍了课题研究的背景及意义 同时介绍了射频卡系统 即射频卡在国内外 发展的现状 LCD 技术发展历程和发展现状以及单片机的发展现状和优势 并对论文章 节进行合理安排 第二章 系统的设计方案 先对射频卡系统进行分析 根据其功能需要再对其余的软 件和硬件进行分析 第三章 蓝牙模块 AT 指令的使用和调试 先介绍蓝牙的使用 再详细的介绍蓝牙之 间的配对链接 重要代码和程序等 第四章 射频卡系统的设计 本章会讲到各个模块的应用 单片机 射频卡等以及整 个电路的设计 第五章 总结与展望 对本次设计作出总结 通过列出在设计过程中发现的问题 作 出改进 2 12 1 系统需求分析系统需求分析 系统的需求分析是方案设计的重点 通过对于目标的需求分析来确定在设计时我们需要 作出的准备 有了明确的要求后 就可以确定我们所需要的技术和资料 由此根据目标 所需来查找相关的文献 来掌握相关的知识 作出合理的方案设计 再作出各个方案后 再根据系统的需求 方案的可行性 确定性 经济性等各方面需要注意的问题来确定最 后的实施方案 2 1 1 系统设计原则 设计系统首先要满足其功能要求 完善各种功能所需要的硬件必定会复杂 所以在 这个问题上我们要考虑到硬件资源的节约 减少成本等经济性的问题 既然是电子设备 成本必然不会便宜 在节约成本的基础上 还要满足系统功能的要求 所以从各个方面 考虑 设计系统时还要考虑到如下几个问题 适用性 射频卡系统是实际生活中的应用 所以一定要实用 对于射频卡的天线模块一 定要有合理的安放位置 液晶屏幕的数据显示也要简单明了 用户能一眼就明白屏幕上 的数据是什么 实时性 本系统基于单片机 射频卡读写技术进行设计 通过天线感应区及时的读取射 频卡中的数据发送到单片机 并且通过液晶屏幕显示 在天线感应区读卡时 要求指示 灯及时的提示 这就要求我们单片机内部数据和定时器的合理化 2 1 1 系统需求分析系统需求分析 首先 射频卡模块分为射频卡和天线感应区 要想读写卡就要让天线感应区捕获到 射频卡 所以天线感应区的位置需要合理的摆放 而且天线感应区必须灵敏 这就要求 插口之间要接触良好 其次 按键操作的功能不能复杂 其功能必须是大众用户可以接受的 多个功能对 用一个按键会使操作复杂化 易出现错误操作 造成不需要的影响 一个按键对应一个 功能或者两个功能就是最好的选择 最后就是 LCD1602 屏幕对于数据的显示需要优化设计 尽可能从简 让普通用户能 够直观的了解上面的内容 2 1 22 1 2硬件需求分析硬件需求分析 在射频卡模块中 用到了 LCD1602 模块 射频卡模块 led 指示灯和按键若干 各个 硬件需要具有良好的性能 经久耐用 1 对于射频卡模块必须要求严格 在天线感应区内必须实时的检测到射频卡 并且 能够读取到卡内的数据 2 选择合适的单片机 伴随着电子技术和计算机技术的发展 单片机的功能也越来 也强大 广泛应用于部队 工业控制等各种控制领域 硬件设计中单片机作为核心部件 极大的影响着信息和数据处理的质量 3 按键需要选择经久耐用的 因为因为在对射频卡进行充值或者扣费的时候需要用 按键来操作 所以按键不可以轻易坏掉 坏掉非技术人员也不好更换 2 22 2 系统方案设计系统方案设计 2 2 12 2 1整体结构设计整体结构设计 射频卡系统有射频卡模块 51 单片机 LCD1602 模块 LED 和按键组成 通过 89c51 系列的单片机处理内部数据 通过射频卡模块进行数据读写和传输 通过 LCD1602 来显 示卡内的数据 通过按键调整卡内的数据 2 3 22 3 2系统功能设计系统功能设计 本系统有两种工作模式 普通模式下 会自动对卡进行扣费 每隔一段时间对卡扣 一次费用 充值模式下 按键可以修改卡内的金额 2 32 3 本章小结本章小结 本章首先对系统进行了整体的需求分析 考虑系统设计时需要注意的问题 然后分 别对射频卡模块需求和系统硬件设计需求进行分析 接下来确定了基本方案 第二节对 系统整体方案进行全面设计 介绍了系统预计实现的功能和基本功能流程图 同时对程 序进行解释分析 总体来说 整个章节确定了系统设计的整体方案 第三章第三章 程序编译环境程序编译环境 3 1 开发平台搭建开发平台搭建 3 1 1 软件安装 软件下载部分如下 接下来具体使用到的环境搭建软件如下 首先在网上下载 keil4 的软件 然后打开下载好的压缩包 双击 MDKV422 EXE 文件 运行 点 NEXT 之后会出现协议框 点击同意然后继续点 NEXT 根据自己的电脑选择好安 装路径 由于电脑的 C 盘是系统盘 所以将 keil4 安装在 D 盘 出现需要填写 name 的 框架随便填写后 继续点击 NEXT 之后等待安装 安装成功后电脑桌面会 keil4 的图片 用管理员的身份运行 现在开始激活软件 激活需要激活证书 点击 FILE 点击 license management 确定后输入 CID 号码 之 后找到注册机存放目录 运行 EXE 文件 在该文件中选择 ARM 然后复制当前的 Generate 的号码 将其粘贴到 New Licence ID Code 中 点击确定 激活成功 3 1 2 程序设计以及解释分析 此系统的控制规则如下 天线感应区检测到卡会自动进行扣费 每隔一段时间扣除一定的金额 并且对卡进 行读写操作 保存数据 射频卡在感应区时 当按键 3 按下后 单片机内部的定时器停 止工作 不会自动进行扣费 当按键 1 按一下后 卡内的金额会增加 10 当按键 2 按一 下后 卡内的金额会减少 10 再次按下按键 3 单片机内部的定时器又开始工作 射频 卡又会自动进行扣费 进行卡的读写操作 保存数据 根据射频卡模块 LCD1602 模块的使用步骤 显示顺序 卡的读写和 LED 的亮灭来 编写程序 首先将各个模块配置好端口 然后进行初始化 lcd init 是用来初始化 LCD1602 模块的程序 ckcsh 是串口初始化函数 PcdReset 用来复位 RC522 PcdAntennaOff 用于关闭天线 PcdAntennaOn 用于开启天线 射频卡要进行读写 需要完成四个步骤 寻卡 防冲突 选卡 读写卡 status1 PcdRequest PICC REQALL g ucTempbuf 该函数返回卡片类型寻天线区内所有的卡 status1 PcdAnticoll g ucTempbuf 改函数用于防冲撞 返回卡片 ID 号 status1 PcdSelect g ucTempbuf 该函数选定卡片 输入卡片 ID 号 status1 PcdAuthState PICC AUTHENT1A 1 DefaultKey g ucTempbuf 用于验证卡的密码 这 里我们用到的卡全都是初始的密码 status1 PcdWrite 1 shuju 函数用于卡的写操 作 status1 PcdRead 1 shuju 该函数用于卡的读操作 定时器的内部计数程序 void time0 interrupt 1 中断服务子程序 TH0 65536 50000 256 给定时器装初值 高八位 TL0 65536 50000 256 给定时器装初值 低八位 tt tt1 if tt 20 tt 0 if biaozhi3 0 shuju 0 shuju 0 5 if tt1 20 tt1 0 if biaozhi3 1 SS 0 功 能 读取 M1 卡一块数据 参数说明 addr IN 块地址 pData OUT 读出的数据 16 字节 返 回 成功返回 MI OK char PcdRead unsigned char addr unsigned char pData char status unsigned int unLen unsigned char i ucComMF522Buf MAXRLEN ucComMF522Buf 0 PICC READ ucComMF522Buf 1 addr CalulateCRC ucComMF522Buf 2 status PcdComMF522 PCD TRANSCEIVE ucComMF522Buf 4 ucComMF522Buf if status MI OK for i 0 i 16 i pData i ucComMF522Buf i else status MI ERR return status 功 能 写数据到 M1 卡一块 参数说明 addr IN 块地址 pData IN 写入的数据 16 字节 返 回 成功返回 MI OK char PcdWrite unsigned char addr unsigned char pData char status unsigned int unLen unsigned char i ucComMF522Buf MAXRLEN ucComMF522Buf 0 PICC WRITE ucComMF522Buf 1 addr CalulateCRC ucComMF522Buf 2 status PcdComMF522 PCD TRANSCEIVE ucComMF522Buf 4 ucComMF522Buf if status MI OK unLen 4 ucComMF522Buf 0 if status MI OK memcpy ucComMF522Buf pData 16 for i 0 i 16 i ucComMF522Buf i pData i CalulateCRC ucComMF522Buf 16 status PcdComMF522 PCD TRANSCEIVE ucComMF522Buf 18 ucComMF522Buf if status MI OK unLen 4 ucComMF522Buf 0 return status lcd wcmd unsigned char cmd 写入指令数据到 LCD while lcd bz rs 0 rw 0 ep 0 nop nop P0 cmd nop nop nop nop ep 1 nop nop nop nop ep 0 lcd pos unsigned char pos 设定显示位置 lcd wcmd pos 0 x80 lcd wdat unsigned char dat 写入字符显示数据到 LCD while lcd bz rs 1 rw 0 ep 0 P0 dat nop nop nop nop ep 1 nop nop nop nop ep 0 第四章第四章 系统硬件设计与实现系统硬件设计与实现 4 14 1 射频卡模块介绍射频卡模块介绍 4 1 14 1 1 射频卡模块射频卡模块 工作电流 13 26mA 直流 3 3V 空闲电流 10 13mA 直流 3 3V 休眠电流 80uA 峰值电流 30mA 工作频率 13 56MHz 支持的卡类型 mifare1 S50 mifare1 S70 mifare UltraLight mifare Pro mifare Desfire 产品物理特性 尺寸 40mm 60mm 环境工作温度 摄氏 20 80 度 环境储存温度 摄氏 40 85 度 环境相对湿度 相对湿度 5 95 射频卡分很多种 根据不同的工作方式 供电方式 载波频率 调制方式 作用距离等 等 可以将射频卡分为很多种类 射频卡有无源卡和有源卡 无源卡指的是卡内部没有 电池 卡利用波束供电技术将接受到的射频能量转化为电流给卡内部的电路供电 所以 无源卡需要作用距离很短 优点是工作环境要求低 而且寿命长 有源卡就是指内有含 有电池 内部有了电池供电 所以它的作用距离比较远 但是缺点也很明显 寿命短 制作成本高 体积大 而且环境适应力差 射频卡还分为主动式和被动式 被动式的 IC 卡发射数据的方式是调制散射的方式 而主动式的射频卡通过自身的射频能量直接发送 数据给读写器 被动式的射频卡需要利用读写器的载波来调制自己的信号 根据这一特 点 这类射频卡可以用于交通或者门禁中 射频识别的技术在飞速发展 其最大的优点就是非接触识别 射频卡能够穿透粉尘 冰 雪以及恶劣环境的影响 而且射频卡的处理速度很快 通常情况下为 100 毫秒左右 4 24 2LCD1602LCD1602 模块功能介绍模块功能介绍 引脚 1 VSS 电源地 引脚 2 VDD 电源正极 引脚 3 VL 液晶显示偏压 即该端口连接一个电位器 通过电位器来调节对比度 引脚 4 RS 数据 命令选择端 该端口为低电平时选择指令寄存器 该端口为高电平 时选择数据寄存器 引脚 5 R W 读 写选择端 该端口为低电平时可以进行写操作 当该端口为高电平时 进行读操作 引脚 6 E 使能端 当使能端由高电平条编导低电平时 液晶执行命令 引脚 7 到 14 为数据端口 引脚 15 背光源的正极 引脚 16 背光源的负极 学过物理的我们知道物质有固态 液态 气态三种型态 如果这些分子是长形的 或 扁形的 即使液体分子质心的排列虽然不具有任何规律性 它们的分子指向也可能有规 律性 所以又液态被我们又细分为许多型态 分子方向没有规律性的液体我们直接称为 液体 而分子具有方向性的液体则称之为 液态晶体 又简称 液晶 液晶产品其 实对我们来说并不陌生 我们常见到的手机 计算器都是属于液晶产品 液晶是在 1888 年 由奥地利植物学家莱尼茨尔 Reinitzer 发现的 是一种介于固体与液体之间 具 有规则性分子排列的有机化合物 一般最常用的液晶型态为向列型液晶 分子形状为细 长棒形 长宽约 1nm 10nm 在不同电流电场作用下 液晶分子会做规则旋转 90 度排列 产生透光度的差别 如此在电源 ON OFF 下产生明暗的区别 依此原理控制每个像素 便可构成所需图像 4 34 3 单片机选型单片机选型 4 3 1 单片机选型 单片机是集成了 CPU 存储器 输入 输出等功能的微型处理器 具有较强的处理能 力 系统基于 C S 模式设计 AP 服务器服务器承担较少的任务 对服务器的性能 处理速度和外设要求较低 AP 服务器需要与 WIFI 模块采用串口方式进行通信 因此 本系统设计中主要用到单片机的资源有串口 硬件 PWM 等资源 同时定 时器和中断也是系统中必不可少的功能 而在单片机处理速度方面要求不高 一般单片 机均能满足处理速度的要求 下表对比目前市场上广泛应用的价格相近的 51 PIC AVR 等各类单片机性能 做出单片机选择 由上表可以看出 51 系列单片机在内部配置上满足系统要求 有较丰富的资源 同 时 51 系列单片机在价格比较低 因此 系统开发中选择 51 系列单片机作为主控制器 4 3 2 STC51 单片机介绍 1 AT89C2051 性能及特点 AT89C2051 以下简称 2051 是一种低功耗 高性能的 8 位 CMOS 微控制器芯片 片 内带 2KB 的快闪可编程及可擦除只读存储器 FPEROM 它与 MCS 51 指令系统兼容 片内 FPEROM 允许对程序存储器在线重新编程 也可用常规的 EPROM 编程器编程 ATMEL 的 205l 将具有多种功能的 8 位 CPU 与 FPEROM 结合在同一芯片上 为很多嵌入式控制应 用提供了高度灵活且价格适宜的方案 2051 还增加了在零频下工作的静态逻辑方式及两种软件可选的省电模式 其中 在 闲置模式下 CPU 停止工作 但 RAM 定时器 计数器 串行口和中断系统仍然在工作 在掉电模式下 只保存 RAM 的内容 振荡器停振 关闭芯片的所有其他功能 直到下一 次硬件复位为止 2 AT89C2051 主要性能 1 与 MCS 5l 产品兼容 2 2KB 的在线可重复编程快闪存储器 寿命可达 1000 次写 擦除周期 3 宽工作电容范围 2 7V 6V 4 全静态工作方式 0Hz 24MHz 5 两级程序存储器加密 6 128 8 位 SRAM 7 15 条可编程 I O 线 8 2 个 16 位定时器 计数器 9 5 个中断源 10 可编程串行通道 11 可直接驱动 LED 12 有片内精密模拟比较器 具备低功耗的闲置与掉电模式 3 AT89C2051 的引脚图及其引脚功能 AT89C2051 的引脚图如图 2 1 所示 图 4 3 2 AT89C2051 引脚图 AT89C2051 各脚功能说明如下 VCC 电源电压 GND 地 P1 口 P1 口是一个 8 位双向 I O 口 口引脚 P1 2 P1 7 提供内部上拉电阻 P1 0 和 P1 1 要求外部上拉电阻 P1 0 和 P1 1 还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入 ANI0 和反相输入 AIN1 P1 口输出缓冲器可吸收 20mA 电流并能直接驱动 LED 显示 当 P1 口引脚写入 1 时 其可用作输入端 当引脚 P1 2 P1 7 用作输入并被外部拉低 时 它们将因内部的写入 1 时 其可用作输入端 当引脚 P1 2 P1 7 用作输入并被 外部拉低时 它们将因内部的上拉电阻而流出电流 P3 口 P3 口的 P3 0 P3 5 P3 7 是带有内部上拉电阻 的七个双向 I O 口引脚 P3 6 用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用 I O 引脚而不可访问 P3 口缓冲器可吸收 20mA 电流 当 P3 口写入 1 时 它们被内部上拉电阻拉高并可用作 输入端 用作输入时 被外部拉低的 P3 口脚将用上拉电阻而流出电流 P3 口还用于实现 AT89C2051 的各种第二功能 P3 的第二功能如表 4 3 2 所示 表 3 1 P3 口的第二功能 引脚口功 能 P3 0 RXD 串行输入端口 P3 1 TXD 串行输出端口 P3 2 INT0 外中断 0 P3 3 INT1 外中断 1 P3 4 T0 定时器 0 外部输入 P3 5 T1 定时器 1 外部输入 P3 口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号 RST 复位输入 RST 一旦变成高电平所有的 I O 引脚就复位到 1 当振荡器 正在运行时 持续给出 RST 引脚两个机器周期的高电平便可完成复位 每一个机器周 期需 12 个振荡器或时钟周期 XTAL1 作为振荡器反相器的输入和内部时钟发生器的输入 XTAL2 作为振荡器反相放大器的输出 4 3 3 系统实物图 1 调试过程 系统调试是在实验室进行的 它是从设计向应用转化的关键一步 需要大量调 试 才可能使系统运行正常 主要测试的内容有 1 读卡器的基本功能如 系统时钟显示 非法卡报警等 2 系统软件的功能模块测试 3 RC500 读 写卡功能模块测试 2 调试中发现的问题与解决方法 在测试上述三项内容过程中 曾经出现过一些问题 读卡器与卡片不能进行正常的通信 在调试过程中 当有卡进入天线范围内时 读写器却不能正常的与之进行数据交换 读不到卡片的信息 这个问题产生的原因 有很多 可能是 RC500 软件设计上的问题 也可能是天线设计的问题 最后在指 导老师的帮助下 经过自己的努力找到了问题的所在 原来是天线匹配电路不合适 通过对匹配电路上电阻 电容的适当调整 使问题得到了解决 调试的图如图所示 第五章第五章 总结与展望总结与展望 本课题利用了单片机技术 射频卡的读写技术以及液晶屏幕的程序操作 作为一个 系统在设计时可能要考虑到诸多因素 每一个细节上 都可能出现意想不到的事情 有 时一个小小的问题 要花好多的时间和精力 需要耐心和恒心 经过努力 该系统设计 已经完成 实际测试证明系统已能达到设计要求 然而本论文论述的非接触式智能卡系统还有很多方面需要进一步提高 针对论文中 所述 主要有以下几个方面 1 读写装置与 PC 机之间的通信接口可以采用 USB 接口 采用 USB 接口外设支持 热插拔 并且在和计算机之间的传输速率远比 RS232 和标准并行接口高 2 本论文中给出的程序 还需进一步的优化 减少其大小 提高程序执行效率 通过对系统的软硬件设计和调试过程 积累了不少实际经验 开拓了了思维 为今 后在这方面的工作打下了较为坚实的基础 本文还有很多不足之处 恳请专家和老师批 评并指正 在本系统的开发应用过程中 由本人独立完成智能 IC 卡读写器的设计 但 是 由 于本人经验 知识积累的欠缺 本设计还存在很多不足和欠缺 但是 智 能 IC 卡读写器还是应用特别的广泛 此次的设计还是比较实用 基本实现了预期目标 本次设计结束了我的大学生涯 它是具有标志性的 它不仅仅是一次毕业论文设计 在 设计中我通过实践 掌握了更多的专业知识 由于亲自动手实践 查阅了大量有关于 IC 卡 51 单片机的资料 更加深刻的记忆其中的内容 在设计中培养动思维