[信息与通信]基于Windows平台的非接触式IC卡一卡通系统.doc

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1、40基于Windows平台的非接触式IC卡一卡通系统关键词：射频IC卡 模块 通信 系统 摘要基于Windows平台的非接触式IC卡一卡通系统是以非接触式IC卡及射频读写模块和数据库为核心的多功能模块设计系统。本系统主要是对学生宿舍进行系统管理，如公共洗衣机的收费管理、公共饮料机的收费管理、学生宿舍的门禁管理等。本系统可以对一张卡实现多种操作，用户拥有一张卡，就可以“为所欲为”了！本系统PC机Windows平台和多模块软硬件的巧妙结合，实现非接触式IC卡一卡通系统。 现在一些学校的公共洗衣机和公共饮料机的收费是用投硬币的收费形式，这很明显给用户带来了不便。使用本系统可以实现对一些常用的公共消费

2、变得更加便利、快捷，而且更有利于管理者的管理。现在学校的宿舍门一般是用金属钥匙开门的，用非接触式IC卡作为钥匙来取代普通的金属钥匙是时代发展的必然趋势。这不但给学生带来方便，而且对防盗起到了重要的作用，因为每一张IC卡的序列号都是唯一的，几乎没有复制的可能性，而普通的金属钥匙却时随时可以轻易复制的。如果有必要的话还可以用电脑的门禁软件记录下学生的开门时间，管理查询非常方便。本系统做成了一个套装，其中红外遥控模块是一个生活中比较常用的一个模块。可以对宿舍的灯进行遥控，如果没有遥控晚上摸黑开关灯在床与开关之间的来回摸索这太不方便了。红外遥控模块还可以让门卫用作控制行人和车辆的出入，很多学校和单位的

3、大门都用上了这种模块。在电视机、电冰箱、空调、VCD等电器都已经用上了遥控，这已经是司空见惯了。随着时代的发展，科学技术应用在生活的方方面面使生活变得更加方便是时代发展的必然趋势。 本系统现在主要是设计成对学生进行管理的，在实际应用中，将本系统修改优化后，可以应用到家庭、学校、工厂以及其它单位。一、总体方案设计1.1 系统总体设计图1-1 基于Windows平台的非接触式IC卡一卡通系统结构图基于Windows平台的非接触式IC卡一卡通系统硬件主要由AT89S52单片机主控模块、S50非接触IC卡及HY502FTG射频读写模块、MAX232串口通信模块、AT24C08 EEPROM存储器模块、

4、DS1302日历时钟模块、继电器门禁控制模块、红外摇控模块、12864液晶模块、4X4阵列式键盘模块等组成。本系统软件主要由与硬件相应的模块的下位机程序设计、上位机的程序设计、数据库设计和上位机与下位机的通信程序设计等组成。上位机的程序设计是用MFC写的，使用MSCOMM控件进行串口通信，使用ACCESS对卡用户的信息存储，三者的巧妙结合来完成上位机的程序设计的。本系统开始时是先用红外遥控器进行工作模式选择。若选择的是IC卡的工作模式，则由MCU控制读卡器对Mifare卡进行读写操作，然后与PC机通信，把数据传给上位机，在本次设计中传输的数据为Mifare卡的卡号。主控电路采用AT89S52，

5、因为AT89S52的开发简单、便捷、运行稳定。采用DALLAS的DS1302产生正确的时钟，并在12864液晶上正确显示。与上位机的通信采用RS-232方式，整个系统由5V电源供电。读卡器HY-502FTG和单片机AT89S52都是采用标准的TTL电平，不需电平转换。单片机AT89S52与PC机的串口电平不匹配，使用MAX232型电平转换器进行电平转换。1.2 非接触式智能IC卡的简介 1.2.1 非接触式智能IC卡的特点当今世界上非接触式智能IC卡的主流主要为PHILIPS公司的MIFARE技术，所以我们下面主要需要了解的也是MIFARE 1非接触式 IC卡的特点，系统构成等，只有在了解这些

6、基本知识的情况下才能正确的设计出该系统。MIFARE 1 IC智能(射频)卡的核心是PHILIPS公司的MIFARE 1 IC S50（-01，-02，-03，-04）系列微模块（微晶片）。它确定了卡片的特性以及卡片读写器的诸多性能。MIFARE 1 IC智能(射频)卡采用先进的芯片制造工艺制作。内建有高速的CMOS EEPROM，MCU等。卡片上除了IC微晶片及一副高效率天线外，无任何其他元件。卡片上无源（无任何电池），工作时的电源能量由卡片读写器天线发送无线电载波信号耦合到卡片上天线而产生电能，一般可达2V以上，供卡片上IC工作。工作频率 13.56MHZ。MIFARE 1射频卡所具有的独

7、特的MIFARE RF（射频）非接触式接口标准已被制定为国际标准：ISO/IEC 14443 TYPE A 标准。射频IC卡标准操作距离为100mm（由MCM500 作为读写器核心模块）和25mm （由MCM200 作为读写器核心模块）。与卡片读写器的通信速率高达106Kbit/s。Mifare 1 IC智能(射频)卡上具有先进的数据通信加密并双向验证密码系统；且具有防重叠功能：能在同一时间处理重叠在卡片读写器天线的有效工作距离内的多张重叠的卡片。MIFARE 1 IC智能(射频)卡与读写器通信使用握手式半双工通信协议；卡片上有高速的CRC协处理器，符合CCITT标准。卡片制造时具有唯一的卡片

8、系列号，没有重复的相同的两张MIFARE 卡片。卡片上内建8K（bit） EEPROM存储容量并划分为16个扇区，每个扇区划分为4个数据存储块，每个扇区可由多种方式的密码管理。卡片上还内建有增值/减值的专项的数学运算电路，非常适合公交/地铁等行业的检票/收费系统。典型的检票交易时间最长不超过100ms(0.1秒)（包括卡片的认证，6个扇区的读（768bit,2个扇区的认证），2个扇区的写操作（256bit）。卡片上的数据读写可超过10万次以上；数据保存期可达10年以上，且卡片抗静电保护能力达2KV以上。1.2.2 非接触式智能IC卡的优良特性非接触式IC卡由IC芯片、感应天线组成，并完全密封在

9、一个的标准PVC卡中，不易受外界的不良因素影响。非接触式IC卡与读写器之间通过无线电波来完成读写。存储容量大，传递速度快，读写寿命长，它具有下述优良特性：1、非接触式IC卡与读写器之间非机械接触。2、表面没有裸露器件，不会因为污损、弯曲而损坏IC卡。卡本身是无源件，体积小，耐用可靠。3、读写器不需要卡座，可以完全放置在盒子内。4、使用时没有方向性，卡可以从任意方向掠过读写器表面，完成读写工作。5、读写器与IC卡的无线通讯联系。6、读写器与IC卡实施双向密码鉴别制，采用三级DES算法验证。读写器识别IC卡的合法性，IC卡能识别读写器，还可读写器的读写权限。7、非接触式IC卡的发行有严格的规则。采

10、用国际公认的TYPE A标准，其卡号的唯一性，在世界上是唯一的。其次，将密码一部分保存在车载机里，一部分放在卡上，保证系统的高度保密性。1.2.3 非接触式智能IC卡的技术原理非接触式IC卡由天线和专用芯片组成。天线是几组金属丝绕成的线圈嵌在卡基内，专用芯片由高速的射频接口、控制单元、EEPROM三个模块组成。卡是通过电磁感应将卡内的信息与外部读写设备进行通讯的。非接触式IC卡读写器将要发送的信息编码后加载到一固定频率的载波上，卡片内有一个谐振电路，其频率与读写器发送的载波频率相同，当非接触式IC卡进入读写器的工作区域后，谐振电路产生共振并产生电荷积累，当电荷积累到一定数值时，就能为卡内的电路

11、提供工组电压、复位信号、系统时钟，读写器发送的数据信息经过卡内射频接口模块解码，由控制单元来判断这些信息的要求和合理性，然后进行处理，最终决定是否对EEPROM内的数据进行改写或输出。1.3 非接触式IC系统的方案设计及方案论证随着城市经济的迅速发展，如何运用科技进步来解决小额现金交易带来的弊端及不便，已成为收费系统的一个十分重要课题.非接触式IC卡收费管理系统工程可使任何具有现金交易的系统现有的收费实现电子化、数据化，形成完整的业务管理系统.其一卡多用的技术特性，还使得一张IC卡能够提供更多的社会服务（如轮渡、地铁、出租车及公园门票等），真正做到一卡多用，从而产生积极的社会效益及可观的经济效

12、益.1.3.1 非接触式IC系统的方案设计设计就是根据题目的要求而对硬件和软件进行规划，并选择最合适的硬件电路和软件程序来达到目的。硬件设计是通过对设计要求的分析，对各种元器件的了解，而得出分立元件与集成块的某些连接方法，以达到设计的功能要求。并且把这些元器件焊接在一块电路板上。它包括对各种元器件的功能和接法的了解，以及对各种元器件的选择和设计方案的选择。软件设计是分析设计的硬件用程序实现其功能，并且调试优化产品功能。1.3.2 非接触式IC系统设计目标一个设计良好、经营妥当的非接触式IC系统应该具备以下优点： 使用方便：所有操作无需接触，乘客只需携带一张IC卡，即可随时搭乘公共汽车、电车、客

13、轮、地铁等不同的交通工具，不必携带现金零钞或不同的月票，使出行更加方便、安全。 安全可靠采用先进的IC卡电子技术，以及一系列的安全加密措施，使得此卡具有良好的安全性。 管理方便简捷除售卖、充值IC卡，经营者无须再收取现金，从而大大减少了现金交易引起的残钞、伪钞及贪污、盗窃、不安全等现象，也减少了工作量.通过高效的网络系统可方便高效地进行资金结算，大大加快了资金流动，减少资金周转时间.由于收入全部电子化，因此，可以直接统计、监控交通流量及收入情况，方便了资源调度及经营管理，乘客流量也会因使用方便而增加，从而提高效益，增加收入。 良好的系统开放性和通用性采用良好的MIFARE卡通用读写设备，系统可

14、以接受多家卡厂的符合MIFARE标准的卡。 大量闲散资金快速回笼采取预付卡的形式，银行能够回笼大量闲散资金，并对公交企业的结算、信贷更易控制.零钞、硬币的流通减少，也可减少银行的工作量。IC卡工程的组织实施，离不开计算机系统的支持.其中涉及到计算机应用、大规模数据处理、信息处理、网络技术等多项高科技技术的集成.IC卡技术是一项成熟的技术，关键在于应用。1.3.3 非接触式IC系统设计的原则在确定非接触式IC系统设计方案前我们必须清楚知道该收费系统的设计原则，只有清楚明白了这些原则，我们设计出来的系统才具有实用价值。1.采用非接触式IC卡；2.选择一流的IC卡读写设备，使系统具有：高的准确率，极

15、低的出错率大的存储容量，可存储大量的黑名单及交易数据操作简捷，使用方便高可靠电源，确保车载设备适应各种车辆、路况下长期使用模块化的设计，便于安装、维护3.采用公开的基于MIFARE技术的设备及卡片，使系统有良好的扩展性、防垄断性，设备及卡片的成本有下降的空间。4.采用完善的加密体系.在密钥的生成、密钥的保管及发放、数据的传输、发卡/充值等阶段均有加密措施.系统密钥做到定期更换，保证系统的安全性。1.3.4 非接触式IC系统方案的比较方案一:采用包括ISO14443标准的非接触卡读卡机专用芯片FM 1702N的读卡器FM1702N是复旦电子股份有限公司设计的，基于ISO14443标准的非接触卡读

16、卡机专用芯片，采用0.6微米CMOS EEPROM 工艺，支持ISO14443 TYPE A非接触通讯协议，支持MIFARE 标准的加密算法。芯片内部高度集成了模拟调制解调电路，只需最少量的外围电路就可以工作，支持SPI接口，数字电路具有TTL、CMOS两种电压工作模式。特别适用于各类计费系统的读卡器的运用。 产品优势： 开发成本低：指令、接口完全兼容RC500 安全性强：功耗低，支持宽电压（3V-5.5V） 产品特点： 高集成度的模拟电路，只需最少量的外围线路； 操作距离可达10cm； 支持ISO14443 TYPE A 协议； 支持六种接口模式； 包含512byte 的EEPROM； 支持

17、MIFARE 标准的加密算法； 包含64byte的FIFO; 数字电路具有TTL/CMOS两种电压工作模式； 软件控制的power down模式； 一个可编程计时器； 一个中断处理器； 一个串行输出输入口； 启动配置可编程； 数字，模拟和发射模块都有独立的电源供电； 三路电源均可适用于低电压； 采用SOP32封装； 支持SPI接口； 方案二:采用包括非接触式通信中高集成读卡IC MF RC500的读卡器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13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。M

18、F RC500支持ISO14443A所有的层。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。 产品特点：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石英晶体的

19、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。 根据以上的设计原则，我们选用的是市面上流行的PHILIP 公司的采用TYPE A标准的逻辑加密卡，既MIFARE 1非接触式

20、IC智能射频卡，选用的是采用含有高集成ISO14443A读卡芯片FM 1702N的HY-502读卡模块,即采用的是上文所述的方案一。根据以上指标完全符合我们设计非接触式IC系统的要求。二、硬件设计2.1 AT89S52单片机主控模块AT89S52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

21、的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。主要性能： 与MCS-51单片机产品兼容 8K字节在系统可编程Flash存储器 1000次擦写周期 全静态操作：0Hz33Hz 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 八个中断源，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 掉电标识符图2-1 AT89S52单片机主控模块2.2 S50非接触IC卡及HY502FTG射频读写模块2.2.1 S50非接触式IC卡性能简介（M1） 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

22、,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：-2050(湿度为90%) 工作频率：13.56MHZ 通信速率：106 KBPS 读写距离：10 cm以内（与读写器有关） 2.2.1.1 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

23、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。2.2.1.2 M1射频卡与读写器的通讯图2-2 M1射频卡与读写器的通讯图复位应答（Answer to request）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

24、型。防冲突机制 (Anticollision Loop) 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(Select Tag) 选择被选中的卡的序列号，并同时返回卡的容量代码。三次互相确认(3 Pass Authentication) 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（Incre

25、ment）：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；2.2.2 HY502FTG射频读写模块2.2.2.1 HY502 系列射频读写模块简介HY502 系列射频读写模块采用基于ISO14443标准的非接触卡读卡机专用芯片，采用0.6微米CMOS EEPROM工艺，支持ISO14443 typeA协议，支持MIFARE标准的加密算法。芯片内部高度集成了模拟调制解调电路，只需最少量的外围电路就可以工作，支持I2C接口，U

26、ART接口，SPI接口，数字电路具有TTL、CMOS两种电压工作模式。特别适用于ISO14443标准下水、电、煤气表、自动售货机、门禁、电梯、饮水机、电话机等计费系统或身份识别系统的读卡器的应用。 用户不必关心射频基站复杂的控制方法，只需要简单地通过选定的UART 或IIC 或SPI接口发送命令就可以对卡片进行完全的操作。 HY502系列支持Mifare One S50，S70，Ultra Light & Mifare Pro，FM11RF08等兼容卡片。可以设定自动寻卡，默认情况下为自动寻卡。 HY502系列是低功耗的模块，宽电压工作2.75.5V，采用一体化模块可以大大减少PCB体积。 特

27、点： 同时具备3种接口模式，灵活高效，适用性强： UART 串行接口 SPI接口 IIC接口； 能自动感应到靠近天线区的卡片，并产生中断信号； 采用高集成ISO14443A 读卡芯片，支持MIFARE标准的加密算法； 具有TTL/CMOS两种电压工作模式，工作电压2.7-5.5V； 采用工业级高性能处理器，内置硬看门狗，具备高可靠性； 抗干扰处理，EMC性能优良； 把复杂的底层读写卡操作简化为简单的几个命令； 外形 （顶视图） 天线一体化模块(自带天线,读卡距离：06cm)57.8mm34.5mm图2-3 HY502FTG天线一体化读写器模块图采用一体化模块可以读卡在06cm范围内，断开J2旁

28、边4个短路焊点后可以外接天线；采用外接天线的话可以达到10cm左右。图2-4 HY502FTG天线一体化读写器模块功能框图图2-5 HY502FTG射频读写模块原理图引脚定义： J1为模块与控制器的接口，J2为模块与天线的接口，模块封装图请参考我们提供的 HY502.LIB文件，画图时可以直接调用。 管脚符号IO类型描述1RXD/SCLI/O复用引脚，UART接收端或IIC和SPI时钟线2TXD/SDA/MISOI/O复用引脚，UART 发送端或IIC数据线或SPI主入从出端3MOSII/OSPI主出从入端4NSSISPI从器件选择端5RSTI模块复位端，低电平有效，也可以悬空6M1I接口模式

29、选择端17SIGO中断输出端，0表示有卡8VCC电源电源正端9GND地电源负端表2-1 引脚定义J1表管脚符号描述15GND地14TX1天线发送113GND地12TX2天线发送211GND地10RX天线接收表2-2 引脚定义J2表2.2.2.2 非接触式智能IC卡的技术原理非接触式IC卡由天线和专用芯片组成。天线是几组金属丝绕成的线圈嵌在卡基内，专用芯片由高速的射频接口、控制单元、EEPROM三个模块组成。卡是通过电磁感应将卡内的信息与外部读写设备进行通讯的。非接触式IC卡读写器将要发送的信息编码后加载到一固定频率的载波上，卡片内有一个谐振电路，其频率与读写器发送的载波频率相同，当非接触式IC

30、卡进入读写器的工作区域后，谐振电路产生共振并产生电荷积累，当电荷积累到一定数值时，就能为卡内的电路提供工组电压、复位信号、系统时钟，读写器发送的数据信息经过卡内射频接口模块解码，由控制单元来判断这些信息的要求和合理性，然后进行处理，最终决定是否对EEPROM内的数据进行改写或输出。2.2.2.3 通讯端口切换 HY502复用时同时支持SPI、IIC 和UART 通讯接口，通过对模块的NSS和M1 引脚设置电平确定模块的通讯端口是SPI还是IIC 抑或是UART 。接口模式引脚IICUARTSPIM1 NSS101101表2-3 控制线状态含义表说明：M1 1 ，NSS=0时通讯端口为IIC ，

31、M1 1 ，NSS=1时通讯端口为UART, M1 0时 ，通讯端口为SPI。 端口切换可以在模块工作时进行，但由于抗干扰方面的原因，切换模块的通讯端口需要4mS 时间，为了保证切换的可靠性，我们建议在切换端口时留有超过20mS 的延时。管脚1RXD/SL2TXD/SDA/MISO34NSS5M1模式IICSCLSDAA001SPISCLMISOMOSI10UARTRXDTXDx11表2-4 复用管脚的定义表注：表中0表示低电平，1表示高电平，x表示该脚可以悬空，也可以接地或接高电平都可以。本系统采用ICC接口，SCL_502、SDA_502、SIG_502分别接到单片机的P1.0、P1.1和

32、P3.2的外部中断INT0。IIC 接口特点 只需要两根线，扩展灵活 7位的可编程地址空间，支持扩展127个模块 速率高达400kHz 噪声抑制电路可以抑制低于50ns的毛刺 内部带上拉电阻，可以省掉外部的上拉电阻 图2-6 IIC 单机连接模式图图2-7 多机连接图R1、R2为上拉电阻，取值一般为10k欧母，总线不加驱动扩展时驱动能力为400pF。复用模式M1和NSS都置为低电平。 IIC总线时序： 总线通信时序如下图，总线数据传输时，在时钟线高电平期间数据线上必须保持有稳定的逻辑电平状态，高电平为数据1，低电平为数据0。只有在时钟线为低电平时，才允许数据线上的电平状态变化。图2-8 总线通

33、信时序如下图IIC 协议： 模块IIC 地址高四位默认为1010即0xA0，低四位通过A2A1A0W/R设置 IIC 通讯速率：400K 数据格式：(模块地址W/R) 长度字 命令字 数据域校验字 例如：模块地址为：0xA0 ，写命令时W/R为0，写指令为：0xA0 0x0 0xA0 模块地址为：0xA0 ，读命令时W/R为1，读指令为：0xA0 0x1 0xA1 长度字：指明从长度字到数据域最后一字节的字节数 命令字：本条命令的含义 数据域：此项可以为空 校验字：从长度字到数据域最后一字节的逐字节异或值 返回数据格式 成功：长度字 接收到的命令字 数据域 校验字 失败：长度字 接收到的命令字

34、取反 校验字2.3 MAX232串口通信模块图2-9 MAX232串口通信模块原理图图中，MAX232中的TXD、RXD分别与P3.1、P3.0相连，DB9为计算机的标准串行口。MAX232的上半部分电容 C1、C2、C3、C4及V+、V- 是电源变换部分。在实际应用中，器件对电源嘈声很敏感。因此，VCC 须要对地加去耦电容C5，其值为 0.1 uf。电容C1、C2、C3、C4的值为1.0UF（耐压值高于16V），可以提高抗干扰能力。连接时电容必须尽量靠近器件，注意极性。而它的下半部分为发送接收部分。实际应用中，T1IN、T2IN和R1OUT、R2OUT可分别连接TTL/COMS电平单片机的串

35、行发送端TXD和接收端RXD；T1OUT、T2OUT和 R1IN、R2IN分别连接至RS-232电平的 PC 机串行接收端和发送端。由于我们只使用两根数据线进行连接，所以串行接头与单片机的串行口的边接就非常简单，只要把单片机的TXD引脚与串行接头的3脚相连，RXD引脚与串行接头的2脚相连，串行接头的5脚接地就可以了。其它引脚悬空不管。2.3.1 串行接口DB9和电平转换芯片MAX232简介2.3.1.1 串行接口DB9介绍RS232是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一种串行物理接口标准。RS 是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号

36、，C表示修改次数。RS-232C标准规定了21个信号和25个引脚，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主要通道。对于一般的双工通信，仅需几条信号线就可以实现，包括一条发送线、一条接收线和一条地线。RS-232C标准规定的数据传输速率为50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200b/s。驱动器永许有2500PF的电容负载，通信距离将受此电容的限制。信号传输速率为20kb/s时，最大传输距离为15 M。传输距离短的另一原因是RS-232属单信号传输，存在共地嘈声和不能抑制共模干扰问题，因此一般用于短距离通信。管脚设置:图2-10 串行

37、接口DB9图引脚号信号名称方向信号功能1DCDPC机对方PC机收到远程信号(载波检测)2RXDPC机对方PC机接收数据3TXDPC机对方PC机发送数据4DRTPC机对方PC机准备就绪5GND信号地6DSRPC机对方对方准备就绪7RTSPC机对方PC机请求发送数据8CTSPC机对方对方也换到接收状态(清除发送)9RIPC机对方通知PC机,线路正常(振铃指示)表2-5 串行接口DB9管脚定义表单片机串行口输出和输入的是TTL/COMS电平，而PC机串行口输出和输入的是RS232电平，RS-232使用-3到-25V表示数字“1”，使用3V到25V表示数字“0”，所以在单片机与PC机串行口之间必须进行

38、电平转换。MAX232是常用的电平转换器。2.3.1.1.2 电平转换芯片MAX232简介MAX232芯片是MAXIM公司生产的、包含两路接收器和驱动器的RS-232电平转换芯片，适用于各种RS-232 通信接口。MAX232芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电源电压变换成RS-232输出电平所需的+- 10V 电压，所以，采用此芯片接口的串行通信系统只需要单一的+5V电源就可以了。对于没有+- 12V电源的场合，其适应性更强。加之价格适中，硬件接口简单，所以被广泛采用。为了实现采用+5V供电的TTL和CMOS通信接口电路能与PC机上的RS-232C标准接口连接，必须进行串行口的

39、输入/输出信号的电平转换。MAX232内部具有双充电电压变换器，把+5V变换成+10V，作为驱动器的电源，具有两路发送器及两路接收器，使用相当方便。 2.4 AT24C08串行EEPROM存储器模块AT24C08内存是ATMEL公司出品的高集成度串行EEPROM内存,提供的接口是I2C接口，内存容量是8KB。WP_24C08、SCL_24C08、SDA_24C08分别接到单片机的P1.5、P1.6、P1.7。图2-11 AT24C08模块原理图图2-12 AT24C08管脚及定义图2.4.1 24C系列串行EEPROM简介2.4.1.1 24C系列常用型号及引脚说明目前在我国应用开发中，所用的

40、24C系列串行EEPROM主要由ATMEL、MICROCHIP、XICOR、NATIONAL等几家公司提供。目前市场上容量最小的为24C01（1kb），生产工艺都是CMOS工艺，工作电压在1855V之间，24系列有两种封装形式：8脚封装和14脚封装。我国目前开发用量最多的封装形式是8脚PDIP封装。其中A0、A1、A2为器件地址选择位，这3个引脚配置成不同的编码值，在同一串行总线上最多可扩展8片同一容量或不同容量的24C系列串行EEPROM芯片。WP（TEST）为硬件写保护控制端（测试端），这个引脚，脉冲的上升沿将数据写入EEPROM，下降沿将数据从EEPROM中读出。SDA为串行数据输入输出

41、端，漏极开路驱动，容量扩展时，可以将多片24系列SDA引脚直接相连，实际使用时要加一个上拉电阻 。VCC和GND分别是电源和地。2.4.1.2 器件地址由于24C系列串行EEPROM是串行接口器件，则其地址、数据信息都在同一条线路上传送，当串行总线上挂有多个芯片时，每个芯片必须具有唯一的器件地址。24C系列芯片的器件地址由7位数据位和一位读写位组成，即1010A2A1A0RW，其中，高4位的1010为24系列的协议格式，是I2C总线分配给串行EEPROM的器件地址；之后的3位A2、A1、A0为可编程地址位，且256字节为一页，由器件厂商定义，供在总线上联接多片同一型号器件时分配器件地址用；最后

42、一位是读写控制位RW，当该位为高电平“1”时，表示当前的操作是读操作，该位为低电平“0”时，表示当前的操作是写操作。24C04以后的串行EEPROM芯片所需寻址位超出了8位，这样，超出位采用了占用引脚地址（A2、A1、A0）的方式实现。参见表2-13。厂家规定，凡被寻址位占用的引脚在线路上只能作悬空处理,不能另行使用。即芯片容量大于256字节时，内部单元寻址采取了分页处理的方法，每页256字节，而且页寻址位包含在器件寻址字节内。表 2-132.4.1.3 I2C总线的时序和数据格式24C系列串行EEPROM严格遵守I2C总线的时序和数据格式。起始位、停止位由SCL高电平期间SDA的跳变决定：下

43、跳变时启动I2C总线，上跳变时停止总线。约定微处理器(如80C31)为主器件，EEPROM为从器件，其读写约定步骤为：主器件发送起始信号(S)，占据串行总线，随后发送7位从器件地址和一位读写方向位。从器件接收到主器件发送的器件寻址信号后，将在SDA总线上返回主器件一个确认信号A(低电平有效),表示作好读写准备。主器件在收到从器件的确认信号后，向从器件发送要访问的数据地址(即片内地址)，从器件收到后又向主器件返回一个确认信号A，至此EEPROM的读写准备工作完成。若为写EEPROM，则主器件向从器件发送所写数据；若是读EEPROM ，则由主器件接收从器件发送的指定单元的8位数据。数据读写操作结束

44、，主器件将发送停止信号(P)。采用了电可擦除的串行EEPROM24C08保存掉电或停机时的重要数据；并且当再次开机时，读出由24C08保存的数据，从断点继续计长。24C08是典型的EEPROM、I2C接口器件，它的容量为10248Bit，需要10个寻址位，在读写数据前由主器件写入，内部存储空间共分4页，每页256字节。24C08典型的页写入速度为2ms，电源电压允许范围为25V55V，可以保证其掉电时写入数据的可靠性。2.5 DS1302日历时钟模块2.5.1 时钟芯片DS1302简介DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31 字节静态RAM 通过简

45、单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路提供秒,分,时,日,日期,月,年的信息每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM/PM 指示决定采用24 或12 小时格式DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线1.RES 复位2.I/O 数据线3.SCLK串行时钟,时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW。 DS1302具有双电源管脚用于主电源和备份电源供应Vcc1 为可编程涓流充电电源附加七个字节存储器它广泛应用于电话传真便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等。主要性能特点：实时时钟具有能计算2100 年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力还有闰年调整的能力31个8位暂存数据存储RAM串行I/O 口方式使得管脚数量最少宽范围工作电压2.0 5.5V工作电流2.0V 时,小于300nA读/写时钟或RAM 数据时有两种传送方式单字节传送和多字节传送字符组方式8脚DIP 封装或可选的8 脚SOIC 封装根据表面装配简单3 线接口与TTL 兼容Vcc=5V可选工业级温度范围-40 +85对Vcc1 有可选的涓流充电能力双电源管用于主电源