简易ic卡收费器单片机课程设计论文学位论文.docx

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简易ic卡收费器单片机课程设计论文学位论文

1、绪论..................................................................2

2、现状分析..............................................................2

3、射频卡（IC卡）的识别系统

1射频识别系统的工作原理..................................................4

2S50非接触式IC卡性能简介

（1）主要指标............................................................5

（2）结构................................................................6

（3）工作原理............................................................7

（4）M1射频卡与读卡器的通讯..............................................8

4、射频读卡模块RC522

（1）RC522简介...........................................................9

（2）RC522引脚图.........................................................10

（3）管脚描述............................................................11

（4）芯片相关功能介绍....................................................12

（5）I*I总线接口.........................................................12

5、STC8989C52芯片介绍

（1）芯片特点.............................................................13

（2）引脚图...............................................................14

（3）STC8989C52单片机的相关引脚介绍.......................................15

6、LCD1602芯片...........................................................17

7、软件部分...............................................................18

8、心得...................................................................50

9、参考文献...............................................................50

10、仿真图.................................................................51

一、绪论

射频识别（RadioFrequencyIdentification，简称RFID）技术是20世纪90年代开始兴起的一种天线的，非接触方式的自动识别技术，是近几年来发展的前沿科技项目。

该技术主要是利用无线射频方式进行非接触式的通信，实现对被识别物体的自动识别。

射频识别技术的显著优点在于非接触性，因此完成识别工作时无需人工干预，能够实现识别自动化且不易损坏；可识别高速运动物体并可同时识别多个射频标签，操作快捷方便；射频标签不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，且可以穿透非金属物体进行识别，抗干扰能力强。

RFID技术与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。

研究RFID产业对提升社会信息化水平、促进经济可持续发展、提高人民生活质量、增强公共安全与国防安全等方面产生深远影响，具有战略性的重大意义。

射频卡又叫非接触式IC卡，诞生于90年代初，是世界上最近几年发展起来的一项新技术，它成功地将射频识技术和IC卡技术结合起来，解决了无源（卡中无电源）和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。

由于存在着磁卡和接触式IC卡不可比拟的优点，使之一经问世，便立即引起广泛的关注，并以惊人的速度得到推广应用。

射频卡与接触式IC卡相比较，非接触式卡具有以下优点：

可靠性高，操作方便，快速，防冲突〔非接触式卡中有快速防冲突机制，能防止卡片之间出现数据干扰〕，可以适合于多种应用加密性能好。

随着社会的不断向前推移，人们生活水平的不断提高，也就意味着人们的消费水平也有了很大的提高，商家的收费系统也有很大的改进，应用于生活中许多消费控制系统中，如汽车消毒收费系统，公交刷卡，售饭收费系统，门禁，电梯刷卡系统，交通收费，停车收费等。

二、现状分析

在国外，美国加州技术创新博物馆正使用射频卡识别技术来拓展和增强参观者的参观体验。

他们给前来参观的访问者每人一个RFID（射频识别技术）标签，使其能够在今后其个人网页上浏览此项展会的相关信息；这种标签还可用来确定博物馆的参观者所访问的目录列表中的语言类别。

该博物馆成立于1990年。

自成立以来，就成为了硅谷有名又受欢迎的参观地，并吸引了很多家庭和科技爱好者前来参观访问。

每年大约能接待40万参观者。

从参观者所做出的积极良好的反应看来，使用RFID标签是成功的。

在未来的某一天，美国的技术创新博物馆可能会开发出一种展示品，用来探测RFID技术对于整个世界的影响，他们正在努力地研究着。

国内，已经广泛应用于银行、电信、交通、公共安全等社会各领域，得到了快速的发展。

国内智能卡市场销售量近12.8亿张，同比增长26.8%；销售额达53.7亿元，同比增长15.3%。

智能卡市场销量出现大幅增长的主要原因在于，一是移动通信卡市场的增长拉动了整体市场的增长；二是城市一卡通、居住证、社保卡等领域市场快速发展，也推动了整体市场的增长。

作为最大应用领域的移动通信卡市场在亚太市场快速增长的带动下实现了销售量的增长，此外金融服务领域在全球EMV迁移的拉动下实现了10%以上的增长。

在身份识别领域，全球电子护照的发行及中国居住证制度的实施也保证了该领域的增长空间。

整体来看，智能卡的传统应用领域仍左右全球智能卡市场的发展。

以城市一卡通、社保卡、银行IC卡为代表的中国智能卡新兴应用领域发展势头强劲其中城市一卡通目前广泛应用于城市公共交通、高速公路自动收费、智能大厦、各种公共收费、智能小区物业管理、考勤门禁管理、校园和厂区一卡通系统中，这些应用中门禁一卡通近年来得到较快的增长。

产品性价比不断提高近年来，智能卡“一卡多用”渐成市场发展趋势，智能卡功能不断提升。

与此同时，智能卡生产规模的扩大又促使其价格不断下降，产品性价比不断提高。

以移动通信SIM卡为例，虽然产品性能不断提高，但价格呈理性的下降趋势，可以说，目前SIM卡是国内最具性价比的智能卡应用领域。

从中国智能卡市场竞争格局来看，目前市场前十位中除金雅拓、金邦达、捷德属外资企业以外，其余均为本土厂商，其中东信和平、握奇数据、大唐微电子等企业在国际市场中也具有一定的竞争实力。

从智能卡芯片市场的竞争格局来看，随着中国本土集成电路设计企业的迅速成长，智能卡芯片市场已经摆脱了原来严重依赖国外半导体厂商的局面，有些国内厂商已经可以设计、生产具有与国外产品相同功能的智能卡芯片，而一些国外芯片企业也因为成本和盈利因素放弃了部分领域智能卡芯片的开发。

如今中国智能卡芯片厂商已经形成了中外两种竞争格局，其中国外企业以三星、意法、英飞凌、NXP、瑞萨等为代表，国内则以大唐微电子、华虹设计、复旦微电子、中电华大、同方微电子等为代表。

在智能卡模块封装环节则有中电、上海伊诺尔、山东山铝、上海长丰等知名企业，如今中国智能卡产业已经形成芯片设计、芯片制造、模块封装、智能卡制作开发的完整产业链。

三、射频卡（IC卡）的识别系统

1射频识别系统的工作原理

射频识别（RFID）系统为无源系统，即射频卡内不含电池，射频卡的能量是由读写器发出的射频脉冲提供。

非接触式射频卡系统是基于射频法的系统。

射频法是运用L-C振荡回路工作的RFID系统工作过程如下：

（1）读写器在一个区域内发射能量形成电磁场，区域大小取决于发射功率、工作频率和天线尺寸。

（2）射频卡进入这个区域时，接收到读写器的射频脉冲，经过桥式整流后给电容充电。

电容电压经过稳压后作为工作电压。

（3）数据解调部分从接收到的射频脉冲中解调出命令和数据并送到控制逻辑，控制逻辑接受指令完成存储、发送数据或其他操作。

（4）如需要发送数据，则将数据调制后从收发模块发送出去。

（5）读写器接收到返回的数据后，解码并进行错误校验来决定数据的有效性，然后进行处理，读写器发送的射频信号除提供能量外，通常还提供时钟信号，使数据保持同步。

2、　芯片：

PhilipsMIFARE1S50

S50非接触式IC卡性能简介（M1）

（1）主要指标

容量为8K位EEPROM

分为16个扇区，每个扇区为4块，每块16个字节,以块为存取单位

每个扇区有独立的一组密码及访问控制

每张卡有唯一序列号，为32位

具有防冲突机制，支持多卡操作

无电源，自带天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路

数据保存期为10年，可改写10万次，读无限次

工作温度：

-20℃~50℃（湿度为90%）

工作频率：

13.56MHZ

通信速率：

106KBPS

读写距离：

10cm以内（与读写器有关）

（2）结构

M1卡片的存储容量为8192bitX1位字长（即1KX8位字长），采用EEPROM作为存储介质，整个结构划分为16个扇区，编为扇区0—15。

每个扇区有4个块（Block），分别为块0，块1，块2和块3。

每个块有16个字节。

一个扇区共有16ByteX4=64Byte。

每个扇区的块3（即第四块）包含了该扇区的密码A（6个字节）、存取控制（4个字节）、密码B（6个字节），是一个特殊的块，称为控制块，。

其余三个块是一般的数据块。

数据块有两种应用方法，一种是用作一般的数据保存用，直接读写。

另一种用法是用作数值块，可以进行初始化值、加值、减值、读值的运算。

系统配用相应的函数完成相应的功能。

但扇区0的块0是特殊的，是厂商代码，已固化，不可改写。

扇区存储结构

M1卡分为16个扇区，每个扇区由4块（块0、块1、块2、块3）组成，（我们也将16个扇区的64个块按绝对地址编号为0~63，存贮结构如下图所示：

表1存储结构

绝对地址存放厂商代码已固化

密码A存取控制密码B

块0数据块0

扇区0块1数据块1

块2数据块2

块3控制块3

块0数据块4

扇区1块1数据块5

块2数据块6块3控制块7

块0数据块60

扇区15块1数据块61

块2数据块62

块3控制块63

数据块可作两种应用：

用作一般的数据保存，可以进行读、写操作。

用作数据值，可以进行初始化值、加值、减值、读值操作。

每个扇区的块3为控制块，包括了密码A（6字节）、存取控制（4字节）、密码B（6字节）具体结构如下：

A0A1A2A3A4A5（密码A）FF078069（存取控制）B0B1B2B3B4B5（密码B）

每个扇区的密码和存取控制都是独立的，可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。

存取控制为4个字节，共32位，扇区中的每个块（包括数据块和控制块）的存取条件是由密码和存取控制共同决定的，在存取控制中每个块都有相应的三个控制位,定义如下：

块0：

C10

C20

C30

块1：

C11

C21

C31

块2：

C12

C22

C32

块3：

C13

C23

C33

表2控制位定义

三个控制位以正和反两种形式存在于存取控制字节中，决定了该块的访问权限（如

进行减值操作必须验证KEYA，进行加值操作必须验证KEYB，等等）。

***块0、1、2的存取控制与块3的存取控制不同

（a）数据块（块0、块1、块2）的存取控制如下：

表3

控制位（X=0，1，2）

访问条件（对数据块0，1，2）

C1X

C2X

C3X

Read

Write

Increment

Decrement,transfer,Restore

KeyA∣B

Never

KeyA∣B

KeyB

Never

KeyA∣B

KeyB

KeyA∣B

Never

KeyA∣B

KeyB

Never

KeyB

Never

（b）控制块块3的存取控制与数据块（块0、1、2）不同，它的存取控制如下

表4

密码A

存取控制

密码B

C13

C23

C33

Read

Write

Read

Write

Read

Write

Never

KeyA∣B

Never

KeyA∣B

Never

KeyA∣B

Never

KeyA∣B

Never

KeyB

KeyA∣B

Never

KeyB

Never

KeyA∣B

Never

KeyA∣B

Never

KeyB

KeyA∣B

KeyB

Never

KeyB

Never

KeyA∣B

KeyB

Never

KeyA∣B

Never

（3）工作原理卡片的电气部分只由一个天线和ASIC组成。

天线：

卡片的天线是只有几组绕线的线圈，很适于封装到IS0卡片中。

ASIC：

卡片的ASIC由一个高速（106KB波特率）的RF接口，一个控制单元和一个

8K位EEPROM组成。

工作原理：

读写器向M1卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷，在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存，当所积累的电荷达到2V时，此电容可做为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。

（4）M1射频卡与读写器的通讯

图1

复位应答（Answertorequest）

M1射频卡的通讯协议和通讯波特率是定义好的，当有卡片进入读写器的操作范围时，读写器以特定的协议与它通讯，从而确定该卡是否为M1射频卡，即验证卡片的卡型

防冲突机制（AnticollisionLoop）

当有多张卡进入读写器操作范围时，防冲突机制会从其中选择一张进行操作，未选中的则处于空闲模式等待下一次选卡，该过程会返回被选卡的序列号。

选择卡片（SelectTag）

选择被选中的卡的序列号，并同时返回卡的容量代码。

三次次互相确认（3PassAuthentication）

选定要处理的卡片之后，读写器就确定要访问的扇区号，并对该扇区密码进行密码校验，在三次相互认证之后就可以通过加密流进行通讯。

（在选择另一扇区时，则必须进行另一扇区密码校验。

）

对数据块的操作

读（Read）：

读一个块；

写（Write）：

写一个块；

加（Increment）：

对数值块进行加值；

减（Decrement）：

对数值块进行减值；

存储（Restore）：

将块中的内容存到数据寄存器中；

传输（Transfer）：

将数据寄存器中的内容写入块中；

中止（Halt）：

将卡置于暂停工作状态；

四射频读卡模块RC522

（1）射频读卡模块RC522简介

MFRC522是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中的一员。

是NXP公司针对“三表”应用推出的一款低电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片，是智能仪表和便携式手持设备研发的较好选择。

MFRC522利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。

支持ISO14443A的多层应用。

其内部发送器部分可驱动读写器天线与ISO14443A/MIFARE卡和应答机的通信，无需其它的电路。

接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于处理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。

MFRC522支持MIFARE?

更高速的非接触式通信，双向数据双向传输速率高达424kbit/s。

作为13.56MHz高集成度读写卡系列芯片家族的新成员，MFRC522与和MFRC500MFRC530有不少相似之处，同时也具备诸多特点和差异。

它与主机间的通信采用连线较少的串行通信，且可根据不同的用户需求，选取SPI、I2C或串行UART（类似RS232）模式之一，有利于减少连线，缩小PCB板体积，降低成本。

（2）引脚图

图2

（3）管脚描述注：

I输入O输出ＰＷＲ电源

表5

符号

类型

描述

OSCIN

晶振输入：

振荡器的反向放大器的输入。

它也是外部产生的时钟的输入（fosc=27.12MHZ）.

IRQ

中断请求：

输出，用来指示一个中断事件。

SIGIN

信号输入

SINOUT

信号输出

TX1

发送器1：

传送调制的13.56MHZ的的能量载波信号

TVDD

PWR

发送器电源：

给TX1和TX2的输出级供电

TX2

发送器2：

传送调制的13.56MHZ的的能量载波信号

TVSS

PWR

发送器地：

给TX1和TX2的输出级供电

I/O

数字地

不同接口地数据管脚（测试端口I*IC,SPI,UART）

I/O

SDA

串行数据线

外部地址：

该管脚用来编码I*IC地址

I2C

I*IC使能

DVDD

PWR

数字电源

AVDD

PWR

模拟电源

AUX1

辅助输出：

这两个管脚用于测试

AUX2

AVSS

PWR

模拟地

接收器输入：

接受管脚RF信号管脚

VMID

PWR

内部参考电源：

该管脚提供内部电压

NRSTPD

不复位和掉电：

管脚为低电平时，切断内部电源吸收，关闭振荡器，断开输入管脚与外部电路的连接。

管脚的上升沿来启动内部复位阶段。

OSCOUT

晶振输出振荡器的反相放大器的输出

TESTPIN

不连接：

三态管脚

PVDD

PWR

管脚电源

PVSS

PWR

管脚电源地

（4）芯片相关功能介绍

图3

读卡器卡（数据从MFRC522发送到卡）//读卡器一方的调制，位编码

卡读卡器（接受卡的数据）//卡一方的调制，位编码

（5）I2C总线接口

图4

接口遵循I2C总线规范V2.1.在标准，快捷，高速的模式中，MFR522可作用于从接收器或从发送器。

SDA是一个双向数据线，通过一个电流源或上拉电阻接到正电压。

如果不传输数据SDA和SCL均为高电平。

MFR522有一个三态输出级来执行线与功能。

五STC89C52芯片介绍

（1）MCS-51系列单片机在超低功耗和功能集成等方面有明显的特点。

具备适合应用在电池供电的便携式装置、超长时间连续工作的设备等领域的特点，更具有开发方便、可以现场编程等优点。

STC89C52RC内置8K的Flash存储器和512字节RAM，具有3个16位计数器和一个标准的串行通信口，支持ISP程序下载方便程序的调试，此外它还具有良好的温度特性、稳定性和性价比。

（2）引脚图5

（3）如图4所示为STC89C52RC单片机的管脚图。

VCC（40引脚）：

电源电压

VSS（20引脚）：

接地

P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：

P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。

作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。

在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。

此时，P0口内部上拉电阻有效。

在FlashROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。

验证时，要求外接上拉电阻。

P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：

P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。

P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。

此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。

在对FlashROM编程和程序校验时，P1要接收低8位地址。

P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：

P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。

P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX@DPTR”指令）时，P2送出高8位地址。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX@R1”指令）时，P2

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