公交ic卡控制系统论文公交ic卡交易子系统设计毕业论文ic卡管理系统论文(编辑修改稿)

公交ic卡控制系统论文公交ic卡交易子系统设计毕业论文ic卡管理系统论文(编辑修改稿)内容摘要：

动交易式之分 :主动交易式指卡片需要主动 靠近读卡器，用户需要持卡在读卡器上晃过去才会完成交易；被动交易式可以不用出示，比如揣在外衣口袋里，当走过读写器的识别距离范围内就可完成交易。 非接触式 IC卡，由于卡与读写器间无机械接触，而是借助“空间媒介”电磁波进行通讯，故在保留接触式智能卡原有优点的同时，又具备如下诸多长处 : (1) 可靠性高、寿命长 卡与读写器间无机械接触，故不存在接触式读写器可能出现的各种故障，卡和读写器均无裸露触点，则无须担心触点损坏或脱落所致之卡片失效。 卡和读写器均为全封闭防水、防尘结构，既避免了静电、尘污对卡的影响，操作快捷便利。 兰州理工大学毕业设计说明书 7 这些都将大大提高卡乃至机具的可靠性和使用寿命。 (2) 防伪性好 每张卡都有一个由制造商在产品出厂前固化于芯片的 3 2 位序列号，一旦写入即不可更改，且世界惟一。 (3) 安全性好 卡与读写器间采用三次相互确认的双向验证机制，在读写器验证卡的合法性的同时卡也对读写器合法性进行检验。 所有通讯数据均加密，以防止信号截取。 卡内各扇区均有自己的操作密码和访问条件，并实行芯片传输密码保护。 (4)抗干扰能力强 具备防冲突 (防碰撞 )机制，同一时间可“同时”处理多张卡，而不致出现相互间的数据干扰。 (5) 一卡多 用 用户可根据需要，灵活定义各存储扇区的密码和访问条件，以便互不影响地分别满足不同场合、不同用途的要求。 综上述两种 IC 卡的介绍，采用非接触式 IC 卡来完成公交汽车 IC 卡控制系统的设计。 目前，在世界智能卡市场上主要有三大品牌 : Mifare,Temic,Legic 它们各具特点，性能也各具千秋。 但由于市场占有率和性能价格比 Temic,Legic。 不如Mifare 1 型 IC 卡，因此通常选择 Mifare 1 型射频 IC卡作为公交控制系统的信息载体。 在本系统采用符合 IS014443 标准的 Mifare 1 型非接触式逻 辑加密卡。 单片机选择 公交 IC 卡控制系统的读写器 电路板向着小型化、低功耗、抗千扰、低成本、实用功能方向发展。 因此在对单片机的选择趋向于容量适中、功能丰富、性能可靠、价格低的元件。 因此本设计中应用最为广泛的 MCS51 系列 8 位单片机 8051。 兰州理工大学毕业设计说明书 8 第三章 系统硬件设计 单片机概述 8051 单片机结构和原理 1 8051 单片机的内部组成 8051 内部有 4 KB ROM，基本组成如图 31 所示。 CPU时钟电路P 0 P 3P 2P 1 TXD RXD INT 0 INT 1并行接口 串行接口 中断系统定时 / 计数器RAMROMT 0 T 1 图 31 8051 单片机结构框图 1) 中央处理器（ CPU） 中央处理器是单片机的核心 ,完成运算和控制功能。 8051的 CPU 能处理 8 位二进制数或代码。 2) 内部数据存储器（内部 RAM） 8051 芯片中共有 256 个 RAM 单元，但其中后 128 单元被专用寄存器占用，能作为寄存器供用户使用的只是前 128 单元，用于存放可读写的数据。 因此通常所说的内部数据存储器就是指前 128 单元，简称内部 RAM。 3) 内部程序存储器（内部 ROM） 8051 共有 4KB 掩膜 ROM，用于存放程序、原始数据或表格，因此，称之为程序存储器，简称 内部 ROM。 4) 定时 /计数器 8051 共有两个 16 位的定时 /计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。 5) 并行 I/O 口 MCS51 共有 4 个 8 位的 I/O 口（ P0、 P P P3），以实现数据的并行输入 /兰州理工大学毕业设计说明书 9 输出。 6) 串行口 8051 单片机有一个全双工的串行口，以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。 该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。 7) 中断控制系统 8051 单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。 8051 共有 5 个中断 源，即外中断两个，定时 /计数中断两个，串行中断一个。 全部中断分为高级和低级共两个优先级别。 8) 时钟电路 8051 芯片的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。 时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。 系统允许的晶振频率一般为 6 MHz 和 12 MHz。 从上述内容可以看出， MCS51 虽然是一个单片机芯片，但作为计算机应该具有的基本部件它都包括，因此，实际上它已是一个简单的微型计算机系统了。 2 8051 的信号引脚 8051 是标准的 40 引脚双列直插式集成电路芯片，引脚如图 32 所示。 图 32 1） 信号 引脚介绍 （ 1）主电源引脚 ◇ VCC： +5 V 电源 ◇ VSS：地线。 （ 2）时钟电路引脚 ◇ XTAL1 和 XTAL2：外接晶体引线端。 当使用芯片内部时钟时，此二引线端兰州理工大学毕业设计说明书 10 用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 （ 3）控制信号引脚 ◇ RST/VPD：复位信号。 当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。 当单片机掉电时，此引脚上可接备用电源，由 VPD 向片内 RAM 提供备用电源，一保持片内 RAM 中的数据不丢失。 ◇ ALE/PROG：地址 锁存控制信号。 在系统扩展时， ALE 用于控制把 P0 口输出的低 8 位地址锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。 此外，由于 ALE 是以晶振 1/6 的固定频率输出的正脉冲，因此 ,可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。 对于 EPROM 型单片机，在 EPRAM 编程期间，此引脚接收编程脉冲。 ◇ PSEN:片外程序存储器读选通信号输出端。 ◇ EA/VPP：访问程序存储控制信号。 当 EA 信号为低电平时，对 ROM 的读操作限定在外部程序存储器；当 EA 信号为高电平时，对 ROM 的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。 对于 EPROM 型单片机，在 EPRAM 编程期间，此引脚接上加 21V EPROM 编程电源VPP。 (4)I/O 引脚 ～ ： P0 口 8 位双向口线。 ～ ： P1 口 8 位双向口线。 ～ ： P2 口 8 位双向口线。 ～ ： P3 口 8 位双向口线。 2) P3 口线的第二功能。 P3 的 8 条口线都定义有第二功能，详见表 31。 表 31 P3 口各引脚与第二功能表 引脚 第二功能 信号名称 RXD 串行数据接收 TXD 串行数据发送 INT0 外部中断 0申请 INT1 外部中断 1申请 T0 定时 /计数器 0 的外部输入 T1 定时 /计数器 1的外部输入 WR 外部 RAM写选通 RD 外部 RAM读选通 以上把 8051 单片机的全部信号引脚分别以第一功能和第二功能的形式列出。 对于各种型号的芯片，其引脚的第一功能信号是相同的，所不同的只在引脚的第兰州理工大学毕业设计说明书 11 二功能信号。 对于 30 和 31 三个引脚，由于第一功能信号与第二功能信号是单片机在 不同工作方式下的信号，因此不会发生使用上的矛盾。 但是 P3 口的情况却有所不同，它的第二功能信号都是单片机的重要控制信号。 因此，在实际使用时，都是先按需要选用第二功能信号，剩下的才以第一功能的身份作数据位的输入 /输出使用。 3 并行输入 /输出口电路结构 单片机芯片内还有一项主要内容就是并行 I/O 口。 8051共有 4 个 8 位的并行I/O 口，分别记作 P0、 P P P3。 每个口都包含一个锁存器、一个输出驱动器和输入缓冲器。 实际上，它们已被归入专用寄存器之列，并且具有字节寻址和位寻址功能。 在访问片外扩展存储器时，低 8 位 地址和数据由 P0 口分时传送，高 8位地址由 P2 口传送。 在无片外扩展存储器的系统中，这 4 个口的每一位均可作为双向的 I/O 端口使用。 8051 单片机的 4 个 I/O 口都是 8 位双向口，这些口在结构和特性上是基本相同的，但又各具特点。 4 时钟电路 （ 1）内部方式时钟电路 在 8051 芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚 XTAL1，其输出端为引脚 XTAL2。 而在芯片的外部， XTAL1 和 XTAL2 之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路，如图 33所示。 时钟电路产生 的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。 请读者特别注意时钟脉冲与振荡脉冲之间的二分频关系，否则会造成概念上的错误。 一般地，电容 C1和 C2 取 30pF 左右，晶体的振荡频率范围是 ～12MHz。 晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。 8051在通常应用情况下，使用振荡频率为 6MHz 或 12MHz。 1XTAL 1XTAL 2C1C2晶振8051至内部时钟电路 图 33 时钟振荡电路 （ 2）外部方式时钟电路 在由多片单片机组成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，应 当引兰州理工大学毕业设计说明书 12 入惟一的公用外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲。 这时，外部的脉冲信号是经 XTAL2 引脚注入，其连接如图 34 所示。 80511XTAL 1XTAL 2VSSTTL外部时钟信号VCC 图 34 外部时钟源接法 （ 3） 时序 时序是用定时单位来说明的。 8051 的时序定时单位共有 4 个，从小到大依次是：节拍、状态、机器周期和指令周期。 它们之间的关系如下： （ 1）一个振荡脉冲的周期为节拍； （ 2）一个状态就包含两个节拍； （ 3）一个机器周期的宽度为 6 个状态； （ 4）一条指令周期由若干个机器周期组成。 5 单片机的复位 电路 单片机复位是使 CPU 和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，复位后 PC=0000H，使单片机从第一个单元取指令。 单片机复位的条件是：必须使 RST/VPD 或 RST 引脚加上持续两个机器周期（即 24 个振荡周期）的高电平。 若时钟频率为 12 MHz，每机器周期为 1 μ s，则只需 2μ s 以上时间的高电平，在 RST 引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。 单片机复位期间不产生 ALE 和 PSEN 信号，即 ALE=1 和 PSEN=1。 这表明单片机复位期间不会有任何取指操作。 复位后，内部各专用寄 存器状态如下 : PC： 0000H TMOD： 00H ACC： 00H TCON： 00H B： 00H TH0： 00H PSW： 00H TL0： 00H SP： 07H TH1： 00H DPTR： 0000H TL1： 00H P0~P3： FFH SCON： 00H IP： ***00000B SBUF： 不定 IE： 0**00000B PCON： 0***0000 其中， *表示无关位。 注意： 兰州理工大学毕业设计说明书 13 (1) 复位后 PC 值为 0000H，表明复位后程序从 0000H 开始执行，这一点在实训中已介绍。 (2) SP 值为 07H，表明堆栈底部在 07H。 一般需重新设置 SP 值。 (3) P0~P3 口值为 FFH。 P0~P3 口用作输入口时，必须先写入 “1”。 单片机在复位后，已使 P0~P3 口每一端线为 “1” ，为这些端线用作输入口做好了准备。 存储器 1 8051 内部数据存储器 8051 单片机的芯片内部有 RAM 和 ROM 两类存储器，即所谓的内部 RAM 和内部ROM，首先分析内部 RAM。 1） 内部数据存储器低 128 单元 8051 的内部 RAM 共有 256 个单元，通常把这 256 个单元按其功能划分为两部分：低 128 单元（单元地址 00H～ 7FH）和高 128 单元（单元地址 80H～ FFH）。 低 128 单元是单片机的真正 RAM 存储器，按其用途划分为寄存器区、位寻址区和用户 RAM 区三个区域。 （ 1） 寄存器区 8051 共有 4 组寄存器，每组 8 个寄存单元，各组都以 R0～ R7作寄存单元编号。 寄存器常用于存放操作数中间 结果等。 由于它们的功能及使用不作预先规定，因此称之为通用寄存器，有时也叫工作寄存器。 4 组通用寄存器占据内部 RAM 的 00H～。