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1、摘 要本文介绍了一个射频卡计费控制器的设计方案。本设计是以射频技术为核心，以单片机为控制器的非接触式IC卡读写器在消费系统中的应用。文章详细介绍了该系统的硬件组成、软件数据处理。非接触式IC卡计费控制器是一种集计量功能及控制功能为一体的装置，是一种利用现代微电子技术、现代传感技术、非接触式IC卡技术对用水量进行计量并能进行用水数据传递及结算交易的新型装置。首先本文介绍了射频识别技术和射频卡系统的概况，详细说明了非接触式射频卡的结构、原理及Mifare1射频卡与读写器间的通信。重点介绍了射频卡读写器的硬件电路设计，包括设计单片机和阅读芯片MF RC500之间的连接和控制方式；MF RC500与天
2、线之间的连接控制方式；显示电路模块设计；水量检测及电磁阀控制设计；余额不足报警及有IC卡显示电路设计。软件主要内容是对射频卡读写操作程序的设计开发，给出了终端读写器主程序和各功能模块的软件设计以及总体流程、各分支流程。最后，对课题中所作的工作进行了总结。关键词：非接触式射频卡，MF RC500芯片，流量计费，单片机AbstractThis paper introduces a design scheme of RF IC card charging controller. The design is based on the radio frequency technology as the
3、core, to single-chip microcomputer as the controller of contactless IC card reader in expense system application. The paper introduces the hardware composition, software data processing. Non contact type IC card charging controller is a set of measurement functions and control functions of the devic
4、e, is a use of modern microelectronic technology, modern sensor technology, non-contact IC card technology the use of water metering and water use data transfer and settlement transaction model. Firstly, this paper introduces the radio frequency identification technology and radio frequency card sys
5、tem overview, a detailed description of the non-contact radio frequency card structure, principle and Mifare1RF card and reader communication. Mainly introduces the radio frequency card reader hardware circuit design, including the design of MCU and MF chip RC500read and a connection between the con
6、trol mode; MF RC500and connected between the antenna control display circuit module; design; water detection and electromagnetic valve control design; balance deficiency alarm and display circuit design of IC card. Software is the main content of RF card read and write operations program design and
7、development, gives the terminal reader main program and each function module of the software design and the overall process, each branch of the process. Finally, on the subject of the work are summarized.Keyword: Radio Fequency Card, MF RC500 Chip，Flow metering,Single chip microcontroller目录摘 要IAbstr
8、actII第一章 概述11.1课题的背景1第二章 射频识别卡22.1 引言22.2 射频识别应用系统的基本构成22.3 非接触式射频卡42.3.1 Mifare 1射频卡的工作原理42.3.2 Mifare 1卡的组成42.3.3射频卡的通信7第三章 射频卡读写器的硬件电路设计83.1射频卡计费供水控制器的方案选择83.1.1 方案一概述83.1.2 方案二概述93.2 射频卡计费供水控制器的硬件系统设计103.2.1 硬件系统组成方案103.3 MCU模块113.4 通讯模块113.4.1 通讯模块的选择113.4.2 MAX485简介123.5 电磁阀驱动模块设计133.6 报警电路设计1
9、43.7 流量检测模块设计15 3.7.1原理分析153.8 时钟电路模块设计163.9 显示电路模块设计17 3.9.1驱动器的选择及MAX7219简介173.10 电源模块设计193.10.1 X34063芯片简介193.10.2 DC12V电源转换电路203.10.3 DC5V电源转换电路213.11 读写电路模块设计213.11.1 MFRC500芯片简介213.11.2 MF RC500与AT89S52接口电路243.11.3 天线设计25第四章 射频卡读写器的软件设计264.1总体流程264.1.1 用户卡处理流程264.2对IC卡操作流程29结论31参考文献32致谢33附录34第
10、一章 概述1.1课题背景我们的社会在不断进步，科技更新的速度也越来越快，人们对水的需求也越来越多，但是，伴随着一天天加剧的污染问题，我们所能喝到的干净水也逐渐减少。根据调查显示，淡水使用的数量与日俱增，已经是过去淡水使用量的很多倍。在当今时代，平均来说，5人当中可能就有一个人因为没有水资源而困扰。根据研究表明，中国有多数城市面临着水资源的缺乏。城市中居民缺少水的使用。对于这样的水资源缺乏的现状，全球各国都在寻找合适方式来解决这个问题。这个时候水的就充分体现出来。杜绝水资源浪费，通过价格方式来管理水资源问题就显得尤其重要。正因如此，我们需要利用高科技技术，利用现代化手段来解决我们所面临的水资源匮
11、乏问题。IC卡在市场的应用和推广就能把让这个问题更加简单有效。 在当今社会中，越来越多的使用着形形色色的卡，如常见的乘车卡、饭卡和电话卡。对于这些卡，以其记录信息的方式不同可以分为光点卡、磁卡、磁条卡、条码卡和IC卡。在以上各种卡中f，IC卡具有更高的数据安全性，因而应用最为广泛。伴随着信息和服务产业的全球化进程的加快，人类已经熟悉了方便，便捷的东西。对安全的要求也比较高。所以这个时候，IC卡的出现就更能直接体现出它的方便、安全的作用。这种非接触式IC卡就是通过射频电磁感应原理而产生的。它应用起来十分方便，就是把它放到所匹配的读卡器附近感应读取而获得数据。它在使用中非常方便、快捷，不易损坏。有
12、广泛的应用前景。尽管对射频技术实现手段依然有很多不同的意见，但是现实中我们发现，IC卡智能水表已经遍布大街小巷。从最近的情况来看，许多大型城市已经开始着手改造IC水表的工程。很多大型企事业单位，公共场所也在如火如荼的进行IC卡水表工程的改造。这样大的市场潜力已经被很多商家所发现，所以IC卡工程及其火爆。另外。Ic卡智能水表经历了多年的发展，无论是技术上还是市场上，都已经具有为其开发应用的条件。第二章 射频识别卡2.1 概述 IC卡是集成电路卡（Integrated Circuit Card)的英文简称,有些国家和地区称之为灵巧卡( Smart Card) 、芯片卡(ChipCard) 或称为智
13、能卡( Intelligent Card) 。就是将一片专用集成电路镶嵌于符合ISO/IEC7816标准的基片中，即制成一片IC卡，它包含了微电子技术和计算机技术,作为一种成熟的高技术产品,IC卡提高了人们生活和工作的现代化程度,已成为一个国家科技发展水平的标志之一。而IC卡分为接触式与非接触式。非接触IC卡又称射频卡、感应卡，是世界上近几年发展起来的一项新技术，同时也是射频识别技术和IC卡技术有机结合的产物。它由IC芯片和感应天线组成，并完全密封在一个标准尺寸的卡片中，无外露部分，而且它的读写通过射频电磁波的发射与接受来完成，解决了无源(卡中无电源) 和免接触这一难题,是电子技术应用领域的一
14、大突破。 在很多领域中，射频卡都是应用其中，而且十分广泛。目前在国际标准(ISOIEC 14443A标准)中Mifare 1 RF(以下简称MFl)非接触式接口标准已经所列其中。在中国与MFl技术相关的应用也越来越广泛。现在的很多学校、企业已经把一卡通平台作为平时运行所必备的，利用射频卡进行日常生活中所用触及的应用，把整个平台的统一性和规范性体现出来，大大改善了学校，企业的运行规范。射频识别技术(Radio Frequency Identify,简称“RFID”) ,原理是一定频率的射频信号在阅读器通过天线发出，这是进入磁场时产生感应电流的标签能够获得能量，把自身编码等信息发送出去，然后被读取
15、器所读取并且解码后送出去进行微处理。2.2 射频识别应用系统的基本构成一般来说，射频识别应用系统包括三部分：标签（tag）、阅读器（reader）和天线（antenna）。射频识别应用系统的组成结构如图2-1所示。 标签标签由耦合元件和IC芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。RFID标签被分为主动标签和被动标签。对于主动标签来说，它自己有电池对其提供电力，占据空间较大并且传输距离较远，比被动标签的成本要高很多，也称为有源标签。另外，对于被动标签来说，它是能够获得由阅读器产生的磁场中工作所需的能量，所以成本较低并且还拥有较长的使用寿命，比起主动标签来说它所占据空间很小
16、，重量很轻，所读写的距离较近，也称为无源标签。图2-1射频识别系统的组成结构图 阅读器 阅读器也叫信号接收机，它的作用是读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式 天线 天线的作用是发送并接收射频无线电波，以便将标签的编码信息传到阅读器。需要注意的是，在实际应用中，除了系统功率，天线的形状和相对位置也会影响数据的发送和接收。2.3 非接触式射频卡 2.3.1 Mifare 1射频卡的工作原理 工作原理：非接触式IC卡本身是无源的，当读写器对卡进行操作时，读写器发出的信号由两部分组成：一部分是供电基波，读写器向MF 1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，从读
17、写器中所发射出的频率与此频率相似，LC谐振电路能够在电磁波的刺激下产生共振，于是电容内部产生电荷，在这个电容的一旁，连接着一个二极管，可以将电容内的电荷传输到另一个电容内储存，这是如果所达到电荷达到2V时，这个电容可以当做电源，为其它电路工作电压。另一部分则是组合数据信号，IC卡接收后解调出各命令和数据，进而按照命令要求接收或发送数据。2.3.2Mifare 1 射频卡的组成 Mifare 1 IC S50由射频电路和数字部分组成。（1）射频接口部分 射频接口电路部分中，射频无线电基波在接收到的13.56MHZ后将被送 往整流滤波模块，然后为了能够给IC卡供电，它经过电压调节模块输出；同时还会
18、将其被送到调制/解调模块当中去，由于在解调后调制/解调模块得到载波通信数据，在其他元件的配合下送到数字电路部分。相比较从其传出的数据来说，这些也都是经过调制解调模块把数据搭载在射频信号当中发射出来的。波形转换模块的功能是把正弦波转换为方波，让它成为标准的逻辑电平。上电复位控制模块的作用就是对IC卡上的各个电路模块进行上电复位，并让各部分电路开始运行。（2） 数字电路部分 复位应答和接触式IC卡一样的是，非接触卡IC卡也有复位应答信息（answer to request, ATR）,复位应答模块的功能就是依据工作中的状态给出复位应答信息。如果一张IC卡处在读写器的天线的工作范围之内时，如果读写器
19、向IC卡发出了请求命令后，IC卡的ATR将启动，并将IC卡中block 0 中的2BIC卡类型（Tag Type）传给读写器，建立IC卡与读写器的第一步通信联络。 防冲突 如果有多张Mifare型IC卡处在读写器的天线的工作范围之内时，防冲突模块将启动。读写器将会首先与每一张IC卡进行通信，取得每一张IC卡的序列号。由于每张IC卡的序列号都是唯一的，因此读写器可以根据卡的序列号来识别区分并已选中的IC卡。安装于读写器上的非接触式IC卡接口集成电路也具有防冲突功能。被选中的IC卡将直接与读写器进行数据交换，未被选择的IC卡处于等待状态，随时准备与读写器进行通信。 防冲突模块启动工作时，读写器将得
20、到IC卡的序列号。序列号储存在IC卡的block0中，共5B，实际上序列号只有4B，有1B为序列号的效验字节（CRC码）。 选择应有 用于IC卡的选中。当IC卡与读写器完成了上述的两个步骤的联络后，读写器还必须对IC卡进行选择（即发送SELECT命令）。读写器将收到从被选中的IC卡传送出的容量字节(size:88H,存储于block 0)。当读写器收到这一字节后，就可以对IC卡进行进一步的操作了，如进行密码验证等操作。 认证与访问控制 在对IC卡进行读、写操作之前，必须与IC卡的密码进行认证。如果认证正确，则允许进行读、写操作。Mifare 1型IC卡共有16个分区，每个分区都可分别设置各自的
21、密码，互不干涉。因此每个分区可独立地作为某一种应用。控制及运算单元对IC卡中的各电路模块进行微操作控制，使各模块进行微操作控制，使各模块协调工作。同时，它还完成对各收发数据的算数运算处理、加值/减值处理、CRC运算处理等。 RAM/ROM 单元 RAM的作用主要是配合控制及算术运算单元，将运算的结果进行暂时储存，如果某些数据需要储存到EEPROM，则由控制及运算单元取出送到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，经过射频接口电路的处理，再通过IC卡的天线传送给读写器。RAM中的数据在IC卡掉电后（IC卡离开读写器天线的有效工作范围内）将丢失。POR复位应
22、答标准（Request Standard）复位应答（Request）防冲突机制(Anti collision Loop)选择卡片(Select Tag)三次相互验证(Authentication)读块(Read)写块(Write)加值(Increment)减值(Decrement)恢复（Restore）终止（Halt）转换（Transfer）2.3.3 射频卡的通信在ISO/IEC14443标准中，定义了两种射频调幅调制的信号类型，即TYPE A和TYPE B。TYPE A一般用于逻辑加密存储卡，TYPE B一般用于CPU卡。按照ISO/IEC14443标准，严格的说，读写器中的发送电磁波的部
23、分电路被称为PCD（proximity coupling device）;IC卡中接收电磁波的部分电路称为PICC（proximity integrated card).（1）读写器到IC卡的数据传输 表2-3 阅读器（PCD）到卡(PICC)的数据传输PCDPICCA型B型调制ASK100%ASK10%(键控度8%-12%)位编码改进的Miller编码NRZ编码同步位级同步(帧起始，帧结束标记)每个字节有一个起始位一个结结位 （2）IC卡到读写器的传输 表2-3 卡(PICC)到阅读器（PCD）的数据传输PICCPCDA型B型调制ASK10%ASK10%M位编码Manchester编码BPS
24、K（二相制相移键控）编码同步帧同步（一帧包含若干字节，字节之间有奇偶校验位，每帧只有一个帧起始位和帧结束位）字节同步，即每个字节有一个起始位和一个结束位的同步方式第三章 射频卡计费控制器的硬件电路设计3.1射频卡计费供水控制器的方案本设计以单片机为核心，配以非接触式射频IC卡并与流量相结合组成供水计费控制器，实现对供水流量的控制、IC卡内金额的扣除、充值、密码设定等功能，同时采用数码管显示IC卡内的余额和剩余。同时具有多机联网通讯控制功能。3.1.1 方案一概述 结构框图下所示： 单片机电磁阀接口流量检测模块电源电路RS-232通信读写器模块LED显示 （1） 通讯模块中选择MAX202芯片通
25、信。利用RS-232总线接口适用于设备之间的通信距离不大于15m的场合，使用时必须进行电平转换。而且进行通信传输时经常会受到外界的电气打扰而使信号发生错误（2） 读写器模块采用高度集成读写卡芯片MFRC522射频基站。MFRC522采用串行通信方式与主机通信，可根据用户需求，选用工作模式，有利于减少连线，缩小PCB板面积； 高度集成的调制解调电路，采用少量外部器件，即可将输出驱动级接至天线；支 持独立的多组电源供电，避免相互干扰；支持ISOIEC 14443 TypeA接口和MIFARE通信协议：另外用户不用过分担心射频基站复杂的控制方法，只要通过简单的命令集就可以对卡的进行完全操作。但价格较
26、方案二中的读写器模块价格要昂贵。3.1.2 方案二概述 结构框图如下： 单片机电磁阀接口流量检测模块电源电路RS-485通信基于MFRC500的读写器模块LED显示 （1）通信模块选择MAX485芯片，RS-485比RS-232传输距离长、速度快，其传输速率最大可达10Mb/s，最大距离可达1200m，且适宜大量设备联网。(2) 射频读写器模块是采用自行设计的读写器。本模块选用Philip公司的MFRC500作为射频卡读写核心模块，该模块是非接触式IC卡专用的接口集成电路，而且目前这一型号的专用接口集成电路应用最广。MFRC500完全集成了在13.56MHz频率下所有类型的被动非接触通信方式和
27、协议,用其内部的射频接口部分直接驱动近距离天线，操作距离可达10cm；接受器部分的解调电路可用与所有和ISO/IEC14443A标准中的TYPE A协议相兼容的应答器；此外它还具有方便的并行和串行接口可直接连接任何一种8位微处理器，这样给读卡器的设计提供了极大灵活性；所以MFRC500满足系统设计要求。以上方案基于非接触式Mifare one卡片存储用户号码和可用金额等基本信息，MCU控制器通过非接触式读写芯片MRC500读取和修改卡片中的金额信息，通过流量传感器来计量用户的用水量，并用电磁阀控制作为供水开关，每次用水时通过数码管显示用户的余额和该次消费金额，并在卡片和系统的信息存储器中循环记
28、录用户号码、余额、消费金额，消费时间等信息。其中电源模块为各模块所用芯片提供供电电源；通讯模块用以实现多机联网的通信控制功能。3.2 硬件系统设计3.2.1 硬件系统组成方案射频卡计费供水控制器的总体设计方案如图3-1所示。RS485总线电磁阀进水流量传感器RS232/485转换低额报警电路时钟电路水控接口电路PC机管理卡射频场读写头电路MFRC500MAX485射频卡 单片机AT89S52用户卡电源电路数码显示电路 图3-1 总体方案框图3.3 MCU模块 水控器的核心MCU模块选用内置功能强大，且具有具有8K字节的系统可编程Flash存储器；1000次擦写周期；0Hz-33MHz全静态操作
29、；三级加密程序存储器；32个可编程I/O口线；三个16位定时器/计数器；全双工UART串行通道；低功耗空闲和掉电模式；掉电后中断可唤醒；看门狗定时器；双数据指针；掉电标识符 ；片内数据存储器含256字节的RAM，；3个可编程定时器；中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2级优先权的中断结高性价比的AT89S52单片机，另外MCU的外接电路，如：数码显示电路可采用MAX7219驱动数码显示。为了降低装置的功耗和发热，采用了开关电源作为供电电源可选用X34063，该芯片内包含有温度补偿带隙基准源。报警电路将蜂鸣器与MCU基本I/O口相连主要实现余额不足报警等功能。水控接口电路利用AT89S52单
30、片机的基本I/O口输出控制信号，经放大后用以控制电磁阀的开启与关闭。来自流量传感器的水流信号经前置电路处理后，转换为一系列可供测量的电压脉冲信号，这些脉冲信号可由单片机的定时器进行捕获并由中断服务程序实时记录，经过计算处理可以准确转换成用户的耗水量，进而通过将耗水量转换成用户所要支付的金额并控制射频接口模块对IC卡进行扣款操作。3.4通讯模块 3.4.1 通讯模块的选择在自动化领域，随着分布式控制系统的发展，迫切需要一种总线能适合远距离的数字通信。在RS-422标准的基础上，EIA研究出了一种支持多节点、远距离和接收高灵敏度的RS-485总线标准。 RS-485标准采有用平衡式发送，差分式接收
31、的数据收发器来驱动总线，具体规格要求： 接收器的输入电阻RIN12k 驱动器能输出7V的共模电压 输入端的电容50pF 在节点数为32个，配置了120的终端电阻的情况下，驱动器至少还能输出电压1.5V（终端电阻的大小与所用双绞线的参数有关） 接收器的输入灵敏度为200mV（即（V+）-（V-）0.2V，表示信号“0”；（V+）-（V-）-0.2V，表示信号“1”） 3.4.2 MAX485芯片简介 图3-31 MAX485引脚和结构图1.其引脚结构图如图3-31所示。接收器的输出端，与单片机的RXD脚相连；驱动器的输入端，与单片机的TXD脚相连；接受使能端，为逻辑“0”时器件处于接收状态；发送
32、使能端，为逻辑“1”时器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可；端、端接收和发送的差分信号端,当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。在A、B两端之间要加一个匹配电阻，一般选100的电阻。 为了实现RS485通讯，需要使用通讯芯片MAX485，将单片机的TTL电平转变成485电平。MAX485接口芯片是Maxim公司的一种RS485芯片。MAX485是用于RS-485与RS-422通信的低功耗收发器。MAX485的驱动器摆率不受限制, 可以实现最高2.5Mbps的传输速率。这些收发器在驱动器禁
33、用的空载或满载状态下，吸取的电源电流在120A至500A之间。所有器件都工作在5V单电源下。驱动器具有短路电流限制，并可以通过热关断电路将驱动器输出置为高阻状态。接收器输入具有失效保护特性，当输入开路时，可以确保逻辑高电平输出。具有较高的抗干扰性能。MAX485是市面上最为常见的RS422芯片，亦是用量最大的RS422芯片，性价比高在与单片机连接时接线非常简单，如图3-32所示。 图3-2通讯模块电路3.5 电磁阀驱动模块设计 低压直流的可以用两个三级管组成达林顿放大驱动电磁阀（但要加续流二级管）。所以本设计采用的是用一个三极管来控制一个继电器的线圈，用继电器的一对触点来控制电磁阀的开和闭。在
34、继电器线圈两端并接一个续流二极管，作用是当继电器线圈失电后，将线圈储存的能量释放，二极管导通，防止烧坏三极管。 必须再加一个反相器，使的当单片机上电时电磁阀不动作。硬件电路原理图如图3-15所示。图中R2、R4为上拉电阻，由于单片机提供高电平的能力有限，需要一个上拉电阻将电平嵌位在高电平，同时这个电阻还有限流作用，一般取经验值5.1K。图3-15 电磁阀驱动电路设计3.6 报警电路设计 当卡中的余额低于一定值时，本系统设定为当卡中余额低于0.1元时，蜂鸣器便会发出报警，报警的器件选用蜂鸣器。由于单片机的I/O口驱动能力有限，故通过三极管来驱动蜂鸣器，用AT89S52单片机的P2.0引脚来控制蜂
35、鸣器的发声，电路如图3-16所示。蜂鸣器的正极性的一端联接到5V电源上面，另一端联接到三极管的集电极，三极管的基级由单片机的P2.0管脚来控制，当P2.0管脚为高时，三极管导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。当P2.0管脚为低时，三极管截止，蜂鸣器不发出声音。为了防止系统上电时峰鸣器发出声音，以为系统复位以后，I/O口输出的是高电平，还可以采用一个非门， 当有卡时，发光二极管便工作，显示有卡。连接电路图如图3-17所示。 图3-16 低额报警电路 图3-17 有卡显示单路3.7流量检测电路模块设计3.7.1 原理分析 霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关
36、的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。 霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。 霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达m级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达55150。 本设计选用水流量传感器是利用霍尔元件的霍尔效应来测量磁性物理量。在霍尔元件的正极串入负载电阻，同时通上5V的直流电压并使电流方向与磁场方向正交。当水通过涡轮开关壳推动磁性转子转动时，产生不同磁极的旋转磁场，切
37、割磁感应线，产生高低脉冲电平。由于霍尔元件的输出脉冲信号频率与磁性转子的转速成正比，转子的转速又与水流量成正比，根据水流量的大小启动燃气热水器。水流量传感器主要由铜阀体、水流转子组件、稳流组件和霍尔元件组成。它装在热水器的进水端用于测量进水流量。当水流过转子组件时，磁性转子转动，并且转速随着流量成线性变化。霍尔元件输出相应的脉冲信号反馈给控制器，由控制器判断水流量的大小，调节控制比例阀的电流，从而通过比例阀控制燃气气量，避免燃气热水器在使用过程中出现夏暖冬凉的现象。水流量传感器从根本上解决了压差式水气联动阀启动水压高以及翻板式水阀易误动作出现干烧等缺点。它具有反映灵敏、寿命长、动作迅速、安全可
38、靠、连接方便。流量计与单片机接图如图3-13所示。图3-13 流量与单片机连接图3.8 时钟电路模块设计 时钟电路是微型计算机的心脏，它控制着计算机的节奏。CPU就是通过复杂的时序电路完成不同的指令功能。AT89S52的时钟信号可以由两种方式产生：一种是内部方式，利用芯片内部的振荡电路，产生时钟信号；另一种为外部方式，时钟信号由外部引入。如果没有时钟电路来产生时钟驱动单片机，单片机是无法工作的。 本设计采用串行时钟芯片DSl302。DSl302 由双电源中较大者供电，使系统在没有主电源的情况下也能保持时钟的连续运行。片内具有 31 个字节静态 RAM，可用来保存重要数据。DSl302 具有引脚
39、少、体积小、价格低等优点，得到了广泛应用从而成为最常用的时钟芯片，DSl302外接钮扣充电电池构成时钟电路. 图3-12时钟电路3.9 显示电路模块设计3.9.1 驱动器的选择及MAX7219简介本设计中选择动态显示方式，动态显示的硬件连接较简单，但要考虑驱动问题。本设计驱动器选择MAX7219，比常规动态显示和静态显示的硬件电路简单、显示亮度高、不闪烁、软件设计简单等优点。MAX7219 芯片是一个专用的高度集成的八位共阴极显示驱动串行接口。它片内包括 BCD 译码器、多路扫描控制器、字和位驱动器和88 静态RAM。外部只需要一个外接电阻就能设置所有 LED 显示器字段的电流。MAX7219
40、 和微处理器与单片机的接口简单，只需三根导线即串行时钟线、串行数据总线、芯片选通线连接可实现100MHz串行口，每位显示数字有一个地址由微处理器写入，就可以控制多个数码管的显示，因而操作简单。使用者还可选择译码方式和译码位、停机模式、数字亮度的控制、从18 选择扫描位数和对所有LED显示器的测试模式。 1. 引脚的介绍引脚如图3-6所示。图3-6 MAX7219引脚图MAX7219各引脚的功能为： DIN：串行数据输入端； DOUT：串行数据输出端，用于级连扩展； LOAD：装载数据输入； CLK：串行时钟输入； DIG0DIG7：8位LED位选线，从共阴极LED中吸入电流； SEG ASEG
41、 G DP：7段驱动和小数点驱动； ISET：通过一个10k电阻和Vcc相连，设置段电流；2.工作原理MAX7219 和单片计算机连接有三条引线（DIN、CLK、LOAD） ，采用 16 位数据串行移位接收方式。即单片机将 16 位二进制数逐位发送到DIN 端,在 CLK 上升沿到来前准备就绪，CLK 的每个上升沿将一位数据移入 MAX7219 内移位寄存器，当 16 位数据移入完，在 LOAD 引脚信号上升沿将 16 位数据装入MAX7219 内的相应位置，在MAX7219 内部硬件动态扫描显示控制电路作用下实现动态显示。 MAX7219在驱动8 位以下 LED显示器时，它的 DIN、CLK
42、、LOAD 端分别接单片机 P0P3 口中的任意三条口线，注意在三条线上对地应接几十至几百 pF 电容。在 P0 口作为 DIN、CLK、LOAD信号线时还应接 10k 左右的上拉电阻。在显示器与微处理器连接线较长时还应考虑干扰的影响。3.10 电源模块设计3.10.1 X34063芯片简介 在设计中电磁阀和流量计选用的为DC 12V电源，其余芯片所需的电源为DC 5V, 因此要用到DC12V和DC5V的两种电源转换电路。本设计采用直流/直流变换器控制电路X34063。它具有以下特点：能在3.0V-40V输入电压下工作；短路电流限制；低静态电流；输出开关电流可达1.5A（无外接三极管）；输出电
43、压可调；工作振荡频率从100Hz至100KHz；可构成升压、降压或反向电源变换器。1. X34063的工作原理由于内置有大电流的电源开关，X34063能够控制的开关电流达到1.5A。内部线路包含有参考电压源、振荡器、转换器、逻辑控制线路和开关晶体管。参考电压源是温度补偿的带隙基准源，振荡器的振荡频率由3脚的外接定时电容决定，开关晶体管由比较器的反相输入端和与振荡器相连的逻辑控制线路置成ON，并由与振荡器输出同步的下一个脉冲置成OFF。电路原理：震荡器通过恒流源对外接在CT管脚（3脚）上的定时电容不断地充电放电，以产生振荡波形。充电和放电电流都是恒定的，所以振荡频率仅取决于外接定时电热的容量。与
44、门的C输入端在振荡器外充电un时为高电平，D输入端在比较器的输入电平低于阈值电平时为高电平。当C和D输入端都变成高电平时，触发器被置为高电平，输出开关管导通。反之，当振荡器在放电期间，C输入端为低电平，触发器被复位，使得输出开关管处于关闭状态。电流限制SI检测端（5脚）通过检测连接在V+和5脚之间电阻上的压降来完成功能。当检测到电阻上的电压降接近超过300mV时，电流限制电路开始工作。这时通过CT管（3脚）对定时电容进行快速充电，以减少充电时间和输出开关管的导通时间，结果是使得输出开关管的关闭时间延长。3.10.2 DC12V电源转换电路图3-3 DC12V电源转换电路AC220V经过变压器转
45、化成AC15V，再经过整流滤波部分（其中C1过滤低频，取经验值100uF；C2过滤高频，取经验值0.1uF）转变成DC13.5V（0.9U），最后经DC/DC变换器X34063降压成DC12V。其中管脚4和管脚5有一个误差放大器，管脚4有一个基准电压1.25V，为使误差最小使得管脚5的输入电压也为1.25V，R3可取值为1.2K，R4可取值为10K3.10.3 DC5V电源转换电路图3-5 DC5V电源转换电路DC5V电源主要是供给单片机使用，它的最大负载电流大约是400mA，因此本电路中实际连接时选用两个1的电阻并联构成0.5。3.11读写电路模块设计3.11.1 MF RC500芯片简介MF RC500拥有32个引脚，采用S032封装。引脚图如图3-18所示。 图3-18 MF RC500引脚图管脚符号类型描述1OSCINI晶体振荡器反相放大器输入，也作为外部时钟输入（f=13.56MHZ）2IRQO中断请求信号3MFINIISO/IEC14443A（Mifare）串行数字接口输入4MFOUTOISO/IEC14443A（Mifare）串行数字接口输出5TX1O发送1，发送调制的13.56MHZ载波6TVDDPWR发送器电源，TX1和TX2的供电电
