智能IC卡收費器設計

1、智能IC卡收費器的研究與設計 摘要：本論文系統(tǒng)是以 STC89C52 單片機為核心，配合射頻讀卡模塊，顯示電路等組成的控制系統(tǒng)。當 IC 卡靠近射頻 RC522 模塊時，單片機通過 SPI 通信控制 RC522，使其讀取 IC 卡里面的某個地址的數據，然后對數據進行處理后，在通過 SPI 通信寫入到 IC 卡里，這樣就完成了一次讀寫過程，使數據保存在 IC 卡里，掉電也不丟失。該系統(tǒng)具有靈活性強，易于操作，可靠性高等優(yōu)點，將會有更廣闊的開發(fā)前景。關鍵詞：IC 智能卡;單片機;射頻讀卡模塊 中圖分類號：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 錄錄引 言 .11 緒論 .21.1 作品的背景 .21.2 作品概述 .21.3 本文主要結構安排 .32 方案的論證 .32.1 智能 IC 卡收費器的總體框圖 .32.2 讀卡芯片的選取 .32.3 顯示屏的選取 .52.4 指示燈的選取 .63 系統(tǒng)主要器件選用與介紹 .63.1 主控器件 STC89C52 .73.2 智能 IC 卡 .83.3 顯示器件 LCD1602 .123.

5、4 射頻讀卡器 MF RC522 .143.5 穩(wěn)壓器 AMS1117 .164 系統(tǒng)硬件電路設計 .174.1 主控電路 .174.2 讀寫電路 .174.3 顯示電路 .184.4 電源電路 .185 軟件電路設計 .195.1 程序總流程圖 .195.2 讀卡器 MF RC522 程序設計 .205.3 LCD1602 顯示程序設計 .216 系統(tǒng)調試與測試結果分析 .227 總結與展望 .248 參考文獻 .250智能 IC 卡收費器研究與設計 引 言IC 卡的出現(xiàn)和發(fā)展，它將進一步推動人類經濟活動支付體系的革命性變革，并將成為 21 世紀人類最重要、最便利、最不可或缺的工具。當今，I

6、C 卡已逐漸廣泛地應用于金融、醫(yī)療衛(wèi)生、社會保險、工商稅務、電信、交通管理、智能建筑等各類領域。IC 卡讀寫器是 IC 卡與應用系統(tǒng)間的橋梁，它連接在 IC 卡與 PC 機之間，承擔信息識別、傳送、處理任務。隨著 IC 卡在社會經濟各領域廣泛應用的需求，與各類 IC 卡適配的 IC 卡讀寫器應運而生，發(fā)展迅速快。IC 卡按卡與外界數據傳送的形式不同，分為接觸式 IC 卡和非接觸式 IC 卡。接觸式IC 卡通過 8 個觸點從讀寫器獲取能量和交換數據，非接觸式 IC 卡通過射頻感應從讀寫器獲取能量和交換數據，所以非接觸式 IC 卡又叫射頻卡?，F(xiàn)在常見的是接觸式 IC 卡，這類卡的讀寫操作速度較慢，

7、在公交、考勤等需要頻繁。讀寫卡的場合就很不方便，而且 IC 卡的觸點暴露在外，容易損壞和搞臟而造成接觸不良。非接觸式 IC 卡是根據電磁感應原理產生的，它的讀寫操作只需卡片放在讀寫器附近的一定距離之內就能實現(xiàn)數據交換，無需任何接觸，使用非常方便、快捷，不易損壞，因此，在公交、門禁、校園、企事業(yè)人事管理等方面有廣泛的應用前景。目前，我國引進的射頻 IC 卡主要有 PHILIPS 公司的 Mifare1 和 ATMEL 公司的 Temic 卡. 而 PHILIPS 公司的 Mifare1 卡現(xiàn)在是市場的主流產品,應用越來越廣. 其典型型號為 Mifare1 S50 ,它有 1 K 字節(jié) E2PRO

8、M 用于存放數據,分成 16 個區(qū),每個區(qū)都有自己的密碼,完善的安全機制使之具有一卡多用性.本文是以 STC89C52 單片機為核心設計的智能 IC 卡收費器。1 緒論1.1 作品的背景 射頻識別(Radio Frequency Identification，簡稱 RFID)技術是 20 世紀 90 年代開始興起的一種天線的，非接觸方式的自動識別技術，是近幾年來發(fā)展的前沿科技項目。1該技術主要是利用無線射頻方式進行非接觸式的通信，實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。射頻識別技術的顯著優(yōu)點在于非接觸性，因此完成識別工作時無需人工干預，能夠實現(xiàn)識別自動化且不易損壞；可識別高速運動物體并可同時識別多個射頻標

9、簽，操作快捷方便；射頻標簽不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境，且可以穿透非金屬物體進行識別，抗干擾能力強。RFID 技術與互聯(lián)網、通訊等技術相結合，可實現(xiàn)全球范圍內物品跟蹤與信息共享。研究 RFID 產業(yè)對提升社會信息化水平、促進經濟可持續(xù)發(fā)展、提高人民生活質量、增強公共安全與國防安全等方面產生深遠影響，具有戰(zhàn)略性的重大意義。 射頻卡又叫非接觸式 IC 卡，誕生于 90 年代初，是世界上最近幾年發(fā)展起來的一項新技術，它成功地將射頻識技術和 IC 卡技術結合起來，解決了無源(卡中無電源)和免接觸這一難題，是電子器件領域 的一大突破。由于存在著磁卡和接觸式 IC 卡不可比擬的優(yōu)點，使之一經問世，便立即

10、引起廣泛的關注，并以驚人的速度得到推廣應用。射頻卡與接觸式 IC 卡相比較，非接觸式卡具有以下優(yōu)點：可靠性高，操作方便，快速，防沖突非接觸式卡中有快速防沖突機制，能防止卡片之間出現(xiàn)數據干擾，可以適合于多種應用加密性能好。隨著社會的不斷向前推移，人們生活水平的不斷提高，也就意味著人們的消費水平也有了很大的提高，商家的收費系統(tǒng)也有很大的改進，應用于生活中許多消費控制系統(tǒng)中，如汽車消毒收費系統(tǒng)，公交刷卡，售飯收費系統(tǒng)，門禁，電梯刷卡系統(tǒng)，交通收費，停車收費等。1.2 作品概述本文作品是以 STC89C52 單片機為核心，配合射頻讀卡模塊，顯示電路、電源電路等組成的控制系統(tǒng)。當 IC 卡靠近射頻 RC

11、522 模塊時，單片機通過 SPI 通信控制 RC522，使其讀取 IC 卡里面的某個地址的數據，然后對數據進行處理后，在通過 SPI 通信寫入到IC 卡里，這樣就完成了一次讀寫過程，使數據保存在 IC 卡里，掉電也不丟失。該作品具有靈活性強，易于操作，可靠性高等優(yōu)點，將會有更廣闊的開發(fā)前景。 1.3 本文主要結構安排 本文是智能 IC 卡收費器設計，主要結構安排如下：第一章為緒論，主要介紹了該智能 IC 卡收費器設計的背景知識，對系統(tǒng)整體作了一2個概述，包括實現(xiàn)的功能，設計的關鍵問題，器件的選取。第二章是方案論證，主要論證了讀寫芯片模塊的選取和顯示電路部分的選取，分別提出了幾種方案，經比較分

12、析，選取了一種最優(yōu)方案。讀卡芯片模塊選用 MF RC522，顯示電路選取的是 LCD1602 和 LED 燈。第三章主要講述的是系統(tǒng)主要器件的選用與介紹，包括核心部件 STC89C52，射頻卡 IC 卡，射頻讀卡芯片 MF RC522，顯示器件 LCD1602，穩(wěn)壓器 AMS117，介紹了它們的工作原理。第四、五章為本文的核心章節(jié)，就本系統(tǒng)的軟硬件進行了詳盡地介紹，包括各功能模塊的硬件電路設計和軟件程序流程圖，同時在第五章的開頭部分，給出了系統(tǒng)程序的總程序流程圖。第六章為調試部分，介紹調試方案，如何一步步實現(xiàn)該系統(tǒng)的功能。第七章對全文進行了總結和展望，分析了該系統(tǒng)的特點，并指出該文的不足之處和

13、需要完善的地方。2 方案的論證2.1 智能 IC 卡收費器的總體框圖作品打算是以 STC89C52 單片機為核心，配合射頻讀卡模塊，顯示電路、電源電路等組成的控制系統(tǒng)。作品的總體框圖如圖 1 所示： 圖 1 智能IC 卡收費器總體框圖2.2 讀卡芯片的選取2.2.1 MF RC522MF RC522 是應用于 13.56MHz 非接觸式通信中高集成度讀寫卡系列芯片中的一員。是 NXP 公司針對“三表”應用推出的一款低 電壓、低成本、體積小的非接觸式讀寫卡芯片，是智能儀表和便攜 式手持設備研發(fā)的較好選擇 。3MF RC522 利用了先進的調制和解調概念，完全集成了在 13.56MHz 下所有類型

14、的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。支持 ISO14443A 的多層應用。其內部發(fā)送器部分可驅動讀寫器天線與 ISO 14443A/MIFARE 卡和應答機的通信，無需其它的電路。接收器部分提供一個堅固而有效的解調和解碼電路，用于處理 ISO14443A 兼容的應答器信號。數字部分處理 ISO14443A 幀和錯誤檢測（奇偶 &CRC）。此外，它還支持快速 CRYPTO1 加密算法，用于驗證 MIFARE 系列產品。MFRC522 支持 MIFARE?更高速的非接觸式通信，雙向數據傳輸速率高達 424kbit/s。2.2.2 MF RC500MF RC500 是應用于 13.56MHz 非接觸式通信

15、中高集成讀卡 IC 系列中的一員。該讀卡 IC 系列利用先進的調制和解調概念，完全集成了在 13.56MHz 下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。MF RC500 支持 ISO14443A 所有的層，內部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅動操作近距離的天線（可達 100mm）；接收器部分提供一個堅固而有效的解調和解碼電路，用于 ISO14443 兼容的應答器信號；數字部分處理ISO14443A 幀和錯誤檢測（奇偶&CRC）。此外，它還支持快速 CRYPTOI 加密算法，用于驗證 Mifare 系列產品。方便的并行接口可直接連接到任何 8 位微處理器，給讀卡器/終端的設計提供了極大的

16、靈活性。MF RC500 可方便的用于各種基于 ISO/IEC 14443A 標準并且要求低成本、小尺寸、高性能以及單電源的非接觸式通信的應用場合。MF RC500 內部包括并行微控制器接口、雙向。FIFO 緩沖區(qū)、中斷、數據處理單元、狀態(tài)控制單元、安全和密碼控制單元、模擬電路接口及天線接口。MF RC500 的外部接口包括數據總線、地址總線、控制總線(包含讀寫信號和中斷等)和電源等。MF RC500的并行微控制器接口自動檢測連接的 8 位并行接口的類型。它包含一個易用的雙向 FIFO緩沖區(qū)和一個可配置的中斷輸出,為連接各種 MCU 提供了很大的靈活性。即使采用成本非常低的器件也能滿足高速非接

17、觸式通信的要求。數據處理部分執(zhí)行數據的并行串行轉換。支持的幀包括 CRC 和奇偶校驗。MF RC500 以完全透明的模式進行操作因而支持 IS014443A 的所有層。狀態(tài)和控制部分允許對器件進行配置以適應環(huán)境的影響,并將性能調節(jié)到最佳狀態(tài)。當與 Mifare Standard 和 Mifare 通信時,使用高速 CRYPTOI 流密碼單元和一個可靠的非易失性密匙存儲器。模擬電路包含一個具有阻抗非常低的橋驅動器輸出的發(fā)送部分。這使得最大操作距離可達 100 mm，接收器可以檢測到并解碼非常弱的應答信號。42.2.3 MF RC530MF RC530 是應用在 13.56MHz 的高集成度非接觸

18、式讀寫芯片，集成 13.56MHz 下的各種被動非接觸式通信方法和協(xié)議，支持 ISO/IEC14443 的多層應用。其發(fā)送部分可直接驅動天線，工作距離 100mm；接收部分擁有堅固而有效的解調和解碼電路，以實現(xiàn)對ISO/IEC14443 標準信號的預處理。其數據處理部分可以處理符合 ISO/IEC14443 協(xié)議的數據幀和錯誤檢測（CRC 和奇偶校驗），支持快速 CRYPTO1 加密算法，用于 Mifare 經典產品的安全認證。方便的并行接口可以直接連接到任何 8 位微處理器，這樣給讀卡器/終端的設計提供類極大的靈活性。比較以上三種類型讀卡芯片，MF RC522 具有明顯的優(yōu)點，因此本設計的讀

19、卡芯片最終采用 MF RC522。2.3 顯示屏的選取2.3.1 LCD16021602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個 5X7 或者 5X11 等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義 CGRAM，顯示效果也不好）。1602液晶顯示器是基于其體積小、功耗低、顯示操作簡單、編程相對簡單的特點。2.3.2 LCD128X64帶中文字庫的 128X64 是一種具有 4 位/8 位并行、2 線或 3 線串

20、行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體 中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內置 8192 個 16*16 點漢字，和 128 個 16*8 點 ASCII 字符 集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示84 行 1616 點 陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶 顯示模塊相比，不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。 比較以上兩種類型顯示屏，LCD1602 具有便宜、性價比高的優(yōu)點，因此本設計的顯5

21、示屏最終采用 LCD1602。2.4 指示燈的選取2.4.1 用蜂鳴器作指示燈 蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標準用“FM”、“ZZG”、“LB”、“JD”等）表示。 當 IC 卡靠近射頻 RC522 模塊時，單片機通過 SPI 通信控制 RC522，使其讀取 IC 卡里面的某個地址的數據，然后對數據進行處理后，在通過 SPI 通信寫入到 IC 卡里，這時蜂鳴器響一下。2.4.2

22、 用 LED 燈作指示燈 發(fā)光二極管簡稱為 LED。由含鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成。 當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數字顯示。砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光，氮化鎵二極管發(fā)藍光。因化學性質又分有機發(fā)光二極管OLED 和無機發(fā)光二極管 LED。 當 IC 卡靠近射頻 RC522 模塊時，單片機通過 SPI 通信控制 RC522，使其讀取 IC 卡里面的某個地址的數據，然后對數據進行處理后，在通過 SPI 通信寫入到 IC 卡里，這時LED 燈閃一下。 對比以上兩種方案

23、，用蜂鳴器噪聲有點大，性價比不高，因此用 LED 燈比較好一些。3 系統(tǒng)主要器件選用與介紹3.1 主控器件 STC89C52STC89C52 是 STC 公司生產的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。STC89C52 使用經典的 MCS-51 內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)6可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。3.1.1 STC89C52 的標準功能123456789101112131415161

24、71819204039383736353433323130292827262524232221 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/A12P2.3/A11P

25、2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8 圖 2 STC89C52 的引腳圖具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內置 4KB EEPROM，MAX810 復位電路，3 個 16 位定時器/計數器，4 個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結構（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級中斷結構），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機

26、一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率 35MHz，6T/12T 可選。3.1.2 STC89C52 的主要特性STC89C52RC 單片機:8K 字節(jié)程序存儲空間；512 字節(jié)數據存儲空間；內帶 4K 字節(jié) EEPROM 存儲空間;可直接使用串口下載；AT89S52 單片機:8K 字節(jié)程序存儲空間；256 字節(jié)數據存儲空間；7自帶 2KB 的 EEPROM 存儲空間;3.1.3 STC89C52 的器件參數（1） 增強型 8051 單片機，6 時鐘/機器周期和 12 時鐘/機器周期可以任意 選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051.2 （2） 工作電壓：5.5V3.3V（5V

27、單片機）/3.8V2.0V（3V 單片機）（3）工作頻率范圍：040MHz，相當于普通 8051 的 080MHz，實際工作 頻率可達 48MHz（4） 用戶應用程序空間為 8K 字節(jié)（5） 片上集成 512 字節(jié) RAM（6） 通用 I/O 口（32 個），復位后為：P0/P1/P2/P3 是準雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻。（7） ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無 需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程 序，數秒即可完成一片（8） 具有 E

28、EPROM 功能（9） 共 3 個 16 位定時器/計數器。即定時器 T0、T1、T2（10)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(11) 通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個 UART(12) 工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級）/075（商業(yè)級）(13) PDIP 封裝3.2 智能 IC 卡IC 卡 (Integrated Circuit Card，集成電路卡)，也稱智能卡(Smart card)、智慧卡(Intelligent card)、微電路卡(Microcircuit card)或微芯片卡等。它

29、是將一個微電子芯片嵌入符合 ISO 7816 標準的卡基中，做成卡片形式。3.2.1 IC 卡的主要指標IC 卡與讀寫器之間的通訊方式可以是接觸式，也可以是非接觸式。根據通訊接口把IC 卡分成接觸式 IC 卡、非接觸式 IC 和雙界面卡（同時具備接觸式與非接觸式通訊接口）8。IC 卡的主要指標: 容量為8K位EEPROM 分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)為4塊，每塊16個字節(jié),以塊為存取單位 每個扇區(qū)有獨立的一組密碼及訪問控制 每張卡有唯一序列號，為32位 具有防沖突機制，支持多卡操作 無電源，自帶天線，內含加密控制邏輯和通訊邏輯電路 數據保存期為10年，可改寫10萬次，讀無限次 工作溫度：-2050

30、(濕度為90%) 工作頻率：13.56MHZ 通信速率：106 KBPS 讀寫距離：10 cm以內（與讀寫器有關） 3.2.2 IC 卡的結構M1 卡片的存儲容量為 8192 bit X 1 位字長(即 1KX8 位字長)，采用 EEPROM 作為存儲介質，整個結構劃分為 16 個扇區(qū)，編為扇區(qū) 015。每個扇區(qū)有 4 個塊(Block)，分別為塊 0，塊 1，塊 2 和塊 3。每個塊有 16 個字節(jié)。一個扇區(qū)共有 16 Byte X4=64 Byte。每個扇區(qū)的塊 3(即第四塊)包含了該扇區(qū)的密碼 A(6 個字節(jié))、存取控制(4 個字節(jié))、密碼B(6 個字節(jié))，是一個特殊的塊，稱為控制塊，。

31、其余三個塊是一般的數據塊。數據塊有兩種應用方法，一種是用作一般的數據保存用，直接讀寫。另一種用法是用作數值塊，可以進行初始化值、加值、減值、讀值的運算。系統(tǒng)配用相應的函數完成相應的功能。但扇區(qū) 0 的塊 0 是特殊的，是廠商代碼，已固化，不可改寫。扇區(qū)存儲結構 M1卡分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)由4塊（塊0、塊1、塊2、塊3）組成，（我們也將16個扇區(qū)的64個塊按絕對地址編號為063，存貯結構如表1所示： 9 表1 存儲結構 絕對地址 存放廠商代碼 已固化 塊 0 數據塊 0 扇區(qū) 0 塊 1 數據塊 1 塊 2 數據塊 2 塊 3 控制塊 3 塊 0 數據塊 4 扇區(qū) 1 塊 1 數據塊 5 塊

32、 2 數據塊 6 塊 3 控制塊 7 塊 0 數據塊 60 扇區(qū) 15 塊 1 數據塊 61 塊 2 數據塊 62 塊 3 控制塊 63 數據塊可作兩種應用： 用作一般的數據保存，可以進行讀、寫操作。用作數據值，可以進行初始化值、加值、減值、讀值操作。 每個扇區(qū)的塊3為控制塊，包括了密碼A(6字節(jié))、存取控制（4字節(jié)）、密碼B（6字節(jié)） 具體結構如圖3： A0 A1 A2 A3 A4 A5（密碼 A） FF 07 80 69 （存取控制） B0 B1 B2 B3 B4 B5（密碼B） 圖3 扇區(qū)結構 每個扇區(qū)的密碼和存取控制都是獨立的，可以根據實際需要設定各自的密碼及存取控制。存取控制為4個字

33、節(jié)，共32位，扇區(qū)中的每個塊（包括數據塊和控制塊）的存取條密碼 A 存取控制 密碼 B密碼 A 存取控制 密碼 B 密碼 A 存取控制 密碼 B10件是由密碼和存取控制共同決定的，在存取控制中每個塊都有相應的三個控制位,定義如表2： 表2控制位定義 三個控制位以正和反兩種形式存在于存取控制字節(jié)中，決定了該塊的訪問權限（如 進行減值操作必須驗證 KEY A，進行加值操作必須驗證 KEY B，等等）。* 塊 0、1、2 的存取控制與塊 3 的存取控制不同(a)數據塊（塊 0、塊 1、塊 2）的存取控制如下： 表 3 數據塊存取控制控制位（X=0，1，2）訪問條件（對數據塊 0，1，2）C1XC2X

34、C3XReadWriteIncrementDecrement,transfer,Restore000KeyABKeyABKeyABKeyAB010KeyABNeverNeverNever100KeyABKeyBNeverNever110KeyABKeyBKeyBKeyAB001KeyABNeverNeverKeyAB011KeyBKeyBNeverNever101KeyBNeverNeverNever111NeverNeverNeverNever(b)控制塊塊 3 的存取控制與數據塊（塊 0、1、2）不同，它的存取控制如下 表 4 控制塊塊 3 的存取結構密碼 A存取控制密碼 BC13C23C

35、33ReadWriteReadWriteReadWrite000NeverKeyABKeyABNeverKeyABKeyAB010NeverNeverKeyABNeverKeyABNever塊0：C10C20C30塊1：C11C21C31塊2：C12C22C32塊3：C13C23C3311100NeverKeyBKeyABNeverNeverKeyB110NeverNeverKeyABNeverNeverNever001NeverKeyABKeyABKeyABKeyABKeyAB011NeverKeyBKeyABKeyBNeverKeyB101NeverNeverKeyABKeyBNeverN

36、ever111NeverNeverKeyABNeverNeverNever3.2.3 IC 卡的工作原理 IC卡卡片的電氣部分只由一個天線和ASIC組成。 天線：卡片的天線是只有幾組繞線的線圈，很適于封裝到IS0卡片中。 ASIC：卡片的ASIC由一個高速（106KB波特率）的RF接口，一個控制單元和一個 8K位EEPROM組成。讀寫器向M1卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內有一個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，在電磁波的激勵下，LC諧振電路產生共振，從而使電容內有了電荷，在這個電容的另一端，接有一個單向導通的電子泵，將電容內的電荷送到另一個電容內儲存，當所積累的電荷達到2V時，

37、此電容可做為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內數據發(fā)射出去或接取讀寫器的數據。 3.3 顯示器件 LCD1602工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示 16x02 即 32 個字符。（16 列 2 行）1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個 5X7 或者 5X11 等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義 CGRAM，顯示效果也不好）。1602LCD 是指顯示的內容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16

38、個字符液晶模塊（顯示字符和數字）。3.3.1 LCD1602 的管腳功能1602 型液晶的外觀如圖 4 所示。l602型液晶的接口信號說明如表5所列：12 表 5 l602 型液晶接口信號說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數據口2VDD 電源正極10D3數據口3VEE液晶顯示偏壓信號11D4數據口4R/S數據/命令選擇端(H/L)12D5數據口5R/W讀寫選擇端(H/L)13D6數據口6E 使能信號14D7數據口7D0數據口15BLA背光電源正極8D1數據口16BLK背光電源負極RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。RW為讀寫信號線，高電平時進

39、行讀操作，低電平時進行寫操作。E端為使能端。D0D7為8位雙向數據線。3.3.2 LCD1602的主要技術參數1602液晶主要技術參數如表6所列： 圖 4 1602 芯片外觀圖13 表6 1602液晶主要技術參數表顯示容量162個字符芯片工作電壓4.55.5V工作電流2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓5.0V字符尺寸2.954.35(WH)mm3.4 射頻讀卡器MF RC522MF RC522 是應用于13.56MHz 非接觸式通信中高集成度讀寫卡系列芯片中的一員。是NXP公司針對“三表”應用 推出的一款低 電壓、低成本、體積小的非接觸式讀寫卡芯片，是智能儀表和便攜 式手持設備研發(fā)的較好選

40、擇。3.4.1 MF RC522 的管腳功能 3231302928272625MF RC522123456782423222120191817910111213141516 VC PVDDDVDDDVSSPVSS NRSTPDMFIN FMOUT TX1 SDA IRQTX1TVSSSVDDTVDDTX2TVSS AVDDVMIDOSCOUTOSCINAUX2AUX1AVSSRXEAD7D6D5D4D3D2D1 圖 5 MF RC522 引腳圖I 輸入 O 輸出 電源 表 7 MF RC522 的管腳功能符號類型描述OSCINI晶振輸入：振蕩器的反向放大器的輸入。它也是外部產生的時鐘的輸入（f

41、osc=27.12MHZ）.14IRQO中斷請求：輸出，用來指示一個中斷事件。SIGINI信號輸入SINOUTO信號輸出TX1O發(fā)送器 1：傳送調制的 13.56MHZ 的的能量載波信號TVDDPWR發(fā)送器電源：給 TX1 和 TX2 的輸出級供電TX2O發(fā)送器 2：傳送調制的 13.56MHZ 的的能量載波信號TVSSPWR發(fā)送器地：給 TX1 和 TX2 的輸出級供電D0I/OD1I/OD2I/OD3I/OD4I/OD5I/OD6I/OD7I/O數字地不同接口地數據管腳（測試端口 I*IC,SPI,UART）SDAI串行數據線EAI外部地址：該管腳用來編碼 I*IC 地址I2CII*IC

42、使能DVDDPWR數字電源AVDDPWR模擬電源AUX1OAUX2O輔助輸出：這兩個管腳用于測試AVSSPWR模擬地RXI接收器輸入：接受管腳 RF 信號管腳VMIDPWR內部參考電源：該管腳提供內部電壓NRSTPDI不復位和掉電：管腳為低電平時，切斷內部電源吸收，關閉振蕩器，斷開輸入管腳與外部電路的連接。管腳的上升沿來啟動內部復位階段。OSCOUTO晶振輸出振蕩器的反相放大器的輸出15TESTPIN不連接：三態(tài)管腳PVDDPWR管腳電源PVSSPWR管腳電源地3.4.2 MF RC522芯片相關功能介紹電池微控制器RSC522射頻卡讀卡器非接觸式卡 圖 6 MF RC522 的讀寫功能讀卡器

43、卡（數據從 MFRC522 發(fā)送到卡）/讀卡器一方的調制，位編碼卡讀卡器（接受卡的數據）/卡一方的調制，位編碼3.5 穩(wěn)壓器 AMS1117AMS1117 是一個正向低壓降穩(wěn)壓器，在 1A 電流下壓降為 1.2V。AMS1117 有兩個版本，固定輸出版本和可調版本，固定輸出電壓為1.5V、1.8V、2.5V、2.85V、3.0V、3.3V、5.0V,具有 1%的精度；固定輸出電壓 1.2V 的精度為 2%。AMS1117 內部集成過熱保護和限流電器，是電池供電和便攜式計算機的最佳選擇。3.5.1 AMS1117 的基本參數絕對最大額定值：工作結溫范圍：-40125C 輸入電壓：15V 焊接溫度

44、（25 秒）：265C 存儲溫度：- 65150C電氣特性：輸出電壓：3.2673.333V（0= IOUT=1A , 4.75V=VIN=12V）線路調整（最大）：10mV（4.75V=VIN=12V）負載調節(jié)（最大）：15mV（VIN=5V，0= IOUT=1A）電壓差（最大）：1.3V 電流限制：9001500mA 靜態(tài)電流（最大）：10mA 紋波抑制（最?。?0dB164 系統(tǒng)硬件電路設計4.1 主控電路主控電路由 STC89C52、排阻和晶振電路組成。晶振電路由 2 個 30pf 瓷片電容和 1個 12M 晶振組成。STC89C52 作為作品的中央處理器，對讀卡器讀入的數據進行處理

45、，再將數據通過顯示屏顯示出來。單片機 STC89C52 的 f 是 12MHz。因為作品用到單片機 STC89C52 的P0 口，而且 P0 口需接外電阻，才能輸出數據，所以單片機 STC89C52 的 P0 口接了排阻。具體電路圖如下： 圖 7 主控電路圖4.2 讀寫電路讀寫電路由智能IC卡和讀寫器MF RC522組成。讀寫器向M1卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內有一個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，在電磁波的激勵下，LC諧振電路產生共振，從而使電容內有了電荷，在這個電容的另一端，接有一個單向導通的電子泵，將電容內的電荷送到另一個電容內儲存，當所積累的電荷達到2V時，此電容可

46、做為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內數據發(fā)射出去或接取讀寫器的數據。讀寫器讀入的數據通過單片機STC89C52的P1口輸入。具體電路圖如下： 17 圖 8 讀寫電路圖4.3 顯示電路顯示電路由 LCD1602 和 LED 燈組成。單片機 STC89C52 的 P0 口接顯示屏LCD1602 的接口，用顯示屏 LCD1602 顯示 IC 卡里面的數據。單片機 STC89C52 的 P2.0接 LED 燈，用 LED 燈作為指示燈。具體電路圖如下： 圖 9 顯示電路圖4.4 電源電路電源電路主要是穩(wěn)壓器 AMS1117。因為讀卡器的工作電壓是 3.3V，這個電壓不能直接得到，需要穩(wěn)壓器 AMS1

47、117。穩(wěn)壓器 AMS1117 將 5V 的電壓轉換成 3.3V 的電壓即可。電源接口的 VCC 和 GND 通過一個電容連接，可達到濾波的作用，使系統(tǒng)穩(wěn)定。具體電路圖如下：18 圖 10 電源電路圖5 軟件電路設計5.1 程序總流程圖程序總流程圖如圖 11 所示:19 圖 11 程序總流程圖 5.2 讀卡器 MF RC522 程序設計 讀卡器 MF RC522 程序流程圖如圖 12 所示:20 圖12 讀卡器MF RC522程序流程圖復位應答（Answer to request） M1 射頻卡的通訊協(xié)議和通訊波特率是定義好的，當有卡片進入讀寫器的操作范圍時，讀寫器以特定的協(xié)議與它通訊，從而確

48、定該卡是否為 M1 射頻卡，即驗證卡片的卡型 防沖突機制 (Anticollision Loop) 當有多張卡進入讀寫器操作范圍時，防沖突機制會從其中選擇一張進行操作，未選中的則處于空閑模式等待下一次選卡，該過程會返回被選卡的序列號。選擇卡片(Select Tag) 選擇被選中的卡的序列號，并同時返回卡的容量代碼。三次次互相確認(3 Pass Authentication) 選定要處理的卡片之后，讀寫器就確定要訪問的扇區(qū)號，并對該扇區(qū)密碼進行密碼21校驗，在三次相互認證之后就可以通過加密流進行通訊。（在選擇另一扇區(qū)時，則必須進行另一扇區(qū)密碼校驗。） 對數據塊的操作 讀 (Read)：讀一個塊；

49、 寫 ( (Write）：寫一個塊； 加（Increment）：對數值塊進行加值； 減（Decrement）：對數值塊進行減值； 存儲（Restore）：將塊中的內容存到數據寄存器中； 傳輸（Transfer）：將數據寄存器中的內容寫入塊中； 中止（Halt）：將卡置于暫停工作狀態(tài)； 5.3 LCD1602 顯示程序設計在單片機應用系統(tǒng)中，常使用點陣字符形 LCD 顯示器。本系統(tǒng)采用 LCD1602 作為顯示模塊，顯示 IC 卡里的數據，至關重要。1602 子程序主要編寫了一下幾個函數：初始化，字符函數，字符串函數。字符函數 L1602_char 功能:改變液晶中某位的值，如果要讓第一行，第五

50、個字符顯示a ，調用該函數如下 L1602_char(1,5,a)字符串函數 L1602_string 功能:改變液晶中某位的值，如果要讓第一行，第五個字符開始顯示L1602，調用該函數如下 L1602_string(1,5,L1602)注意：該函數中定義了以字符0結尾。5.3.1 LCD1602 顯示程序流程圖1602 的顯示流程圖如圖 13 對 1602 進行初始化，然后寫命令寄存器(即寫指令)，待不忙后再寫數據寄存器(即寫數據)。22 圖 13 LCD1602 顯示程序流程圖6 系統(tǒng)調試與測試結果分析該智能 IC 卡收費器的調試主要是 LCD1602 的顯示。通過 IC 卡靠近射頻 RC

51、522 模塊，LCD1602 顯示 IC 卡里的數據。但是等我把作品焊好了，出現(xiàn)了一系列問題。顯示屏顯示不全。 首先我考慮的是焊接的順序問題。當初板子做好以后，我一口氣就把所有的元件焊上去了，這樣對于沒有調試過的板子，就很難找到原因。所以焊接的順序很重要，應該是應該按功能劃分的器件進行焊接，順序是功能部件的焊接-調試(OK)-另一功能部件的焊接，這樣容易找到問題的所在。 其次如果在調試按功能劃分的器件上出現(xiàn)問題，可以按以下步驟進行： 1）檢查原理圖連接是否正確 2）檢查原理圖與 PCB 圖是否一致 3）檢查原理圖與器件的 DATASHEET 上引腳是否一致23 4）用萬用表檢查是否有虛焊，引腳

52、短路現(xiàn)象 5）查詢器件的 DATASHEET，分析一下時序是否一致，同時分析一下命令字是否正確（注意，命令字的順序很重要，前些日子調試 INTEL e28F640 這款 flash 是的時候，在對其擦除和寫操作的時候，就碰到了這樣的問題） 6）有條件的可以用示波器。如我就是通過示波器對 SRAM 各個引腳進行檢查，發(fā)現(xiàn)地址線都是有信號的，而數據線無信號出現(xiàn)，才找到問題所在。 7）飛線。用別的的口線進行控制，看看能不能對其進行正常操作，多試驗，才能找到問題出現(xiàn)在什么地方。經過多次測試，我終于得到了以下的顯示效果。 圖 14 作品實物圖24 圖 15 作品實物圖7 總結與展望本論文系統(tǒng)以 AT89

53、C52 單片機為核心部件，用單片機實現(xiàn) IC 卡數據的讀/寫功能，顯示當前 IC 卡內金額、消費金額和余額，具有誤操作報警功能。該系統(tǒng)具有靈活性強，易于操作，可靠性高等優(yōu)點，將會有更廣闊的開發(fā)前景。 該文在第二章方案論證中詳盡地介紹了射頻讀卡芯片的選取，經比較分析最后選取MFRC522作為射頻讀卡芯片，MF RC522 是應用于13.56MHz 非接觸式通信中高集成度讀寫卡系列芯片中的一員。是NXP公司針對“三表”應用 推出的一款低 電壓、低成本、體積小的非接觸式讀寫卡芯片，是智能儀表和便攜 式手持設備研發(fā)的較好選擇。MF RC522 利用了先進的調制和解調概念，完全集成了在13.56MHz

54、下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。支持 ISO14443A 的多層應用。其內部發(fā)送器部分可驅圖 6.4 設定的水溫值為 6025動讀寫器天線與ISO 14443A/MIFARE卡和應答機的通信，無需其它的電路。接收器部分提供一個堅固而有效的解調和解碼電路，用于處理ISO14443A 兼容的應答器信號。數字部分處理ISO14443A 幀和錯誤檢測（奇偶 &CRC）。此外，它還支持快速CRYPTO1加密算法，用于驗證MIFARE 系列產品。MFRC522 支持MIFARE?更高速的非接觸式通信，雙向數據雙向傳輸速率高達424kbit/s。顯示電路選取的是 LCD1602 和 LED 燈。第三

55、章主要講述了系統(tǒng)主要器件的選用及一些器件的相關介紹。第四、五、六章是該文的重點章節(jié)，著重地介紹了系統(tǒng)硬件電路設計和軟件電路設計，思想是從整體到局部，系統(tǒng)地介紹了各功能模塊軟硬件的設計。第六章是調試部分，給出了系統(tǒng)是成功地如何實現(xiàn)其功能。 利用 STC89C52 制作簡易 IC 卡收費器的這次課程設計，讓我了解射頻識別技術。射頻卡具有接觸式 IC 卡所無法比擬的優(yōu)越性。近年來發(fā)展迅速。無線射頻收費系統(tǒng)，具有功能多樣，安全可靠，性價比高等優(yōu)點。在網上查閱有一些資料，盡管有些細節(jié)沒有弄清除，但我了解到無論是硬件還是軟件都應該有模塊化的思想。同時了解到STC89C52 和之前課本所學習的 AT89C5

56、1 有不同之處，它更有適用價值。同時對接口芯片 MFRC522 有了進一步的了解。對 M1 的存儲結構，扇區(qū)的知識有了進一步的認識。同時也意識到自己的知識儲備的嚴重不足，以后后有待加強。8 參考文獻261 郝小江, 唐宇, 范方靈, 曹玉東.單片機綜合設計實驗研究與實踐J.實驗科學與 技術 .2013.(6):2030.2 劉肖楠.MCS-51 單片機簡介J.電子制作.2015.(15):1020. 3 鄧咸陽.關于單片機控制系統(tǒng)的干擾因素及控制的探討J電子技術與軟件工 程2015.(7）:1525.4 李鶴京 .單片機應用系統(tǒng)抗干擾問題解決方案初探J.中國電子商 務 .2013.(19):1

57、929.5 香亞楠, 李秀云 ,趙飛 ,竇毅. 多協(xié)議 13.56M RFID.智能讀卡器A.天津市電視技術研究會 2012 年年會論文集C.2012.6 劉媛媛 .基于 RFID+Zigbee 技術的開放型實驗室管理系統(tǒng)設計D.南京郵電大學碩士學位論文.2012:2090.7 潘栓龍.一種 433MHz 射頻識別系統(tǒng)的研究D.西安電子科技大學碩.2013:8090.8 羅洋 .UHF 射頻識別前端模塊的設計D.西安電子科技大學碩士學位論文.2012:7090.9 劉健康.論非接觸式 IC 卡的工作原理及特性J.中國防偽報道.2012.(5):233310 趙建領 , 崔昭霞 . 精通 51

58、單片機開發(fā)技術與應用實例M.成都：電子工業(yè)出版社.2012:656658.11 黃容,趙毅. C 語言程序設計M.北京：清華大學出版社.2012:530535.12 李冰濤.單片機的“語言”規(guī)范A.中國職協(xié) 2013 年度優(yōu)秀科研成果獲獎論文集C.2013.致謝首先我要感謝我的導師 xxx 老師，老師的教誨是我一生中最寶貴的財富。本文是在xxx 老師的悉心指導和嚴格要求下完成的，從論文的選題、開題、方案論證到系統(tǒng)設計和仿真調試，再到論文的最終完成，無不滲透著老師的心血和他對學生的一片盛情。在半年的畢業(yè)設計期間，老師給予了我很大的幫助，糾正了我的錯誤。在此，我由衷地感謝 xxx 老師。在四年的本

59、科學習和生活期間，在老師的精心指導和無私的關懷下，我學到了很多專業(yè)知識，沒有虛度光陰。在此向我們院的老師們表示感謝。本設計能夠順利地完成，要歸功于各位任課教師的認真負責，使我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設計中得以體現(xiàn)。我再次感謝我們院的老師們。在此，我還要感謝 xxxx 班全體同學，感謝這四年有你們的陪伴，讓我這四年過得很快樂。我還要感謝 xxx 寢室的舍友們，感謝有你們的陪伴，讓我在異鄉(xiāng)感到深深的溫暖，不感到寂寞，沒有獨在異鄉(xiāng)為異客的孤獨感。我還要要感謝的是我的父母和親人，是你們養(yǎng)育我，教育我。最后我還要感謝我即將離別的大學 xxxx。在這里，我有太多的回憶，有太多的不舍，我會想念你的

60、母校。附錄一：系統(tǒng)的主要源程序代碼（1）主函數如下：#include reg52.h#include main.h#include mfrc522.h#include /M1 卡的某一塊寫為如下格式，則該塊為錢包，可接收扣款和充值命令/4 字節(jié)金額（低字節(jié)在前）4 字節(jié)金額取反4 字節(jié)金額1 字節(jié)塊地址1 字節(jié)塊地址取反1 字節(jié)塊地址1 字節(jié)塊地址取反 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;/校驗密碼 un