基于RFID技術(shù)的圖書(shū)信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)_本科畢業(yè)論文(優(yōu)秀畢業(yè)論文).doc

anyang institute of technology 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文文 基于基于 rfidrfid 技術(shù)的圖書(shū)信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的圖書(shū)信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) design of information collection of book based on rfid technology 系(院)名稱： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息工程系 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 05 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)(嵌入式) 學(xué)生姓名： 剡飛龍 指導(dǎo)教師姓名： 常國(guó)權(quán) 指導(dǎo)教師職稱： 講師（碩士） 2009 年 5 目目 錄錄 第 1 章 概述.1 1.1 課題研究背景與意義 1 1.2 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 3 1.3 國(guó)內(nèi)外 rfid 技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 .3 1.4 課題的主要工作內(nèi)容 4 第 2 章 rfid 技術(shù)及應(yīng)用概述 .5 2.1 概述 5 2.1.12.1.1 rfidrfid 系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)的構(gòu)成5 5 2.1.22.1.2 rfidrfid 技術(shù)的基本工作原理技術(shù)的基本工作原理5 5 2.2 mifare one非接觸式電子標(biāo)簽 .6 2.2.12.2.1 mifaremifare oneone 電子標(biāo)簽的工作原理電子標(biāo)簽的工作原理6 6 2.2.22.2.2 mifaremifare oneone 電子標(biāo)簽的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)電子標(biāo)簽的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)7 7 2.3 rfid 技術(shù)在圖書(shū)館的應(yīng)用8 第 3 章 圖書(shū)館信息采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)10 3.1stc11f32xe 微控制器 .10 3.2 圖書(shū)信息采集系統(tǒng)的總體硬件設(shè)計(jì) .11 3.2.13.2.1 uartuart 串口通信接口設(shè)計(jì)串口通信接口設(shè)計(jì)1111 3.2.23.2.2 lcdlcd 液晶擴(kuò)展液晶擴(kuò)展1212 3.2.33.2.3 存儲(chǔ)器擴(kuò)展存儲(chǔ)器擴(kuò)展 1313 3.2.43.2.4 其他接口設(shè)計(jì)其他接口設(shè)計(jì) 1313 3.3 stc11f32xe 和 mfrc500 接口設(shè)計(jì).14 3.3.13.3.1 mfrc500mfrc500 芯片的功能結(jié)構(gòu)芯片的功能結(jié)構(gòu)1414 3.3.23.3.2 mfrc500mfrc500 芯片主要引腳簡(jiǎn)介芯片主要引腳簡(jiǎn)介1515 3.3.33.3.3 stc11f32xestc11f32xe 和和 mfrc500mfrc500 芯片接口設(shè)計(jì)芯片接口設(shè)計(jì)1616 第四章 圖書(shū)館信息采集系統(tǒng)的下位機(jī)軟件設(shè)計(jì).18 4.1 圖書(shū)采集系統(tǒng)和 pc 機(jī)通信幀格式的設(shè)計(jì) .19 4.24.2 mfrc500mfrc500 讀寫(xiě)模塊的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與調(diào)試讀寫(xiě)模塊的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與調(diào)試 2020 4.34.3 mfrc500mfrc500 讀寫(xiě)模塊設(shè)計(jì)讀寫(xiě)模塊設(shè)計(jì) 2222 第五章 軟硬件測(cè)試25 5.1 測(cè)試環(huán)境 .25 5.2 編寫(xiě)測(cè)試用例并測(cè)試 .25 第六章 結(jié)論34 致 謝 35 參考文獻(xiàn).36 基于基于 rfidrfid 技術(shù)的圖書(shū)管理信息采系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的圖書(shū)管理信息采系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：05 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 學(xué)生姓名：剡飛龍 指導(dǎo)教師： 常國(guó)權(quán) 職稱：講師（碩士） 摘要摘要 目前,在我國(guó)的圖書(shū)管理工作中,主要應(yīng)用條碼識(shí)別技術(shù),它具有成本低、 操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn),但也存在局限性,如必須人工借助讀寫(xiě)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集,常 因條碼、閱讀器質(zhì)量發(fā)生誤讀和拒讀等問(wèn)題,影響了借閱效率和服務(wù)質(zhì)量。射頻 識(shí)別(即 radio frequency identification,以下簡(jiǎn)稱技術(shù)是 rfid)是一項(xiàng)利用 射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的 信息達(dá)到識(shí)別目標(biāo)的技術(shù)。它將特殊的信息編碼寫(xiě)入電子標(biāo)簽,標(biāo)簽被粘貼在需 要識(shí)別的產(chǎn)品或器件上，寫(xiě)入時(shí)間比打印條碼少；標(biāo)簽的內(nèi)容可以動(dòng)態(tài)改變； 能夠同時(shí)處理多個(gè)標(biāo)簽；標(biāo)簽的數(shù)據(jù)存取有密碼保護(hù),安全性更高。無(wú)需重新制 作新的標(biāo)簽，可重復(fù)使用。 本課題設(shè)計(jì)了一種基于無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的圖書(shū)館信息采集系統(tǒng)。在此設(shè) 計(jì)中采用無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)（rfid 技術(shù)）代替?zhèn)鹘y(tǒng)圖書(shū)管理系統(tǒng)使用的條形碼 +磁條技術(shù)，使得非接觸的圖書(shū)信息采集更加快速、準(zhǔn)確。采用 rfid 技術(shù)的圖 書(shū)館可以對(duì)批量借閱或還回的圖書(shū)進(jìn)行處理，可以實(shí)現(xiàn)瞬間、非接觸完成。由 于 rfid 提供的信息容量大，使用密碼技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和可讀寫(xiě)，同時(shí)具備 了條碼和磁條技術(shù)要求，無(wú)須再使用磁條技術(shù)，使圖書(shū)流通更加方便、快捷、 安全。嵌入式 rfid 圖書(shū)管理系統(tǒng)可以大大提高圖書(shū)館管理的效率。 首先本課題對(duì) rfid 技術(shù)原理做了詳細(xì)的概述，在此基礎(chǔ)上論述了圖書(shū)館 信息采集系統(tǒng)硬件平臺(tái)的搭建。 其次本課題在硬件平臺(tái)上擴(kuò)展了 lcd 進(jìn)行信息顯示，flash 用于存儲(chǔ) ascii 碼和漢字字庫(kù)文件，mfrc500 用于射頻識(shí)別等硬件電路，并最終搭建起 了系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。 最后本課題參照 mfrc500 和 stc11f32xe 提供的數(shù)據(jù)手冊(cè)，對(duì)下位機(jī)軟 件進(jìn)行設(shè)計(jì)分析和編碼，以實(shí)現(xiàn)微控制器對(duì)射頻識(shí)別芯片的各種操作進(jìn)行控制。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 嵌入式系統(tǒng) stc11f32xe 射頻識(shí)別 rs232 mfrc500 lcd design of information collection of book with rfid technology abstract presently,the management of chinas books, the main application of bar code identification technology, it has a low cost, easy to operate features, but there are also limitations, such as the equipment must be manually read and write data through the collection, due to bar code , the quality of reader misreading occurred and refused to read and so on, affect the efficiency and service quality to borrow. radio frequency identification (ie, radio frequency identification, hereinafter referred to as technology is rfid) is a radio frequency signal through the use of space coupled alternating magnetic field or electromagnetic fields to achieve non- contact transmission of information through the message to reach target identification technologies. special information will be encoded into the rfid label has been pasted in the need to identify the product or device, the write time less than print barcode; survival data label password-protected access, higher security. no need to re-create a new label, can be reused. the design of the subject of a radio frequency identification technology-based library information collection system. to replace the traditional library management system using bar code + magnetic stripe technology, the book makes non-contact information collection more quickly and accurately. the use of rfid technology in the library can borrow or return bulk of the books to deal with, you can achieve an instant, non-contact complete. embedded rfid library management system can greatly enhance the efficiency of library management. first of all the topics on the principles of rfid technology has done a detailed overview, based on this information collection on the library system to build the hardware platform. secondly, the issue in the hardware platform for the expansion of the lcd information display, flash is used to store chinese characters ascii code and documentation, mfrc500 for hardware such as radio frequency identification circuit, and eventually build a hardware platform of the system. finally, with reference to the subject and mfrc500 data provided by stc11f32xe manual, the next-bit software for design analysis and encoding, in order to achieve micro- controller of radio frequency identification chips to control the various operations. key words embedded system stc11f32xe rfid rs232 mfrc500 lcd 引引 言言 rfid 技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)對(duì)靜止或移動(dòng)著的多個(gè) 目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別，并高效地獲取目標(biāo)信息數(shù)據(jù)，通過(guò)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合還可以實(shí)現(xiàn) 全球范圍內(nèi)的目標(biāo)跟蹤與信息共享。識(shí)別工作無(wú)需人工干預(yù)，操作快捷方便，可在各種 惡劣環(huán)境下工作。作為條形碼的無(wú)線版本，rfid 技術(shù)具有條形碼所不具備的非接觸、閱 讀速度快、無(wú)磨損、不受環(huán)境影響、防水、防磁、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、讀取距離大、 標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量更大、存儲(chǔ)信息更改自如、具有防沖突功能、能夠 同時(shí)處理多張卡片等優(yōu)點(diǎn)1。 嵌入式系統(tǒng)不同于一般的 pc 系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)集系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與硬件于一體，具 有體積小、性價(jià)比高、軟件代碼小、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，嵌入式技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工 業(yè)控制、信息家電、交通管理、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、服務(wù)業(yè)等各行業(yè)，已成為現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè) 計(jì)的一大領(lǐng)域和方向。 在本課題設(shè)計(jì)中采用 rfid 技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)圖書(shū)信息采集系統(tǒng)中使用的條形碼或磁條技 術(shù)，把 rfid 技術(shù)和嵌入式技術(shù)結(jié)合起來(lái)應(yīng)用于圖書(shū)館信息采集領(lǐng)域是當(dāng)代數(shù)字圖書(shū)館的 發(fā)展趨勢(shì)，這種技術(shù)大大加速了圖書(shū)流通處理的速度。由于 rfid 讀寫(xiě)器通過(guò)非接觸式的 無(wú)線電波采集圖書(shū)信息，從而使得非接觸式的圖書(shū)信息采集更加快速、準(zhǔn)確。而且 rfid 讀寫(xiě)器可以同時(shí)讀取多個(gè) rfid 標(biāo)簽，這就意味著在進(jìn)行借入或者借出處理過(guò)程中幾本書(shū) 籍可以同時(shí)處理，讀者查找、歸還和借出圖書(shū)或多媒體資料就更快捷、準(zhǔn)確、方便。 0 第第 1 章章 概述概述 射頻識(shí)別（radio frequency identification，簡(jiǎn)稱 rfid）技術(shù)是自動(dòng)識(shí)別技 術(shù)的延伸和發(fā)展，由于射頻識(shí)別技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn)，因而已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自 動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸管理、貨物流通、公共交通、門(mén)禁安防、產(chǎn)品防 偽等眾多領(lǐng)域2。rfid 技術(shù)利用無(wú)線電或雷達(dá)技術(shù)在閱讀器和電子標(biāo)簽之間進(jìn) 行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸，以達(dá)到目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換的目的。近年來(lái)，這種技 術(shù)在許多領(lǐng)域都得到了快速的普及和推廣應(yīng)用。 rfid 技術(shù)就圖書(shū)館市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，rfid 所具備的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)是其他識(shí)別技術(shù)無(wú) 法比擬的，rfid 可以讓圖書(shū)館實(shí)現(xiàn)真正的智能化管理，通過(guò) rfid 技術(shù)可以為 讀者提供簡(jiǎn)捷迅速的自助式服務(wù)，提高圖書(shū)管理員的工作效率，為圖書(shū)館節(jié)省 人力，為讀者提供安全的環(huán)境?？梢哉f(shuō) rfid 系統(tǒng)是圖書(shū)館管理系統(tǒng)的發(fā)展趨 勢(shì)。 1.1 課題研究背景課題研究背景與意義與意義 傳統(tǒng)的圖書(shū)信息采集系統(tǒng)使用的是條形碼和磁條技術(shù)，借書(shū)服務(wù)需要讀者 把借書(shū)證和書(shū)遞給工作人員，工作人員一本本翻開(kāi)，將條碼掃描器對(duì)準(zhǔn)條碼掃 描， 然后進(jìn)行消磁，最后再還給讀者，速度慢、效率低、容易疲勞。而 rfid 則無(wú)需類(lèi)似的步驟，只要讀者把證和書(shū)放在出納臺(tái)的指定區(qū)域內(nèi)即可立刻完成 借書(shū)和防盜安全位失活任務(wù)，書(shū)和書(shū)之間可以隨意疊放，只有碰到賠書(shū)、罰款 等特殊情況，才需要工作人員干預(yù)，同樣還書(shū)的過(guò)程也相應(yīng)簡(jiǎn)化。這樣就使得 流通工作的速度大大加快，同時(shí)減輕了工作人員的工作壓力和勞動(dòng)強(qiáng)度4。另 外，自助借書(shū)也變得更加方便，并且沒(méi)有有害的激光，特別適宜兒童的使用。 圖書(shū)歸還后，工作人員首先要進(jìn)行手工分類(lèi)，將不同館址書(shū)庫(kù)的書(shū)放在不同的 地方，再分別上架。由于 rfid 閱讀器對(duì)于被讀取的標(biāo)簽沒(méi)有位置、方向上的 嚴(yán)格要求，而 rfid 標(biāo)簽又可記錄館藏地點(diǎn)等信息，這使得自動(dòng)分類(lèi)設(shè)備的使 用成為可能，只要把書(shū)放在傳送帶上通過(guò)一個(gè) rfid 閱讀器，自動(dòng)分類(lèi)設(shè)備即 可根據(jù)標(biāo)簽中的有關(guān)信息把不同地點(diǎn)位置的書(shū)分發(fā)到不同的位置，這就大大方 便了上架，加快了圖書(shū)流通速度。 1 rfid 還有助于圖書(shū)館的安全防范。常規(guī)磁條只能報(bào)警，而 rfid 不但能夠 報(bào)警，還可以立即在屏幕上顯示被盜書(shū)刊的有關(guān)信息，如果此人帶著 rfid 借 書(shū)證的話，其個(gè)人情況也將一并反映在 lcd 上5。 由于 rfid 大大提高了工作效率，減少了許多重復(fù)的手工勞動(dòng)，從而節(jié)約 了大量的人力，將使圖書(shū)館中占大多數(shù)的從事傳統(tǒng)服務(wù)的圖書(shū)館員告別長(zhǎng)期簡(jiǎn) 單、繁瑣的低層次的工作方式，使得他們可以投入到更深層次的咨詢等讀者服 務(wù)工作中去，這將從整體上改善圖書(shū)館的形象并提高服務(wù)質(zhì)量。 從以上所述，將 rfid 圖書(shū)管理系統(tǒng)的圖書(shū)流通及安全處理方式與傳統(tǒng)圖 書(shū)管理系統(tǒng)對(duì)比如表 1-1 所示： 表 1-1 圖書(shū)流通及安全處理方式比較 處理方式條碼+磁條rfid（讀/寫(xiě)） 讀取登錄號(hào)找到條碼讀取在機(jī)器上可讀取 借書(shū)后處理需要消磁處理機(jī)器上自動(dòng)寫(xiě)入已外借 還書(shū)后處理需要上磁處理機(jī)器上自動(dòng)寫(xiě)入已歸還 自動(dòng)借書(shū)功能不能處理磁性媒體能處理所有館藏 自動(dòng)還書(shū)功能需讀者手動(dòng)操作可自動(dòng)處理所有館藏 館外還書(shū)不可行可行 盤(pán)點(diǎn)功能每一本都需讀取條碼書(shū)架上橫移閱讀器讀取 防盜功能電磁波偵測(cè)門(mén)，不穩(wěn)定射頻識(shí)別，較穩(wěn)定 本課題正是基于這種背景提出來(lái)的，選用 stc11f32xe 為核心微處理器，在 其外圍擴(kuò)展了 lcd、flash、mfrc500 等硬件電路，并擴(kuò)展了字庫(kù)能夠顯示 ascii 字符和漢字?？梢酝ㄟ^(guò)串行口發(fā)送采集的圖書(shū)信息到上位機(jī)軟件進(jìn)行借 入，借出管理操作。 嵌入式 rfid 圖書(shū)管理系統(tǒng)加速了流通處理的速度。rfid 標(biāo)簽通過(guò)非接觸 方式采集信息，這樣就簡(jiǎn)化了資源的處理手續(xù)，加速了工作處理，使得流通變 得更加快速，簡(jiǎn)單和準(zhǔn)確，處理過(guò)程高度自動(dòng)化。rfid 閱讀器可同時(shí)讀取多個(gè) rfid 標(biāo)簽。這就加速了流通業(yè)務(wù)的過(guò)程，就意味著在進(jìn)行借入或者借出處理過(guò) 程中幾本書(shū)籍可以同時(shí)處理，讀者歸還和借出圖書(shū)或多媒體資料更方便、快捷。 讀者智能自動(dòng)借還書(shū)和柜臺(tái)借還書(shū)相結(jié)合。讀者可以通過(guò)自助借閱工作站，在 2 系統(tǒng)提示和幫助下自行完成書(shū)籍的借出操作，也可以來(lái)到前臺(tái)，由工作人員通 過(guò)流通工作站完成書(shū)籍的借出操作。同時(shí)，通過(guò)智能還書(shū)口和自動(dòng)分揀系統(tǒng)的 配合，讀者可以隨時(shí)很方便地從還書(shū)口歸還書(shū)籍。 1.2 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 嵌入式技術(shù)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)和各個(gè)行業(yè)的 具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。隨著信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，嵌入式技術(shù) 廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、信息家電、交通管理、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、服務(wù)業(yè)等各行業(yè)， 已成為現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一大領(lǐng)域和方向。同時(shí)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域里面，微型化 和專(zhuān)業(yè)化成為了發(fā)展的新趨勢(shì)，同樣也需要嵌入式系統(tǒng)的支持。因此，研究嵌 入式系統(tǒng)有著相當(dāng)重要的理論和實(shí)際意義。 1.3 國(guó)內(nèi)外國(guó)內(nèi)外 rfid 技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 rfid 是 radio frequency identification 的縮寫(xiě)，即射頻識(shí)別，是非接觸式自 動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種。它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別 工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。rfid 技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并 可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。完整的 rfid 系統(tǒng)由電子標(biāo)簽（tag）和 射頻信號(hào)讀寫(xiě)器（reader）以及后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)所構(gòu)成。而電子標(biāo)簽由微型半導(dǎo) 體芯片及印刷天線組成。它可以存儲(chǔ)需要識(shí)別傳輸?shù)男畔ⅲ⒕哂兄悄茏x寫(xiě)及 加密通信的能力。根據(jù)最終使用環(huán)境的要求，可以做成薄如紙張的標(biāo)簽方式， 亦可以“卡” 、籌碼等多種形式出現(xiàn)。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域后，接收到讀寫(xiě)器發(fā) 出的信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的標(biāo)簽信息；讀寫(xiě) 器讀取信息并譯碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)的處理，但在實(shí)際應(yīng)用中需 要其它的軟硬件支持8。 rfid 技術(shù)主要應(yīng)用在車(chē)輛的自動(dòng)識(shí)別、高速公路收費(fèi)及智能交通系統(tǒng)(its)、 門(mén)禁控制，電子錢(qián)包、電子票證、貨物跟蹤、動(dòng)物跟蹤及管理、容器識(shí)別等方 面，不勝枚舉。rfid 產(chǎn)品種類(lèi)也很多，像 ti、motorola、philips、microchip 等世界著名廠家都生產(chǎn) rfid 產(chǎn)品，并且各有特點(diǎn)，自成系列。rfid 已被廣泛 應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域，例如汽車(chē)或 3 火車(chē)等的交通監(jiān)控系統(tǒng)、高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)、物品管理、流水線生產(chǎn)自動(dòng) 化、門(mén)禁系統(tǒng)、金融交易、倉(cāng)儲(chǔ)管理、畜牧管理、車(chē)輛防盜等。隨著成本的下 降和標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)施，rfid 技術(shù)的全面推廣和普遍應(yīng)用將是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。 在可以預(yù)見(jiàn)的時(shí)間內(nèi)，rfid 標(biāo)簽將得到高速發(fā)展。目前，rfid 標(biāo)簽和條 形碼適用于不同的場(chǎng)合，條形碼適合售價(jià)極低的商品，而 rfid 適合于價(jià)格較 高或多目標(biāo)同時(shí)識(shí)別的場(chǎng)合環(huán)境。當(dāng) rfid 標(biāo)簽的價(jià)格進(jìn)一步降低后，rfid 標(biāo) 簽將是條形碼的最終替代者。 1.4 課題的主要工作內(nèi)容課題的主要工作內(nèi)容 本課題是基于 stc11f32xe 和 rfid 技術(shù)的研究和應(yīng)用，以安陽(yáng)工學(xué)院圖 書(shū)館信息采集系統(tǒng)為實(shí)際開(kāi)發(fā)背景，在分析軟、硬件設(shè)計(jì)相關(guān)理論和實(shí)現(xiàn)的相 關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)行圖書(shū)館信息采集系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。根據(jù)分析結(jié)果 對(duì)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，最終對(duì)采集系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)， 對(duì)系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程和測(cè)試做了說(shuō)明，并對(duì)系統(tǒng)的實(shí)施及運(yùn)行情況進(jìn)行了評(píng)價(jià)。 本文的主要內(nèi)容分為六章，各章主要內(nèi)容如下： 第一章對(duì)課題研究背景與意義、國(guó)內(nèi)外 rfid 技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、嵌入式系 統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀以及 rfid 技術(shù)在圖書(shū)館應(yīng)用現(xiàn)狀做了詳細(xì)概述。 第二章介紹了 rfid 技術(shù)原理、rfid 電子標(biāo)簽的原理結(jié)構(gòu)概述。 第三章詳細(xì)介紹圖書(shū)館信息采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)過(guò)程。 第四章詳細(xì)介紹圖書(shū)館信息采集系統(tǒng)的下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。 第五章通過(guò)串口調(diào)試助手進(jìn)行軟硬件測(cè)試。 第六章對(duì)全文工作進(jìn)行了總結(jié)。 4 第第 2 章章 rfid 技術(shù)及應(yīng)用概述技術(shù)及應(yīng)用概述 2.1 概述概述 rfid 射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可 同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別 工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。早期應(yīng)用于軍方武器和后勤管理 上，后來(lái)逐步民用。主要特點(diǎn)是：讀取速度快，可批量讀取數(shù)據(jù)；穿透性強(qiáng)， 可隔障識(shí)別；標(biāo)簽具有體積小、容量大、壽命長(zhǎng)、可加密的特點(diǎn)。 2.1.1 rfid 系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)的構(gòu)成 射頻識(shí)別系統(tǒng)通常由電子標(biāo)簽（e-tag） 、讀寫(xiě)器（reader） 、天線 （antenna）三部分組成。(1)電子標(biāo)簽。電子標(biāo)簽存儲(chǔ)著需要被識(shí)別物品的相關(guān) 信息，通常被放置在需要識(shí)別的物品上，它所存儲(chǔ)的信息通?？杀簧漕l讀寫(xiě)器 通過(guò)非接觸方式讀寫(xiě)獲取。憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的 產(chǎn)品信息的標(biāo)簽叫無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽(passive tag)，可以主動(dòng)發(fā)送某一頻率信 號(hào)的標(biāo)簽叫有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽(active tag)。(2)讀寫(xiě)器。讀寫(xiě)器是可以利用射 頻技術(shù)讀寫(xiě)電子標(biāo)簽信息的設(shè)備。讀寫(xiě)器讀出的標(biāo)簽信息可以通過(guò)計(jì)算機(jī)以及 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行管理和傳輸。(3)天線。天線是 rfid 系統(tǒng)接收和發(fā)送能量的重要 部分。 2.1.2 rfid 技術(shù)的基本工作原理技術(shù)的基本工作原理 rfid 系統(tǒng)的工作原理如下：讀寫(xiě)器將要發(fā)送的信息，經(jīng)編碼后加載在某一 頻率的載波信號(hào)上經(jīng)天線向外定向發(fā)送，當(dāng)電子標(biāo)簽（又叫應(yīng)答器）進(jìn)入讀寫(xiě) 器的有效工作區(qū)域時(shí)，接收到由讀寫(xiě)器發(fā)送的電磁波，并將其轉(zhuǎn)換、整流為電 能， 5 射射頻頻讀讀寫(xiě)寫(xiě)器器天天線線無(wú)無(wú)源源電電子子標(biāo)標(biāo)簽簽 調(diào)調(diào)制制器器 解解調(diào)調(diào)器器 l r c l c i ic c 電電 路路 能能量量 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù) 圖 21 rfid 的基本工作原理圖 儲(chǔ)存到自身攜帶的電容中，然后無(wú)源電子標(biāo)簽利用已儲(chǔ)存的電能作為能量，對(duì) 讀寫(xiě)器發(fā)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、解碼、解密，然后對(duì)命令請(qǐng)求、密碼、權(quán)限等進(jìn) 行判斷。若為讀命令，控制邏輯電路則從存儲(chǔ)器中讀取有關(guān)信息，經(jīng)加密、編 碼、調(diào)制后通過(guò)卡內(nèi)天線再發(fā)送給閱讀器，閱讀器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、 解碼、解密后送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理；若為修改信息的寫(xiě)命令， 有關(guān)控制邏輯引起的內(nèi)部電荷泵提升工作電壓，對(duì) eeprom 中的內(nèi)容進(jìn)行改寫(xiě)， 若經(jīng)判斷其對(duì)應(yīng)的密碼和權(quán)限不符，則返回出錯(cuò)信息。 2.2 mifare one 非接觸式電子標(biāo)簽非接觸式電子標(biāo)簽 本課題用的非接觸式電子標(biāo)簽是 philips 公司的 mifare one 射頻標(biāo)簽，當(dāng) 然，針對(duì)不同的應(yīng)用系統(tǒng)，可以由電子標(biāo)簽生產(chǎn)廠家具體生產(chǎn)定制。 2.2.1 mifare one 電子標(biāo)簽的工作原理電子標(biāo)簽的工作原理 電子標(biāo)簽的工作原理基本上和讀寫(xiě)模塊的工作原理基本相似，只不過(guò)它是 一個(gè)高度集成的芯片，體積很小，而且電子標(biāo)簽內(nèi)沒(méi)有電源。電子標(biāo)簽通過(guò)內(nèi) 部的一個(gè) lc 串聯(lián)諧振電路接收讀寫(xiě)器發(fā)來(lái)的固定頻率的電磁波，在電磁波的 激勵(lì)下，lc 諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷，在這個(gè)電容的另一端， 接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)儲(chǔ)存，當(dāng)所積 累的電荷達(dá)到 2v 時(shí)，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將電子標(biāo) 簽內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫(xiě)器發(fā)送的數(shù)據(jù)14。 6 2.2.2 mifare one 電子標(biāo)簽的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)電子標(biāo)簽的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) 當(dāng)今世界上非接觸式 ic 智能電子標(biāo)簽中的主流主要為 philips 公司的 mifare 技術(shù)，已經(jīng)被制定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：iso/iec 14443 type a 標(biāo)準(zhǔn)6。mifare one ic 電子標(biāo)簽采用先進(jìn)的芯片制造工藝制作，內(nèi)建有高速的 cmos eeprom，mcu 等。電子標(biāo)簽上除了 ic 微晶片及一副高效率天線外，無(wú)任何其他 元件。電子標(biāo)簽上無(wú)源（無(wú)任何電池） ，工作時(shí)的電源能量由讀寫(xiě)器發(fā)送無(wú)線電 載波信號(hào)耦合到電子標(biāo)簽天線上而產(chǎn)生電能，供電子標(biāo)簽上 ic 工作，工作頻率 13.56mhz。電子標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)操作距離為 100mm，與標(biāo)簽讀寫(xiě)器的通信速率高達(dá) 106kb/s。mifare one ic 電子標(biāo)簽上具有先進(jìn)的數(shù)據(jù)通信加密并雙向驗(yàn)證密碼 系統(tǒng)；且具有防重疊功能。電子標(biāo)簽制造時(shí)具有唯一的標(biāo)簽序列號(hào)。電子標(biāo)簽 上還內(nèi)建有增值/減值的專(zhuān)項(xiàng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算電路，典型的通信交易時(shí)間最長(zhǎng)不超過(guò) 100ms（包括標(biāo)簽的認(rèn)證，扇區(qū)的讀寫(xiě)操作） 。電子標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)可超過(guò) 10 萬(wàn)次以上；數(shù)據(jù)保存期可達(dá) 10 年以上，且電子標(biāo)簽抗靜電保護(hù)能力達(dá) 2kv 以上 7。 mifare one 電子標(biāo)簽上內(nèi)建 1kb eeprom 存儲(chǔ)器，分為 16 個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇 區(qū)由 4 塊組成，每塊 16 個(gè)字節(jié)，每個(gè)扇區(qū)可由多種方式的密碼管理，可以將 16 個(gè)扇區(qū)的 64 個(gè)塊按絕對(duì)地址編號(hào)為 063。 第 0 扇區(qū)的塊 0（即絕對(duì)地址 0 塊） ，它用于存放卡序列號(hào)和廠商代碼，已 經(jīng)固化，不可更改。每個(gè)扇區(qū)的塊 0、塊 1、塊 2 為數(shù)據(jù)塊，可用于存貯數(shù)據(jù)。 每個(gè)扇區(qū)的塊 3 為控制塊，包括了密碼 a、存取控制、密碼 b。每個(gè)扇區(qū)的密碼 和存取控制都是獨(dú)立的，可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定各自的密碼及存取控制。存取 控制為 4 個(gè)字節(jié)，共 32 位，扇區(qū)中的每個(gè)塊（包括數(shù)據(jù)塊和控制塊）的存取條 件是由密碼和存取控制共同決定的，在存取控制中每個(gè)塊都有相應(yīng)的三個(gè)控制 位，三個(gè)控制位以正和反兩種形式存在于存取控制的字節(jié)中，三個(gè)控制位決定 了該塊的訪問(wèn)權(quán)限8。 電子標(biāo)簽中的其他扇區(qū)由于有其各自的密碼，因此不能對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的 操作，如想對(duì)其他扇區(qū)進(jìn)行操作，必須完成各自的密碼認(rèn)證過(guò)程。認(rèn)證過(guò)程中 的任何一環(huán)出現(xiàn)差錯(cuò)，整個(gè)認(rèn)證將告失敗，必須從新開(kāi)始。如果事先不知電子 標(biāo)簽上的密碼，則由于密碼的變化可以極其復(fù)雜，因此靠猜測(cè)密碼而想打開(kāi)電 7 子標(biāo)簽上的一個(gè)扇區(qū)的可能性幾乎為零。9如果遺忘某一扇區(qū)的密碼，將使該 扇區(qū)中的數(shù)據(jù)不能讀寫(xiě)，沒(méi)有任何辦法可以挽救這種低級(jí)錯(cuò)誤。但是，電子標(biāo) 簽上的其他扇區(qū)可以照樣使用，這充分地說(shuō)明了 mifare one 電子標(biāo)簽的高度安 全性，保密性。 表 21 mifare one 非接觸式 ic 標(biāo)簽的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)7 塊 0卡序列號(hào)和廠商代碼數(shù)據(jù)塊 0 塊 1數(shù)據(jù)塊 1 塊 2數(shù)據(jù)塊 2 扇 區(qū) 0 塊 36 字節(jié)密碼 a4 字節(jié)存取控制位6 字節(jié)密碼 b控制塊 3 塊 0數(shù)據(jù)塊 4 塊 1數(shù)據(jù)塊 5 塊 2數(shù)據(jù)塊 6 扇 區(qū) 1 塊 36 字節(jié)密碼 a4 字節(jié)存取控制位6 字節(jié)密碼 b控制塊 7 0 數(shù)據(jù)塊 60 1 數(shù)據(jù)塊 61 2 數(shù)據(jù)塊 62 扇 區(qū) 15 3 6 字節(jié)密碼 a4 字節(jié)存取控制位6 字節(jié)密碼 b控制塊 63 由 mifare one 電子標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)原理可知，電子標(biāo)簽內(nèi)部共有 1kb 字節(jié)的 eeprom 存儲(chǔ)器容量，約能存儲(chǔ) 500 多個(gè)漢字，這 500 多個(gè)漢字用來(lái)描述一本 圖書(shū)的信息已經(jīng)足夠了。 2.3 rfid 技術(shù)在圖書(shū)館的應(yīng)用技術(shù)在圖書(shū)館的應(yīng)用 射頻技術(shù)就圖書(shū)館市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)外形成較大的反差，主要局限在經(jīng)濟(jì)發(fā) 達(dá)國(guó)家，2002 年，新加坡國(guó)家圖書(shū)館管理局(nlb)發(fā)布了世界上首個(gè)全面部署 rfid 的圖書(shū)管理系統(tǒng)，使新加坡國(guó)家圖書(shū)館成為世界上第一個(gè)實(shí)行 rfid 技術(shù) 8 的圖書(shū)館，館內(nèi)帶 rfid 標(biāo)簽的條目涵蓋書(shū)籍，期刊，樂(lè)譜，cd，dvd 和錄像 帶等類(lèi)型，目前已全面采用 rfid 系統(tǒng)代替原有的條形碼管理方式12。另外韓 國(guó)、新西蘭國(guó)家圖書(shū)館也已使用這一技術(shù)。 國(guó)內(nèi)的一些大學(xué)圖書(shū)館，或新的公共圖書(shū)館也躍躍欲試。廈門(mén)大學(xué)圖書(shū)館 一直在尋找價(jià)格更低廉，服務(wù)距離遠(yuǎn)一點(diǎn)的電子標(biāo)簽。深圳市圖書(shū)館已經(jīng)有了 實(shí)施性方案，深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院圖書(shū)館也想尋求引進(jìn)這一技術(shù)的新方式。 rfid 在圖書(shū)館中的應(yīng)用雖然只是對(duì)條形碼的取代，但這一舉措會(huì)使圖書(shū)館 工作發(fā)生歷史性的變革，它會(huì)推動(dòng)圖書(shū)館事業(yè)真正實(shí)現(xiàn)智能化、信息化管理。 該技術(shù)在圖書(shū)館的應(yīng)用可以極大地提高生產(chǎn)效率，提升整個(gè)圖書(shū)館事業(yè)的信息 化水平，為讀者創(chuàng)造輕松自由便利的學(xué)習(xí)條件。rfid 圖書(shū)館的優(yōu)越性主要體現(xiàn) 在以下幾個(gè)方面： 1、規(guī)范圖書(shū)管理，提高圖書(shū)管理效率 目前圖書(shū)館的紙本數(shù)據(jù)除用光學(xué)條形碼，作為每一本書(shū)的辨識(shí)碼外，為安 全起見(jiàn)，還需加貼磁條，以防圖書(shū)未經(jīng)許可被攜出。應(yīng)用 rfid 技術(shù)后，以電 子標(biāo)簽取代條形碼及磁條，借還書(shū)時(shí)可免除消磁及上磁的工作，減輕了工作人 員繁瑣的手工勞作。 2、為讀者閱覽提供了極大的方便 同樣，對(duì)于讀者而言，由于館藏資源豐富，加上大多數(shù)的讀者不太懂圖書(shū) 分類(lèi)法，所以想找到自己所需的圖書(shū)并不是件容易的事，rfid 使得讀者對(duì)圖書(shū) 的查找變得方便快捷、節(jié)省了時(shí)間。 3、更大程度的保護(hù)了圖書(shū)資源 rfid 配合圖書(shū)館的出口安檢裝置，對(duì)圖書(shū)檔案進(jìn)行跟蹤，未辦理完借出手 續(xù)或禁止借出的圖書(shū)在出門(mén)時(shí)，安檢裝置會(huì)報(bào)警，提醒管理人員及時(shí)阻止，防 止圖書(shū)資源的丟失 綜上所述，rfid 技術(shù)在圖書(shū)館的應(yīng)用是未來(lái)現(xiàn)代化圖書(shū)館的發(fā)展趨勢(shì)，是 圖書(shū)館服務(wù)理念轉(zhuǎn)變和文獻(xiàn)管理科學(xué)化的重要技術(shù)手段。rfid 技術(shù)在圖書(shū)館中 的應(yīng)用將有廣闊的前景，并將成為傳統(tǒng)的條形碼技術(shù)的終結(jié)者，為圖書(shū)館帶來(lái) 潛在的革命和業(yè)務(wù)管理模式的全面變革，將大大縮短集大眾化、研究型及數(shù)字 化于一身的大型現(xiàn)代化公共圖書(shū)館的建設(shè)進(jìn)程，使圖書(shū)館工作人員從繁瑣的工 9 作中解脫，自動(dòng)完成耗時(shí)的勞動(dòng)密集型工作，使圖書(shū)館工作人員集中精力從事 深層次的讀者服務(wù)工作。 10 第第 3 章章 圖書(shū)館信息采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖書(shū)館信息采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本章將介紹以 mfrc500 芯片和 stc11f32xe 微處理器為核心的采集系統(tǒng) 硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)過(guò)程，其中 lcd 字庫(kù)的構(gòu)建和存儲(chǔ)以及 mfrc500 與 stc11f32xe 微處理器的接口設(shè)計(jì)是重點(diǎn)，系統(tǒng)硬件平臺(tái)搭建的質(zhì)量好壞直接 關(guān)系到以后整個(gè)采集系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和性能,所以必須祥細(xì)規(guī)化和設(shè)計(jì)。 3.1stc11f32xe 微微控制器控制器 本系統(tǒng)采用的微控制器是宏晶公司設(shè)計(jì)的一款加密性強(qiáng)，低功耗,超低價(jià)， 高速，可靠，強(qiáng)抗靜電，強(qiáng)抗干擾系列微控制器中的一款增強(qiáng)型 8 位微控制器。 選用 51 系列微控制器從而最小化了系統(tǒng)的成本。stc11f32xe 微處理器除了具 有 51 體系結(jié)構(gòu)的典型特征外，還具有以下特點(diǎn)11： 高速：1 個(gè)時(shí)鐘/ 機(jī)器周期，增強(qiáng)型 8051 內(nèi)核，速度比普通 8051 快 812 倍； 寬電壓：5.54.1v/3.7v，3.6v2.4v/2.1v（stc11/10l 系列） ； 低功耗設(shè)計(jì)：空閑模式(可由任意一個(gè)中斷喚醒） ； 低功耗設(shè)計(jì)：掉電模式（可由任意一個(gè)外部中斷喚醒，可支持下降沿/低 電平和遠(yuǎn)程喚醒，stc11xx 系列還可通過(guò)內(nèi)部專(zhuān)用掉電喚醒定時(shí)器喚醒） ； 工作頻率：035mhz，相當(dāng)于普通 8051：0420mhz； 時(shí)鐘：外部晶體或內(nèi)部 rc 振蕩器可選，在 isp 下載編程用戶程序時(shí)設(shè)置； 1/2/3/4/5/6/8/16/32 字節(jié)片內(nèi) flash 程序存儲(chǔ)器，擦寫(xiě)次數(shù) 10 萬(wàn)次以 上； 1280/256 字節(jié)片內(nèi) ram 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； 芯片內(nèi) eeprom 功能,擦寫(xiě)次數(shù) 10 萬(wàn)次以上； isp / iap，在系統(tǒng)可編程/在應(yīng)用可編程,無(wú)需編程器/仿真器； 2 個(gè) 16 位定時(shí)器，兼容普通 8051 的定時(shí)器 t0/t1； 1 個(gè)獨(dú)立波特率發(fā)生器（故無(wú)需 t2 做波特率發(fā)生器） ，缺省是 t1 做波特 11 率發(fā)生器； 可編程時(shí)鐘輸出功能，t0 在 p3.4 輸出時(shí)鐘，t1 在 p3.5 輸出時(shí)鐘,brt 在 p1.0 輸出時(shí)鐘； 硬件看門(mén)狗（wdt） ； 全雙工異步串行口(uart),兼容普通 8051,可當(dāng) 2 個(gè)串口使用(串口可在 p3 與 p1 之間任意切換； 先進(jìn)的指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通 8051 指令集,有硬件乘法/除法指令； 通用 i/o 口（36/40 個(gè)） ，復(fù)位后為： 準(zhǔn)雙向口/ 弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng) i/o 口） ； 可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開(kāi) 漏,每個(gè) i/o 口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到 20ma； 3.2 圖書(shū)信息采集系統(tǒng)的總體硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的總體硬件設(shè)計(jì)主要包括以下幾部分：lcd、flash 存儲(chǔ)器、rc500 和 stc11f32xe 的接口設(shè)計(jì)、通信接口設(shè)計(jì)等，其中 rc500 和 stc11f32xe 的接 口設(shè)計(jì)是系統(tǒng)核心設(shè)計(jì)之一，將在后面章節(jié)詳細(xì)論述。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)示意圖 如圖 3-1 所示。 圖 31 圖書(shū)信息采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)示意圖 3.2.1 uart 串口通信接口設(shè)計(jì)串口通信接口設(shè)計(jì) 由于本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要把采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)串行口發(fā)給 pc 機(jī)，并接收 微控制器 stc11f32xe 蜂鳴器 max232c mf rc500 芯片 w25x80 1m flash 電源 reg 1117 led燈 天線 無(wú)線電波 pc機(jī) 圖書(shū) 電子標(biāo)簽 圖書(shū) 電子標(biāo)簽 圖書(shū) 電子標(biāo)簽 圖書(shū) 電子標(biāo)簽 按鍵 12864 lcd 12 pc 機(jī)發(fā)來(lái)的命令，所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要設(shè)計(jì) stc11f32xe 的串行通信接口。串 行通信接口的主要功能是完成電平轉(zhuǎn)換任務(wù)。 串行通信接口是 stc11f32xe 自身的 uart 接口，具有高速，接口方便的特 點(diǎn)，其主要功能是用于和計(jì)算機(jī)的異步串行通信。stc11f32xe 共有兩個(gè)串行口， 其中串行口 0 用于和 pc 機(jī)通信時(shí)使用，串行口 1 沒(méi)有使用。所以，只需要給出 串口 0 設(shè)計(jì)電平轉(zhuǎn)換電路就行了。串口 0 的電平轉(zhuǎn)換電路如圖 32 所示，該電 路主要是用一塊 max232 芯片把 stc11f32xe 的輸出的 ttl 電平轉(zhuǎn)換 232 電平， 然后完成系統(tǒng)與 pc 機(jī)之間的通信。 圖 32 stc11f32xe 的串口通信接口設(shè)計(jì)原理圖 3.2.2 lcd 液晶擴(kuò)展液晶擴(kuò)展 1.硬件特性如下： 提供8 位并行接口 自動(dòng)電源啟動(dòng)復(fù)位功能 內(nèi)部自建振蕩源 6416 位字符顯示ram 可顯示字符和圖形 2.軟件特性如下： 文字與圖形混合顯示功能 畫(huà)面清除功能 t1in 11 t2in 10 r1ou t 12 r2ou t 9 t1out 14 t2out 7 r1in 13 r2in 8 v+ 2 c1+ 1 c1- 3 c2+ 4 c2- 5 v- 6 vcc 16 gnd 15 u5max3232c c12 0.1f c13 0.1f c9 0.1f c11 0.1f 5 9 4 8 3 7 2 6 1 p1 conne ctor db9txd0 rxd0 vcc 13 光標(biāo)歸位功能 光標(biāo)顯示/隱藏功能 顯示字體閃爍功能 光標(biāo)移位功能功能 顯示移位功能 3.lcd模塊引腳 在本課題中，我們用8位數(shù)據(jù)口與stc11f32xe微控制器的p1口連接進(jìn)行數(shù) 據(jù)輸，p2口用于控制。其原理圖如下所示： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 j2 header 20 vccvcc p1.0 p1.1 p1.2 p1.3 p1.4 p1.5 p1.6 p1.7 p2.1 p2.2 p2.3 p2.4 p2.5 3 3 2 2 w 1 r4 10k rst vss vcc vo d/i r/w e db0 db1 db6 db7 cs1 cs2 vee led+ led- 圖33 lcd 接口原理圖 3.2.3 存儲(chǔ)器擴(kuò)展 由于 stc11f32xe 微處理器片內(nèi)存儲(chǔ)器空間有限，需要用外部總線進(jìn)行擴(kuò)展， 本課題中采用一片 winbond 公司生產(chǎn)的 flash 存儲(chǔ)器 w25x80 為 8mbit 串行 flash，大小為 1mb，分為 4096 頁(yè)，每頁(yè)為 256 字節(jié)的存儲(chǔ)單元，且?guī)в?256 個(gè)字節(jié)的緩沖區(qū)，spi 的接口方式。使用 flash 自行設(shè)計(jì)漢字庫(kù)不僅操作十分 簡(jiǎn)單，并且可以靈活地適用于多個(gè)設(shè)計(jì)方案。 3.2.4 其他接口設(shè)計(jì) 除了以上硬件設(shè)計(jì)以外，本系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了 2 個(gè)按鍵，按鍵采用中斷方式進(jìn) 14 行工作，包括復(fù)位、查詢、確認(rèn)和取消鍵。另外，蜂鳴器的設(shè)計(jì)是為了在系統(tǒng) 完成一次正常的操作之后，如讀、寫(xiě)數(shù)據(jù)成功時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲響用以表明本 次操作是否成功，操作成功蜂鳴器連續(xù)響兩下。圖 3-4 是蜂鳴器的設(shè)計(jì)原理圖。 vcc speaker b1 bell vcc r5 10k r6 10k c20 10uf q1 9013 圖 34 stc11f32xe 蜂鳴器接口電路設(shè)計(jì)原理圖 3.33.3 stc11f32xe 和 mfrc500 接口設(shè)計(jì) 3.3.13.3.1 mfrc500mfrc500 芯片的功能結(jié)構(gòu)芯片的功能結(jié)構(gòu) 芯片 mfrc500 是 philips 公司生產(chǎn)的應(yīng)用于 13.56mhz 非接觸式通信中高集 成讀卡 ic 系列中的一員。該讀卡 ic 系列利用了先進(jìn)的調(diào)制解調(diào)概念，完全集 成了在 13.56mhz 下所有類(lèi)型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議。mfrc500 支持 iso14443a 所有的層。內(nèi)部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅(qū)動(dòng) 近操作距離的天線（可達(dá) 100mm） 。方便的并行接口可直接連接到任何 8 位微處 理器，這樣給讀寫(xiě)器的設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。它具有唯一的序列號(hào)和易于 使用的發(fā)送和接收 fifo 緩沖區(qū)等。mfrc500 適用于各種基于 iso/iec 14443a 標(biāo)準(zhǔn)并且要求低成本、小尺寸、高性能以及單電源的非接觸式通信的應(yīng)用場(chǎng)合。 微處理器 mcu 是通過(guò)對(duì)非接觸式 ic 卡讀寫(xiě)芯片 rc500 內(nèi)核特殊的內(nèi)存寄存器的 讀寫(xiě)來(lái)控制 rc500 的。rc500 實(shí)際上是 mcu 與電子標(biāo)簽之間進(jìn)行信息交換的媒 15 介。任何電子標(biāo)簽上數(shù)據(jù)讀寫(xiě)均必須通過(guò) rc500 來(lái)傳遞。傳送不同類(lèi)型的指令 給 rc500，就能實(shí)現(xiàn)對(duì) rc500 的控制。圖 35 是 mfrc500 功能結(jié)構(gòu)圖。 圖 35 mfrc500 功能結(jié)構(gòu)圖 3.3.23.3.2 mfrc500mfrc500 芯片主要引腳簡(jiǎn)介芯片主要引腳簡(jiǎn)介 mfrc500 采用 sop32 的封裝，管腳說(shuō)明如圖 36 所示。模擬電源 avdd 和 avss 供電，其它管腳由數(shù)字電源 dvdd 和 dvss 供電，tvdd 和 tvss 是發(fā)送器電 源，給 tx1 和 tx2 提供輸出電源。 d7d0：數(shù)據(jù)地址總線，用于傳送命令和數(shù)據(jù)。a2a0：寄存器地址位 20。 nwr/nrd：寄存器寫(xiě)入/讀出數(shù)據(jù)選通。 oscin/oscout：晶體振蕩器輸入與輸出，同時(shí) oscin 也可作為外部時(shí)鐘輸入 （fosc=13.56mhz） 。 并并 行行 接接 口口 控控 制制 電電 路路 電電壓壓監(jiān)監(jiān)測(cè)測(cè)與與 p po on n f fi if fo o 3 32 21 16 6字字節(jié)節(jié) e e2 2p pr ro om m 訪訪問(wèn)問(wèn) 控控制制 密密鑰鑰緩緩存存器器 c cr ry yp pt to ol l加加密密 3 32 2位位偽偽隨隨機(jī)機(jī)碼碼產(chǎn)產(chǎn)生生器器 基基準(zhǔn)準(zhǔn)電電壓壓 模模擬擬測(cè)測(cè)試試 多多路路器器 解解調(diào)調(diào)器器（載載波波與與 副副載載波波解解調(diào)調(diào)器器） 命命令令寄寄存存器器 狀狀態(tài)態(tài)機(jī)機(jī) reset控控制制 低低功功耗耗 控控制制 可可編編程程控控制制器器 中中斷斷控控制制器器 并并串串轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換 幀幀產(chǎn)產(chǎn)生生和和檢檢驗(yàn)驗(yàn) 位位編編碼碼位位解解碼碼 串串行行數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)切切換換 調(diào)調(diào)制制 電電路 路 驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)電電路路 電電源源上上電電校校驗(yàn) 驗(yàn) 振振蕩蕩器器 ( (1 13 3. .5 56 6m mh hz z) ) n nw wr r n nr rd dn nc cs s a al le e a a0 0 a a1 1 a a2 2 d d1 1 d d7 7 控控制制寄寄存存器器b ba an nk k tvsstx1 tx2 tvdd avddvmid aux rxavss 時(shí)時(shí)鐘鐘 mfout mfin 載載波波 oscout oscin irq pstpd dvss dvdd 校校驗(yàn)驗(yàn)位位c cr rc c產(chǎn)產(chǎn)生生和和檢檢驗(yàn)驗(yàn) d0 13 d1 14 d2 15 d3 16 d4 17 d5 18 d6 19 d7 20 irq 2 mfin 3 mfout 4 tx1 5 tx2 7 tvdd 6 aux 27 oscin 1 oscout 32 ale 21 rstpd 31 ncs 9 nwr 10 nrd 11 a0 22 a1 23 a2 24 dvdd 25 avdd 26 vmid 30 rx 29 dvss 12 avss 28 tvss 8 mfrc500 16 mfin/mfout：接口輸入和輸出，發(fā)送符合 iso 14443a 的數(shù) 字串行數(shù)據(jù)流。 tx1/tx2：發(fā)送經(jīng)過(guò)調(diào)制的 13.56mhz 能量載波。 irq：中斷請(qǐng)求輸出中斷事件請(qǐng)求信號(hào)。 rx：接收輸入卡應(yīng)答輸入腳，該應(yīng)答為經(jīng)過(guò)天線電路耦合 的調(diào)制 13.56mhz 載波。 vmid：內(nèi)部參考電壓，該腳輸出內(nèi)部參考電壓。 rstpd：復(fù)位和掉電，該管腳的下降沿啟動(dòng)內(nèi)部復(fù)位。 ale：地址鎖存使能。為高時(shí)將 ad0ad7 鎖存為內(nèi)部地址。 ncs：片選選擇和激活 mfrc500 的微處理器接口。 aux：輔助輸出引腳，輸出模擬測(cè)試信號(hào)，該信號(hào)可通過(guò) testanaoutsel 寄存器 選擇。 圖 36 rc500 管腳圖 3.3.3 stc11f32xe 和和 mfrc500 芯片接口設(shè)計(jì)芯片接口設(shè)計(jì) stc11f32 單片機(jī)是宏晶科技公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1t)的單片機(jī)， 是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但速度快 8-12 倍。內(nèi)部集成高可靠復(fù)位電路，可用在高速通信、智能控 制、強(qiáng)干擾等場(chǎng)合。stc11f32 內(nèi)部有 32kb 的 flash，29kb 的 eeprom 和 1280b 的 sram，另外 ea、ale、psen 和 rst 引腳還可以定義為通用 i/o，即 4 個(gè) p4 引 腳。編程支持 isp 下載功能，使用起來(lái)比較方便。 mfr