基于单片机的ic卡预收费水表系统硬件毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的ic卡预收费水表系统硬件毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

拉电阻的 8位双向 I/O多功能口。 P3口输出缓冲 器 可驱动 4个 TTL逻辑门电路。 对 P3口写入 “ 1” 时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口，此时，被外部拉低的 P3口将用上拉电阻输出电流。 当 CPU不对 P3口进行 SFR寻址访问时，即用作第二功能输出 /输入线时，由内部硬件使锁存器 Q置 1。 用作第二功能时如表 1所示。 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持 ALE 管脚处低电平 10ms 来完成。 在芯片擦除操作中，代码陈列全被写“ 1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外， AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态 逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。 在闲置模式下， CPU 停止工作。 但 RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。 在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 表 1 P3 口与第二功能表 端口引脚 第二功能 RXD（串行输入口） TXD (串行输出口 ) INT0（外中断 0） INT1（外中断 1） T0（定时器 /计数器 0） T1（定时器 /计数器 1） WR（外部数据存储器写选通） RD（外部数据存储器读选通） 3 系统 各 模块 硬件 电路 设计 IC 卡读写电路 Mifare 1 射频 IC 卡 Mifare 1 射频 IC卡的核心是 Philips 公司制造的 Mifare 1 IC S50 系列微晶片，其内部包括 1KB 高速 EEPROM、数字控制模块和一个高效率射频天线模块。 卡片本身不带电池供电，工作时将卡片放在读写器的有效工作区域，卡片读写器的天线发送 无线电载波信号耦合到卡片上的天线提供电源能量，其电压可达 2V 以上，足以满足卡片上的 IC电路供电需要。 在信道保证和数据完整性方 面， Mifare 1 标准还提供了信道检测、存储基于单片机的 IC 卡预收费水表系统硬件设计 6 数据冗余校验、三次传递认证以及防冲突机制等功能，保证了数据交换过程的安全。 Mifare 1 射频 IC 卡的主要性能指标如下。 （ 1） 1KB的 EEPROM， 分为 16个扇区，每个扇区分为 4块，每块 16B，以块为存取单位。 （ 2） 每个扇区有独立的一组（ 2个）密码及存取权限设置。 （ 3） 每张卡有 唯一 的 32位序列号。 （ 4） 具有防冲突机制、支持多卡操作。 （ 5） 无电源，自带天线，内含加密控制逻辑和通信逻辑电路。 （ 6） 数据可保存 10年，可反复写 10万次。 （ 7） 工作频率为。 （ 8） 106kbps 的快速数据传输速率。 （ 9） 读写距离最大可达 10cm（取决于天线设计）。 （ 10） 工作温度范围： 20 +50。 C。 Mifare 1射频卡包含了两个部分： RF射频接口电路和数字电路部分。 （ 1） RF射频接口电路 在 RF射频接口电路中，主要包括波形转换模块 和 POR模块。 波形转换模块 可将卡片读写器上的 ，一方面送调制 /解调模块，另一方面进行波形转换，将正弦波转换为方波，然后对其整流滤波，由电压调节模块对电压进行进一步的处理，包括稳压等 ，最终输出供给卡片上的各电路。 POR模块主要是对卡片上的各个电路进行 POWERONRESET（上电复位），使各电路同步启动工作。 （ 2） 数字电路部分模块 ATR模块： Answer to Request (“请求之应答” ) 当一张 Mifare 1卡片处在卡片读写器的天线的工作范围之内时，程序员控制读写器向卡片发出 REQUEST all（或 REQUEST std）命令后，卡片的 ATR将启动，将卡片 Block 0 中的卡片类型（ TagType）号共 2个字节传送给读写器，建立卡片与读写器的第一步通信联络。 如 果不进行第一步的 ATR工作，读写器对卡片的其他操作（ Read/Write等）将不会进行。 Anticollision模块：防止（卡片）重叠功能 如果有多张 Mifare 1卡片处在卡片读写器的天线的工作范围之内时， AntiCollision模块的防重叠功能将被启动工作，在程序员控制下的卡片读写器会与每一张卡片进行通信，取得每一张卡片的系列号。 由于 Mifare 1卡片每一张都具有唯一的系列号，决不会相同，因此卡片读写器根据卡片的序列号来识别 、 区分已选的卡片。 卡片读写器中的 MCM中的 Anticollision防重叠功能配合卡片上的防重叠功能模块，由程序员来控制读写器，根据卡片的序列号来选定一张卡片。 被选中的卡片将直接与读写器进行数据交换，未被基于单片机的 IC 卡预收费水表系统硬件设计 7 选择的卡片处于等待状态，随时准备与卡片读写器进行通信。 Anticollision模块（防重叠功能）启动工作时，卡片读写器将得到卡片的序列号Serial Number。 序列号 Serial Number存储在卡片的 Block 0中，共有 5个字节，实际有用的为 4个字节，另一个字节为序列号 Serial Number的校验字节。 Select Application 模块：主要用 于卡片的选择 当卡片与读写器完成了上述的二个步骤，程序员控制的读写器要想对卡片进行读写操作，必须对卡片进行“ SELECT”操作。 以使卡片真正地被选中。 被选中的卡片将卡片上存储在 BLOCK 0 中的卡片的容量 “ SIZE” 字节传送给读写器。 当读写器收到这一字节后，可以对卡片进行深一步的操作，例如，可以进行密码验证等等。 认证及存取控制模块 在确认了上述的三个步骤，确认已经选择了一张卡片时，程序员对卡片进行读写操作之前，必须对卡上已经设置的密码进行认证，如果匹配，则允许进一步的 Read/Write操作。 Mifare 1 卡片上有 16个扇区，每个扇区都可分别设置各自的密码，互不干涉。 因此每个扇区可独立地应用于一个应用场合。 整个卡片可以设计成“一卡通”形式来应用。 控制及算术运算单元 这一单元是整个卡片的控制中心，是卡片的“头脑”。 它 主要进行对整个卡片的各个单位进行微操作控制，协调卡片的各个步骤。 同时它还对各种收 /发的数据进行算术运算处理，递增 /递减处理， CRC运算处理，等等。 是卡片中内建的中央微处理机（ MCU)单元。 RAM/ROM 单元 RAM主要配合控制及算术运算单元，将运算的结果进行暂时的存储。 如果某些数据需要存储到 EEPROM，则由控制及算术运算单元取出送到 EEPROM存储器中；如果某些数据需要传送给读写器，则由控制及算术运算单元取出，经过 RF射频接口电路的处理，通过卡片上的天线传送给卡片读写器。 RAM中的数据在卡片失掉电源后（卡片离开读写器天线的有效工作范围内）将被清除。 同时， ROM中还固化了卡片运行所需要的必要的程序指令，由控制及算 术运算单元取出去对每个单元进行微指令控制，使卡片能有条不紊地与卡片的读写器进行数据通信。 数据加密单元 该单元完成对数据的加密处理及密码保护。 存储器及其接口电路 该单元主要用于存储数据。 EEPROM中的数据在卡片失掉电源后（卡片离开读写器天线的有效工作范围内）仍将被保持 ， 用户所要存储的数据被存放在该单元中。 Mifare 1基于单片机的 IC 卡预收费水表系统硬件设计 8 卡片中的这一单元容量为 8196bit（ 1Kbyte），分为 16个扇区， 64个块。 H6152读写模块 图 3 H6152基本结构示意图 H6152的基本结构如图 3所示。 图中，对外通信的接口为 J3和 J4。 J3口共有 7 针，包括 RS232/422 的接口引脚和读写器模块的电源端，接地端，具体的功能定义如下： （ 1） 引脚 1：保留引脚 （ 2） 引脚 2：＋ 5V 电源脚 （ 3） 引脚 3：接地端 （ 4） 引脚 4： A路串行接收 RxD（ RS232/422） （ 5） 引脚 5： A路串行 发送 TxD（ RS232/422） （ 6） 引脚 6： B路串行接收 RxD（ RS422） （ 7） 引脚 7： B路串行 发送 TxD（ RS422） J4口为 4针接口 ，提供电源和操作状态的 LED 灯指示信号，具体的定义如下： （ 1） 引脚 1：读过程 LED 指示的正端。 （ 2） 引脚 2：读过程 LED 指示的负端。 （ 3） 引脚 3：供电 LED 指示的正端。 （ 4） 引脚 4：供电 LED 指示的负端。 H6152 读写模块操作简单方便，读写过程稳定有效。 它集成了 PCB 板载天线电路和RS232/422 接口的集成读写模块，还提供了 RS232/422 接口与 TTL 接口的转换电路。 H6152 需外界 +5V 电源供电。 主要性能指标如下： （ 1） 工作频率：。 （ 2） 串行通信波特率： 9600bps、 19200bps、 38400bps 和 57600bps4 种可选。 （ 3） 接口： RS232/422/485。 11 10 H20xx14x 20 ○ 1 ○ ○○○○○○ J3 1 7 ○ ○ ○ ○ J4 1 4 基于单片机的 IC 卡预收费水表系统硬件设计 9 （ 4） 天线输出阻抗： 50K 欧姆。 （ 5） 天线尺寸： 45mm 70mm。 （ 6） 电源电压： +5V。 （ 7） 电流供应： 80mA。 （ 8） 工作温度： 40～ +85℃ . （ 9） 最大读写距离： 50mm。 IC 卡读写电路的原理及说明 IC 卡应用系统的硬件设计结构框图如图 4 所示 ， 总体原理图见附录 1。 单片机AT89C51 是本设计的核心器件，它主要完成了对射频卡（ MIFARE 1 卡）的读写操作。 H6152读写器对射频卡进行读写后通过串口电平转换电路将 RS－ 232电平转换为单片机所识别的 TTL 电平，从而达到了使用 AT89。