毕业设计 基于单片机89C51的IC卡识别LED显示Word文档格式.docx

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IC卡读写器有人也称读卡器。

提起读卡器，很多人都立即会想到这种产品是配合数码相机而产生的，不过目前已经不再局限于数码相机使用了，而是扩展到了更多的领域。

“读卡器”顾名思义这是一种读取数据的设备，但其不单单可以支持数据的读取同样支持数据的写入。

IC卡一类为通用读写设备，或称联机读写器，是带有单片机和存储器的设备，通过并行或串行口与PC机或应用系统网络相连接。

在运行不同软件时可以读写不同种类的IC卡，组成不同的应用系统。

如果配备开发系统软件，可对IC卡做初始规划，数据加密和初始写入，从而构成IC卡应用开发制作环境。

在本设计中，我们讨论通用开发系统——基于ATM89c51单片机的IC卡读/写器的设计。

本文设计了单片机控制IC卡数据读写的软/硬件、LED显示以及与PC机之间的串口通信。

IC卡读/写器各部分结构与功能简单介绍如下：

1.单片机和存储器

读写器中配备单片机和ROM，RAM存储器，构成微机系统，单片机运行ROM中固化的软件，执行与IC卡和上位PC机的通信规程。

控制对IC卡的读写，完成IC卡与主机间数据的格式转换。

为减轻单片机负担，提高读写速度，常配置有硬件密文转换和单元。

2.IC卡卡座

IC卡卡座是连接IC卡与读写器的。

其功能包括对IC卡供电，提供读写信号和传送数据。

要求提供方便的插拔方式和可靠的接触，并带有带电插拔，过流保护，插卡检测等能力。

IC卡和插座的结构尺寸必须符合国际标准化组织（ISO）7816的标准。

对触点数目、位置、信号名称和功能都有明确规定，以保证兼容性。

3.IC卡系统软件

本设计的系统软件是通过AT89C51编写的。

4.接口电路和外围设备

通用读写器一般与PC机或网络联机工作，常用标准并行或串行口与上位机连接和通讯。

常用的是带有25芯或者9芯插口的RS232-C型串行接口，可直接接到PC机的COM1或COM2上。

此时，可利用主机的显示器作监视器，主机键盘作控制和输入，利用主机打印机输出。

此时主机与读写器组成了IC卡应用与开发系统，操作与一般微机相仿，但用户界面将随所配软件而有很大不同。

第1章概述

1.1单片机介绍

1.1.1片机发展历程

（1）SCM即单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。

“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。

在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。

（2）MCU即微控制器（MicroControllerUnit）阶段，主要的技术发展方向是：

不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。

它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。

从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。

在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。

Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。

因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。

（3）单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；

因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。

随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。

因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。

1.1.2单片机的发展趋势

（1）CMOS化近年，由于CHMOS技术的进小，大大地促进了单片机的CMOS化。

CMOS芯片除了低功耗特性之外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功耗精细管理状态。

这也是今后以80C51取代8051为标准MCU芯片的原因。

因为单片机芯片多数是采用CMOS（金属栅氧化物）半导体工艺生产。

CMOS电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。

采用双极型半导体工艺的TTL电路速度快，但功耗和芯片面积较大。

随着技术和工艺水平的提高，又出现了HMOS（高密度、高速度MOS）和CHMOS工艺。

CHMOS和HMOS工艺的结合。

目前生产的CHMOS电路已达到LSTTL的速度，传输延迟时间小于2ns，它的综合优势已在于TTL电路。

因而，在单片机领域CMOS正在逐渐取代TTL电路。

（2）低功耗化单片机的功耗已从Ma级，甚至1uA以下；

使用电压在3~6V之间，完全适应电池工作。

低功耗化的效应不仅是功耗低，而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。

（3）低电压化几乎所有的单片机都有WAIT、STOP等省电运行方式。

允许使用的电压范围越来越宽，一般在3~6V范围内工作。

低电压供电的单片机电源下限已可达1~2V。

目前0.8V供电的单片机已经问世。

（4）低噪声与高可靠性为提高单片机的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片厂家在单片机内部电路中都采用了新的技术措施。

大容量化以往单片机内的ROM为1KB~4KB，RAM为64~128B。

但在需要复杂控制的场合，该存储容量是不够的，必须进行外接扩充。

为了适应这种领域的要求，须运用新的工艺，使片内存储器大容量化。

目前，单片机内ROM最大可达64KB，RAM最大为2KB。

（5）高性能化主要是指进一步改进CPU的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。

采用精简指令集（RISC）结构和流水线技术，可以大幅度提高运行速度。

现指令速度最高者已达100MIPS（MillionInstructionPerSeconds，即兆指令每秒），并加强了位处理功能、中断和定时控制功能。

这类单片机的运算速度比标准的单片机高出10倍以上。

由于这类单片机有极高的指令速度，就可以用软件模拟其I/O功能，由此引入了虚拟外设的新概念。

（6）小容量、低价格化与上述相反，以4位、8位机为中心的小容量、低价格化也是发展动向之一。

这类单片机的用途是把以往用数字逻辑集成电路组成的控制电路单片化，可广泛用于家电产品。

外围电路内装化这也是单片机发展的主要方向。

随着集成度的不断提高，有可能把众多的各种处围功能器件集成在片内。

除了一般必须具有的CPU、ROM、RAM、定时器/计数器等以外，片内集成的部件还有模/数转换器、DMA控制器、声音发生器、监视定时器、液晶显示驱动器、彩色电视机和录像机用的锁相电路等。

串行扩展技术在很长一段时间里，通用型单片机通过三总线结构扩展外围器件成为单片机应用的主流结构。

随着低价位OTP（OneTimeProgramble）及各种类型片内程序存储器的发展，加之处围接口不断进入片内，推动了单片机“单片”应用结构的发展。

特别是IC、SPI等串行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化及规范化。

1.2IC卡技术

1.2.1IC卡技术

（1）IC卡读/写技术

IC卡是一种集成电路卡，它的读写设备是每个IC卡应用系统不可缺的周边设备。

该设备通过IC卡的8个触点向IC卡提供电源与IC卡相互交换信息。

虽然IC卡是从磁卡发展而来的，但他在机器读/写性能上却远优与磁卡，无需往复的机械动作即可完成人-机-卡之间的多次会话过程，使卡在应用时操作简单，给人们带来极大的便利。

（2）IC卡的安全技术

信息安全的目的就是保证数据在确定的时间内，在确定的地点，在确定的条件下，只能被却定的对象使用。

而IC卡正是为了解决数据是安全问题而设计的，它采用的是半导体密码存放与软件加密技术，能够有效地阻止卡的非法复制与数据篡改，应用设备设备在脱离网络的情况下，可以对IC卡进行鉴别。

IC卡的信息安全一般具有以下特征：

保密性：

既防止XX的使用者获取信息；

完整性：

防止XX的信息改变（更改、删除、增加）；

可获取性：

防止XX的截取信息；

真实型：

即通过一系列的技术措施验证信息的真实性；

持久性：

即长久时间信息保存的可靠性。

（3）数据存储技术

在一个应用系统的使用中，系统必须对所有持卡人建立一份身份与使用的档案。

在磁卡系统中，这组档案存放在中心数据库系统内，没次持卡人使用必须通过终端，以网络形式从数据库系统中提出那分与自己有关的档案，IC卡的数据存储能路比磁卡要强得多，卡把持卡人有关的大量信息存放在卡中，因而使得IC卡使用的灵活性大大增强，交易的实时性也明显改善。

目前，IC卡的存储容量可达近1MB。

1.2.2IC卡的技术特点

（1）芯片的制造技术与工艺

目前，IC卡用芯片扑片采用较为先进的CMOS，BICMOS等集成电路制造工艺，具有较好的点性能及抗干扰能力，一采用CMOS工艺制造的IC卡芯片为例，起主要技术指标为；

写入/删除次数最少可大100000次。

数据保存时间最少为10年。

工作电压为5V。

抗静电4000V左右。

噪音容限也较高。

（2）IC卡座的技术要求

IC卡卡座哈IC卡应有良好的接触点，应有尽量小的摩擦。

具有生产制造时的质量稳定性。

具有对应用环境（温度、湿度、震动及电磁干扰等）的适应性。

其中正确的工作顺序较为重要。

按有关ISO/IEC7816标准规定，在IC卡的触点和读/写设备的触点之前，读/写设备不应对磁卡施加有关点信号，以免造成不可预料的损坏。

IC卡读/写设备作为系统和用户交互的接口，必将棉队各种各样复杂的应用环境，如在金融系统应用中的ATM（自动柜员机），有可能放置在露天公共场合，处于高/低温、潮湿、电磁干扰等环境；

在电车、汽车自动售票系统应用中，处于振动、电磁干扰等环境。

因此，在设计阶段就应注意；

IC卡读/写设备环境适应性问题。

1.3LED显示屏技术

（1）采用进口LED优质管芯制作全彩显示屏:

具有视角大、功耗小、色彩均匀一致、屏厚超薄、屏体重量轻、故障率低、易维护等优势.

（2）采用PCTV卡:

该卡是一块性能卓越的集显示、采集、视频捕获等功能的多媒体显示卡,该卡附有一个Studio编辑软件.Studio是PinnacleSystems公司的一个备受赞誉的软件,其与现有通用普通多媒体卡相比较

　　它有如下优势:

　　①使用户能够在自己的PC机上制作数字电影、捕获视频、编辑和添加风格化的标题、转换,甚至自己的乐曲以及数字视频制作的叙述.

　　②Studio可以让用户选择以MPEG或者AVI文件的格式输出视频并且存储到CD盘上,或者在Web站点上展示,或者创建视频电子邮件.由于Studio可以和PinnacleSystems公司的一系列的捕获装置进行工作,视频捕获变得前所没有的轻而易举.

　　③Studio的应用软件象一个VCR有从容易到用着好、更好、最好的质量形式,并且计算计算机能存储多少视频.Studio自动发现和记录场景变化,使编辑变的轻而易举

　　④使用Studio来创作是一个快速的和交互的过程.使用即时预览视窗可以在编辑的任何时候预览电影,即所看即所得.

　　⑤如果不喜欢标题或者效果,可以做一个改变并且可以立即看到这种改变,视频编辑从来没有象这样快速和有趣.够自由、够个性化,还具有背景音乐、画外音等效果.

　　（3）采用最新DVI接口技术:

DVI接口（DigitalVisualInterface）是PC机与数字式平板显示器（包括）接口的工业标准,众所周知,计算机是数字式的,即它所处理的信息全是数字量,但是迄今用得最广泛的CRT显示器（如电视机）是模拟式的.因此在将计算机处理好的数据送往显示器显示之前,必须做一个数/模转换（D/A）,这种处理造成了信息的损失和显示效果的缺陷.LCD、PDP、HDTV等新一代显示器本身就是数字式的,用传统的方式,计算机图形卡的输出（模拟量）还要再经过模数转换（A/D）才能送往显示器,这又造成新的损失和麻烦.采用DVI接口,开发的LED显示系统可直接从PC机的DVI接口取数,不需要银河卡之类的专用显卡,也不需要特殊的采集卡,可不受PC机的限制,由于没有D/A和MD转换过程,避免了图像细节的丢失,从而保证了计算机图像在显示屏中的完美再现.同时由于DVI是工业标准所以虽然带宽高达83MHZ,也能很好地工作.现在DVI可支持VGA（640×

480）到HDTV（1920×

1080）和QXGA（2048×

1536）的所有显示模式.除此以外采用DVI接口,开发的LED显示系统,在获得稳定可靠的显示数据的基础上,还能将许多重要的功能集成在一起

　　例如:

①无数据损失,②不受到PC机限制,③方便升级,一般显示卡内存为8M,而该卡内存为128-256M,④窗口位置和大小的调整;

⑤帧频高达60HZ;

⑥非线性调整输出,更适合人眼观看;

⑦100级屏体亮度控制;

⑧恒流驱动;

⑨单元板红、绿、蓝三色亮度分别可调,消除马赛克。

第2章原理图

2.1系统原理框图的绘制

2.1.1Protel99软件的概述

（1）Protel99采用全新的管理方式，即数据库的管理方式。

Protel99是在桌面环境下第一个以独特的设计管理和团队合作技术为核心的全方位的印制板设计系统。

所有Protel99设计文件都被存储在唯一的综合设计数据库中，并显示在唯一的综合设计编辑窗口。

　　Protel99软件沿袭了Protel以前版本方便易学的特点，内部界面与Protel98大体相同，新增加了一些功能模块。

Protel公司引进了德国INCASES公司的先进技术，在Protel99中集成了信号完整性工具，精确的模型和板分析，帮助你在设计周期里利用信号完整性分析可获得一次性成功和消除盲目性。

Protel99容易使用的特性就是新的“这是什么”帮助。

按下任何对话框右上角的小问号，然后选择你所要的信息。

现在可以很快地看到特性的功能，然后用到设计中，按下状态栏末端的按钮，使用自然语言帮助顾问。

（2）原理图连线设计

　　确定起始点和终止点，Protel99就会自动地在原理图上连线，从菜单上选择"

Place/Wire"

后，按空格键切换连线方式，自动连线、任意角度、45°

连线、90°

连线，使得设计者在设计时更加轻松自如。

只要简单地定义AutoWire方式。

自动连线可以从原理图的任何一点进行，不一定要从管脚到管脚。

（3）检查原理图电性能可靠性

　　打开LCDController.ddb设计数据库，点取LCDController文件夹下的LCDController.prj原理图设计窗口，Protel99可以帮助我们进行电气规则检查．选择Tools下面的ERC，在"

RuleMatrix"

种选择要进行电气检查的项目，设置好各项后，在"

SetupElectricalRluesCheck"

对话框上选择"

OK"

即可运行电气规则检查，检查结果将被显示到界面上。

　　Protel99采用全新的管理方式，即数据库的管理方式。

2.2原理图

2.3方案论证

方案一：

设计要求制作一个IC识别系统，实现单片机的IC卡有效控制。

本系统采用AT89C51单片机为主控芯片，它不但和8051指令管脚完全兼容，而且用户可以用电的方式瞬间插除、改写这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短

方案二：

与方案一不同的是方案二选用AT8031芯片，来实现IC卡识别

与AT8031相比，AT89C51在性能上具有明显的优势，若采用AT8031用户若想对写入的程序修改必须用一种特殊的紫外线的灯将其照射擦除之后才可写入渗入渗出到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言，故采用方案一。

第3章硬件部分介绍

3.1AT89C51单片机简介

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89c51是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51是它的一种精简版本。

AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

3.1.1主要特性

·

与MCS-51兼容

4K字节可编程闪烁存储器

寿命：

1000写/擦循环

数据保留时间：

10年

全静态工作：

0Hz-24Hz

三级程序存储器锁定

128*8位内部RAM

32可编程I/O线

两个16位定时器/计数器

5个中断源

可编程串行通道

低功耗的闲置和掉电模式

片内振荡器和时钟电路

3.1.2管脚说明

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部