智能IC卡收费器的设计

1、智能IC卡收费器的研究与设计 摘要：本论文系统是以 STC89C52 单片机为核心，配合射频读卡模块，显示电路等组成的控制系统。当 IC 卡靠近射频 RC522 模块时，单片机通过 SPI 通信控制 RC522，使其读取 IC 卡里面的某个地址的数据，然后对数据进行处理后，在通过 SPI 通信写入到 IC 卡里，这样就完成了一次读写过程，使数据保存在 IC 卡里，掉电也不丢失。该系统具有灵活性强，易于操作，可靠性高等优点，将会有更广阔的开发前景。关键词：IC 智能卡;单片机;射频读卡模块 中图分类号：TM93The Intelligent IC Research And DesignAbstr

2、act: The system is based on STC89C52 single chip microcomputer as the core,combined with RF card reader module ,display circuit,and control circuit .When close to the RF RC522 IC card module,microcontroller through the SPI communication control RC522,to read the IC card inside an address data,then c

3、arries on processing to the data,in writing to the Cary IC through the SPI communication,so that the completion of a read and write process,so that the data is stored in the IC Cary,power down is not the loss of. This system has the flexibility,easy operation,high reliability,there will be more broa

4、d development prospects.Key words: IC smart card;single chip; RF card reader moduleCLC number: TM93 目目 录录引 言 .11 绪论 .21.1 作品的背景 .21.2 作品概述 .21.3 本文主要结构安排 .32 方案的论证 .32.1 智能 IC 卡收费器的总体框图 .32.2 读卡芯片的选取 .32.3 显示屏的选取 .52.4 指示灯的选取 .63 系统主要器件选用与介绍 .63.1 主控器件 STC89C52 .73.2 智能 IC 卡 .83.3 显示器件 LCD1602 .123.

5、4 射频读卡器 MF RC522 .143.5 稳压器 AMS1117 .164 系统硬件电路设计 .174.1 主控电路 .174.2 读写电路 .174.3 显示电路 .184.4 电源电路 .185 软件电路设计 .195.1 程序总流程图 .195.2 读卡器 MF RC522 程序设计 .205.3 LCD1602 显示程序设计 .216 系统调试与测试结果分析 .227 总结与展望 .248 参考文献 .250智能 IC 卡收费器研究与设计 引 言IC 卡的出现和发展，它将进一步推动人类经济活动支付体系的革命性变革，并将成为 21 世纪人类最重要、最便利、最不可或缺的工具。当今，I

6、C 卡已逐渐广泛地应用于金融、医疗卫生、社会保险、工商税务、电信、交通管理、智能建筑等各类领域。IC 卡读写器是 IC 卡与应用系统间的桥梁，它连接在 IC 卡与 PC 机之间，承担信息识别、传送、处理任务。随着 IC 卡在社会经济各领域广泛应用的需求，与各类 IC 卡适配的 IC 卡读写器应运而生，发展迅速快。IC 卡按卡与外界数据传送的形式不同，分为接触式 IC 卡和非接触式 IC 卡。接触式IC 卡通过 8 个触点从读写器获取能量和交换数据，非接触式 IC 卡通过射频感应从读写器获取能量和交换数据，所以非接触式 IC 卡又叫射频卡。现在常见的是接触式 IC 卡，这类卡的读写操作速度较慢，

7、在公交、考勤等需要频繁。读写卡的场合就很不方便，而且 IC 卡的触点暴露在外，容易损坏和搞脏而造成接触不良。非接触式 IC 卡是根据电磁感应原理产生的，它的读写操作只需卡片放在读写器附近的一定距离之内就能实现数据交换，无需任何接触，使用非常方便、快捷，不易损坏，因此，在公交、门禁、校园、企事业人事管理等方面有广泛的应用前景。目前，我国引进的射频 IC 卡主要有 PHILIPS 公司的 Mifare1 和 ATMEL 公司的 Temic 卡. 而 PHILIPS 公司的 Mifare1 卡现在是市场的主流产品,应用越来越广. 其典型型号为 Mifare1 S50 ,它有 1 K 字节 E2PRO

8、M 用于存放数据,分成 16 个区,每个区都有自己的密码,完善的安全机制使之具有一卡多用性.本文是以 STC89C52 单片机为核心设计的智能 IC 卡收费器。1 绪论1.1 作品的背景 射频识别(Radio Frequency Identification，简称 RFID)技术是 20 世纪 90 年代开始兴起的一种天线的，非接触方式的自动识别技术，是近几年来发展的前沿科技项目。1该技术主要是利用无线射频方式进行非接触式的通信，实现对被识别物体的自动识别。射频识别技术的显著优点在于非接触性，因此完成识别工作时无需人工干预，能够实现识别自动化且不易损坏；可识别高速运动物体并可同时识别多个射频标

9、签，操作快捷方便；射频标签不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，且可以穿透非金属物体进行识别，抗干扰能力强。RFID 技术与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。研究 RFID 产业对提升社会信息化水平、促进经济可持续发展、提高人民生活质量、增强公共安全与国防安全等方面产生深远影响，具有战略性的重大意义。 射频卡又叫非接触式 IC 卡，诞生于 90 年代初，是世界上最近几年发展起来的一项新技术，它成功地将射频识技术和 IC 卡技术结合起来，解决了无源(卡中无电源)和免接触这一难题，是电子器件领域 的一大突破。由于存在着磁卡和接触式 IC 卡不可比拟的优点，使之一经问世，便立即

10、引起广泛的关注，并以惊人的速度得到推广应用。射频卡与接触式 IC 卡相比较，非接触式卡具有以下优点：可靠性高，操作方便，快速，防冲突非接触式卡中有快速防冲突机制，能防止卡片之间出现数据干扰，可以适合于多种应用加密性能好。随着社会的不断向前推移，人们生活水平的不断提高，也就意味着人们的消费水平也有了很大的提高，商家的收费系统也有很大的改进，应用于生活中许多消费控制系统中，如汽车消毒收费系统，公交刷卡，售饭收费系统，门禁，电梯刷卡系统，交通收费，停车收费等。1.2 作品概述本文作品是以 STC89C52 单片机为核心，配合射频读卡模块，显示电路、电源电路等组成的控制系统。当 IC 卡靠近射频 RC

11、522 模块时，单片机通过 SPI 通信控制 RC522，使其读取 IC 卡里面的某个地址的数据，然后对数据进行处理后，在通过 SPI 通信写入到IC 卡里，这样就完成了一次读写过程，使数据保存在 IC 卡里，掉电也不丢失。该作品具有灵活性强，易于操作，可靠性高等优点，将会有更广阔的开发前景。 1.3 本文主要结构安排 本文是智能 IC 卡收费器设计，主要结构安排如下：第一章为绪论，主要介绍了该智能 IC 卡收费器设计的背景知识，对系统整体作了一2个概述，包括实现的功能，设计的关键问题，器件的选取。第二章是方案论证，主要论证了读写芯片模块的选取和显示电路部分的选取，分别提出了几种方案，经比较分

12、析，选取了一种最优方案。读卡芯片模块选用 MF RC522，显示电路选取的是 LCD1602 和 LED 灯。第三章主要讲述的是系统主要器件的选用与介绍，包括核心部件 STC89C52，射频卡 IC 卡，射频读卡芯片 MF RC522，显示器件 LCD1602，稳压器 AMS117，介绍了它们的工作原理。第四、五章为本文的核心章节，就本系统的软硬件进行了详尽地介绍，包括各功能模块的硬件电路设计和软件程序流程图，同时在第五章的开头部分，给出了系统程序的总程序流程图。第六章为调试部分，介绍调试方案，如何一步步实现该系统的功能。第七章对全文进行了总结和展望，分析了该系统的特点，并指出该文的不足之处和

13、需要完善的地方。2 方案的论证2.1 智能 IC 卡收费器的总体框图作品打算是以 STC89C52 单片机为核心，配合射频读卡模块，显示电路、电源电路等组成的控制系统。作品的总体框图如图 1 所示： 图 1 智能IC 卡收费器总体框图2.2 读卡芯片的选取2.2.1 MF RC522MF RC522 是应用于 13.56MHz 非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中的一员。是 NXP 公司针对“三表”应用推出的一款低 电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片，是智能仪表和便携 式手持设备研发的较好选择 。3MF RC522 利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在 13.56MHz 下所有类型

14、的被动非接触式通信方式和协议。支持 ISO14443A 的多层应用。其内部发送器部分可驱动读写器天线与 ISO 14443A/MIFARE 卡和应答机的通信，无需其它的电路。接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于处理 ISO14443A 兼容的应答器信号。数字部分处理 ISO14443A 帧和错误检测（奇偶 &CRC）。此外，它还支持快速 CRYPTO1 加密算法，用于验证 MIFARE 系列产品。MFRC522 支持 MIFARE?更高速的非接触式通信，双向数据传输速率高达 424kbit/s。2.2.2 MF RC500MF RC500 是应用于 13.56MHz 非接

15、触式通信中高集成读卡 IC 系列中的一员。该读卡 IC 系列利用先进的调制和解调概念，完全集成了在 13.56MHz 下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。MF RC500 支持 ISO14443A 所有的层，内部的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动操作近距离的天线（可达 100mm）；接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于 ISO14443 兼容的应答器信号；数字部分处理ISO14443A 帧和错误检测（奇偶&CRC）。此外，它还支持快速 CRYPTOI 加密算法，用于验证 Mifare 系列产品。方便的并行接口可直接连接到任何 8 位微处理器，给读卡器/终端的

16、设计提供了极大的灵活性。MF RC500 可方便的用于各种基于 ISO/IEC 14443A 标准并且要求低成本、小尺寸、高性能以及单电源的非接触式通信的应用场合。MF RC500 内部包括并行微控制器接口、双向。FIFO 缓冲区、中断、数据处理单元、状态控制单元、安全和密码控制单元、模拟电路接口及天线接口。MF RC500 的外部接口包括数据总线、地址总线、控制总线(包含读写信号和中断等)和电源等。MF RC500的并行微控制器接口自动检测连接的 8 位并行接口的类型。它包含一个易用的双向 FIFO缓冲区和一个可配置的中断输出,为连接各种 MCU 提供了很大的灵活性。即使采用成本非常低的器件

17、也能满足高速非接触式通信的要求。数据处理部分执行数据的并行串行转换。支持的帧包括 CRC 和奇偶校验。MF RC500 以完全透明的模式进行操作因而支持 IS014443A 的所有层。状态和控制部分允许对器件进行配置以适应环境的影响,并将性能调节到最佳状态。当与 Mifare Standard 和 Mifare 通信时,使用高速 CRYPTOI 流密码单元和一个可靠的非易失性密匙存储器。模拟电路包含一个具有阻抗非常低的桥驱动器输出的发送部分。这使得最大操作距离可达 100 mm，接收器可以检测到并解码非常弱的应答信号。42.2.3 MF RC530MF RC530 是应用在 13.56MHz

18、的高集成度非接触式读写芯片，集成 13.56MHz 下的各种被动非接触式通信方法和协议，支持 ISO/IEC14443 的多层应用。其发送部分可直接驱动天线，工作距离 100mm；接收部分拥有坚固而有效的解调和解码电路，以实现对ISO/IEC14443 标准信号的预处理。其数据处理部分可以处理符合 ISO/IEC14443 协议的数据帧和错误检测（CRC 和奇偶校验），支持快速 CRYPTO1 加密算法，用于 Mifare 经典产品的安全认证。方便的并行接口可以直接连接到任何 8 位微处理器，这样给读卡器/终端的设计提供类极大的灵活性。比较以上三种类型读卡芯片，MF RC522 具有明显的优点

19、，因此本设计的读卡芯片最终采用 MF RC522。2.3 显示屏的选取2.3.1 LCD16021602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义 CGRAM，显示效果也不好）。1602液晶显示器是基于其体积小、功耗低、显示操作简单、编程相对简单的特点。2.3.2 LCD128X64带中文字库的 128X64 是一种具有 4 位/8 位并行、2

20、 线或 3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体 中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864, 内置 8192 个 16*16 点汉字，和 128 个 16*8 点 ASCII 字符 集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84 行 1616 点 阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶 显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。 比较以上两种类型显示屏，LCD1602 具有便宜、性价比高的优点，

21、因此本设计的显5示屏最终采用 LCD1602。2.4 指示灯的选取2.4.1 用蜂鸣器作指示灯 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“ZZG”、“LB”、“JD”等）表示。 当 IC 卡靠近射频 RC522 模块时，单片机通过 SPI 通信控制 RC522，使其读取 IC 卡里面的某个地址的数据，然后对数据进行处理后，在通过 SPI 通信写入到 IC 卡里，这时蜂鸣器响

22、一下。2.4.2 用 LED 灯作指示灯 发光二极管简称为 LED。由含镓（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成。 当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。因化学性质又分有机发光二极管OLED 和无机发光二极管 LED。 当 IC 卡靠近射频 RC522 模块时，单片机通过 SPI 通信控制 RC522，使其读取 IC 卡里面的某个地址的数据，然后对数据进行处理后，在通过 SPI 通信写入到 IC 卡里，这时LED 灯闪一下。

23、对比以上两种方案，用蜂鸣器噪声有点大，性价比不高，因此用 LED 灯比较好一些。3 系统主要器件选用与介绍3.1 主控器件 STC89C52STC89C52 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。STC89C52 使用经典的 MCS-51 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统6可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。3.1.1 STC89C52 的标准功能1234567891011121

24、3141516171819204039383736353433323130292827262524232221 T2/P1.0 T2EX/P1.1 P1.2 P1.3P1.4P1.5P1.6 P1.7 RST RXD/P3.0TXD/P3.1INT0/P3.2INT1/P3.3 T0/P3.4 T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7XTAL2XTAL1GNDVCCP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7EA/VPPALE/PROGPESNP2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P

25、2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8 图 2 STC89C52 的引脚图具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，3 个 16 位定时器/计数器，4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡

26、器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35MHz，6T/12T 可选。3.1.2 STC89C52 的主要特性STC89C52RC 单片机:8K 字节程序存储空间；512 字节数据存储空间；内带 4K 字节 EEPROM 存储空间;可直接使用串口下载；AT89S52 单片机:8K 字节程序存储空间；256 字节数据存储空间；7自带 2KB 的 EEPROM 存储空间;3.1.3 STC89C52 的器件参数（1） 增强型 8051 单片机，6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可以任意 选择，指令代码完全兼容传统 8051.2 （2） 工作电压：5.5V

27、3.3V（5V 单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机）（3）工作频率范围：040MHz，相当于普通 8051 的 080MHz，实际工作 频率可达 48MHz（4） 用户应用程序空间为 8K 字节（5） 片上集成 512 字节 RAM（6） 通用 I/O 口（32 个），复位后为：P0/P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。（7） ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程 序，数秒即可完成一片

28、（8） 具有 EEPROM 功能（9） 共 3 个 16 位定时器/计数器。即定时器 T0、T1、T2（10)外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒(11) 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个 UART(12) 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）(13) PDIP 封装3.2 智能 IC 卡IC 卡 (Integrated Circuit Card，集成电路卡)，也称智能卡(Smart card)、智慧卡(Intelligent card)、微电路卡(Microcircuit card)

29、或微芯片卡等。它是将一个微电子芯片嵌入符合 ISO 7816 标准的卡基中，做成卡片形式。3.2.1 IC 卡的主要指标IC 卡与读写器之间的通讯方式可以是接触式，也可以是非接触式。根据通讯接口把IC 卡分成接触式 IC 卡、非接触式 IC 和双界面卡（同时具备接触式与非接触式通讯接口）8。IC 卡的主要指标: 容量为8K位EEPROM 分为16个扇区，每个扇区为4块，每块16个字节,以块为存取单位 每个扇区有独立的一组密码及访问控制 每张卡有唯一序列号，为32位 具有防冲突机制，支持多卡操作 无电源，自带天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路 数据保存期为10年，可改写10万次，读无限次 工作

30、温度：-2050(湿度为90%) 工作频率：13.56MHZ 通信速率：106 KBPS 读写距离：10 cm以内（与读写器有关） 3.2.2 IC 卡的结构M1 卡片的存储容量为 8192 bit X 1 位字长(即 1KX8 位字长)，采用 EEPROM 作为存储介质，整个结构划分为 16 个扇区，编为扇区 015。每个扇区有 4 个块(Block)，分别为块 0，块 1，块 2 和块 3。每个块有 16 个字节。一个扇区共有 16 Byte X4=64 Byte。每个扇区的块 3(即第四块)包含了该扇区的密码 A(6 个字节)、存取控制(4 个字节)、密码B(6 个字节)，是一个特殊的块

31、，称为控制块，。其余三个块是一般的数据块。数据块有两种应用方法，一种是用作一般的数据保存用，直接读写。另一种用法是用作数值块，可以进行初始化值、加值、减值、读值的运算。系统配用相应的函数完成相应的功能。但扇区 0 的块 0 是特殊的，是厂商代码，已固化，不可改写。扇区存储结构 M1卡分为16个扇区，每个扇区由4块（块0、块1、块2、块3）组成，（我们也将16个扇区的64个块按绝对地址编号为063，存贮结构如表1所示： 9 表1 存储结构 绝对地址 存放厂商代码 已固化 块 0 数据块 0 扇区 0 块 1 数据块 1 块 2 数据块 2 块 3 控制块 3 块 0 数据块 4 扇区 1 块 1

32、 数据块 5 块 2 数据块 6 块 3 控制块 7 块 0 数据块 60 扇区 15 块 1 数据块 61 块 2 数据块 62 块 3 控制块 63 数据块可作两种应用： 用作一般的数据保存，可以进行读、写操作。用作数据值，可以进行初始化值、加值、减值、读值操作。 每个扇区的块3为控制块，包括了密码A(6字节)、存取控制（4字节）、密码B（6字节） 具体结构如图3： A0 A1 A2 A3 A4 A5（密码 A） FF 07 80 69 （存取控制） B0 B1 B2 B3 B4 B5（密码B） 图3 扇区结构 每个扇区的密码和存取控制都是独立的，可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。

33、存取控制为4个字节，共32位，扇区中的每个块（包括数据块和控制块）的存取条密码 A 存取控制 密码 B密码 A 存取控制 密码 B 密码 A 存取控制 密码 B10件是由密码和存取控制共同决定的，在存取控制中每个块都有相应的三个控制位,定义如表2： 表2控制位定义 三个控制位以正和反两种形式存在于存取控制字节中，决定了该块的访问权限（如 进行减值操作必须验证 KEY A，进行加值操作必须验证 KEY B，等等）。* 块 0、1、2 的存取控制与块 3 的存取控制不同(a)数据块（块 0、块 1、块 2）的存取控制如下： 表 3 数据块存取控制控制位（X=0，1，2）访问条件（对数据块 0，1，

34、2）C1XC2XC3XReadWriteIncrementDecrement,transfer,Restore000KeyABKeyABKeyABKeyAB010KeyABNeverNeverNever100KeyABKeyBNeverNever110KeyABKeyBKeyBKeyAB001KeyABNeverNeverKeyAB011KeyBKeyBNeverNever101KeyBNeverNeverNever111NeverNeverNeverNever(b)控制块块 3 的存取控制与数据块（块 0、1、2）不同，它的存取控制如下 表 4 控制块块 3 的存取结构密码 A存取控制密码

35、BC13C23C33ReadWriteReadWriteReadWrite000NeverKeyABKeyABNeverKeyABKeyAB010NeverNeverKeyABNeverKeyABNever块0：C10C20C30块1：C11C21C31块2：C12C22C32块3：C13C23C3311100NeverKeyBKeyABNeverNeverKeyB110NeverNeverKeyABNeverNeverNever001NeverKeyABKeyABKeyABKeyABKeyAB011NeverKeyBKeyABKeyBNeverKeyB101NeverNeverKeyABKe

36、yBNeverNever111NeverNeverKeyABNeverNeverNever3.2.3 IC 卡的工作原理 IC卡卡片的电气部分只由一个天线和ASIC组成。 天线：卡片的天线是只有几组绕线的线圈，很适于封装到IS0卡片中。 ASIC：卡片的ASIC由一个高速（106KB波特率）的RF接口，一个控制单元和一个 8K位EEPROM组成。读写器向M1卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷，在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存，当所积累的

37、电荷达到2V时，此电容可做为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。 3.3 显示器件 LCD1602工业字符型液晶，能够同时显示 16x02 即 32 个字符。（16 列 2 行）1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义 CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD 是指显示的内容为 16X2,即可以显示两

38、行，每行 16 个字符液晶模块（显示字符和数字）。3.3.1 LCD1602 的管脚功能1602 型液晶的外观如图 4 所示。l602型液晶的接口信号说明如表5所列：12 表 5 l602 型液晶接口信号说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据口2VDD 电源正极10D3数据口3VEE液晶显示偏压信号11D4数据口4R/S数据/命令选择端(H/L)12D5数据口5R/W读写选择端(H/L)13D6数据口6E 使能信号14D7数据口7D0数据口15BLA背光电源正极8D1数据口16BLK背光电源负极RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。RW为读写信

39、号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。E端为使能端。D0D7为8位双向数据线。3.3.2 LCD1602的主要技术参数1602液晶主要技术参数如表6所列： 图 4 1602 芯片外观图13 表6 1602液晶主要技术参数表显示容量162个字符芯片工作电压4.55.5V工作电流2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压5.0V字符尺寸2.954.35(WH)mm3.4 射频读卡器MF RC522MF RC522 是应用于13.56MHz 非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中的一员。是NXP公司针对“三表”应用 推出的一款低 电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片，是智能仪表和便携 式手持

40、设备研发的较好选择。3.4.1 MF RC522 的管脚功能 3231302928272625MF RC522123456782423222120191817910111213141516 VC PVDDDVDDDVSSPVSS NRSTPDMFIN FMOUT TX1 SDA IRQTX1TVSSSVDDTVDDTX2TVSS AVDDVMIDOSCOUTOSCINAUX2AUX1AVSSRXEAD7D6D5D4D3D2D1 图 5 MF RC522 引脚图I 输入 O 输出 电源 表 7 MF RC522 的管脚功能符号类型描述OSCINI晶振输入：振荡器的反向放大器的输入。它也是外部产生

41、的时钟的输入（fosc=27.12MHZ）.14IRQO中断请求：输出，用来指示一个中断事件。SIGINI信号输入SINOUTO信号输出TX1O发送器 1：传送调制的 13.56MHZ 的的能量载波信号TVDDPWR发送器电源：给 TX1 和 TX2 的输出级供电TX2O发送器 2：传送调制的 13.56MHZ 的的能量载波信号TVSSPWR发送器地：给 TX1 和 TX2 的输出级供电D0I/OD1I/OD2I/OD3I/OD4I/OD5I/OD6I/OD7I/O数字地不同接口地数据管脚（测试端口 I*IC,SPI,UART）SDAI串行数据线EAI外部地址：该管脚用来编码 I*IC 地址I

42、2CII*IC 使能DVDDPWR数字电源AVDDPWR模拟电源AUX1OAUX2O辅助输出：这两个管脚用于测试AVSSPWR模拟地RXI接收器输入：接受管脚 RF 信号管脚VMIDPWR内部参考电源：该管脚提供内部电压NRSTPDI不复位和掉电：管脚为低电平时，切断内部电源吸收，关闭振荡器，断开输入管脚与外部电路的连接。管脚的上升沿来启动内部复位阶段。OSCOUTO晶振输出振荡器的反相放大器的输出15TESTPIN不连接：三态管脚PVDDPWR管脚电源PVSSPWR管脚电源地3.4.2 MF RC522芯片相关功能介绍电池微控制器RSC522射频卡读卡器非接触式卡 图 6 MF RC522

43、的读写功能读卡器卡（数据从 MFRC522 发送到卡）/读卡器一方的调制，位编码卡读卡器（接受卡的数据）/卡一方的调制，位编码3.5 稳压器 AMS1117AMS1117 是一个正向低压降稳压器，在 1A 电流下压降为 1.2V。AMS1117 有两个版本，固定输出版本和可调版本，固定输出电压为1.5V、1.8V、2.5V、2.85V、3.0V、3.3V、5.0V,具有 1%的精度；固定输出电压 1.2V 的精度为 2%。AMS1117 内部集成过热保护和限流电器，是电池供电和便携式计算机的最佳选择。3.5.1 AMS1117 的基本参数绝对最大额定值：工作结温范围：-40125C 输入电压：

44、15V 焊接温度（25 秒）：265C 存储温度：- 65150C电气特性：输出电压：3.2673.333V（0= IOUT=1A , 4.75V=VIN=12V）线路调整（最大）：10mV（4.75V=VIN=12V）负载调节（最大）：15mV（VIN=5V，0= IOUT=1A）电压差（最大）：1.3V 电流限制：9001500mA 静态电流（最大）：10mA 纹波抑制（最小）：60dB164 系统硬件电路设计4.1 主控电路主控电路由 STC89C52、排阻和晶振电路组成。晶振电路由 2 个 30pf 瓷片电容和 1个 12M 晶振组成。STC89C52 作为作品的中央处理器，对读卡器读

45、入的数据进行处理，再将数据通过显示屏显示出来。单片机 STC89C52 的 f 是 12MHz。因为作品用到单片机 STC89C52 的P0 口，而且 P0 口需接外电阻，才能输出数据，所以单片机 STC89C52 的 P0 口接了排阻。具体电路图如下： 图 7 主控电路图4.2 读写电路读写电路由智能IC卡和读写器MF RC522组成。读写器向M1卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷，在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存，当所积累的电荷达到

46、2V时，此电容可做为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。读写器读入的数据通过单片机STC89C52的P1口输入。具体电路图如下： 17 图 8 读写电路图4.3 显示电路显示电路由 LCD1602 和 LED 灯组成。单片机 STC89C52 的 P0 口接显示屏LCD1602 的接口，用显示屏 LCD1602 显示 IC 卡里面的数据。单片机 STC89C52 的 P2.0接 LED 灯，用 LED 灯作为指示灯。具体电路图如下： 图 9 显示电路图4.4 电源电路电源电路主要是稳压器 AMS1117。因为读卡器的工作电压是 3.3V，这个电压不能直接得到，需要

47、稳压器 AMS1117。稳压器 AMS1117 将 5V 的电压转换成 3.3V 的电压即可。电源接口的 VCC 和 GND 通过一个电容连接，可达到滤波的作用，使系统稳定。具体电路图如下：18 图 10 电源电路图5 软件电路设计5.1 程序总流程图程序总流程图如图 11 所示:19 图 11 程序总流程图 5.2 读卡器 MF RC522 程序设计 读卡器 MF RC522 程序流程图如图 12 所示:20 图12 读卡器MF RC522程序流程图复位应答（Answer to request） M1 射频卡的通讯协议和通讯波特率是定义好的，当有卡片进入读写器的操作范围时，读写器以特定的协议

48、与它通讯，从而确定该卡是否为 M1 射频卡，即验证卡片的卡型 防冲突机制 (Anticollision Loop) 当有多张卡进入读写器操作范围时，防冲突机制会从其中选择一张进行操作，未选中的则处于空闲模式等待下一次选卡，该过程会返回被选卡的序列号。选择卡片(Select Tag) 选择被选中的卡的序列号，并同时返回卡的容量代码。三次次互相确认(3 Pass Authentication) 选定要处理的卡片之后，读写器就确定要访问的扇区号，并对该扇区密码进行密码21校验，在三次相互认证之后就可以通过加密流进行通讯。（在选择另一扇区时，则必须进行另一扇区密码校验。） 对数据块的操作 读 (Rea

49、d)：读一个块； 写 ( (Write）：写一个块； 加（Increment）：对数值块进行加值； 减（Decrement）：对数值块进行减值； 存储（Restore）：将块中的内容存到数据寄存器中； 传输（Transfer）：将数据寄存器中的内容写入块中； 中止（Halt）：将卡置于暂停工作状态； 5.3 LCD1602 显示程序设计在单片机应用系统中，常使用点阵字符形 LCD 显示器。本系统采用 LCD1602 作为显示模块，显示 IC 卡里的数据，至关重要。1602 子程序主要编写了一下几个函数：初始化，字符函数，字符串函数。字符函数 L1602_char 功能:改变液晶中某位的值，如果

50、要让第一行，第五个字符显示a ，调用该函数如下 L1602_char(1,5,a)字符串函数 L1602_string 功能:改变液晶中某位的值，如果要让第一行，第五个字符开始显示L1602，调用该函数如下 L1602_string(1,5,L1602)注意：该函数中定义了以字符0结尾。5.3.1 LCD1602 显示程序流程图1602 的显示流程图如图 13 对 1602 进行初始化，然后写命令寄存器(即写指令)，待不忙后再写数据寄存器(即写数据)。22 图 13 LCD1602 显示程序流程图6 系统调试与测试结果分析该智能 IC 卡收费器的调试主要是 LCD1602 的显示。通过 IC

51、卡靠近射频 RC522 模块，LCD1602 显示 IC 卡里的数据。但是等我把作品焊好了，出现了一系列问题。显示屏显示不全。 首先我考虑的是焊接的顺序问题。当初板子做好以后，我一口气就把所有的元件焊上去了，这样对于没有调试过的板子，就很难找到原因。所以焊接的顺序很重要，应该是应该按功能划分的器件进行焊接，顺序是功能部件的焊接-调试(OK)-另一功能部件的焊接，这样容易找到问题的所在。 其次如果在调试按功能划分的器件上出现问题，可以按以下步骤进行： 1）检查原理图连接是否正确 2）检查原理图与 PCB 图是否一致 3）检查原理图与器件的 DATASHEET 上引脚是否一致23 4）用万用表检查

52、是否有虚焊，引脚短路现象 5）查询器件的 DATASHEET，分析一下时序是否一致，同时分析一下命令字是否正确（注意，命令字的顺序很重要，前些日子调试 INTEL e28F640 这款 flash 是的时候，在对其擦除和写操作的时候，就碰到了这样的问题） 6）有条件的可以用示波器。如我就是通过示波器对 SRAM 各个引脚进行检查，发现地址线都是有信号的，而数据线无信号出现，才找到问题所在。 7）飞线。用别的的口线进行控制，看看能不能对其进行正常操作，多试验，才能找到问题出现在什么地方。经过多次测试，我终于得到了以下的显示效果。 图 14 作品实物图24 图 15 作品实物图7 总结与展望本论文

53、系统以 AT89C52 单片机为核心部件，用单片机实现 IC 卡数据的读/写功能，显示当前 IC 卡内金额、消费金额和余额，具有误操作报警功能。该系统具有灵活性强，易于操作，可靠性高等优点，将会有更广阔的开发前景。 该文在第二章方案论证中详尽地介绍了射频读卡芯片的选取，经比较分析最后选取MFRC522作为射频读卡芯片，MF RC522 是应用于13.56MHz 非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中的一员。是NXP公司针对“三表”应用 推出的一款低 电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片，是智能仪表和便携 式手持设备研发的较好选择。MF RC522 利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在1

54、3.56MHz 下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。支持 ISO14443A 的多层应用。其内部发送器部分可驱图 6.4 设定的水温值为 6025动读写器天线与ISO 14443A/MIFARE卡和应答机的通信，无需其它的电路。接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于处理ISO14443A 兼容的应答器信号。数字部分处理ISO14443A 帧和错误检测（奇偶 &CRC）。此外，它还支持快速CRYPTO1加密算法，用于验证MIFARE 系列产品。MFRC522 支持MIFARE?更高速的非接触式通信，双向数据双向传输速率高达424kbit/s。显示电路选取的是 LCD160

55、2 和 LED 灯。第三章主要讲述了系统主要器件的选用及一些器件的相关介绍。第四、五、六章是该文的重点章节，着重地介绍了系统硬件电路设计和软件电路设计，思想是从整体到局部，系统地介绍了各功能模块软硬件的设计。第六章是调试部分，给出了系统是成功地如何实现其功能。 利用 STC89C52 制作简易 IC 卡收费器的这次课程设计，让我了解射频识别技术。射频卡具有接触式 IC 卡所无法比拟的优越性。近年来发展迅速。无线射频收费系统，具有功能多样，安全可靠，性价比高等优点。在网上查阅有一些资料，尽管有些细节没有弄清除，但我了解到无论是硬件还是软件都应该有模块化的思想。同时了解到STC89C52 和之前课

56、本所学习的 AT89C51 有不同之处，它更有适用价值。同时对接口芯片 MFRC522 有了进一步的了解。对 M1 的存储结构，扇区的知识有了进一步的认识。同时也意识到自己的知识储备的严重不足，以后后有待加强。8 参考文献261 郝小江, 唐宇, 范方灵, 曹玉东.单片机综合设计实验研究与实践J.实验科学与 技术 .2013.(6):2030.2 刘肖楠.MCS-51 单片机简介J.电子制作.2015.(15):1020. 3 邓咸阳.关于单片机控制系统的干扰因素及控制的探讨J电子技术与软件工 程2015.(7）:1525.4 李鹤京 .单片机应用系统抗干扰问题解决方案初探J.中国电子商 务

57、.2013.(19):1929.5 香亚楠, 李秀云 ,赵飞 ,窦毅. 多协议 13.56M RFID.智能读卡器A.天津市电视技术研究会 2012 年年会论文集C.2012.6 刘媛媛 .基于 RFID+Zigbee 技术的开放型实验室管理系统设计D.南京邮电大学硕士学位论文.2012:2090.7 潘栓龙.一种 433MHz 射频识别系统的研究D.西安电子科技大学硕.2013:8090.8 罗洋 .UHF 射频识别前端模块的设计D.西安电子科技大学硕士学位论文.2012:7090.9 刘健康.论非接触式 IC 卡的工作原理及特性J.中国防伪报道.2012.(5):233310 赵建领 ,

58、崔昭霞 . 精通 51 单片机开发技术与应用实例M.成都：电子工业出版社.2012:656658.11 黄容,赵毅. C 语言程序设计M.北京：清华大学出版社.2012:530535.12 李冰涛.单片机的“语言”规范A.中国职协 2013 年度优秀科研成果获奖论文集C.2013.致谢首先我要感谢我的导师 xxx 老师，老师的教诲是我一生中最宝贵的财富。本文是在xxx 老师的悉心指导和严格要求下完成的，从论文的选题、开题、方案论证到系统设计和仿真调试，再到论文的最终完成，无不渗透着老师的心血和他对学生的一片盛情。在半年的毕业设计期间，老师给予了我很大的帮助，纠正了我的错误。在此，我由衷地感谢

59、xxx 老师。在四年的本科学习和生活期间，在老师的精心指导和无私的关怀下，我学到了很多专业知识，没有虚度光阴。在此向我们院的老师们表示感谢。本设计能够顺利地完成，要归功于各位任课教师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。我再次感谢我们院的老师们。在此，我还要感谢 xxxx 班全体同学，感谢这四年有你们的陪伴，让我这四年过得很快乐。我还要感谢 xxx 寝室的舍友们，感谢有你们的陪伴，让我在异乡感到深深的温暖，不感到寂寞，没有独在异乡为异客的孤独感。我还要要感谢的是我的父母和亲人，是你们养育我，教育我。最后我还要感谢我即将离别的大学 xxxx。在这里，我有太多的回忆，有

60、太多的不舍，我会想念你的母校。附录一：系统的主要源程序代码（1）主函数如下：#include reg52.h#include main.h#include mfrc522.h#include /M1 卡的某一块写为如下格式，则该块为钱包，可接收扣款和充值命令/4 字节金额（低字节在前）4 字节金额取反4 字节金额1 字节块地址1 字节块地址取反1 字节块地址1 字节块地址取反 unsigned char code data24 = 0 x12,0,0,0;unsigned char code DefaultKey6 = 0 xFF, 0 xFF, 0 xFF, 0 xFF, 0 xFF, 0 xFF;/校验密码 unsigned char g_ucTempbuf2