畢業(yè)論文非接觸式IC卡讀卡器

1、 . PAGE48 / NUMPAGES48目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc1375315001 引言 PAGEREF _Toc137531500 h 1HYPERLINK l _Toc1375315011.1 課題背景 PAGEREF _Toc137531501 h 1HYPERLINK l _Toc1375315021.2 設(shè)計的目的和意義 PAGEREF _Toc137531502 h 2HYPERLINK l _Toc1375315032 IC卡簡介 PAGEREF _Toc137531503 h 3HYPERLINK l _Toc13753150

2、42.1 “卡”的發(fā)展歷程 PAGEREF _Toc137531504 h 4HYPERLINK l _Toc1375315052.1.1 光電（檢測）卡 PAGEREF _Toc137531505 h 4HYPERLINK l _Toc1375315062.1.2 磁卡 PAGEREF _Toc137531506 h 5HYPERLINK l _Toc1375315072.1.3 IC卡 PAGEREF _Toc137531507 h 5HYPERLINK l _Toc1375315082.2 IC卡的分類 PAGEREF _Toc137531508 h 6HYPERLINK l _Toc1

3、375315092.2.1 根據(jù)卡集成電路劃分 PAGEREF _Toc137531509 h 6HYPERLINK l _Toc1375315102.2.2 根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域劃分 PAGEREF _Toc137531510 h 6HYPERLINK l _Toc1375315112.2.3 根據(jù)數(shù)據(jù)交換界面劃分 PAGEREF _Toc137531511 h 7HYPERLINK l _Toc1375315122.2.4 根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方式劃分 PAGEREF _Toc137531512 h 9HYPERLINK l _Toc1375315132.3 非接觸式IC卡 PAGEREF _Toc137

4、531513 h 12HYPERLINK l _Toc1375315142.3.1 非接觸式IC卡具有的優(yōu)良特性 PAGEREF _Toc137531514 h 15HYPERLINK l _Toc1375315152.3.2 非接觸式IC卡的分類 PAGEREF _Toc137531515 h 16HYPERLINK l _Toc1375315162.3.3 非接觸式IC卡的工作方式 PAGEREF _Toc137531516 h 16HYPERLINK l _Toc1375315172.4 IC卡的國際標(biāo)準(zhǔn) PAGEREF _Toc137531517 h 18HYPERLINK l _To

5、c1375315182.4.1 接觸式IC卡的國際標(biāo)準(zhǔn) PAGEREF _Toc137531518 h 18HYPERLINK l _Toc1375315192.4.2 非接觸式IC卡的國際標(biāo)準(zhǔn) PAGEREF _Toc137531519 h 19HYPERLINK l _Toc1375315203 系統(tǒng)的總休設(shè)計 PAGEREF _Toc137531520 h 20HYPERLINK l _Toc1375315213.1 射頻卡部分 PAGEREF _Toc137531521 h 20HYPERLINK l _Toc1375315223.2系統(tǒng)的主控模塊 PAGEREF _Toc137531

6、522 h 21HYPERLINK l _Toc1375315233.3系統(tǒng)的讀寫模塊 PAGEREF _Toc137531523 h 23HYPERLINK l _Toc1375315243.4系統(tǒng)的通信模塊 PAGEREF _Toc137531524 h 23HYPERLINK l _Toc1375315254 系統(tǒng)電路設(shè)計 PAGEREF _Toc137531525 h 24HYPERLINK l _Toc1375315264.1電源電路 PAGEREF _Toc137531526 h 25HYPERLINK l _Toc1375315274.2復(fù)位電路 PAGEREF _Toc1375

7、31527 h 26 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc1375315004.3系統(tǒng)時鐘電路HYPERLINK l _Toc1375315014.4 蜂鳴器電路HYPERLINK l _Toc1375315024.5 射頻卡讀寫電路HYPERLINK l _Toc1375315034.6串行通信電路HYPERLINK l _Toc1375315045 系統(tǒng)軟件設(shè)計HYPERLINK l _Toc1375315055.1 通信協(xié)議設(shè)計HYPERLINK l _Toc1375315065.1.1 數(shù)據(jù)幀格式HYPERLINK l _Toc1375315075.1.2

8、CRC校驗算法HYPERLINK l _Toc1375315085.2 數(shù)據(jù)表達(dá)方式HYPERLINK l _Toc1375315095.3系統(tǒng)工作的流程HYPERLINK l _Toc1375315105.3.1復(fù)位HYPERLINK l _Toc1375315115.3.2 狀態(tài)初始化HYPERLINK l _Toc1375315125.3.3 流程圖HYPERLINK l _Toc1375315136 測試報告HYPERLINK l _Toc1375315147 結(jié)論HYPERLINK l _Toc137531515致 HYPERLINK l _Toc137531516參 考 文 獻(xiàn)HY

9、PERLINK l _Toc137531517THE DESIGN OF CONTACT-LESS IC CARD READERHYPERLINK l _Toc137531518附錄1 系統(tǒng)整體電路圖HYPERLINK l _Toc137531519附錄2 程序源代碼1 引言1.1 課題背景當(dāng)今世界微電子技術(shù)和IT技術(shù)的發(fā)展日新月異，信息技術(shù)已廣泛地滲透到社會生活的各個領(lǐng)域，在經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用。作為信息技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的分支智能卡即IC（Integrated Circuit）卡的出現(xiàn)，就以其超小的體積、先進(jìn)的集成電路芯片技術(shù)以與特殊的措施和無法被破譯與仿造的特點，頗受人們的青

10、睞，這種將微電子技術(shù)和計算機技術(shù)結(jié)合在一起的精靈，提高了人們生活和工作的現(xiàn)代程度。早期的IC卡都是有觸點的，目前IC卡正向非接觸，智能化方向發(fā)展，已出現(xiàn)了無觸點的IC卡即非接觸IC卡。一個非接觸IC卡部結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-1所示。圖1-1 非接觸式IC卡部結(jié)構(gòu)圖非接觸式智能IC卡是一種射頻卡，是近幾年發(fā)展起來的一項新技術(shù)。它沒有接觸式IC卡的電氣觸點，而是通過無線電波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，相對于傳統(tǒng)的接觸式IC卡,非接觸式IC卡與讀寫器之間無機械接觸，避免了由于接觸讀寫而產(chǎn)生的各種故障。此外，非接觸式卡表面無裸露的芯片，無須擔(dān)心芯片脫落、靜電擊穿、彎曲損壞等問題，既便于卡片的印刷，又提高了卡片的使用可靠

11、性因而正以驚人的速度得到推廣。它的迅猛發(fā)展大有替代各種磁卡和接觸式IC卡這勢。毫無疑問，集眾家之優(yōu)的非接觸式IC卡將在身份識別、金融、證券、電子貨幣、公共交通、鐵路、電信、醫(yī)療、商業(yè)、工商管理、技術(shù)監(jiān)督、企業(yè)管理、智能樓宇、小區(qū)物業(yè)、社會保障、教育管理、倉儲運輸?shù)戎T多領(lǐng)域獨住房領(lǐng)風(fēng)騷。1.2 設(shè)計的目的和意義現(xiàn)在我國已經(jīng)開始在很多城市的公共交通、考勤系統(tǒng)、第二代、校園一卡通等方面都大量使用非接觸式IC卡，因此各種的IC卡讀寫器也隨之涌現(xiàn)，不同的讀卡器之間的性能和價格都不同。在現(xiàn)階段國使用的讀卡器的核心射頻電路讀寫芯片基本上都是使用Philips、TI、ATMEL等國外公司的專用集成電路芯片，特

12、別是用Philips公司所生產(chǎn)的RC500或RC531芯片制作的讀卡器占有較大市場份額。這些射頻芯片外圍電路簡單，設(shè)計方便，但由于該類芯片價格較貴，因此限制了一些對成本要求比較苛刻的場合使用而未得到較好的推廣。本設(shè)計是以ATMEL公司的AT89C52單片機和該公司TEMIC系列射頻卡的讀寫基站芯片U2270B為核心而設(shè)計的一款實用型IC卡讀寫器。本非接觸式IC卡讀寫器系統(tǒng)的硬件由單片機、非接觸式IC卡讀寫部件、接收和發(fā)送線圈、電源、復(fù)位和蜂鳴器電路與與上位機（PC機）的通信接口等構(gòu)成。加上通過周密的程序控制完成對非接觸式IC卡片的讀寫。并可通過串行通信接口與PC機的異步通信口進(jìn)行通信。本設(shè)計以

13、實用為出發(fā)點，以迅速、簡捷、方便、可靠、穩(wěn)定對非接觸式IC卡的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作為目的，并作為對非接觸式IC卡應(yīng)用的橋梁，使非接觸式IC卡的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴展。2 IC卡簡介2.1 “卡”的發(fā)展歷程隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，“卡”的類型與相關(guān)的設(shè)備也在不斷的發(fā)展、變化、更新，應(yīng)用圍也隨之更加廣泛。從信息的載體上來看，主要有光電（檢測）卡、磁卡、IC卡等。2.1.1 光電（檢測）卡常用光電（檢測）卡有兩種，一種是打孔光電卡，即在專用的PVC塑料片上加工出特定的密碼通孔，用專門的光電讀卡器來讀出這些密碼孔所代表的信息。由于光電信息外露，易于偽造，使用中難于再次寫入信息，且易于折斷，所以應(yīng)用圍很窄，逐漸

14、為其它產(chǎn)品所替代；另一種是條形碼卡，把條碼制在專門的卡片上，即是條形碼卡，目前主要用作ID卡，即作為身份識別用，它成本低，技術(shù)成熟，制作簡單，但信息外露、性極差，故而被磁卡和IC卡所代替。2.1.2 磁卡磁卡是利用貼在卡上的磁條來記錄持卡人的、等信息的。磁條表面涂有磁性材料，當(dāng)讀卡設(shè)備的磁頭掠過磁條時，就可以對磁卡進(jìn)行讀寫操作。由于出現(xiàn)得較早，且容易生產(chǎn)和推廣，目前世界圍磁卡的發(fā)行量已超過數(shù)十億。磁卡的閱讀器很便宜，但讀寫器較貴，由于一般的應(yīng)用中，磁卡只記錄個人等只讀信息，使用時并不往卡中寫信息，所以磁卡在金融領(lǐng)域用得比較廣泛。但磁卡仍有其不足之處： 首先，磁卡性差，雖然比光電卡的性好，但磁條

15、上的信息還是比較容易讀出，非法修改磁條上的容也較容易，所以大多情況下磁卡都是作為靜態(tài)數(shù)據(jù)輸入使用。雖然第3磁道可讀寫，并且有金額字段，也只是用于小金額的應(yīng)用領(lǐng)域，例如卡。另外，磁卡應(yīng)用方式比較單一、受限制，磁卡的方便應(yīng)用需要有可靠的計算機系統(tǒng)和中央數(shù)據(jù)庫的支持，在金融行業(yè)，作為金融交易卡的磁卡，一般配合強大、可靠的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)使用，金額、交易記錄等信息，均保存在金融機構(gòu)計算機的數(shù)據(jù)庫中，用戶所持的卡片只是提供用戶的主等索引信息，便于在數(shù)據(jù)庫中迅速找到用戶數(shù)據(jù)。但由于其應(yīng)用方式是集中式的，這給用戶在異地使用磁卡帶來了很大的不便。2.1.3IC卡 IC卡是集成電路卡(Integrated Cir

16、cuit Card)的簡稱，也叫做靈巧卡(Smart Card)或智能卡(Intelligent Card)的。它誕生于1970年，法國人羅蘭德莫瑞諾（Roland Moreno）第一次將可進(jìn)行編程設(shè)置的IC卡芯片放于卡片中，使卡片具有多種功能而形成了世界第一IC卡，并將這項技術(shù)應(yīng)用到金融、交通、醫(yī)療、明等多個行業(yè)，它將微電子技術(shù)和計算機技術(shù)結(jié)合在一起，提高了人們生活和工作的現(xiàn)代化程度。此后的時間里，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的成熟，IC卡技術(shù)也日趨成熟，各種各樣的IC卡也不斷涌現(xiàn)。2.2 IC卡的分類從IC卡誕生至今的三十多年里，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)、計算機技術(shù)以與信息安全技術(shù)等的發(fā)展，IC

17、卡種類更加豐富，技術(shù)也更趨成熟，已在國外得到了廣泛的應(yīng)用。以下將從不同的角度對IC卡進(jìn)行詳細(xì)分類和簡單分析。2.2.1 根據(jù)卡中所鑲嵌的集成電路的不同可劃分非加密存儲器卡（MemoryCard）卡的集成電路芯片主要是EEPROM，具有數(shù)據(jù)存儲功能，為了能把它封裝在0.76mm的塑料卡基中，特制在0.3mm的薄型結(jié)構(gòu)。存儲卡屬于被動型卡，通常采用同步通信方式。這類卡信息存儲方便，使用簡單，價格便宜，很多場合可替代磁卡，但由于其本身不具有數(shù)據(jù)處理功能和硬件加密功能, 因此，只能用于性要求不高的應(yīng)用場合。例如醫(yī)療上用的急救卡、餐飲業(yè)用的客戶菜單卡。常見的存儲卡有ATMEL公司的AT24C16、AT2

18、4C64等。邏輯加密存儲器卡（SecurityCard）在非加密存儲器卡的基礎(chǔ)上增加了加密邏輯電路，加密邏輯電路通過校驗密碼方式來保護(hù)卡的數(shù)據(jù)對于外部訪問是否開放，采用同步方式進(jìn)行通信，且該類卡片儲量相對較小，價格相對便宜，但只是低層次的安全保護(hù)，無法防惡意性的攻擊。適用于有一定要求的場合，如食堂就餐卡、卡、公共事業(yè)收費卡。常見的邏輯加密卡有SIEMENS公司的SLE4442、SLE4428，ATMEL公司的AT88SC1608等。CPU卡也稱智能卡，卡的集成電路中帶有微處理器CPU、存儲單元（包括隨機存儲器RAM、程序存儲器ROM（FLASH）、用戶數(shù)據(jù)存儲器EEPROM）以與芯片操作系統(tǒng)C

19、OS。裝有COS的CPU卡相當(dāng)于一臺微型計算機，不僅具有數(shù)據(jù)存儲功能，同時具有命令處理和數(shù)據(jù)安全保護(hù)等功能。CPU卡的容量有大有小，價格比邏輯加密卡要高。但CPU卡的良好處理能國和上佳的性能，使其成為IC卡發(fā)展的主要方向。CPU卡適用于何密性要求特別高的場合，如金融卡、軍事密令傳遞卡等。國際上比較著名的CPU卡提供商有Gemplus、G&D、Schlumberger等超級智能卡在CPU卡的基礎(chǔ)上增加鍵盤、液晶顯示器、電源，即在為一超級智能卡，有的卡有還具有指紋識別裝置。VISA國際信用卡組織試驗的一種超級卡即帶有20個健，可顯示16個字符，除有計時、計算機匯率換算功能外，還存儲有個人信息、醫(yī)療

20、、旅行用數(shù)據(jù)和等。2.2.2 按照應(yīng)用領(lǐng)域來分金融卡也稱為銀行卡，又可分為信用卡和現(xiàn)金卡兩種。前者用于消費支付時，可按預(yù)先設(shè)定額度透支資金；后者可作為電子錢包或者電子存折，但不能透支。非金融卡也稱也非銀行卡，涉與圍十分廣泛，實際包含金融卡這外的所有領(lǐng)域，諸如電信、旅游、教育和公交等等。2.2.3 根據(jù)卡與外界數(shù)據(jù)交換的界面不同劃分接觸式IC卡接觸式IC卡是將IC芯片封裝在一個的標(biāo)準(zhǔn)PVC卡中，靠裸露的芯片與讀寫器卡座之間的直接接觸來讀寫數(shù)據(jù)的，國際標(biāo)準(zhǔn)ISO7816對此類卡的機械特性、電器特性等進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定。非接觸式IC卡該類卡與IC卡設(shè)備無電路接觸，而是通過非接觸式的讀寫技術(shù)進(jìn)行讀寫（如

21、光或無線技術(shù)）。其嵌芯片除了CPU、邏輯單元、存儲單元外，增加了射頻收發(fā)電路。國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC10536、ISO/IEC14443等標(biāo)準(zhǔn)，系列闡述了對非接觸式IC卡的規(guī)定。該類卡一般用在使用頻繁、信息量相對較少、可靠性要求較高的場合。2.2.4根據(jù)卡與外界進(jìn)行交換時的數(shù)據(jù)傳輸方式不同劃分串行IC卡：IC卡與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時，數(shù)據(jù)流按照串行方式輸入輸出，電極觸點較少，一般為6個或者8個。由于串行IC卡接口簡單、使用方便，目前使用量最大。國際標(biāo)準(zhǔn)ISO7816所定義的IC卡就是此種卡。并行IC卡：IC卡與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時以并行方式進(jìn)行，有較多的電極觸點，一般在28到68之間。主要具有兩方

22、面的好處，一是數(shù)據(jù)交換速度提高，二是現(xiàn)有條件下存儲容量可以顯著增加。2.3 非接觸式IC卡非接觸式IC卡由IC芯片、感應(yīng)天線組成，并完全密封在一個的標(biāo)準(zhǔn)PVC卡中，不易受外界的不良因素影響。非接觸式IC卡與讀寫器之間通過無線電波來完成讀寫。非接觸式IC卡本身是無源體，當(dāng)讀寫器對卡進(jìn)行讀寫操作時，讀寫器發(fā)出的信號由兩部分疊加組成：一部分是電源信號，該信號由卡接收后，與其本身的L/C產(chǎn)生諧振，產(chǎn)生一個瞬間能量來供電給芯片工作。另一部分則是結(jié)合數(shù)據(jù)信號，指揮芯片完成數(shù)據(jù)的讀取、修改、存儲等，并返回給讀寫器。由非接觸式IC卡所形成的讀寫系統(tǒng)，無論是硬件結(jié)構(gòu)，還是操作過程都得到了很大的簡化，同時借助于先

23、進(jìn)的管理軟件，可脫機的操作方式，都使數(shù)據(jù)讀寫過程更為簡單。2.3.1 非接觸式IC卡具有的優(yōu)良特性1）可靠性高非接觸式IC卡與讀寫器之間無機械接觸，避免了由于接觸讀寫而產(chǎn)生的各種故障。此外，非接觸式卡表面無裸露的芯片，無須擔(dān)心芯片脫落、靜電擊穿、彎曲損壞等問題，既便于卡片的印刷，又提高了卡片的使用可靠性。2）操作方便，快捷由于非接觸通訊，讀寫器在15cm圍就可以對卡片操作，所以不必插拔卡，非常方便用戶使用。非接觸式卡使用時沒有方向性，卡片可以任意方向掠讀寫器表面，即可完成操作，這大大提高了每次使用的速度。3）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(shù)據(jù)干擾，因此，讀寫器可以“同時

24、”處理多非接觸式IC卡。這提高了應(yīng)用的并行性，無形中提高了系統(tǒng)工作速度。4）可以適合于多種應(yīng)用非接觸式卡的存儲結(jié)構(gòu)特點使它一卡多用，能應(yīng)用于不同的系統(tǒng)，用戶可根據(jù)不同的應(yīng)用設(shè)定不同的密碼和訪問條件。5）加密性能好非接觸式卡的序列號是唯一的，制造廠家在產(chǎn)品出廠前已將此序列號固化，不可再更改。非接觸式卡與讀寫器之間采用雙向驗證機制，即讀寫器驗證IC卡的合法性，同時IC卡也驗證讀寫器的合法性。非接觸式卡在處理前要與讀寫器進(jìn)行三次相互認(rèn)證，而且在通訊過程中所有的數(shù)據(jù)都加密。此外，卡中各個扇區(qū)都有自己的操作密碼的訪問條件。2.3.2 非接觸式IC卡的分類 非接觸式IC卡按照工作頻率可分為：低頻卡卡與讀卡

25、器間通信使用的頻段為低頻段，如125KHz；高頻卡卡與讀卡器間通信使用的頻段為高頻段，如13.56MHz、915MHz、2.45GHz等。 按照工作距離可分為：密耦合卡（1mm以）近耦合卡（近距離卡，15cm以）疏耦合卡（遠(yuǎn)距離卡，1m以）遠(yuǎn)耦合卡（1m以上） 按照卡芯片的供電方式可他為：有源卡卡帶電池?zé)o源卡卡為設(shè)備工作時由讀寫設(shè)備通過無線方式供電。2.3.3非接觸式IC卡的工作方式非接觸型IC卡按供電和輸入輸出數(shù)據(jù)方法的不同有電磁感應(yīng)方式和微波方式等不同方式，其它非接觸IC卡技術(shù)形式還有光學(xué)禍合、表面聲學(xué)波禍合等。 微波方式采用微波方式的IC卡應(yīng)用系統(tǒng)由包括天線的讀寫器和無觸點的射頻卡構(gòu)成。

26、它們之間利用微波通信，其特點是對數(shù)據(jù)可進(jìn)行遙控操作，其操作距離由幾厘米到1米不等。同時讀寫器設(shè)有與計算機連接的通訊接口，可以聯(lián)網(wǎng)組成系統(tǒng)。這類卡的另一特點是受環(huán)境因素影響小，適合于工業(yè)控制，倉儲管理與在惡劣環(huán)境中應(yīng)用。電磁感應(yīng)方式采用電感禍合，使用兩個金屬線圈，流過它們的電流以兩種不同頻率變化來表示二進(jìn)制的“1”和“0，這種數(shù)據(jù)傳送方法稱為頻率調(diào)制。也有采用幅度調(diào)制的，即讓發(fā)生的交變信號的幅度在兩電平之間變化，以兩電平分別表示為二進(jìn)制的“1”和“0”。一個典型的非接觸IC卡無線識別系統(tǒng)由兩部分組成:一是被稱為射頻識別標(biāo)志的應(yīng)答器，二是尋呼器。對于此IC卡系統(tǒng)而言，讀卡器即為尋呼器，發(fā)射無線激勵

27、信號;非接觸IC卡部電路即為應(yīng)答器。讀卡器與非接觸式IC卡的信息交換是通過射頻方式完成的，對于卡而言，由射頻接口電路完成。一種通用非接觸式IC卡讀寫系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。 圖2-1典型非接觸IC卡系統(tǒng)框圖 圖2-1所示的非接觸IC卡系統(tǒng)由上位機、讀寫器、無源非接觸IC卡組成，中心工作頻率為而=13.56MHz，信號傳輸頻寬約為1 MHz.以半雙工方式在讀寫器與IC卡之間雙向傳遞數(shù)據(jù)。該非接觸IC卡系統(tǒng)的工作過程為:上位機向讀寫器發(fā)送命令，讀寫器接到該命令后分析執(zhí)行，將上位機的命令信號編碼后加載在頻率為13.56MHz的載波信號上經(jīng)天線向外發(fā)送，如無源非接觸IC卡進(jìn)入讀寫器工作區(qū)域則可接收到此

28、脈沖信號，此時卡芯片中的射頻接口模塊由此信號獲得電源電壓后產(chǎn)生復(fù)位信號建立時鐘信號;同時卡芯片中的有關(guān)電路對此信號進(jìn)行調(diào)制、解碼、解密，然后由部管理程序?qū)γ钫埱?、密碼、權(quán)限等進(jìn)行判斷，如果命令請求、密碼、權(quán)限正確，由IC卡部控制邏輯電路執(zhí)行相應(yīng)功能，并向讀寫器返回處理結(jié)果信息，若經(jīng)判斷其對應(yīng)的密碼和權(quán)限不符，則返回出錯信息。讀寫器將非接觸IC卡的返回信息傳給上位機。如接收不到IC卡返回信息，則向上位機返回?zé)o卡信息。2.4 IC卡的國際標(biāo)準(zhǔn) IC卡的國際標(biāo)準(zhǔn)分為接觸式IC卡的國際標(biāo)準(zhǔn)和非接觸式IC卡的國際標(biāo)準(zhǔn)兩種，由于接觸式IC卡應(yīng)用較早，其國際標(biāo)準(zhǔn)比較完善，非接觸式IC卡近年來才開始推廣使用

29、，其國際標(biāo)準(zhǔn)有些已經(jīng)通過，有些正在制定與計論之中。2.4.1接觸式IC卡的國際標(biāo)準(zhǔn) ISO/IEC7816是ISO/IEC（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織/國際電子技術(shù)委員會）推出的接觸式IC卡遵循的主要國際標(biāo)準(zhǔn)，包括10個部分，對IC卡的物理特怕、卡上觸點尺寸與位置、電信號與傳輸協(xié)議、行業(yè)交換命令、數(shù)據(jù)無以與IC卡注冊管理辦法等作出了詳細(xì)的規(guī)定。2.4.2非接觸式IC卡的國際標(biāo)準(zhǔn)非接觸式IC卡表面無觸點，因此接口投備與非接觸式卡的通信方式與接觸式卡不同，提供電源的方式也不同，為此ISO/IEC根據(jù)接口設(shè)備與IC卡作用距離的不同而定義了三個國際標(biāo)準(zhǔn)，如表2-1所示：表2-1 非接觸式IC卡的國際標(biāo)準(zhǔn) 其中IS

30、O/IEC 14443又分為TypeA和TypeB兩個標(biāo)準(zhǔn)。其中TypeA采用ASK(Amplitude Shift Keying)100%調(diào)幅方式，在RF場子中產(chǎn)生一個“空隙”（Pause）來傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)。而TypeB則采用ASK 10%調(diào)幅方式，3 系統(tǒng)總體設(shè)計本系統(tǒng)采用e5550/U2270B的非接觸卡讀寫系統(tǒng)示意圖非接觸IC卡是一種接口電路。它通過卡上配置的發(fā)射機應(yīng)答器振蕩線圈與基站振蕩線圈的耦合取得能量，通過必要的通信軟件配合，保證卡與基站間實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交換其系統(tǒng)示意圖如圖3-1所示： 圖3-1 非接觸IC卡讀寫系統(tǒng)示意圖3.1 射頻卡部分本設(shè)計的射頻卡采ATMEL公司的TEMIC

31、系列的E5550非接觸式IC卡和H4001非接觸式ID卡。TEMIC系列射頻卡有264bit的EEPROM，被分成8塊，每塊為33bit，其中bit0是lock位，此位一旦寫“1”后，該塊數(shù)據(jù)就不能再作任何修改。8個block中，block0是控制塊，用業(yè)控制卡的各種操作特性，如同步信號、編碼方式、波特率、數(shù)據(jù)流長度、加密和口令喚醒等功能的啟用關(guān)閉等；block1block6是用戶塊，用來存放用戶數(shù)據(jù)和信息；block7是密碼塊，若加密功能不被啟用，也可以作為用戶塊使用。TEMIC系列射頻卡特點為：低功耗、低電壓的CMOS結(jié)構(gòu)；無線電源供給，無線數(shù)據(jù)傳輸；射頻頻率為100150KHZ；264b

32、it的EEPROM，且有寫保護(hù)功能；加密邏輯、喚醒功能，多種波特率，多種編碼方式。8個（存儲）區(qū)的首位分別為該區(qū)的寫保護(hù)位L。為1時，該區(qū)為只讀區(qū)；為0時，該區(qū)為既可讀又可寫區(qū)。8個（存儲）區(qū)中的第0區(qū)為工作方式數(shù)據(jù)存儲區(qū)，通常是不發(fā)送的，而其他的7個區(qū)每個區(qū)中各有32位，即總共有224位供用戶使用。具備增強防護(hù)功能，以免非接觸卡式EEPROM的誤編程。每一存儲區(qū)的寫操作時間一般不超過50ms。EEPROM操作的一些其他選項： 比特率（位傳送率 b/s）-RF/8，RF/16，RF/32，RF/40，RF/50，RF/64，RF/100,RF/128。 調(diào)制方式-二進(jìn)制（BIN）、頻移鍵控（F

33、SK）、相移鍵控（PSK）、曼徹斯特碼（Manchester）、雙相位碼（Biphase）。 其他-請求應(yīng)答（AOR）、終止方式和口令方式。射頻卡 部64 位信息由5 個區(qū)組成:9個引導(dǎo)位“1”,10 個行奇校驗位“P0P9”,4 個列奇校驗位“PC0PC3”,40 位數(shù)據(jù)位“D00D93”和一個停止位“0”。9 個引導(dǎo)位是出廠就掩膜到晶片的, 其值為111111111 。當(dāng)它輸出數(shù)據(jù)流時,首先是輸出9 個引導(dǎo)位,然后是10 組由4 個數(shù)據(jù)位和1 個行奇校驗位組成的數(shù)據(jù)串,之后是1 組由4 個列奇校驗位組成的數(shù)據(jù)串,最后是停止位“0”?！癉00D13”是一個8 位的晶片版本號或ID 識別碼?！?/p>

34、D20D93”是4 組32 位的晶片信息,即卡號。當(dāng)射頻卡 得電初始化后,便依次將這64 位數(shù)據(jù)反復(fù)輸出,直到卡片離開基站讀寫器失電為止。3.2系統(tǒng)的主控模塊本系統(tǒng)選用ATMEL公司的AT89C52單片機為主控模塊，AT89C52是一種含8kbyte ROM且有256單元RAM，并與MCS-51系列的指令系統(tǒng)和管腳完全兼容的低電壓、高性能COMS 8位微控制器，同時片具有Watchdog功能，當(dāng)程序由于某種干擾而死機時，系統(tǒng)可以可靠復(fù)位，保證系統(tǒng)的正常運行。其引腳圖如圖3-2所示：AT89C52的主要特性: 與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 高性能、低功耗的CMOS 8位單片機 先進(jìn)的RI

35、SC 結(jié)構(gòu)131 條指令32個8 位通用工作寄存器 全靜態(tài)工作 工作于16 MHz 時性能高達(dá)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)存儲器圖3-2 AT89C52引腳圖 4K 字節(jié)的系統(tǒng)可編程Flash擦寫壽命: 1,000 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)編程真正的同時讀寫操作 1024 字節(jié)的EEPROM擦寫壽命: 100,000 次 2K字節(jié)片SRAM 可以對鎖定位進(jìn)行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密 JTAG 接口( 與IEEE 1149.1 標(biāo)準(zhǔn)兼容) 符合JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能 支持?jǐn)U展的片調(diào)試功能 通過JTAG 接口實

36、現(xiàn)對Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程 外設(shè)特點 3個16位定時/計數(shù)器 具有獨立振蕩器的實時計數(shù)器RTC8 個單端通道2 個具有可編程增益（1x, 10 x, 或200 x）的差分通道 面向字節(jié)的兩線接口 可編程的串行USART 可工作于主機/ 從機模式的SPI 串行接口 具有獨立片振蕩器的可編程看門狗定時器 片模擬比較器 特殊的處理器特點 上電復(fù)位以與可編程的掉電檢測 片經(jīng)過標(biāo)定的RC 振蕩器 片/ 片外中斷源 2種睡眠模式: 空閑模式、掉電模式、 I/O 和封裝 32 個I/O 口40引腳PDIP 封裝, 44 引腳TQFP 封裝, 與44 引腳PLCC 封裝AT89C52

37、核具有豐富的指令集和32 個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。3.3系統(tǒng)的讀寫模塊本系統(tǒng)的讀寫模塊采用ATMEL公司TEMIC系列射頻卡的讀寫基站芯片U2270B為核心，其引腳圖如圖3-3所示：圖3-3 U2270B引腳圖U2270B 是德國Temic 公司生產(chǎn)的射頻卡基站讀寫專用芯片, U2270B基站讀寫器的基本性能如下：(1) 載波頻率fosc圍為100150kHz。(2) fosc為125kHz時，典型的數(shù)據(jù)傳送

38、率為5kb/s。(3) 適用的調(diào)制方式為曼徹斯特碼（簡稱曼碼）和雙相位碼。(4) 可由5V的穩(wěn)壓電源或汽車蓄電池供電。(5) 調(diào)諧能力。(6) 與微控制器有兼容的接口。(7) 處于備用工作方式時，其功耗甚低。(8) 有一向微控制器供電的輸出端。 U2270B不同的引腳有不同的功能，其引腳說明如表3-1所列： 表3-1 U2270B引腳說明引腳符號引腳說明引腳符號引腳說明1GND地9COIL1天線驅(qū)動端12Output數(shù)據(jù)輸出端10Vext外部電源輸出端3OE數(shù)據(jù)輸出使能11DVs天線驅(qū)動電源輸入4Input數(shù)據(jù)輸入12Vbatt電池電源輸入5MS共模/差分模式選擇13Standby空閑模式6C

39、FE射頻載波使能14Vs工作電源輸 入（5V)7DGND數(shù)字地15RF射頻頻率調(diào)整端8COIL2天線驅(qū)動端216HIPASS直流去耦3.4 系統(tǒng)通信模塊在本非接觸式IC卡讀寫系統(tǒng)中，一般都以標(biāo)準(zhǔn)計算機平臺(PC個人計算機、Macintosh計算機或工作站)為核心，采用串行通信接口與被測或被控設(shè)備連接，通過軟件來實現(xiàn)對這些設(shè)備的訪問。串行通信接口結(jié)構(gòu)簡單，能系統(tǒng)正常而又可靠的工作。在讀卡機應(yīng)用系統(tǒng)中利用串行接口實現(xiàn)主機與讀卡器連接，并按通信協(xié)議編制好通信軟件實現(xiàn)主機對讀卡器的控制。由主機和讀寫器組成一個具體應(yīng)用系統(tǒng)時，其采用的通信方式示意圖如圖3-4所示：圖3-4 系統(tǒng)通信方式示意圖 從圖3-4

40、中我們可以看到非接觸IC卡和讀寫器之間按通訊協(xié)議用無線方式進(jìn)行通訊聯(lián)絡(luò)，而主機控制器對讀寫器下命令以與接收讀寫器返回執(zhí)行結(jié)果均采用有線方式。在計算機控制系統(tǒng)中，一般都以標(biāo)準(zhǔn)計算機平臺為核心，采用合適的接口連接方式實現(xiàn)計算機與被測或被控設(shè)備連接，通過軟件來實現(xiàn)對這些設(shè)備的訪問。以下就主機控制器與讀寫器之間實現(xiàn)正確通訊的連接方式和實現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)傳送中的若干問題進(jìn)行討論。然而要使系統(tǒng)正常而又可靠的工作，選用合適的串行接口，編制好通信協(xié)議(軟件)，是至關(guān)重要的一環(huán)，盡管串行接口有多種型號，但它們的基本任務(wù)都一樣。 (1)進(jìn)行串、并轉(zhuǎn)換。串行傳送數(shù)據(jù)是一位一位依次順序傳送的，而計算機處理數(shù)據(jù)是并行的。所以

41、，當(dāng)數(shù)據(jù)由計算機傳送至測控終端時，首先把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)再傳送;而在計算機接收由測控終端送來的數(shù)據(jù)時，要先把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)才能送入計算機處理。 (2)實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式化。從CPU來的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)后，接口電路要能實現(xiàn)不同通信方式下的數(shù)據(jù)格式化。異步通信方式下，發(fā)送時自動生成和接收時自動去掉啟停位。面向字符的同步通信方式下，接口所做的數(shù)據(jù)格式化主要是在傳送的數(shù)據(jù)塊前面加同步字符。 (3)可靠性檢驗。在發(fā)送時，接口電路自動生成奇偶校驗位;在接收時接口電路檢查字符的奇偶校驗位或其它校驗碼，以確定是否發(fā)生傳送錯誤。 (4)實施接口與DEC(數(shù)據(jù)通信設(shè)備Data Communicati

42、on Equipment)之間的聯(lián)絡(luò)控制。 在計算機與測控應(yīng)用設(shè)備中采的串行接口有RS-232, RS-423, RS-422,RS-485。表3-2列出了這四種基本接口的硬件標(biāo)準(zhǔn)和電氣性能。表3-2 四種基本串行接口的硬件標(biāo)準(zhǔn)和電氣性能其中RS-232和RS-485是目前用得比較多的串行接口，兩種串行接口各有各的特點，以下進(jìn)行比較：RS-232標(biāo)準(zhǔn)RS-232標(biāo)準(zhǔn)是IBM PC計算機與兼容機常用的串行接口，它是目前用得最多的一種串行接口，在計算機上它可以分別連接多種外部設(shè)備，如鼠標(biāo)、調(diào)制解調(diào)器、以與各類測量儀器。隨著芯片和線路技術(shù)的改進(jìn)，實際應(yīng)用性能往往大大超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的距離和速度。 RS-

43、232接口的特點是成本低，實現(xiàn)容易，通信協(xié)議簡單。但它存在有局限性，一是僅能用于計算機與被測控設(shè)備之間點對點的連接;二是由于RS-232使用以地作為基準(zhǔn)的非平衡方式傳輸信號，抗干擾能力較差，所以不宜用于環(huán)境噪聲(電平)干擾較強的場合。RS-485標(biāo)準(zhǔn) RS一485串行通訊總線標(biāo)準(zhǔn)與接口技術(shù)用于點對點、點對多點通訊、廣泛用于工業(yè)集散分布系統(tǒng)、工業(yè)控制自動化、道路交通控制自動化、閉路監(jiān)控、安防系統(tǒng)、智能卡、考勤門禁、售飯和停車場等系統(tǒng)。RS485協(xié)議的技術(shù)指標(biāo)：工作方式有異步工作、點對點或多點、2線半雙工，傳輸速率最大為10Mbits；最大距離為1200m；高阻抗抗噪聲的差分(有補償線)傳送；最高

44、為32個節(jié)點；單組雙絞線電纜上的雙向主從通信；并行連接的節(jié)點、多工通信。由于本系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的傳輸速率和距離要求不高，對于要求成本低、實現(xiàn)容易，故采用RS-232標(biāo)準(zhǔn)的串口通信。因此采用MAX232A芯片來作為ATmage32的串行通信接口的TTL電平和計算機串口的RS232電平之間的轉(zhuǎn)換。MAX232芯片簡介：圖3-5 MAX232引腳圖MAX232芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的、包含兩路接收器和驅(qū)動器的IC芯片，適應(yīng)于各種EIA232C和V.28/v.24的通信接口。其引腳電路如圖3-5所示：MAX232的主要特點 1、單5V電源工作2、 LinBiCMOSTM工藝技術(shù)3、 兩個驅(qū)動器與兩個接收器

45、4、 30V輸入電平5、低電源電流：典型值是8mA6、符合甚至優(yōu)于ANSI標(biāo)準(zhǔn) EIA/TIA-232-E與ITU推薦標(biāo)準(zhǔn)V.287、ESD保護(hù)大于MIL-STD-883標(biāo)準(zhǔn)的2000VMAX232芯片部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的5V電源電壓變換為RS232C輸出電平所需的10V電壓，所以，采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需單一的5V電源就可以了。對于沒有12V電源的場合，其適應(yīng)性更強。加之其價格適中，硬件接口簡單，所以被廣泛采用。4 系統(tǒng)電路設(shè)計本系統(tǒng)的總體電路由電源電路、復(fù)位電路、系統(tǒng)時鐘電路、蜂鳴器電路、射頻卡寫電路和PC通訊電路組成，其總體硬件框圖如圖4-1所示：IC卡讀寫模塊U

46、2270B驅(qū)動芯片AT89C52單片機蜂鳴器電路系統(tǒng)復(fù)位電路與PC串行通信的電路圖4-1非接觸式IC卡讀寫器硬件框圖天線4.1 電源電路 本讀卡器所有芯片的工作電壓均為 5V,供給AT89C52的I/O口和其它電路，由5.0V直流電源供電。5V電壓從 POWERIN 端輸入，經(jīng)過電容C1對開關(guān)進(jìn)行削抖，電容C2對電源進(jìn)行濾波，以保證電源的純正，經(jīng)過穩(wěn)壓穩(wěn)壓二極管對電源進(jìn)行穩(wěn)壓，以防出現(xiàn)尖峰壓等突然性高電壓破壞電路的器件。電源電路如圖4-2所示。 圖4-2 電源電路4.2 復(fù)位電路89系列的單片機的復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如R

47、ST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。 AT89C52已經(jīng)置了上電復(fù)位設(shè)計。并且在熔絲位里，可以控制復(fù)位時的額外時間，故AT89C52外部的復(fù)位線路在上電時，可以設(shè)計得很簡單：直接拉一只10K的電阻到VCC即可(R2)。圖4-3 復(fù)位電路為了可靠，再加上一只0.1uF的電容(C3)以消除干擾、雜波。其電路圖如圖4-3所示：D2(1N4148)的作用有兩個：作用一是將復(fù)位輸入的最高電壓鉗在Vcc+0.5V 左右，另一作用是系統(tǒng)斷電時，將R2(10K)電阻短路，讓C3快速放電，讓下一次來電時，能產(chǎn)生有效的復(fù)位。當(dāng)AT89C52在工作時，按下S2開關(guān)時，復(fù)位腳變成

48、低電平，觸發(fā)AT89C52芯片復(fù)位。4.3 系統(tǒng)時鐘電路AT89C52已經(jīng)置RC振蕩線路，可以產(chǎn)生1M、2M、4M、8M的振蕩頻率。不過，置的畢竟是RC振蕩，在一些要求較高的場合，比如要與RS232通信需要比較精確的波特率時，建議使用外部的晶振線路。其接線圖如圖4-4所示：圖4-4 系統(tǒng)時鐘電路早期的51系列，晶振兩端均需要接22pF左右的電容。89系列實際使用時，這兩只小電容不接也能正常工作。不過為了線路的規(guī)化，仍還是接上。4.4 蜂鳴器電路當(dāng)讀取卡片數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)會發(fā)出短促“B”聲，以提示用戶本次讀取成功。在發(fā)生錯誤的時候，系統(tǒng)會發(fā)出較長的“B”聲，以引起用戶注意。“B”聲長短是由系統(tǒng)控制，

49、通過蜂鳴器發(fā)出的，電路如圖所示。通過控制Port腳電平的高低，使三極管Q1處于截止或?qū)ǖ臓顟B(tài)，從而控制蜂鳴器的響滅。由于蜂鳴器是一個感性負(fù)載，故在其兩端并上電容以削減其工作時產(chǎn)生的尖峰電壓。其接線圖如圖4-5所示： 圖4-5 蜂鳴器電路4.5 射頻卡讀寫電路ATMEL公司的TEMIC系列的E5550非接觸式IC卡和H4001非接觸式ID卡的天線與其讀卡器的天線之間構(gòu)成空間耦合“變壓器”,讀卡器天線作為“變壓器”初級線圈向空間發(fā)射125KHz 的交變電磁場,進(jìn)入該電磁場的射頻卡 卡通過其天線(“變壓器”的次級線圈) 獲取能量,為其部各功能部件提供工作電壓。由于射頻卡為只讀型RFID ,讀卡器無

50、須向射頻卡發(fā)送任何數(shù)據(jù)或指令,一旦射頻卡進(jìn)入讀卡器有效的工作區(qū)域,其部功能部件就開始工作,時序發(fā)生器部件控制存儲器陣列和數(shù)據(jù)編碼單元將其部的64 位信息調(diào)制后按順序發(fā)送給讀卡器,射頻卡采用RSK(相移鍵控) 調(diào)制方式。其信息如表4-1所列表4-1 射頻卡曼徹斯特編碼表1111111118位版本信息D00D01D02D03P0D10D11D12D13P1D20D21D22D23P232位識別碼D30D31D32D33P3D40D41D42D43P4D50D51D52D53P5D60D61D62D63P6D70D71D72D73P7D80D81D82D83P8D90D91D92D93P9PC0PC

51、1PC2PC30U2270B是射頻卡讀取部分的核心是U2270B 適用的調(diào)制方式為曼徹斯特碼和雙相位碼,可由5 V 的穩(wěn)壓電源供電,有與微控制器兼容的接口。U2270B與電源的接口包括這樣幾組信號：Vext數(shù)字電路正電源端（+5V）DGND數(shù)字電路接地端（0V）Vbatt電池電源輸入端（通電工作時為+5V；不通電工作時為+3V）MS共模/差分模式選擇端(因為要用到共模模式，所以接到+5V端)Standby空閑模式的選擇端（接0V）DVS RF 電路正電源端（5V）GND RF 電路接地端（0V）對于兩個天線接口COIL1和COIL2，經(jīng)兩組二級管（IN4148）再接上阻值相近的電阻，組成公共端

52、，4個二極管的方向不能有誤，否則會造成天線不能正常發(fā)出射頻信號。而與單片機相連接的OUTPUT口和CFE口，要通過上拉電阻接到VCC，這樣才能使得通信電平符合AT89C52輸入/輸出端口的接口要求。HIPASS要經(jīng)過電容再接地。因此，射頻卡的讀寫電路如圖4-6所示：圖4-6 射頻讀寫電路基站天線采用銅制漆包線繞制, 天線回路的直徑D 遠(yuǎn)大于漆包線的直徑d(一般在1000 倍以上) , 此時可以采用下面公式來進(jìn)行天線參數(shù)的設(shè)計:L = N2u0 R ln(2 R/ d)其中: L 為天線回路的電感量。N 為天線線圈的匝數(shù)。u0 為磁場常數(shù),其值為1. 257 10 - 6Vs/ Am。R 為天線

53、回路的半徑。d 是漆包線的直徑。L = 1. 3mH, R = 5cm, d =0. 21mm,則所需繞制的天線匝數(shù)為116 匝。將U2270B 的天線驅(qū)動端COIL1、COIL2 與電阻、天線和電容構(gòu)成的串聯(lián)諧振回路相連, 可以在天線已經(jīng)確定的前提下, 通過下式來選擇適當(dāng)?shù)碾娙軨 ,以使得諧振頻率與基站的工作頻率一樣。f 0 = 1/ 2 ( LC) 1/ 2其中: L 為天線線圈的電感量。C 是與天線串聯(lián)的電容。f 0 為諧振頻率。當(dāng)L 取為1. 35mH, f 0 為125kHz 時, 電容C 應(yīng)為1. 2nF。4.6 串行通信電路 當(dāng)系統(tǒng)從非接觸式IC卡中讀取了數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)通過串口傳輸

54、到上位機，而接口則使用RS-232標(biāo)準(zhǔn)。而RS-232標(biāo)準(zhǔn)的傳輸線連接方式有以下兩種，第一種為RS-232最簡單的傳輸線連接方式，只需要連接2、3、5三根線即可，如圖4-7所示；第二種為RS-232標(biāo)準(zhǔn)信號連接方式，要將9根線全部連上，其接線如圖4-8所示：圖4-7 RS-232最簡單的傳輸線連接方式圖4-8 RS-232標(biāo)準(zhǔn)信號連接方式RS232C規(guī)定的邏輯電平與一般微處理器、單片機的邏輯電平是不一致的。因此，在實際應(yīng)用時，必須把微處理器的信號電平（TTL電平）轉(zhuǎn)換為RS232C電平，或者對兩者進(jìn)行逆轉(zhuǎn)換。這兩種轉(zhuǎn)換是由MAX232芯片實現(xiàn)的。Vcc必須對地加去耦電容C16其值為0.1uF。

55、電容C12，C13 ，C14，C15取同樣數(shù)值的鉭電解電容1.0uF/16V，用以提高抗干擾能力，在連接時必須盡量靠近器件。 MAX232芯片的T1OUT和R1IN引腳分別接到串口通信線的3、2端，而T1IN和R1OUT引腳則分別與AT89C52的TXD與RXD引腳相連接。其電路連接圖如圖4-9所示： 圖4-9 MAX232接口電路5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的軟件設(shè)計時必須解決好兩個方面的問題，一是可靠性，二是速度，而這兩方面的問題可靠性是第一位的，速度只能是在可靠的基礎(chǔ)上的，速度可靠快速轉(zhuǎn)輸?shù)膶崿F(xiàn)需要上、下位機軟件以與通信協(xié)議等各個環(huán)節(jié)的可靠和其間的相互配合5.1 通信協(xié)議的設(shè)計 在設(shè)

56、計PC, MCU通信協(xié)議時需說明一點，在本系統(tǒng)的實際通信中PC機永遠(yuǎn)是主控者，單片機只是被動接收者，因此通信l議較雙方互為控者時簡單。本通信協(xié)議的設(shè)計思想是基于幀傳輸方式，即在向RS232串口發(fā)送命令信號應(yīng)答信號與數(shù)據(jù)信號時是一幀一幀地發(fā)送的，為了使數(shù)據(jù)快速可靠地傳輸將每一幀數(shù)據(jù)唯一對應(yīng)一命令幀，此時轉(zhuǎn)輸數(shù)據(jù)即執(zhí)行命令具體如下： 1) 在PC讀數(shù)據(jù)時，遵循“讀命令一等數(shù)據(jù)一報告”，即PC卜達(dá)一命令，等待接收數(shù)據(jù)，再據(jù)所接收數(shù)據(jù)的正誤向應(yīng)用程序報告此命令的執(zhí)行情況。 2) 在PC寫數(shù)據(jù)時，遵循“寫命令一等回應(yīng)一報告”，即PC下達(dá)一寫命令(此時所要寫的數(shù)據(jù)含于此命令中)，等待單片機發(fā)來的“已正確接

57、收”的回應(yīng)信號，并向應(yīng)用程序報告此命令執(zhí)行完畢。 3) 如果在轉(zhuǎn)輸過程中其間PC或MCU所接收任何一幀信號出現(xiàn)錯誤時，均會向?qū)Ψ桨l(fā)送重發(fā)此幀信號的請求，如果連續(xù)三次轉(zhuǎn)輸失敗則退出通信并向應(yīng)用程序報告。5.1.1 數(shù)據(jù)幀格式通信協(xié)議包括傳輸方式和數(shù)據(jù)幀格式兩個方面。傳輸方式在前面已經(jīng)提到，這里采用異步傳輸方式:9600bps, 8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗。這是由硬件實現(xiàn)的。而數(shù)據(jù)幀格式是指對數(shù)據(jù)的打包和解包，是由軟件實現(xiàn)的。我們考慮如圖5-1所示的數(shù)據(jù)幀格式:： 圖5-1 通信傳輸協(xié)議的數(shù)據(jù)幀格式“幀頭”(Head)和“幀尾”(Tail)長度各為1 byte，即一個字符?？捎迷跀?shù)據(jù)信息中不會

58、出現(xiàn)的特殊字符來表示，如“&”，“”等?！皵?shù)據(jù)ID”長度為l byte，用于標(biāo)識傳輸數(shù)據(jù)的類型，給傳輸時間、卡號等信息賦以不同的標(biāo)識。如：“0”表示傳送時間信息，“1”表示傳送卡號信息等?！靶畔㈤L度”的長度為12 byte，具體視傳輸信息的多少而定。若只用數(shù)字表示，則1 byte可表示最多傳輸信息9 bytes，而2 bytes則可表示最多傳輸99 bytes a“信息”表示需傳輸?shù)挠杏脭?shù)據(jù)信息?！靶ｒ炍弧痹谕ㄐ耪`碼要求不是特別高的場合可不用。按照校驗要求和實現(xiàn)方法的不同，該位長度可以有1位到幾位?，F(xiàn)采用CRC校驗碼，長度2 byte 。5.1.2 CRC校驗算法 傳統(tǒng)的差錯檢測法有:奇偶校驗

59、法，校驗和法，行列冗余碼校驗法等，這些方法都是在數(shù)據(jù)信息后面增加一定數(shù)量的冗余位同時發(fā)送出去，在接收端通過對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比較、判別或簡單的求和運算，然后將所得結(jié)果同接收到的冗余位比較，若二者一樣則認(rèn)為接收正確，否則就判定有誤碼出現(xiàn)。由于所加冗余位僅僅能夠反映數(shù)據(jù)信息行與列的奇偶情況，所以這類檢測方法對于行或列的偶數(shù)個錯誤不敏感，漏判的幾率很高。循環(huán)冗余校驗CRC(Cycle Redundancy Code)是一種強有力的錯誤檢測技術(shù)。在傳送信息時，發(fā)送方根據(jù)所發(fā)送的信息的具體容計算出一個稱為CRC的值，并連同信息串一起發(fā)送;而接收方則對收到的信息串用同樣的方法生成一個CRC值，若與收到的CRC

60、值一致，則可認(rèn)為信息傳送正確。CRC法的指導(dǎo)思想是增加冗余位，但它的冗余位是通過將傳送的數(shù)據(jù)流多項式除以CRC多項式得到的，在實際應(yīng)用中CRC多項式預(yù)先給定，數(shù)據(jù)1和0就是被除多項式的系數(shù)，除法用模2減(無借位)實現(xiàn)，而且余數(shù)作為冗余位。使用CRC不能保證100%檢測到錯誤，但它不需花費試圖獲得完善檢測的巨大開銷，事實上，用CRC校驗技術(shù)可極增加發(fā)現(xiàn)錯誤的機會。所以，CRC校驗是一種倍受青睞的檢錯算法。CRC碼的多項式表示與其基本運算A多項式表示 循環(huán)碼是一種典型的二元分組碼。為便于了解碼的結(jié)構(gòu)和編譯碼算法的研究，通常用多項式來表示循環(huán)碼。循環(huán)碼是一個長度為n的碼字，可以用一個次數(shù)為n-1的多