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ic卡读取与设计毕业论文
Lastrevisionon21December2020
ic卡读取与设计毕业论文
毕业设计
（正文部分）
题目IC卡读写器的设计
姓名方唯程
学号
系部理工系
年级专业12级电子信息工程
指导教师彭沛夫
2016年5月28日
摘要
信息领域发展的一个分支——智能卡即IC（IntegratedCircuit）卡。
本文介绍一种基于AT89C51单片机的射频IC卡读写器系统，该系统主要由AT89C51单片机、射频IC卡读写模块、天线及RS485通讯接口组成。
非接触式IC卡又称射频IC卡。
是最近几年发展起来的一项新技术，它成功的将射频识别技术与IC卡技术结合起来，解决了无源（卡中无源）和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。
具有操作快捷、抗干扰性强、工作距离远、安全性高、便于“一卡多用”等特点，在自动收费、身份识别和电子钱包等领域具有接触式IC卡所无法比拟的优越性，具有广阔的市场前景。
非接触式IC卡读卡器是非接触式IC卡应用系统的关键设备之一。
本文首先对非接触式IC卡进行了综合概述，详细介绍了其种类、特点、关键技术等，并介绍了非接触式IC卡的关键技术：
射频识别技术。
读卡器的硬件设计包括电源供应电路、LED状态显示电路、蜂鸣器驱动电路、RS232通信电路、MCU的连接、MFRC500接口电路和读卡器天线这几部分的设计，以及MFRC500与MCU接口电路设计、与电源接口电路设计和与天线射频接口电路设计三个部分。
随着射频技术的推广，IC卡已经广泛应用于公共交通终端、手持终端、非接触式PC终端等各个非接触式通信场合。
关键词射频卡、51单片机、LCD1602、读写功能。
Title：
DesignofICcardreader
Abstract：
AbranchofthefieldofinformationdevelopmentsisIC.ThispaperdescribesaradiofrequencybasedonAT89C52microcontrollerICcardreadersystem,thesystemconsistsofAT89C52microcontroller,RFICcardreadermodules,antennasandRS485communicationinterface.Non-contactICcard,alsoknownasICcardRF.Inrecentyearsdevelopedanewtechnology,itwillbethesuccessofradiofrequencyidentificationtechnologyandICcardtechnologytogethertosolvethepassive（passivecard）andfreeaccesstothisdifficultproblem,thefieldofelectronicdevicesisamajorbreakthrough.Operationwithfast,stronganti-interference,distancework,safe,easy,"amulti-purposecard"andsoon,intheautomatictollcollection,identificationandelectronicpurseandotherfieldsofcontactlessICcardcannotmatchthesuperiorityofhavebroadmarketprospects.Non-contactICcardreadernon-contactICcardapplicationsystem,oneofthekeyequipment.
Inthispaper,firstnon-contactICcardaresummarizedonthecharacteristicsofthetypesofkeytechnology.Andintroducedthenon-contactICcardtechnology:
radiofrequencyidentificationtechnology.Readerhardwaredesign,includingpowersupplycircuit,LEDstatusdisplaycircuit,buzzerdrivercircuit,RS232communicationcircuit,MCUconnection,MFRC500readerantennainterfacecircuitandthedesignoftheseparts,aswellaswiththeMCUinterfacecircuitMFRC500design,andPowerInterfaceCircuitDesignandRFantennainterfacecircuitdesignisinthreeparts.WithRFtechnologypromotion,ICcardhasbeenwidelyusedinpublictransportterminals,handheldterminals,non-contactPCterminalsandothernon-contactcommunicationapplications.
Keywords:
ContactlessICCard；Read-WriteDevice；MF-RC500；RadioFrequencyIdentification；
第一章绪论5
课题研究背景及意义5
国内外发展现状5
射频卡发展与现状5
LCD技术发展状况6
单片机技术发展现状6
论文主要内容及章节安排7
第二章系统方案设计7
系统需求分析7
系统设计原则8
系统需求分析8
硬件需求分析9
系统方案设计9
整体结构设计10
系统功能设计10
本章小结10
第三章程序编译环境12
开发平台搭建12
软件安装12
程序设计以及解释分析14
第四章系统硬件设计与实现15
射频卡模块介绍15
射频卡模块选择原则15
LCD1602模块介绍15
单片机选型16
单片机选型16
STC51单片机介绍16
系统实物图：
18
第五章总结与展望18
论文工作总结18
工作展望18
致谢2
参考文献25
第一章绪论
选题的背景和意义
本次我的设计任务是基于非接触式IC卡的读写器的硬件部分。
非接触式IC卡通过线圈射频感应从读写器获取能量和交换数据，所以又称射频卡。
非接触式IC卡是根据射频电磁感应原理产生的。
已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，使用中非常方便、快捷，不易损坏。
因此，在公交、门禁、校园、企事业等人事管理、娱乐场所等方面有广泛的应用前景。
系统硬件主要包括微型单片机AT89C51、MFRC500、时钟电路、匹配电路及接口等外围电路。
非接触式IC卡读写器以射频识别技术为核心，读写器内主要使用了1片Mifare卡专用的读写处理芯片——MMM微模块。
已是一个小型的最大操作即离达20-30mm的Mifare读/写设各的核心器件，其功能包括调制、解调、产生射频信号、安全管理和防碰撞机制。
读写器工作时，不断地向外发出一组固定频率的电磁波（13.6MHz），当有卡靠近时，卡片内有一个LG串联谐振电路，其频率与读写器的发射频率相同，这样在电磁波的激励下，LG谐振电路产生共振，从而使电容充电有了电荷。
在这个电容另一端，接有一个单向导电的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储。
当电容器充电达到2V时，此电容就作为电源为卡片上的其他电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接收读写器发出的数据与保存。
IC卡的全称是集成电路卡，其英文名字为IntegratedCircuitCard。
在最开始的时候人们先发明了磁卡。
磁卡最早出现在美国，当时美国金融机构发行了塑料金融交易卡，在这种交易卡的背面贴好磁条，使卡能够自动读取信息并且在线处理卡内部的信息。
因为一张小小的磁卡带来了巨大的方便，而且价格低廉，结构简单，被越来越多的人们所使用。
后来IC卡的出现，以其更多的优点取代了磁卡。
射频卡卡有着更高的安全性、灵巧智能化和国际标准化。
射频卡功能的强大，使得射频卡卡在各个领域行业中都被使用。
因而发展迅速，在金融、通讯、交通等众多领域中后来居上，即使那些磁卡己经普及应用的范围也将被取而代之。
射频卡不仅改变了现有多种卡的使用方法和功能作用，还不断开创出新的应用领域。
将射频卡和其他设备组成系统就能提供非常丰富的服务功能，把这些功能与生产或流通领域有机地结合起来，将出现令人意想不到的奇迹，创造出巨大的经济和社会效益。
随着信息技术的发展，射频卡作为一种先进的信息存储介质，它的应用已经渗透到各国的经济、社会生活、军事等各个方而，将来更有着广阔的发展空间。
IC卡一开始是一种接触式的卡片系统，只要是接触式的物品，都有一个共同的缺点就是磨损。
随着使用次数的增加，卡上面的芯片就会磨损坏，导致卡失效，影响了交易的速率。
对于用户的使用需求不断的改进，现在已经有了非接触式的IC卡，即射频卡。
射频卡系统由IC卡芯片和感应天线组成，通过无线电波进行卡的读写操作。
射频卡的出现时电子器件领域的一大突破。
它将射频识别技术和IC卡技术完美的组合在一起。
射频卡发展与现状
Philips公司的Mifare技术是当今世界上的主流。
在一九九零年该公司的MFRC卡技术诞生了，在一九九四年MFRC卡技术被推向了全世界。
MFRC卡技术在1995年被用在公交系统上，最初被实施在英国、法国等国家。
马来西亚将MFRC卡技术用在了停车场的收费系统中。
在此之后，该公司不断地开发MFRC卡技术。
现在射频卡被广泛的用于各个领域：
停车场自动收费、公交卡、身份证、银行卡、门禁卡、校园卡等等。
我国由于历史的原因，接触现代技术较晚，比较落后，特别是芯片设计生产方面远远不能与外国人相比，目前国内只有华为一家公司能制作芯片，还被美国等大国在市场上被打压。
也就是说我国对于射频卡的技术认识不足，而且硬件设备也比较短缺，更加造成我国与外国的技术差距。
现在我国第二代身份证已经大规模的使用射频卡。
身份证中的射频卡是由清华同方开发的THR10XX系列，清华同方还拥有THR9904系列的射频卡产品。
目前在学生证、新军官证、公交卡等得到广泛的应用。
我国还研制出很多新型的射频卡，比如SHC1105，该卡可用于安全管理等，因为它遵循了ISO/IEC15693协议，所以其安全性很强。
还有FM17XX系列的射频卡，工作频率为，可以支持三种射频的通信协议，即非接触通信协议，而且有加密算法在里面。
这类射频卡适用于各类的数据采集和计费支付卡，而且成本低，内部还具有大容量的E2PROM,被广泛的运用到各行各业中。
目前我国射频卡还有很大一步要迈出去，射频卡的市场前景广阔，如果我们能抓住技术上升的机会，这将是我国射频卡技术发展的机遇。
LCD技术发展状况
液晶最早是由奥地利的植物学家发现，被美国一个年轻的电子学者应用到了电子屏幕行业，由RCA公司最早开始研究，当时该公司将其列为企业的重大机密。
在一九六几年，RCA公司才在广播中报道报道他们的LCD技术。
后来日本很重视液晶屏幕的使用，实施了一系列的措施，开发了一系列的商品化产品，再加上RCA公司的错误决定，液晶技术开始外流，逐渐液晶技术形成了一个产业。
目前我国在LCD领域的基础设备方面很薄弱，而且市场占有率大部分也不在中国，不过中国多年来已经积累的很多经验，这是中国发展LCD行业一个资本。
单片机技术发展现状
在1976年英特尔公司研制出MCS-48系列8位的单片机，标志着单片机的产生：
在1982年，中国开始使用单片机。
新的技术出现在中国引起技术人员的关注，在短短的几年里，单片机在中国发展开来。
各种各样的单片机交流会和协会在中国开始成立，人们越来越重视单片机的运用。
你可以把单片机叫做单片微型电脑或者单片微电脑。
现在常规的单片机普遍都是将中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，PMW（即脉宽调制电路）、随机存取数据存储（即RAM）、只读程序存储器（即ROM）、并行和串行通信接口，一些技术含量高一些的单片机集成了如A/D转换器、中央处理器（CPU）、看门狗、有些单片机将液晶驱动电路都集成在单一的芯片上，毫无疑问单片机包含的单元电路越多，功能就越强大。
现在还可以联系厂商制作一款特别独有的单片机。
现在电子系列的产品都要求小体积、轻重量并且功耗要低和使用寿命要长。
这就要求单片机需要微型化，现在的发展方向也是这样的。
既然是小型的电子设备，低功耗就永远是关键。
现在各种单片机都CMOS化，像80c51系列的单片机采用了CHMOS化和HMOS化，使其具有高速处理和低功耗的优点，可以让它适应干电池供电。
由于单片机强大的功能以及小巧、低功耗等优点，使得单片机能够应用于各种各样的领域。
无论是工业控制、家用电器，还是计算机网络和通信领域、医疗设备等，单片机都占着举足轻重的作用。
论文主要内容及章节安排
课题主要内容是基于射频卡的读写技术和单片机，设计实现通过单片机内部计时来控制射频卡数据的变化，通过LCD1602来实时的展现射频卡内的数据，通过按键来对射频卡的值进行加减变化。
最终设计目标是由51单片机、射频卡模块、LCD1602、LED灯组合起来的系统。
论文共分为五章，各章节主要内容如下：
绪论：
介绍了课题研究的背景及意义，同时介绍了射频卡系统，即射频卡在国内外发展的现状、LCD技术发展历程和发展现状以及单片机的发展现状和优势，并对论文章节进行合理安排。
第二章系统的设计方案。
先对射频卡系统进行分析，根据其功能需要再对其余的软件和硬件进行分析。
第三章蓝牙模块AT指令的使用和调试。
先介绍蓝牙的使用，再详细的介绍蓝牙之间的配对链接，重要代码和程序等。
第四章射频卡系统的设计。
本章会讲到各个模块的应用、单片机、射频卡等以及整个电路的设计。
第五章总结与展望。
对本次设计作出总结，通过列出在设计过程中发现的问题，作出改进。
系统需求分析
系统的需求分析是方案设计的重点，通过对于目标的需求分析来确定在设计时我们需要作出的准备。
有了明确的要求后，就可以确定我们所需要的技术和资料，由此根据目标所需来查找相关的文献，来掌握相关的知识，作出合理的方案设计。
再作出各个方案后，再根据系统的需求、方案的可行性、确定性、经济性等各方面需要注意的问题来确定最后的实施方案。
系统设计原则
设计系统首先要满足其功能要求，完善各种功能所需要的硬件必定会复杂。
所以在这个问题上我们要考虑到硬件资源的节约，减少成本等经济性的问题。
既然是电子设备，成本必然不会便宜。
在节约成本的基础上，还要满足系统功能的要求，所以从各个方面考虑，设计系统时还要考虑到如下几个问题：
适用性：
射频卡系统是实际生活中的应用，所以一定要实用。
对于射频卡的天线模块一定要有合理的安放位置，液晶屏幕的数据显示也要简单明了，用户能一眼就明白屏幕上的数据是什么。
实时性：
本系统基于单片机、射频卡读写技术进行设计，通过天线感应区及时的读取射频卡中的数据发送到单片机，并且通过液晶屏幕显示。
在天线感应区读卡时，要求指示灯及时的提示，这就要求我们单片机内部数据和定时器的合理化。
2.1.1系统需求分析
首先，射频卡模块分为射频卡和天线感应区，要想读写卡就要让天线感应区捕获到射频卡，所以天线感应区的位置需要合理的摆放，而且天线感应区必须灵敏，这就要求插口之间要接触良好。
其次，按键操作的功能不能复杂，其功能必须是大众用户可以接受的，多个功能对用一个按键会使操作复杂化，易出现错误操作，造成不需要的影响。
一个按键对应一个功能或者两个功能就是最好的选择。
最后就是LCD1602屏幕对于数据的显示需要优化设计，尽可能从简，让普通用户能够直观的了解上面的内容。
2.1.2硬件需求分析
在射频卡模块中，用到了：
LCD1602模块、射频卡模块、led指示灯和按键若干。
各个硬件需要具有良好的性能，经久耐用。
（1）对于射频卡模块必须要求严格，在天线感应区内必须实时的检测到射频卡，并且能够读取到卡内的数据。
（2）选择合适的单片机。
伴随着电子技术和计算机技术的发展，单片机的功能也越来也强大，广泛应用于部队、工业控制等各种控制领域。
硬件设计中单片机作为核心部件，极大的影响着信息和数据处理的质量。
（3）按键需要选择经久耐用的，因为因为在对射频卡进行充值或者扣费的时候需要用按键来操作，所以按键不可以轻易坏掉，坏掉非技术人员也不好更换。
系统方案设计
2.2.1整体结构设计
射频卡系统有射频卡模块、51单片机、LCD1602模块、LED和按键组成。
通过89c51系列的单片机处理内部数据，通过射频卡模块进行数据读写和传输，通过LCD1602来显示卡内的数据，通过按键调整卡内的数据。
2.3.2系统功能设计
本系统有两种工作模式，普通模式下，会自动对卡进行扣费，每隔一段时间对卡扣一次费用。
充值模式下，按键可以修改卡内的金额。
本章小结
本章首先对系统进行了整体的需求分析，考虑系统设计时需要注意的问题，然后分别对射频卡模块需求和系统硬件设计需求进行分析。
接下来确定了基本方案。
第二节对系统整体方案进行全面设计，介绍了系统预计实现的功能和基本功能流程图，同时对程序进行解释分析，总体来说，整个章节确定了系统设计的整体方案。
第三章程序编译环境
开发平台搭建
软件安装
软件下载部分如下：
接下来具体使用到的环境搭建软件如下：
首先在网上下载keil4的软件，然后打开下载好的压缩包，双击文件，运行。
点NEXT之后会出现协议框，点击同意然后继续点NEXT。
根据自己的电脑选择好安装路径，由于电脑的C盘是系统盘，所以将keil4安装在D盘。
出现需要填写name的框架随便填写后，继续点击NEXT，之后等待安装。
安装成功后电脑桌面会keil4的图片，用管理员的身份运行，现在开始激活软件。
激活需要激活证书。
点击FILE，点击licensemanagement，确定后输入CID号码。
之后找到注册机存放目录，运行EXE文件。
在该文件中选择ARM，然后复制当前的Generate的号码，将其粘贴到NewLicence
IDCode中。
点击确定，激活成功。
程序设计以及解释分析
此系统的控制规则如下：
天线感应区检测到卡会自动进行扣费，每隔一段时间扣除一定的金额，并且对卡进行读写操作，保存数据。
射频卡在感应区时，当按键3按下后，单片机内部的定时器停止工作，不会自动进行扣费，当按键1按一下后，卡内的金额会增加10。
当按键2按一下后，卡内的金额会减少10。
再次按下按键3，单片机内部的定时器又开始工作，射频卡又会自动进行扣费，进行卡的读写操作，保存数据。
根据射频卡模块、LCD1602模块的使用步骤、显示顺序、卡的读写和LED的亮灭来编写程序。
首先将各个模块配置好端口，然后进行初始化。
lcd_init（）;是用来初始化LCD1602模块的程序。
ckcsh（）;是串口初始化函数。
PcdReset（）;用来复位RC522。
PcdAntennaOff（）;用于关闭天线。
PcdAntennaOn（）;用于开启天线。
射频卡要进行读写，需要完成四个步骤：
寻卡->防冲突->选卡->读写卡。
status1=PcdRequest（PICC_REQALL,g_ucTempbuf）;该函数返回卡片类型寻天线区内所有的卡。
status1=PcdAnticoll（g_ucTempbuf）;改函数用于防冲撞，返回卡片ID号。
status1=PcdSelect（g_ucTempbuf）;该函数选定卡片,输入卡片ID号。
status1=PcdAuthState（PICC_AUTHENT1A,1,DefaultKey,g_ucTempbuf）;用于验证卡的密码，这里我们用到的卡全都是初始的密码。
status1=PcdWrite（1,shuju）；函数用于卡的写操作status1=PcdRead（1,shuju）;该函数用于卡的读操作。
定时器的内部计数程序：
voidtime0（）interrupt1晶是在1888年，由奥地利植物学家莱尼茨尔（Reinitzer）发现的，是一种介于固体与液体之间,具有规则性分子排列的有机化合物。
一般最常用的液晶型态为向列型液晶,分子形状为细长棒形,长宽约1nm～10nm，在不同电流电场作用下，液晶分子会做规则旋转90度排列,产生透光度的差别，如此在电源ON/OFF下产生明暗的区别，依此原理控制每个像素，便可构成所需图像。
单片机选型
单片机选型
单片机是集成了CPU、存储器、输入/输出等功能的微型处理器，具有较强的处理能力。
系统基于C/S模式设计，AP服务器服务器承担较少的任务，对服务器的性能，处理速度和外设要求较低。
AP服务器需要与WIFI模块采用串口方式进行通信。
因此，本系统设计中主要用到单片机的资源有串口、硬件PWM等资源，同时定时器和中断也是系统中必不可少的功能，而在单片机处理速度方面要求不高，一般单片机均能满足处理速度的要求，下表对比目前市场上广泛应用的价格相近的51、PIC、AVR等各类单片机性能，做出单片机选择。
由上表可以看出，51系列单片机在内部配置上满足系统要求，有较丰富的资源。
同时51系列单片机在价格比较低。
因此，系统开发中选择51系列单片机作为主控制器。
STC51单片机介绍
1）AT89C2051性能及特点
AT89C2051（以下简称2051）是一种低功耗、高性能的8位CMOS微控制器芯片，片内带2KB的快闪可编程及可擦除只读存储器（FPEROM）。
它与MCS－51指令系统兼容，片内FPEROM允许对程序存储器在线重新编程，也可用常规的EPROM编程器编程。
ATMEL的205l将具有多种功能的8位CPU与FPEROM结合在同一芯片上，为很多嵌入式控制应用提供了高度灵活且价格适宜的方案。
2051还增加了在零频下工作的静态逻辑方式及两种软件可选的省电模式。
其中，在闲置模式下，CPU停止工作，但RAM、定时器／计数器、串行口和中断系统仍然在工作。
在掉电模式下，只保存RAM的内容，振荡器停振，关闭芯片的所有其他功能，直到下一次硬件复位为止。
2）AT89C2051主要性能
（1）与MCS－5l产品兼容。
（2）2KB的在线可重复编程快闪存储器，寿命可达1000次写／擦除周期。
（3）宽工作电容范围：
～6V。
（4）全静态工作方式：
0Hz～24MHz。
（5）两级程序存储器加密。
（6）128×8位SRAM。
（7）15条可编程I／O线。
（8）2个16位定时器／计数器。
（9）5个中断源。
（10）可编程串行通道。
（11）可直接驱动LED。
（12）有片
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