基于RFID的停車場計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第二章系統(tǒng)硬件方案選擇本章節(jié)著重介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所涉及到的硬件器件的對(duì)比與選擇，通過綜合的對(duì)比后選出本設(shè)計(jì)最合適的一種方案。2.1硬件方案的選擇在硬件電路的搭建之前必須明確將要采用的設(shè)計(jì)方案，通過比較各個(gè)模塊的原理、性能等，選擇出最適合本設(shè)計(jì)的硬件模塊，進(jìn)而發(fā)揮器件的最大功效。2.1.1主控芯片的選擇方案一：選用STC89C52單片機(jī)，使其作為本系統(tǒng)的主控芯片。該芯片是STC公司推出的一款具有低功耗、高性能特點(diǎn)的8位的CMOS微處理器，采用片上8K內(nèi)存閃存進(jìn)行編程，STC89C52單片機(jī)雖然是51單片機(jī)的升級(jí)換代芯片，但在核心上還是MCS-51內(nèi)核，且在指令上與MCS-51完全兼容。STC89C52單片機(jī)與傳統(tǒng)51單片機(jī)相比具有很大的優(yōu)勢，因?yàn)镾TC89C52單片機(jī)做了許多升級(jí)，增加了許多51單片機(jī)不具備的功能，比如該單片機(jī)自帶的4k的EEPROM存儲(chǔ)空間，在需要使用到掉電存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)候就可以直接使用單片機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)，不在需要在外接存儲(chǔ)芯片進(jìn)行存儲(chǔ)。STC89C52單片機(jī)具有的開發(fā)簡單、可在線編程下載、成本低是非常不錯(cuò)的選擇。方案二：選用MSP430單片機(jī)，使其作為系統(tǒng)的主控芯片。美國德州儀器于20世紀(jì)90年代向市場推出了一款內(nèi)部集成了具有不同功能的數(shù)字電路、模擬電路和微處理器的16位的混合信號(hào)處理器——MSP430系列微控制器，該芯片有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，一是功耗超低，很節(jié)能，二是指令集很是精簡，為編程控制帶來了諸多便利。因此，在一些用電池進(jìn)行供電的便攜式儀器中MSP430單片機(jī)被廣泛應(yīng)用。MSP430不一定適用于許多特定應(yīng)用，而且MAP430開發(fā)難度比較大、價(jià)格昂貴，相對(duì)于本設(shè)計(jì)來說對(duì)速度要求也不是很高，選擇成本低，開發(fā)資源豐富，位尋址方便、快捷的單片機(jī)更為合適。方案三：選用PIC16F877A單片機(jī)，使其作為系統(tǒng)的主控芯片。Microchip公司曾開發(fā)了一款內(nèi)部帶有14位RISC指令系統(tǒng)的8位PICmicro芯片——PIC16F877A微控制器。而且正在其芯片的內(nèi)部，集成了許多功能電路，如模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、帶電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器、模擬比較器、帶比較和捕捉功能的定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、脈沖寬度調(diào)制輸出，異步串行通信電路等，該單片機(jī)具有Flash程序內(nèi)存功能，可反復(fù)擦寫程序。但是開發(fā)成本高，難度相對(duì)大。綜合上述的對(duì)比，考慮到資源的合理利用和成本以及開發(fā)的難易程度最終決定采用宏晶科技公司的STC89C52單片機(jī)作為主控芯片。2.1.2RFID卡的選擇與論證就目前市面上較流行的各種磁卡、IC卡等，我們經(jīng)常在銀行和超市購物中使用條碼、磁卡，在以前的公用電話中接觸式IC卡使用頻率比較高。由于接觸式IC卡的芯片是外露的，所以在使用過程中易斷裂，而非接觸式IC卡的芯片和線圈被封裝于卡片內(nèi)部，對(duì)芯片保護(hù)性高，不易因水等液體損壞，在當(dāng)今頗受歡迎，可靠性高。在這些卡片進(jìn)行了一番的對(duì)比之后選在了目前流行最廣，可靠性高，成本低的非接觸式S50型的射頻卡。2.1.3顯示器件的選擇方案一：選用LED數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示。LED數(shù)碼管的價(jià)格相對(duì)實(shí)惠，更適合顯示數(shù)字和簡單的字符。然而，如果我們使用動(dòng)態(tài)掃描方法與單片機(jī)進(jìn)行連接時(shí)會(huì)遇到一個(gè)比較棘手的問題，那就是會(huì)占用一定數(shù)量的CPU的I/O端口，而且單片機(jī)的I/O端口的輸出電流不足以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的顯示工作，因此數(shù)碼管就需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路放大電流，對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行控制保證其正常工作。而且當(dāng)使用數(shù)碼管進(jìn)行顯示進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示時(shí)，顯示內(nèi)容增加，電路焊接難度會(huì)增加。方案二：選用LCD1602液晶顯示屏，作為系統(tǒng)顯示器。LCD1602液晶可以同時(shí)顯示兩行包括字母、符號(hào)、數(shù)字或者自定義字符在內(nèi)的32個(gè)字符。LCD1602液晶顯示器中的每一個(gè)字符都是由5×7的點(diǎn)陣組成。它既可以采用并行數(shù)據(jù)傳輸也可以采用串行數(shù)據(jù)傳輸，體積小、功耗低，控制簡單，但顯示內(nèi)容較少。方案三：選用LCD12864液晶顯示屏。LCD12864帶有一個(gè)中文字體庫。在分辨率方面，LCD12864的顯示分辨率是128×64的，在顯示內(nèi)容方面，它的中文字庫內(nèi)有16×16的點(diǎn)陣漢字8192個(gè)，16×8點(diǎn)的ASCII字符集128個(gè)。該顯示器界面顯示的靈活性，操作指令的簡便性，既可完成中英顯示，也可實(shí)現(xiàn)圖形顯示，這些特性為其構(gòu)成友好的人機(jī)中英文和圖形界面提供了條件。而且LCD12864顯示屏工作時(shí)需要的電壓更低，耗能更低，在硬件電路設(shè)計(jì)上更加緊湊，在顯示程序上也更加簡潔，這是其他同類型的點(diǎn)陣液晶顯示器所不能比擬的。綜合上述的描述，由于本設(shè)計(jì)顯示內(nèi)容比較大，所以最終選用LCD12864液晶顯示。2.1.4時(shí)鐘器件的選擇方案一：選用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)式中。單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)的話如果在系統(tǒng)斷電的情況下數(shù)據(jù)就會(huì)被清0而不能夠繼續(xù)的進(jìn)行計(jì)時(shí)，而卻定時(shí)器進(jìn)行的計(jì)時(shí)精度有限，在短時(shí)間內(nèi)精度還行，如果時(shí)間長了誤差累計(jì)的越來越多時(shí)間也就偏差多了。雖然采用該方法可以節(jié)省電路的搭建也節(jié)省了成本，但是不能在系統(tǒng)掉電的情況下也正常的工作。方案二：選用DS1302時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘，DS1302是一終具有高性能，功耗低優(yōu)點(diǎn)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，自帶RAM。由DALLAS公司推出以來，由于DS1302自身可以計(jì)算年，月，日，周，小時(shí)，分，秒，且能夠進(jìn)行閏年補(bǔ)償，在2.5V—5.5V的電壓下就進(jìn)行工作等特點(diǎn)就被廣泛應(yīng)用于一些系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路。綜合上述的描述，由于設(shè)計(jì)要求穩(wěn)定性準(zhǔn)確性較高，最終決定采用DS130時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)鐘。2.1.5數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片的選擇方案一：通過使用單片機(jī)內(nèi)部的EEPROM進(jìn)行存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。STC89C52芯片內(nèi)部自帶了一個(gè)EEPROM，大小為4k，通過ISP/IAP技術(shù)對(duì)內(nèi)部閃存進(jìn)行讀寫以實(shí)現(xiàn)EEPROM，地址從2000H到2FFFH。在寫入字節(jié)之前，必須將字節(jié)所在扇區(qū)的其他有效數(shù)據(jù)讀入RAM以進(jìn)行臨時(shí)存儲(chǔ)，并在將數(shù)據(jù)進(jìn)行臨時(shí)存儲(chǔ)后將整個(gè)扇區(qū)的512字節(jié)的數(shù)據(jù)擦除，此時(shí)，扇區(qū)中的每一個(gè)地址的數(shù)據(jù)將由原來的數(shù)值全部都變?yōu)?XFF，對(duì)于需要寫入EEPROM中的N個(gè)字節(jié)利用字節(jié)寫入功能進(jìn)行寫入，通過字節(jié)寫入功能將臨時(shí)存儲(chǔ)在RAM中的另外一些有用的EEPROM值寫回EEPROM。方案二：選用專門的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片AT24C02進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。AT24C02是一種可在線讀寫的EEPROM芯片。它屬于非易失性存儲(chǔ)器，即斷電后信息能夠繼續(xù)保存40年，讀寫次數(shù)可達(dá)10萬次，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中通常用來保存系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。AT24C02采用2K位串行CMOSEEPROM，內(nèi)部含有256個(gè)8位字節(jié)。該器件允許兩種寫入方式，單個(gè)字節(jié)寫入和頁寫入。綜合考慮單片機(jī)內(nèi)部EEPROM在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)操作顯得有點(diǎn)麻煩。最終決定采用AT24C02存儲(chǔ)芯片來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。2.1.6報(bào)警模塊的選擇方案一：選用有源蜂鳴器。有源蜂鳴器是廣泛用于電子設(shè)備的一體化電子發(fā)聲器，它由DC驅(qū)動(dòng)并用作聲音設(shè)備。適合其工作的信號(hào)是DC，通常標(biāo)記為VDC，VDD等。它具有內(nèi)部振動(dòng)和驅(qū)動(dòng)電路，可將恒定的直流電轉(zhuǎn)換為特定頻率的脈沖信號(hào)。有源蜂鳴器易于使用，但頻率固定且具有單音。方案二：選用無源蜂鳴器。無源蜂鳴器在國標(biāo)中通常被叫做聲響器，在一些公司的生產(chǎn)應(yīng)用中也被叫做訊響器，由于器件內(nèi)部沒有驅(qū)動(dòng)其發(fā)聲的振蕩源，直流信號(hào)無法發(fā)出聲音，必須由2k-5k方波驅(qū)動(dòng)。無源蜂鳴器價(jià)格便宜，可以控制聲音的頻率。綜合上述的描述，由于本設(shè)計(jì)對(duì)報(bào)警聲音要求不高，所以最終選取的是操作方便，信號(hào)輸入固定的有源蜂鳴器。2.2系統(tǒng)總體方案通過上述對(duì)各個(gè)模塊介紹，本設(shè)計(jì)最終選擇了STC89C52作為本設(shè)計(jì)的主控芯片，通過LCD12864進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示人機(jī)交互信息，通過RC522讀卡器進(jìn)行讀取卡信息進(jìn)行停車，DS1302時(shí)鐘芯片獲取當(dāng)前的日期、時(shí)間信息，并設(shè)立三個(gè)獨(dú)立按鍵作為輸入器件進(jìn)入校準(zhǔn)時(shí)間和設(shè)置收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)的具體的系統(tǒng)方案如下圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)本章節(jié)主要介紹本設(shè)計(jì)中各個(gè)部分電路的設(shè)計(jì)原理。通過各個(gè)模塊的功能描述了解其工作原理以及在設(shè)計(jì)的中作用。3.1STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1.1STC89C52的概述STC89C52單片機(jī)是一款8位的CMOS微控制器，具有耗電低，性能優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)，其包括兩個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：片上程序存儲(chǔ)器和隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。在操作指令的構(gòu)成上，兼容于MCS-51單片機(jī)；在引腳的構(gòu)成上，又兼容于8052系列單片機(jī)。STC89C52單片機(jī)內(nèi)部各功能器件如表3-1所示。表3-1STC89C52內(nèi)部功能器件功能器件數(shù)量外部引腳40外部輸入/輸出（I/O）32外部中斷端口2可編程的16位定時(shí)計(jì)數(shù)器16全雙工的串行通信端口2讀寫端口2此外，通用微處理器和閃存的組合，尤其是通用微處理器和可重寫閃存，使得開發(fā)成本非常低。3.1.2STC89C52單片機(jī)的最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)說的通熟易懂的話就是以最少的元器件組成能讓單片機(jī)工作起來的系統(tǒng)，接下來開始介紹51單片機(jī)最小系統(tǒng)必備的器件及其作用。（1）電源：這對(duì)于一個(gè)電子產(chǎn)品的話是必不可少，它提供能源給系統(tǒng)運(yùn)作，在本設(shè)計(jì)中由于51單片機(jī)的工作電壓在4.5~5.5V之間都可以正常工作所以我們采用了USB電源線連接手機(jī)充電器插頭或者5V的移動(dòng)電源給系統(tǒng)進(jìn)行供電。（2）晶振電路：XTAL1和XTAL2是獨(dú)立的輸入和輸出反相放大器，可以配置為使用帶石英晶體的片上振蕩器，或者器件由外部時(shí)鐘直接驅(qū)動(dòng)。在圖3.1中，使用內(nèi)部時(shí)鐘模式，即內(nèi)部振蕩器可以通過使用內(nèi)部振蕩電路外部連接XTAL1和XTAL2引腳上的定時(shí)元件（石英晶體和兩個(gè)電容）來產(chǎn)生自振蕩。通常情況下晶體振蕩器可以在1.2至12MHz的范圍內(nèi)選擇，最高可達(dá)24MHz甚至更高，但隨著頻率增高，功耗也隨之增大，本設(shè)計(jì)中使用的12M石英晶振。兩個(gè)電容與晶體振蕩器并聯(lián)的大小對(duì)振蕩頻率影響很小，可用于頻率微調(diào)。使用石英晶體振蕩器時(shí)，可選擇電容器20到40pF之間（此設(shè)計(jì)為30pF）;當(dāng)使用陶瓷諧振器裝置時(shí)，電容器應(yīng)適當(dāng)增加在30和50pF之間。通常選擇30pF陶瓷電容器。圖3.1晶振電路（3）復(fù)位電路：復(fù)位電路分為：上電自動(dòng)復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。圖3.2所示的復(fù)位電路包括了這兩種復(fù)位模式。當(dāng)電源接通時(shí)，電容兩端的電壓不會(huì)迅速變化，此時(shí)，電容的負(fù)極連接到RESET，電壓施加到電阻器，RESET輸入高電平，芯片復(fù)位。然后加一個(gè)5V電源給電容充電，隨著電阻兩端的電壓漸漸減小，直到幾乎為0，芯片工作正常。復(fù)位按鈕在電容器的兩端并聯(lián)連接，如果沒有按下復(fù)位按鈕，則實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位，芯片正常工作后，可通過按下復(fù)位按鍵使REST引腳為高電平，實(shí)現(xiàn)開關(guān)復(fù)位。通常，只要RST引腳保持高電平至少10ms，單片機(jī)就能實(shí)現(xiàn)有效地復(fù)位。圖3.2復(fù)位電路將晶振電路和復(fù)位電路連接到STC89C52的外圍就構(gòu)成了STC89C52單片機(jī)的最小系統(tǒng)，完整的STC89C52單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖如圖3.3所示[1]。 圖3.3STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2射頻識(shí)別（RFID）的設(shè)計(jì)射頻識(shí)別技術(shù)是一種非接觸自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，利用射頻信號(hào)通過空間耦合（電感或電磁耦合）實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的[2]。3.2.1RFID卡上個(gè)世紀(jì)90年代RFID技術(shù)興起，非接觸IC卡（RFID卡）也隨之出現(xiàn)在人們的視野中，RFID卡的成功之處是它將RFID技術(shù)和傳統(tǒng)的IC卡技術(shù)進(jìn)行了完美的融合，在正常IC卡大小薄厚的卡片內(nèi)部，內(nèi)置了MCU的集成電路芯片和進(jìn)行射頻通信的天線。在卡片識(shí)別方式上用的兆段和磁感應(yīng)技術(shù)，寫器與卡片之間的信息通過半雙工通信方式讀寫，同時(shí)，RFID卡具有高可靠性、強(qiáng)抗干擾性、應(yīng)用范圍廣、使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用的是飛利浦公司的MF1S50射頻卡（Mifare1卡），其優(yōu)秀的特性及RFID讀寫器的各種性能由其MF1S50系列核心模塊決定。Mifare1卡內(nèi)部嵌有高速的微控制器對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙ぷ鬟M(jìn)行控制，IC微晶片，一副效率極高天線保證與讀寫器之間的識(shí)別工作能夠高效率的進(jìn)行。Mifare1卡內(nèi)部沒有電源，工作能量由讀寫器天線發(fā)送的無線電載波信號(hào)耦合到卡片上天線之后而產(chǎn)生的電能提供[3]。RFID卡的結(jié)構(gòu)如圖3.4所示圖3.4RFID卡的結(jié)構(gòu)3.2.2MF-RC522讀寫卡模塊飛利浦公司曾生產(chǎn)過一款用于射頻識(shí)別的Mifare非接觸式讀寫芯——MF-RC522，該芯片的工作頻率是13.56MHz。其內(nèi)部發(fā)射器可以傳輸無線電載波信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)最大距離可達(dá)10cm的非接觸式天線。MF-RC522支持ISO14443A和IEC14443A標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，可以應(yīng)用于使用以上標(biāo)準(zhǔn)的多種場合。MF-RC522支持與SPI/ICC、串行UART等類型的微控制器直接相連，能夠?qū)Νh(huán)冗余校驗(yàn)碼校驗(yàn)，還支持奇偶校驗(yàn)。對(duì)于數(shù)據(jù)的并串行的轉(zhuǎn)換，是通過MF-RC522的數(shù)據(jù)處理進(jìn)行處理的。微控制器向MF-RC522發(fā)送工作指令，芯片根據(jù)通信協(xié)議啟動(dòng)天線并向附近一定范圍內(nèi)發(fā)射13.56MHz的調(diào)制信號(hào)，當(dāng)尋卡信號(hào)范圍內(nèi)的Mifare卡通過天線耦合接收后，對(duì)信號(hào)進(jìn)行波形轉(zhuǎn)換、整流濾波和電壓調(diào)節(jié)、穩(wěn)壓等，卡片內(nèi)的其它電路工作的電壓是由處理后的信號(hào)激勵(lì)卡片內(nèi)部的LC諧振電路，使其產(chǎn)生共振，卡片內(nèi)部的電壓泵不斷為其另一端的電容充電，使其兩端的電壓積攢可以驅(qū)動(dòng)卡片內(nèi)的電路。同時(shí)，數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)出指令對(duì)卡片進(jìn)行數(shù)據(jù)的修改、存儲(chǔ)等工作。MF-RC522為32引腳的VQFN封裝，其引腳圖如圖3.5所示，各引腳分類及其功能如表3-2所示。圖3.5MF-RC522引腳圖表3-2MF-RC522引腳及其功能（1）電源引腳TVDD，TVSS為天線驅(qū)動(dòng)提供電源DVDD，DVSS為數(shù)字部分提供電源AVDD，AVSS為模擬部分提供電源PVDD，PVSS管引電源VMID為天線部分提供內(nèi)部參考電壓（2）天線引腳TX1，TX2通過TX1，TX2向天仙輸送13.56MHz的能量載波RX接收天仙耦合后的輸入載波（3）晶振引腳OSCIN，OSCOUTRC522的13.56MHz晶振的輸入、輸出（4）復(fù)位引腳RSTDP引腳處于高電平時(shí)，RC522不工作，處于低電平時(shí)，RC522正常工作，當(dāng)出現(xiàn)由高電平向低電平的跳變時(shí)，RC522復(fù)位。（5）信號(hào)接口SIGIN，SIGOUT信號(hào)輸入、輸出接口SDA串行數(shù)據(jù)線EA外部地址，用來編碼IIC地址IICIIC使能IRQ中斷請(qǐng)求，輸出用來指示一個(gè)中斷事件D0-D78位的雙向數(shù)據(jù)總線AUX1，AUX2輔助輸出3.2.3讀寫模塊天線的設(shè)計(jì)射頻識(shí)別模塊通過電感耦合實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞，其天線在設(shè)計(jì)中必須保證有一個(gè)比較強(qiáng)的電磁場，可以產(chǎn)生交變磁通量向Mifare1卡提供能量保證卡片與讀寫卡模塊之間的信息傳遞。因此，天線在設(shè)計(jì)上需滿足以下幾個(gè)要求：（1）為使磁通量達(dá)到峰值，使其有足夠大電流流過天線線圈。（2）要有夠用的帶寬，盡可能地保證無失真地傳送載波信號(hào)。（3）功率匹配，使交變磁通量產(chǎn)生的能量得到最大程度的利用。天線的LC諧振電路的輸入阻抗是輸入信號(hào)的電壓與電流之比，輸入阻抗包括電感部件和電抗部件，并且在設(shè)計(jì)時(shí)必須減小電抗部件對(duì)天線的干擾。盡量做到零電抗，即純阻性，使電路實(shí)現(xiàn)諧振，其頻率計(jì)算公式為：f=1L、C分別分別為天線的等效電感和等效電容。品質(zhì)因數(shù)作為天線設(shè)計(jì)中的一個(gè)十分重要的參數(shù)，他能夠?qū)ㄆc讀寫器之間的功率傳輸產(chǎn)生很大的影響，因?yàn)镼值越大通過天線線圈的電流強(qiáng)度越大。同時(shí)，天線的傳輸帶寬B與品質(zhì)因數(shù)Q成反比，所以，Q值如果設(shè)定過高，傳輸帶寬將會(huì)變小，這將會(huì)導(dǎo)致Mifare1卡對(duì)調(diào)制帶寬的接收能力減弱。品質(zhì)因數(shù)Q的計(jì)算公式為：Q=2πfLcoil式中的Lcoil是天線的尺寸，Rcoil是天線的半徑[4]。因此，計(jì)算天線的帶寬B為：B=fQ通常情況下，最佳Q值為10—30，如果超過60，卡片對(duì)復(fù)位響應(yīng)的識(shí)別會(huì)不準(zhǔn)確。3.3.4MF-RC522整體電路與單片機(jī)接口電路在本設(shè)計(jì)中采用RC522模塊通過SPI接口通訊方式，在該通訊方式下快速傳輸輸了高達(dá)1228.8Kbit/s，高速模式下速率可達(dá)3400Kbit/s。MF-RC522整體電路及與單片機(jī)的連接電路圖如下3.6所示。圖3.6RC522電路、與單片機(jī)接口電路圖3.3LCD12864液晶顯示電路設(shè)計(jì)3.3.1LCD12864的概述LCD12864顯示屏的漢字庫內(nèi)有8192個(gè)漢字，還有128個(gè)字符，可顯示中英文和圖形，采用直流電壓驅(qū)動(dòng)，工作電壓為3.3.V到5V，可以同時(shí)顯示128×64位的內(nèi)容。LCD12864原理圖如圖3.7示。圖3.7LCD12864原理圖3.3.2LCD12864的工作原理LCD12864顯示屏的各管腳及其功能如表3-3所示。表3-3LCD12864的各引腳及功能管腳號(hào)管腳名稱電平管腳功能描述1-地VSS0V電源地2-+5VVCC3.0-+5V電源正3-中V0-對(duì)比度（亮度）調(diào)整（可接VCC）4-單1RS(CS)H/LRS=“H”，表示DB7——DBO為顯示數(shù)據(jù)RS=“L”，表示DB7——DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5-單2R/W(SID)H/LR/W=“H”，E=“H”，數(shù)據(jù)被讀到DB7—DB0R/W=“L”，E=“H一L”，DB7——DBO的數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6-單3E(SCLK)H/L使能信號(hào)7-單39DB0H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線8-單38DB1H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線9-單37DB2H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線10-單36DB3H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線11-單35DB4H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線12-單34DB5H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線13-單33DB6H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線14-單32DB7H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線15-單4PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式16空NC-空腳17空/RESTH/L復(fù)位端，低電平有效18空VOUT-LCD驅(qū)動(dòng)電壓輸出端19-+5VAVDD背光源正端（+5V）20-地KVSS背光源負(fù)端LCD12864操作時(shí)序圖如圖3.8示。圖3.8LCD12864操作時(shí)序圖3.4DS1302時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)3.4.1DS1302的概述DS1302是一款有很高性能且耗能較低的時(shí)鐘芯片，由DALLS公司推出，可以完成從秒級(jí)到年級(jí)的計(jì)時(shí)，對(duì)于閏年也能計(jì)時(shí)。其工作電壓為2.5V-5.5V，雙電源供電，分為主電源和備用電源，而且具有給后備電源進(jìn)行涓流充電的功能。DS1302廣泛應(yīng)用于測量系統(tǒng)，因?yàn)樗糜谟涗洈?shù)據(jù)，尤其是記錄具有特殊含義的數(shù)據(jù)點(diǎn)。DS1302時(shí)鐘芯片實(shí)物圖如圖3.9示。圖3.9DS1302時(shí)鐘芯片實(shí)物圖3.4.2DS1302的工作原理在主電源Vcc2關(guān)閉的情況下，后備電源Vcc1也能為芯片供電，保證系統(tǒng)時(shí)鐘功能的正常運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電，當(dāng)Vcc2大于Vcc1+0.2V時(shí)，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí)，DS1302由Vcc1供電，X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振[5]。復(fù)位片選線RST的所處高低電平將影響數(shù)據(jù)的傳送，RST置于高電平時(shí)，數(shù)據(jù)的傳送將被初始化，此時(shí)允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作，當(dāng)RST置于低電平時(shí)，數(shù)據(jù)傳送將被停止。DS1302讀/寫操作時(shí)序如圖3.10示圖3.10S1302讀/寫操作時(shí)序?qū)τ诤腿諝v和時(shí)鐘有關(guān)的數(shù)據(jù)，都存在DS1302內(nèi)部專門的寄存器中，DS1302內(nèi)部總共有12個(gè)寄存器，其中7個(gè)用來存儲(chǔ)這些BCD碼形式的數(shù)據(jù)。日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見表3-4。表3-41302的日歷、時(shí)間寄存器寫寄存器讀寄存器Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit080H81HCH10秒秒82H83H10分分84H85H12/24010時(shí)時(shí)AM/PM86H87H0010日日88H89H00010月月8AH8BH00000星期8CH8DH10年年8EH8FHWP0000000本設(shè)計(jì)中在RST端口,I/O端口和SCLK端口分別接入了10K的上拉電阻，這是由DS1302的數(shù)據(jù)通訊方式和STC89C52單片機(jī)的引腳特性決定的，DS1302數(shù)據(jù)引腳是雙向通信，單片機(jī)的弱上拉將不足以翻轉(zhuǎn)電平可能導(dǎo)致通信不成功。DS1302具體的電路圖如圖3.12示。圖3.12DS1302電路圖3.5AT24C02的介紹3.5.1AT24C02的概述AT24C02是一個(gè)串行的COMSEEPROM，有2K的存儲(chǔ)大小，其先進(jìn)的CMOS技術(shù)實(shí)際上大大降低了器件的功耗。該芯片具有8字節(jié)的頁寫緩沖器，還具有特殊的寫保護(hù)功能。AT24C02通過IIC總線接口來進(jìn)行操作。AT24C02芯片實(shí)物圖如圖3.13所示。圖3.13AT24C02芯片實(shí)物圖3.5.2AT24C02的工作原理AT24C02的存儲(chǔ)容量為2Kb，內(nèi)容分成32頁，每頁8B，共256B，操作時(shí)有兩種尋址方式:芯片尋址和片內(nèi)子地址尋址[6]。（1）芯片尋址：AT24C02的芯片地址為1010，其地址控制字格式為1010、A2、A1、A0、R/W。其中A2，A1，A0可編程地址選擇位。R/W是芯片讀/寫控制位。（2）片內(nèi)子地址尋址：芯片尋址可對(duì)內(nèi)部256B中的任一個(gè)進(jìn)行讀/寫操作，其尋址范圍為00~FF，共256個(gè)尋址單位[7]。AT24C02讀/寫操作時(shí)序圖如圖3.14所示。圖3.14AT24C02讀/寫時(shí)序圖在本設(shè)計(jì)中，僅使用一個(gè)AT24C02芯片，因此三個(gè)引腳A0，A1和A2直接連接到GND，WP寫保護(hù)引腳通常連接到GND，便于讀/寫操作。并且SDA和SCL分別連接到單片機(jī)的兩個(gè)引腳。具體的電路圖如圖3.15所示。圖3.15AT24C02電路圖3.6蜂鳴器電路的設(shè)計(jì)蜂鳴器選用5V電磁式有源蜂鳴器，單片機(jī)的I/O口提供的電壓不足以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，所以要利用三極管開關(guān)電路來驅(qū)動(dòng)，本處采用的PNP型的8550三極管，當(dāng)基極與1K電阻串聯(lián)與的I/O端口連接。當(dāng)I/O端口輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器響起。當(dāng)I/O端口輸出高電平時(shí)，三極管關(guān)閉，蜂鳴器不響。蜂鳴器電路如下3.16所示。圖3.16蜂鳴器電路3.7獨(dú)立按鍵電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中設(shè)置有按鍵電路，通過幾個(gè)獨(dú)立按鍵進(jìn)行人機(jī)交互。按鍵通過一點(diǎn)連接單片機(jī)的I/O口一端連接電源地。這樣設(shè)計(jì)是因?yàn)閱纹瑱C(jī)的I/O在懸空沒有作為輸出的情況下是默認(rèn)高電平的，在按鍵沒有按下則相當(dāng)于該I/O處于懸空狀態(tài)。當(dāng)按下后I/O口的電平就會(huì)被拉低，這樣單片機(jī)只需要進(jìn)行循環(huán)的檢測I/O口是否有出現(xiàn)低電平就可以判斷是否有按鍵按下，當(dāng)然這種按鍵是金屬解除的方式所以會(huì)有抖動(dòng)紋波的情況，所以在程序中需要適當(dāng)?shù)募由隙虝旱难訒r(shí)消抖。具體電路如圖3.17所示。圖3.17獨(dú)立按鍵電路三個(gè)按鍵的功能分別為：第一個(gè)按鍵：進(jìn)入/退出設(shè)置。第二個(gè)按鍵：設(shè)置時(shí)，對(duì)應(yīng)參數(shù)加1。第三個(gè)按鍵：設(shè)置時(shí)，對(duì)應(yīng)參數(shù)減1。3.8系統(tǒng)硬件測試系統(tǒng)硬件電路的測試主要是檢測電路是否出現(xiàn)漏焊、短路、斷路、虛焊、一些具有方向的元件是否方向弄錯(cuò)、電路設(shè)計(jì)錯(cuò)誤等情況[8]。對(duì)于漏焊、元件方向弄錯(cuò)，檢測方法是將實(shí)物電路板對(duì)照著PCB圖的線路，檢查每一個(gè)元件和導(dǎo)線在實(shí)物上是否有出現(xiàn)。如果發(fā)現(xiàn)沒有或者對(duì)不上的情況下需及時(shí)的重新對(duì)照確定漏焊時(shí)及時(shí)的補(bǔ)焊[9]。對(duì)于短路、斷路、虛焊這些情況采用數(shù)字萬用表。將數(shù)字萬用表打到二極管檔位，然后通過紅表筆和黑表筆碰一起，萬用表會(huì)發(fā)出鳴叫警示。根據(jù)這個(gè)原理就可以用來檢測短路、斷路、虛焊。在需要檢測的元件或?qū)Ь€的兩端用兩根表筆檢測，如果導(dǎo)通蜂鳴器會(huì)鳴叫，如果斷開蜂鳴器不叫。根據(jù)我們所需要檢測的情況，與檢測到的現(xiàn)象結(jié)合比對(duì)，就能檢測出線路是否存在問題。第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件開發(fā)環(huán)境的介紹本文所需要的程序語言是C語言，該語言是要在KeilμVision4平臺(tái)是進(jìn)行編程從而完成是實(shí)現(xiàn)的。Keil是目前MCS-51單片機(jī)較常使用的一種編程軟件。Keil軟件中包含了C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和軟件仿真的試驗(yàn)器。它包含了一整套完整的開發(fā)時(shí)需要用到的一切。Keil是根據(jù)一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境從而把其中的各個(gè)部分結(jié)合一起使用。C語言相比匯編而言，在結(jié)構(gòu)、功能、結(jié)構(gòu)等功能上都更加優(yōu)異，并且十分適合初學(xué)者使用，Keil軟件需要在WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)下運(yùn)行，不論使用哪種編程語言，keil以其簡便的操作和強(qiáng)大的軟件仿真功能都使他無疑都是最好的選擇。