毕业设计--智能IC卡收费系统--论文Word格式.doc

1、1.3.1 智能餐厅收费系统的工作原理51.3.2 硬件电路设计51.4本章总结8第2章 硬件电路元件的选择和天线设计92.1 主CPU的选择92.1.1 AT89C52的特点92.1.2 AT89C52的管脚及其功能102.2 读写芯片的选择112.2.1 MF RC500芯片简介122.2.2 管脚排列及其功能122.2.3 PHILIPS 公司的MIFARE RC500132.3天线设计142.4本章小结16第3章 射频模块接口电路的实现173.1数字电路模块中的各个部分173.2读写模块的电路及工作原理203.3本章总结22结 论23参考文献24致 谢26附 录2747前 言IC卡的出

2、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、最不可缺的工具。 当今, IC 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

3、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，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,它的读写操作只需将卡片放在读写器附近一定的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.

4、其典型型号为Mifare1 S50 ,它有1 K 字节E2PROM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.非接触式IC 卡系统由Mifare1 卡、发卡器、读卡器和PC 管理机组成. 其中Mifare1 卡存放身份号（PIN） 等相关数据,由发卡器将密码和数据一次性写入完成. 发卡器实际上是一种专用的写卡器, 直接与PC 机通过RS - 232 串行口相连,由系统管理员管理,通过PC 机设置或选择好要写入的数据,发出写卡命令完成对Mifare1卡的数据及密码的写入. 与读卡器不同, 写卡器往往处于被动地位,不主动读写进入射频能量范围内的射频卡, 必须

5、接收PC 机的命令才操作. 读卡器是主动操作的,只要有非接触式IC 卡进入读卡器天线射频能量范围,读卡器便读卡中的数据. 发卡器与读卡器在硬件设计上大同小异,都是由单片机控制专用读写芯片,再加上一些必要的外围器件组成. 本文阐述了设计实现一种基于智能卡应用的IC卡读写器。此读写器在智能卡应用的基础上突出通用性, 能够对以智能卡为主的各类IC 卡进行操作。根据目前智能卡应用中的实际需求, 读写器主要具备以下基本功能:（1） 向IC卡提供稳定的电源和时钟信号。（2） 实现读写器与IC卡之间的数据交换, 并提供控制信号。（3） 具有和外部用户交换信息的接口, 并提供相应的控制信号。（4） 有基本的加

6、解密安全体系。（5） 适用于对非接触式智能IC卡的操作。设备同时具有开放性的软、硬件接口, 能够与PC 机等用户平台进行连接, 从而为后期用户提供良好的二次开发方面的支持。本文是针对智能IC卡在餐厅收费系统中的应用而进行的设计。第一章，从系统描述，安装的必要性和可行性进行了描述，并以次进行了系统电路的初步设计；第二章，围绕系统电路所用的芯片的选择和天线的设计进行说明，最终确定电路所用的芯片；第三章，对智能IC卡餐厅收费系统的射频模块进行了详细的说明。文章最后对课题设计中的优点和不足进行了归纳和总结。第1章 总体方案设计1.1餐厅收费系统概述 随着电子工业的飞速发展，电子科技给生活所带来的种种方

7、便几乎无处不见 ,最近的一两年里在许多大学和机关的公共食堂，大家可以看到一张电子卡替代了传统的饭票使人们就餐变得方便卫生，同时也使得餐厅管理现代化成为现实，以往餐厅使用的饭票有以下缺点：1. 流通频繁，是疾病、细菌的传染源。2. 易损坏，保存携带不便。3. 买饭时点饭票、找饭票过程繁琐，浪费时间。4. 营业统计时采用点饭票的方式，既不方便也不准确。5. 饭票印刷费用累计较高。6. 无安全措施，极易伪造，这种现象在一些学校已经十分严重。智能卡餐厅收费系统是以高科技智能卡取代饭票和现金而对整个食堂售饭过程实现信息化管理的一种计算机网络系统。它主要采用智能卡作为介质，用电子货币的全新手段取代传统的交

8、易媒介，广泛的运用于学校、企业、宾馆、俱乐部、会所、医院、商场的各种收费场所，实现无纸化电子货币结算，提升实施单位本身的工作效率和管理水平。1.2智能餐厅收费管理系统可行性分析1.2.1系统安装的必要性由于传统的餐厅交易媒介（如饭票、饭卡、现金等）存在的缺点所带来的种种弊端，使得许多高校、机关的食堂管理部门都在寻找一种卫生、可靠、管理方便的新型管理系统。智能卡收费管理系统就将这一切成为了现实。智能卡餐厅售饭管理系统克服了以往的纸质印刷饭票的以下缺点：1疾病、细菌的传染源。2易损坏，保存难。3买饭时点饭票找饭票过程繁琐，浪费时间。4营业时点饭票找饭票的方式，既不方便也不准确。5饭票印刷费用累计较

9、高，无安全措施，极易伪造，这种现象在有些单位已十分严重6不排除有贪污行为存在。1.2.2系统安装的可行性智能卡餐厅收费管理系统具有以下特点：1管理功能强大：系统具有批量开户、撤户、多收款机、多操作员、收款机任意设置等管理功能。2安全性高：系统采用多种有效措施，如个人密码、偷餐报警、操作员口令、用餐累计限额、帐目平衡指示、合法纠错、关键操作示警等功能，使系统在一定程度上保证了财务的严密性，保障了持卡人的经济利益。3.可靠性强：具备掉电状态下单机工作能力，并可脱离管理机单独工作。4帐户信息丰富，管理灵活：部门管理明细、个人帐户信息的更改更直观、更灵活。5人机界面易学易用：系统采用国际流行的下拉式菜

10、单，通过简便的键盘操作，灵活直观的鼠标操作使操作人员对系统状态一目了然。同时无需记忆任何内容，操作员一看就懂，一学就会，对每一步操作都提示跟踪，对非法操作提示阻挡，对重要操作声音报警，使操作员在使用时灵活简便，不易出错。同时提供了帮助菜单供使用者浏览查询系统使用说明。6兼容性好：软件系统可以适用于各种显示器、打印机，硬件系统与网络控制卡以及串口与计算机连接，系统通用性强。7. 技术连续性强：系统改进时平滑过渡，保证了用户投资的长远性。1.3 智能餐厅收费系统总体方案1.3.1 智能餐厅收费系统的工作原理此餐厅收费系统包括两部分发卡充值机和刷卡机。发卡充值机由餐厅收银台工作人员操作，其工作过程：

11、顾客交前充值，工作人员发卡，并通过PC机控制发卡充值机向卡内充入相应金额，其相应信息存如数据库，顾客消费之后，在收银处发卡充值机读取卡上信息，余额被退回，同时刷新此卡，顾客消费记录转入消费数据库以便餐厅财务结算。刷卡机各餐点工作人员操作，顾客拿到卡后，到各餐点消费，刷卡机扣除对应消费金额，然后存储记录。1.3.2 硬件电路设计整个系统硬件电路框图如图1-1所示，整个餐厅收费系统主要由Mfire1卡（RC500）、单片机（AT89C52）、（4*4）键盘、显示器 （LED数码管）、存储器、天线和监控电路以及与PC机通信的MAX232串行通信接口电路等部分组成（其原理图见附录一）。（1） 单片机系

12、统单片机显示、报警系统采用89C52。它片内有8KB的ROM，256字节的RAM以及有32个I/O口。P1口与串行器件62256和电路连线；P0口与Mifare1卡相连，用作数据线；P2口用作4*4键盘；P3口用于读写控制和中断。当不需要外部程序存储器和数据存储器扩展时，P0口、P2口可用作通用的输入/输出口。当需要外部程序存储器和数据存储器扩展时，P0口作为分时复用的低8位地址/数据总线，P2口作为高8位地址总线。XTAL1：晶体振荡器接入的一个引脚XTAL2：晶体振荡器接入的另一个引脚RST/VPD：复位信号输入引脚/备用电源输入引脚；ALE/PROG：地址锁存储器选择引脚/片内EPROM

13、编程电压输入引脚；/VPP：内外存储器选择引脚/片内1（a）发卡充值机电路原理框图 （b）刷卡机电路原理框图 图1-1 智能IC卡餐厅收费系统电路原理方框图（2） 键盘电路键盘接口电路用4*4结构，共16个键。其中数字键10个，清除键和回车键小数点各1个，功能键一个为查询键。还有剩余三个键备用。查询键：售卡员可以通过此键查询售卡金额和售卡记录。（3） 显示电路显示部分采用数码显示，利用串行输入BCD码十进制译码驱动显示器件MC14499来完成与单片机系统的显示接口，以显示读写器工作状态、输入数据或读出IC卡中所剩余以及出错信息等。此器件主要有1个20位移位寄存器、1个锁存器、1个多路输出器。多

14、路输出器BCD码经段译码器译码后，换成七段码（abcdefg）和小数点DP送到段驱动器输出。（4） 存储器读写器中设计了存储器。存储器选用62256的串行E2PROM.再售卡机中主要存放卡号、充值金额、消费金额、找回金额、充值日期。62256的存储容量为32K（5） 监控电路监控电路采用DS1232芯片。它是个看门狗定时器，其功能是：上电和掉电时给89C52产生RESET信号；看门狗对系统进行监控，防止死机。（6） 非接触式IC卡非接触式IC卡选用RC500，MF RC500是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成读卡IC系列中的一员。该读卡IC系列利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在

15、13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。内部的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动近操作距离的天线（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。方便的并行接口可直接连接到任何8位微处理器，这样给读卡器/终端的设计提供了极大的灵活性。 其具有以下特性高集成度模拟电路用于卡应答的解调和解码；缓冲输出驱动器使用最少数目的外部元件连接到天线；近距离操作（可达100mm）；用于连接13.56MHz

16、石英晶体的快速内部振荡器缓冲区；时钟频率监视；带低功耗的硬件复位；软件实现掉电模式；并行微处理器接口带有内部地址锁存和IRQ线；自动检测微处理器并行接口类型；易用的发送和接收FIFO缓冲区；支持防冲突过程；面向位和字节的帧；唯一的序列号；片内时钟电路；支持MIFARE PRO和ISO14443A（透明模式且T = CL）；支持MIFARE Clasic；Crypto1以及可靠的内部非易失性密匙存储器；支持MIRFARE有源天线；适合于高安全性的终端。1.4本章总结随着电话卡、就餐卡、信用卡等的普遍应用以及金卡工程的广泛宣传和实质性实施,老百姓对磁卡及IC卡（均为传统的接触式）等名词已不再陌生,

17、 但专业人士也敏感地注意到, 在国外, 且不说磁卡正逐步被淘汰, 就连当前风头正健的接触式IC卡亦面临新问世的非接触式IC卡的挑战。非接触式IC 卡, 由于存在着磁卡及接触式IC卡无可比拟的优点, 使之一问世,便立刻引起了广泛的关注, 并以惊人的速度在国外得到推广使用。 在此笔者也提醒用户和业界,应该引起足够的重视,及时调整策略。第2章 硬件电路元件的选择和天线设计2.1 主CPU的选择AT89C52是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k Bytes ISP（In-system programmable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高

18、密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。2.1.1 AT89C52的特点AT89C52具有如下特点：40个引脚,8k Bytes Flash片内程序存储器,256 bytes的随机存取数据存储器（RAM）,32个外部双向输入/输出（I/O）口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗（WDT）电路,片内时钟振荡器。 主要功能特性如表2-1所示： 表2-1 AT89C

19、52的功能特性兼容MCS-51指令系统8k可反复擦写（1000次）ISP Flash ROM32个双向I/O口4.5-5.5V工作电压3个16位可编程定时/计数器时钟频率0-33MHz全双工UART串行中断口线256x8bit内部RAM2个外部中断源低功耗空闲和省电模式中断唤醒省电模式3级加密位 看门狗（WDT）电路软件设置空闲和省电功能灵活的ISP字节和分页编程双数据寄存器指针此外,AT89C52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断

20、激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求。2.1.2 AT89C52的管脚及其功能其管脚图如图2-1所示：管脚功能如下：VCC：供电电压。 GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，当用于外部程序数据存储器时，它可以被定义为数据/地址的低八位。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口。P3口也 图

21、2-1 AT89C52管脚图 可作为AT89C52的一些特殊功能口，如表2-2所示：P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。表2-2 P3口的特殊功能口管脚备选功能P3.0 RXD串行输入口P3.1 TXD串行输出口P3.2 /INT0外部中断0P3.3 /INT1外部中断1P3.4 T0记时器0外部输入P3.5 T1记时器1外部输入P3.6 /WR外部数据存储器写选通P3.7 /RD外部数据存储器读选通当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程

22、脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 ：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指令期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部存储器（0000H-FF

23、FFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，将内部锁定为RESET；当端保持高电平时，此间内部存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 来自反向振荡器的输出。2.2 读写芯片的选择2.2.1 MF RC500芯片简介今世界上非接触式IC卡智能射频卡（内建MCU，ASIC等）中的主流主要为PHILIPS公司的MIFARE技术，已经被制定为国际标准：ISO/IEC 14443 TYPE A 标准。欧洲一些较大的IC卡片制造商以及IC卡片读写器制造以及IC卡片软件设计公司等（例如法国的GEMPLUS公司）大都以MIFARE技术为标准，而发展和推进IC卡行业。Mifare1 IC智能（射频）卡的核心是PHILIPS公司的Mifare1 IC S50（-01，-02