基于单片机的非接触式IC卡消费系统设计

作者简介：张伟（1976-），男，硕士，讲师，电工电子教研室主任，

研究方向：实用电子技术教学。

基于单片机的非接触式IC 卡消费系统设计

张

伟，李

莉

（河南科技学院，河南新乡453003）

随着信息业和服务业的全球化，社会对信息载体的便携性、高安全性及易用性等方面提出更高的要求，于是非接触式IC 卡以其无机械磨损、容易维护、方便使用等优点，成为IC 卡潜力最大的新军而备受业界瞩目。

非接触式IC 卡是根据射频电磁感应原理产生的。它的读写操作只需将卡片放在读写器附近一定的距离之内就能实现数据交换，无需任何接触，使用中非常方便、快捷，不易损坏，有广泛的应用前景。

1非接触IC 卡读写器概述

非接触型IC 卡本身是无源体，当读写器对卡进行读写操

作时，读写器发出的信号由两部分叠加组成：一部分是电源信号，该信号由卡接收后，与其本身的L/C 产生谐振，产生一个瞬间能量来供给芯片工作。另一部分则是结合数据信号，指挥芯片完成数据、

修改、存储等，并返回给读写器。由非接触式IC 卡所形成的读写系统，无论是硬件结构，还是操作过程都得到了很大的简化，同时借助于先进的管理软件，可脱机的操作方式，都使数据读写过程更为简单。非接触式IC 卡的工作原理是：读写器向IC 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，其频率与读写器发射的频率相同，这样在电磁波激励下，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存储，当所积累的电荷达到2V 时，此电容可作为电源为卡片上的其他电路提供工作电

压，将卡内数据发射出去或接收读写器的数据。

2系统组成

非接触式IC 卡消费系统主要由PC 机、非接触式IC 卡、

硬件电路、系统管理软件及其它外围设备等组成。本设计中硬件电路主要由ATC2051单片机、

AT24CEEPROM 、PCF8583时钟/日历芯片、M AX232串行通讯芯片、I2C 总线、键盘、显示模块、读卡模块、复位电路、震荡器等组成。本设计中使用的是主流的无源系统，它将使用PCF8583作日历时钟芯片，其将为系统提供时间作为每次读卡的时间记录，使用E2PROM 24C作为储存器，并将采用M AX232作为串口通信器件与PC 机进行通信，数据的处理将由PC 机在后台进行处理。

3系统硬件设计及工作原理

3.1非接触IC 卡消费系统硬件电路框图设计

本系统硬件可分为非接触式卡、读卡器和PC 机三个部

分。读卡器部分由读卡模块、ATC2051单片机、EEPROM AT24C存储模块、PCF8583时钟/日历模块、显示模块（用串行口扩展74LS1实现显示）、串行通讯模块（与pc 机通信）、CPU 复位电路、外部振荡电路组成。

在该硬件系统中，我们是选用了合理的硬件而组成的。我们的单片机使用的是20针脚的ATC2051，p3.7和p1.7将分别接数据线SDA 及时钟线SCL 以模拟I2C 总线的方式与24C和PCF8583进行通信。ATC2051在上电后一直处于查询监控状态，看有没有划卡和按键，若有按键就建立标志位

摘要：基于单片机的非接触式IC 卡消费系统设计以射频技术为核心，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。文章介绍其在实际消费系统中的应用，详细介绍了该系统的硬件组成、软件单片机数据处理和一些问题的处理方法。

关键词：单片机；射频；非接触IC 卡中图分类号：TM571

文献标识码：A

文章编号：1007-8320（2011）01-0072-02

Based on MCU contactless IC card consumption system design

ZHANG Wei,LI Li

(Henan Science and Technology College,Xinxiang ，Henan 453003，China)

Abstract ：This design of Contactless IC card Reader adopts the technique of radio frequency as the core

and takes the MCU as the controller.It is mainly applied in the modern consuming systems.This article introduces in detail the hardware composition of the system,the data treatment with the software Micro ---Computer and the practical apply in consuming systems,as well as the treatment for some commen problems.

Key words ：MCU;RF;Contactless IC card

湖南农机

HUNAN AGRICULTURAL MACHINERY 第38卷第1期·学术

V ol.38No.1

2011年1月J an.2011

3.2单片机系统

本设计中非接触IC卡消费系统中用到的单片机芯片是由ATM EL公司推出的一种小型的ATC2051单片机芯片。其主要特点为采用Flash存贮器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与M CS-51完全兼容，其程序的电可擦写特性，使得开发与试验比较容易。C2051片内含有2k字节的Flash程序存储器，128字节的片内RAM,与80C31内部完全类似。C2051不允许构造外部总线来扩充程序/数据存储器，所以它也不需要ALEPSEN、RD、WR一类的引脚。

3.3时钟/日历记录

记录刷卡时间的模块，我们选用了PCF8583芯片。PCF8583是一款带有256个字节的静态RAM时钟/日历芯片。在使用PCF8583时，我们将C2051的P1.7和.P3.7引脚与之其SDA、SCL相连接，用来记录每次刷卡的时间，PCF8583也可作为一个6位BCD码事件计数器，其地址和数据通过I2C总线传输。在每次对数据字节的读或写操作后，内建的字地址寄存器自动增加。地址管脚A0用于编程硬件地址，这样在不增加硬件的情况下允许将多个器件连接到总线上。

3.4总线协议

在本系统中我们使用了ATC2051的芯片单片机，它不带I2总线，因此我们将使用模拟I2C总线来完成数据的传送。用普通的I/O口模拟I2C总线的数据传送时，单片机的时钟信号都能满足SDA和SCL上升沿、下降沿的时间要求。在SCL为高电平时数据线(SDA)从高电平跳变到低电平，为开始数据传输(START)的条件，开始数据传输条件后所有的命令有效；SCL为高电平时，数据(SDA)从低电平跳变到高电平，为停止数据传输(STOP)的条件，停止数据传输条件后所有的操作结束。

3.5单片机与PC机之间的通信

PC机作为后台操作，必须与单片机相连，但是又不能直接跟C2051相接，我们就选用了M AX232芯片在单片机与PC之间的相连起到一个过度的作用。M AX232的作用就是对单片机的串行口进行电平转换，使得单片机的串行口具有RS232电平，从而使得单片机与PC机的串行口相连接。单片机的串行输出口与PC机的串行输入连接，单片机的串行输入口与PC机的串行输出连接。通过VB数据对象控件与用户界面关联，对数据的所有操作都实时地更新所关联的数据。数据库的维护包括添加新的记录、删除不需要的记录以及对现有记录的更新。M SCOM M提供了27个关于通信控件方面的属性，利用通信控件编制通信程序，关键是准确设置通信控件的属性。

4系统软件设计

4.1系统软件总体设计

在此设计中，我们所设计的程序主要是实现两大功能：其一，执行程序；其二，监控程序。执行程序用来实现扣减金额，显示，串行通讯等功能；监控程序的功能是：上电复位后自动担负起管理整个计算机的工作。上电复位后关掉所有的中断并进行初始化和各个芯片的自检。读卡时，我们通过键盘对消费金额进行扣除，在显示模块上显示卡号和扣除后的金额，并在PCF8583模块上记录到刷卡的时间，最后保存到E2PROM 中。在该系统中，键盘控制程序和I2C总线的通信是都采用的查询方式工作。

4.2读卡软件设计

本设计中我们采用了ID4001作为读卡模块，它有四根连线，其中一根GND线，一根VCC，另外两根为读写线分别与ATC2051的P3.4和P3.5相连来完成读写等。4001型ID卡是26位卡，二个数据传送位即DATA0和DATA1。26位由三部分组成即奇校验位、偶校验位、数据位组成。在读写的过程中，为了确保传送的数据的正确性。采用了奇、偶校验的方式。偶校验：是从第2位到第13位；奇校验：是从第14位到25位。例如：如果卡号是7E6BB3。则发送的数据是：

第一部分：是从第2位到第13位，如有偶数个“1”则第一位为“0”，若有奇数个“1”则第一位为“1”。第二部分：是从第14位到第25位，如有偶数个“1”则第26位为“1”，若有奇数个“1”则第26位为“0”。第三部分：奇校验位，偶校验位。如果DATA0和DATA1的数据一样即数据无效，如果DATA0和DATA1的数据不一样即读DATA0的数据。

5结语

非接触式IC卡的智能消费系统是以计算机管理为核心、以非接触式IC卡为信息载体、以读卡机为终端的全新智能收费管理系统，系统在后台强大的软件环境和完善的硬件基础上完成信息加工及处理工作，统一进行IC卡的发行、取消、挂失、充值等相关业务工作。

参考文献

[1]谢自美.电子线路设计·实验·测试[M].武汉：华中理工大学出版社, 2000.

[2]马梅忠.单片机的C语言应用程序设计3版[M].北京：北京航空航天大学出版社,2004.

[3]李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社,2003.

[4]陈邦嫒.射频通信电路[M].北京:科学出版社,2006.

[5]樊昌信,曹丽娜.通信理论[M].北京:国防工业出版社,2006. 00111111001101011101100111

第38卷第1期张伟，等：基于单片机的非接触式IC卡消费系统设计73