基于rfid技術(shù)的圖書(shū)信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p>　　基于RFID技術(shù)的圖書(shū)信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　Design Of Information Collection Of Book Based on RFID Technology</p><p>　　系(院)名稱： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息工程系 </p>&l

2、t;p>　　專業(yè)班級(jí)： 05計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)(嵌入式) </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 概述1</b></p><p>　　1.1 課題研究背景與意義1</p><p>　　1.2嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀3</p&

3、gt;<p>　　1.3國(guó)內(nèi)外RFID技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀3</p><p>　　1.4課題的主要工作內(nèi)容4</p><p>　　第2章 RFID技術(shù)及應(yīng)用概述5</p><p><b>　　2.1 概述5</b></p><p>　　2.1.1 RFID系統(tǒng)的構(gòu)成5</p><p

4、>　　2.1.2 RFID技術(shù)的基本工作原理5</p><p>　　2.2 Mifare One非接觸式電子標(biāo)簽6</p><p>　　2.2.1 Mifare One電子標(biāo)簽的工作原理6</p><p>　　2.2.2 Mifare One電子標(biāo)簽的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)7</p><p>　　2.3 RFID技術(shù)在圖書(shū)館的應(yīng)用8<

5、/p><p>　　第3章 圖書(shū)館信息采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1STC11F32XE微控制器10</p><p>　　3.2圖書(shū)信息采集系統(tǒng)的總體硬件設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.2.1 UART串口通信接口設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.2.2 LCD液晶擴(kuò)展12</p>

6、<p>　　3.2.3 存儲(chǔ)器擴(kuò)展13</p><p>　　3.2.4 其他接口設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.3 STC11F32XE和MFRC500接口設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.3.1 MFRC500芯片的功能結(jié)構(gòu)14</p><p>　　3.3.2 MFRC500芯片主要引腳簡(jiǎn)介15</p>

7、<p>　　3.3.3 STC11F32XE和MFRC500芯片接口設(shè)計(jì)16</p><p>　　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</p><p>　　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</p><p>　　4.2 MFRC500讀寫(xiě)模塊的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與調(diào)試20</p><p>　　4.

8、3 MFRC500讀寫(xiě)模塊設(shè)計(jì)22</p><p>　　第五章 軟硬件測(cè)試25</p><p>　　5.1測(cè)試環(huán)境25</p><p>　　5.2編寫(xiě)測(cè)試用例并測(cè)試25</p><p><b>　　第六章 結(jié)論34</b></p><p><b>　　致 謝35</b

9、></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p>　　基于RFID技術(shù)的圖書(shū)管理信息采系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　專業(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 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 常國(guó)權(quán) 職稱：講師（碩士）</p

10、><p>　　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

11、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。 </p><p>　　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

12、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。</p><p>　　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。&

13、lt;/p><p>　　其次本課題在硬件平臺(tái)上擴(kuò)展了LCD進(jìn)行信息顯示，F(xiàn)LASH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)。</p><p>　　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。 </p><p>

14、;　　關(guān)鍵詞 嵌入式系統(tǒng) STC11F32XE 射頻識(shí)別 RS232 MFRC500 LCD</p><p>　　Design Of Information Collection Of Book With RFID Technology</p><p>　　Abstract Presently,the management of China's books, the m

15、ain 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 t

16、o 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 r

17、efe</p><p>　　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 + magnet

18、ic 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 insta

19、nt, non-contact complete. Embedded RFID library management system can greatly enhance </p><p>　　First of all the topics on the principles of RFID technology has done a detailed overview, based on this inform

20、ation collection on the library system to build the hardware platform. </p><p>　　Secondly, the issue in the hardware platform for the expansion of the LCD information display, FLASH is used to store Chinese

21、characters ASCII code and documentation, MFRC500 for hardware such as radio frequency identification circuit, and eventually build a hardware platform of the system. </p><p>　　Finally, with reference to the

22、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 operatio

23、ns. </p><p>　　Key words Embedded system STC11F32XE RFID RS232 MFRC500 LCD</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　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)

24、，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]。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)不同于一

25、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。</p><p>　　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)，

26、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。</p><p><b>　　第1章 概述</b></p><p>

27、;　　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。</

28、p><p>　　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。可以說(shuō)RFID系統(tǒng)是圖書(shū)館管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　1.1 課題研究背景與意義</p><p>　　

29、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

30、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，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

31、置，這就大大方便了上架，加快了圖書(shū)流通速度。</p><p>　　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]。</p><p>　　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)

32、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。</p><p>　　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：</p><p>　　表1-1 圖書(shū)流通及安全處理方式比較</p><p>　　本課題正是基于這種背景提出

33、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。</p><p>　　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)

34、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。</p>

35、;<p>　　1.2嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　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

36、系統(tǒng)有著相當(dāng)重要的理論和實(shí)際意義。</p><p>　　1.3國(guó)內(nèi)外RFID技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　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

37、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

38、實(shí)際應(yīng)用中需要其它的軟硬件支持[8]。</p><p>　　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

39、控制管理等眾多領(lǐng)域，例如汽車(chē)或火車(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)。</p><p>　　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

40、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。</p><p>　　1.4課題的主要工作內(nèi)容</p><p>　　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

41、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)。</p><p>　　本文的主要內(nèi)容分為六章，各章主要內(nèi)容如下：</p><p>　　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。</p><p>　　第二章介紹了RFID技術(shù)原理、RF

42、ID電子標(biāo)簽的原理結(jié)構(gòu)概述。</p><p>　　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。</p><p>　　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)。</p><p>　　第五章通過(guò)串口調(diào)試助手進(jìn)行軟硬件測(cè)試。</p><p>　　第六章對(duì)全文工作進(jìn)行了總結(jié)。</p><p>　　第2章 RFID

43、技術(shù)及應(yīng)用概述</p><p><b>　　2.1 概述</b></p><p>　　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；

44、標(biāo)簽具有體積小、容量大、壽命長(zhǎng)、可加密的特點(diǎn)。</p><p>　　2.1.1 RFID系統(tǒng)的構(gòu)成</p><p>　　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)的信息通常可被射頻讀寫(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

45、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。</p><p>　　2.1.2 RFID技術(shù)的基本工作原理</p>

46、<p>　　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，</p><p>　　圖2－1 RFID的基本工作原理圖</p><p>　　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)

47、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。</p><p>　　2.2 Mifa

48、re One非接觸式電子標(biāo)簽</p><p>　　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。</p><p>　　2.2.1 Mifare One電子標(biāo)簽的工作原理</p><p>　　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，

49、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]。</p><p>　　2.2.2 Mifar

50、e One電子標(biāo)簽的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)</p><p>　　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

51、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

52、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]。</p><p>　　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0～63。</p><p>　　第0扇區(qū)的塊0（即絕對(duì)地址0塊），

53、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

54、位決定了該塊的訪問(wèn)權(quán)限[8]。</p><p>　　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)

55、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。</p><p>　　表2－1 Mifare One非接觸式IC標(biāo)簽的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)[7]</p><p>　　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

56、圖書(shū)的信息已經(jīng)足夠了。</p><p>　　2.3 RFID技術(shù)在圖書(shū)館的應(yīng)用</p><p>　　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)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

57、類型，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)。</p><p>　　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。</p><p>　　RFID在圖書(shū)館中的應(yīng)用雖然只是對(duì)條形

58、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：</p><p>　　1、規(guī)范圖書(shū)管理，提高圖書(shū)管理效率</p><p>　　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，

59、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。</p><p>　　2、為讀者閱覽提供了極大的方便</p><p>　　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)

60、省了時(shí)間。</p><p>　　3、更大程度的保護(hù)了圖書(shū)資源</p><p>　　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</p><p>　　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)

61、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。</p><p>　　第3章 圖書(shū)館信息采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p&g

62、t;　　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)。</p><p>　　3.1STC11F32XE微控制器</p><p>　　本系統(tǒng)采用的微控制器是

63、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]：</p><p>　　●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8～12 倍；</p><p>　　●寬電壓：5.

64、5～4.1V/3.7V，3.6V～2.4V/2.1V（STC11/10L 系列）；</p><p>　　●低功耗設(shè)計(jì)：空閑模式(可由任意一個(gè)中斷喚醒）；</p><p>　　●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)部專用掉電喚醒定時(shí)器喚醒）；</p><p>　　●工作頻率：0～35MHz，相當(dāng)于

65、普通8051：0～420MHz；</p><p>　　●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；</p><p>　　●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；</p><p>　　●1280/256字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；</p><p>　　●芯片內(nèi)EEPRO

66、M功能,擦寫(xiě)次數(shù)10萬(wàn)次以上；</p><p>　　●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；</p><p>　　●2個(gè)16位定時(shí)器，兼容普通8051的定時(shí)器T0/T1；</p><p>　　●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做波特率發(fā)生器；</p><p>　　●可編程時(shí)鐘輸出功能，

67、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；</p><p>　　●硬件看門(mén)狗（WDT）；</p><p>　　●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；</p><p>　　●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；</p><p&g

68、t;　　●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）；</p><p>　　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；</p><p>　　3.2圖書(shū)信息采集系統(tǒng)的總體硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)的總體硬件設(shè)計(jì)主要包括以下幾部分：LCD

69、、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。</p><p>　　圖3－1 圖書(shū)信息采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)示意圖</p><p>　　3.2.1 UART串口通信接口設(shè)計(jì)</p><p>　　由于本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需

70、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)。</p><p>　　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

71、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3－2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。</p><p>　　圖3－2 STC11F32XE的串口通信接口設(shè)計(jì)原理圖</p><p>　　3.2.2 LCD液晶擴(kuò)展</p><p><b>　　1.硬件特性如下：

72、</b></p><p><b>　　提供8 位并行接口</b></p><p>　　自動(dòng)電源啟動(dòng)復(fù)位功能</p><p><b>　　內(nèi)部自建振蕩源</b></p><p>　　64×16 位字符顯示RAM</p><p><b>　　可顯示

73、字符和圖形</b></p><p><b>　　2.軟件特性如下：</b></p><p>　　文字與圖形混合顯示功能</p><p><b>　　畫(huà)面清除功能</b></p><p><b>　　光標(biāo)歸位功能</b></p><p><

74、;b>　　光標(biāo)顯示/隱藏功能</b></p><p><b>　　顯示字體閃爍功能</b></p><p><b>　　光標(biāo)移位功能功能</b></p><p><b>　　顯示移位功能</b></p><p><b>　　3.LCD模塊引腳<

75、/b></p><p>　　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：</p><p>　　圖3－3 LCD 接口原理圖</p><p>　　3.2.3 存儲(chǔ)器擴(kuò)展</p><p>　　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，

76、</p><p>　　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?56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。</p><p>　　3.2.4 其他接口設(shè)計(jì)</p><p>　

77、　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)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。</p><p>　　圖3－4 STC11F32XE蜂鳴器接口電路設(shè)計(jì)原理圖</p><p>　　3.3 STC11F

78、32XE和MFRC500接口設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 MFRC500芯片的功能結(jié)構(gòu)</p><p>　　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

79、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。RC

80、500實(shí)際上是MCU與電子標(biāo)簽之間進(jìn)行信息交換的媒介。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。傳送不同類型的指令給RC500，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)RC500的控制。圖3－5 是MFRC500功能結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　圖3－5 MFRC500功能結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.3.2 MFRC500芯片主要引腳簡(jiǎn)介</p><p>　　MFRC500采用SOP

81、32的封裝，管腳說(shuō)明如圖3－6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。</p><p>　　D7～D0：數(shù)據(jù)地址總線，用于傳送命令和數(shù)據(jù)。A2～A0：寄存器地址位2～0。</p><p>　　NWR/NRD：寄存器寫(xiě)入/讀出數(shù)據(jù)選通。</p><p>　　OSCIN

82、/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）。</p><p>　　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。</p><p>　　TX1/TX2：發(fā)送經(jīng)過(guò)調(diào)制的13.56MHz能量載波。</p><p>　　IRQ：中斷請(qǐng)求輸出中斷事件請(qǐng)求信號(hào)。</p>

83、<p>　　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。</p><p>　　VMID：內(nèi)部參考電壓，該腳輸出內(nèi)部參考電壓。</p><p>　　RSTPD：復(fù)位和掉電，該管腳的下降沿啟動(dòng)內(nèi)部復(fù)位。</p><p>　　ALE：地址鎖存使能。為高時(shí)將AD0～AD7鎖存為內(nèi)部地址。</p><p&g

84、t;　　NCS：片選選擇和激活MFRC500的微處理器接口。</p><p>　　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。</p><p>　　圖3－6 RC500管腳圖</p><p>　　3.3.3 STC11F32XE和MFRC500芯片接口設(shè)計(jì)</p><p>　　STC11F32單

85、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。&l

86、t;/p><p>　　MFRC500是PHILIPS公司應(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（距離可達(dá)10cm）。它和微控制器的接口方式有多種，既可以采用總線擴(kuò)展方式也可以采

87、用模擬總線方式。在每次上電或硬復(fù)位后MFRC500也復(fù)位其并行微處理器接口模式并檢測(cè)當(dāng)前微處理器接口的類型，MFRC500在復(fù)位階段后根據(jù)控制腳的邏輯電平識(shí)別微處理器接口，這是由固定管腳連接的組合（見(jiàn)表3-2）和一個(gè)專門(mén)的初始化程序?qū)崿F(xiàn)的。</p><p>　　表 3-2 MFRC500檢測(cè)并行接口類型的連接配置[6]</p><p>　　為了使用STC11F32單片機(jī)內(nèi)部1KB的擴(kuò)展SR

88、AM，此處采用的模擬總線接口方式，即用單片機(jī)的P0口和MFRC500的D0-D7相連，用EA、ALE、WR、RD等作為控制線分別和MFRC500的NCS、ALE、NWR、NRD等相連，其連接原理圖如圖3-7所示。由于是模擬總線方式，所以單片機(jī)的P0口要加上拉電阻。采用模擬總線方式是一種通用的方法，特別是對(duì)于不支持總線擴(kuò)展的單片機(jī)更為重要。該設(shè)計(jì)中使用模擬總線的方式可防止MFRC500和單片機(jī)內(nèi)部的RAM發(fā)生總線沖突。</p>

89、<p>　　圖3-7 STC11F32XE和MFRC500接口原理圖</p><p>　　命令配置位和標(biāo)志都可通過(guò)微處理器接口訪問(wèn)，MFRC500可內(nèi)部尋址64個(gè)寄存器，但這需要6條地址線。MFRC500只有A0、A1和A2三條專用地址總線引腳，MFRC500在訪問(wèn)內(nèi)部64個(gè)寄存器的時(shí)候采用了分頁(yè)機(jī)制，MFRC500的寄存器集被分成8頁(yè)，每頁(yè)8個(gè)寄存器。不管當(dāng)前所選是哪一頁(yè)，頁(yè)寄存器總是可以尋址的，

90、使用MFRC500專用地址總線A0，A1和A2允許在一頁(yè)內(nèi)進(jìn)行尋址，要在不同頁(yè)的寄存器之間進(jìn)行切換就需要用到分頁(yè)機(jī)制。表3-3列出了使用專用的地址總線時(shí)寄存器地址的組合狀況。</p><p>　　表3-3 使用專用的地址總線時(shí)寄存器地址的組合狀況</p><p>　　本系統(tǒng)采用中斷（ExINT0）工作模式，即STC11F32XE利用MFRC500提供中斷信息對(duì)其進(jìn)行控制。另外，根據(jù)系統(tǒng)的需

91、要，可以采用查詢方式對(duì)MFRC500進(jìn)行操作。</p><p>　　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)</p><p>　　本章主要介紹嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)過(guò)程，主要包括以下幾部分應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)過(guò)程。</p><p>　　STC11F32XE與PC機(jī)串行通信幀格式的設(shè)計(jì)。</p><p>　　MFRC500讀寫(xiě)模塊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)與調(diào)試

92、。</p><p>　　W25X80 Flash驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　LCD液晶驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)，ASCII碼和漢字點(diǎn)陣字庫(kù)文件的生成與存儲(chǔ)。</p><p>　　STC11F32XE主程序設(shè)計(jì)，進(jìn)行實(shí)時(shí)尋卡，如果有卡進(jìn)入射頻識(shí)別的有效范圍之內(nèi)就進(jìn)行讀取，將讀到的圖書(shū)標(biāo)簽信息發(fā)送到上位機(jī)，同時(shí)通過(guò)LCD進(jìn)行顯示。</p><p

93、><b>　　對(duì)采集系統(tǒng)的測(cè)試；</b></p><p>　　在本課題中MFRC500讀寫(xiě)模塊和通信模塊的設(shè)計(jì)是本課題中的重點(diǎn)與難點(diǎn)，所以本文做了詳細(xì)介紹。</p><p>　　4.1 圖書(shū)采集系統(tǒng)和PC機(jī)通信幀格式的設(shè)計(jì)</p><p>　　圖書(shū)信息采集系統(tǒng)是通過(guò)異步串行口和PC進(jìn)行通信的，因此，必須對(duì)雙方通信的格式進(jìn)行約定，即制定一

94、個(gè)雙方能夠正常通信的通信協(xié)議。針對(duì)一本書(shū)來(lái)說(shuō)，其關(guān)鍵的信息一般包括以下內(nèi)容：圖書(shū)編號(hào)、圖書(shū)號(hào)、圖書(shū)書(shū)名、圖書(shū)作者、圖書(shū)出版社。以上圖書(shū)信息再加上各項(xiàng)信息所占的字節(jié)數(shù)就構(gòu)成了一個(gè)完整的通信數(shù)據(jù)包。表4-1是圖書(shū)信息采集系統(tǒng)和PC機(jī)通信協(xié)議的格式，各項(xiàng)的數(shù)據(jù)格式均是十六進(jìn)制。</p><p>　　表4-1 圖書(shū)信息采集系統(tǒng)和PC機(jī)通信協(xié)議的數(shù)據(jù)格式</p><p>　　下面對(duì)數(shù)據(jù)包的內(nèi)容做一下

95、說(shuō)明。數(shù)據(jù)包里的總字節(jié)數(shù)n占用1個(gè)字節(jié)，這1個(gè)字節(jié)標(biāo)示著這一包數(shù)據(jù)的總字節(jié)數(shù)，包括n所占的1個(gè)字節(jié)在內(nèi)一共的字節(jié)數(shù)。比如n是50，則代表這1包圖書(shū)信息一共是50個(gè)字節(jié)。</p><p>　　圖書(shū)編號(hào)占4個(gè)字節(jié)，是標(biāo)示圖書(shū)在庫(kù)中序號(hào)的，它在圖書(shū)庫(kù)中的編號(hào)是唯一，就是說(shuō)每本圖書(shū)都有一個(gè)唯一圖書(shū)編號(hào)。圖書(shū)ISBN號(hào)總字節(jié)數(shù)n1表示圖書(shū)號(hào)所占的字節(jié)數(shù)，圖書(shū)號(hào)即國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)書(shū)號(hào)，簡(jiǎn)稱ISBN，圖書(shū)號(hào)和圖書(shū)編號(hào)不同，在一個(gè)庫(kù)里圖

96、書(shū)的圖書(shū)號(hào)可以有相同的。以下圖書(shū)書(shū)名、圖書(shū)作者、圖書(shū)出版社等的格式也都和圖書(shū)號(hào)類似。在圖書(shū)每一項(xiàng)信息前都加了標(biāo)示該項(xiàng)信息長(zhǎng)度的1個(gè)字節(jié)，之所以這樣做，是因?yàn)閳D書(shū)每一項(xiàng)信息占用的字節(jié)數(shù)一般都是不固定的。</p><p>　　當(dāng)往標(biāo)簽里寫(xiě)圖書(shū)信息的時(shí)候，圖書(shū)PC管理軟件負(fù)責(zé)把圖書(shū)各項(xiàng)信息封裝并按照上面的協(xié)議打包，再把數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制格式，然后通過(guò)異步通信串行口發(fā)送給圖書(shū)信息采集系統(tǒng)，即STC11F32XE微處理

97、器，微處理器通過(guò)中斷的方式從串口把接收到的數(shù)據(jù)放入到一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，由微處理器控制MFRC500把數(shù)據(jù)包從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中取出，再把數(shù)據(jù)包連續(xù)寫(xiě)入到電子標(biāo)簽的0～63塊中。</p><p>　　當(dāng)需要從標(biāo)簽里讀圖書(shū)信息的時(shí)候，圖書(shū)PC管理軟件把讀命令發(fā)給微處理器，微處理器首先讀出數(shù)據(jù)包中第一個(gè)字節(jié)，然后按照該字節(jié)內(nèi)容的大小從電子標(biāo)簽0～63塊中連續(xù)讀出規(guī)定的字節(jié)數(shù)，并發(fā)給圖書(shū)PC管理軟件。圖書(shū)信息采集系統(tǒng)是不負(fù)責(zé)數(shù)

98、據(jù)的打包和封裝的。</p><p>　　本課題中規(guī)定，上位機(jī)存儲(chǔ)圖書(shū)信息時(shí)攜帶每條記錄的長(zhǎng)度，并且存儲(chǔ)到標(biāo)簽中，這樣記錄的長(zhǎng)度可變，能夠動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)，不會(huì)因存儲(chǔ)內(nèi)容長(zhǎng)度的變化而產(chǎn)生溢出，也能適應(yīng)跨扇區(qū)的讀寫(xiě)，這就大大增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高適應(yīng)性。</p><p>　　4.2 MFRC500讀寫(xiě)模塊的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與調(diào)試</p><p>　　設(shè)計(jì)好硬件平臺(tái)之后，就需要設(shè)計(jì)系

99、統(tǒng)的軟件模塊。在軟件模塊設(shè)計(jì)中STC11F32單片機(jī)和MFRC500之間的模擬通信是最關(guān)鍵的一步，因?yàn)橹挥心軌蚝偷讓油ㄐ?，STC11F32才能進(jìn)一步通過(guò)控制MFRC500實(shí)現(xiàn)讀、寫(xiě)卡的基本操作。為了實(shí)現(xiàn)這一步，首先要弄清楚MFRC500的讀寫(xiě)時(shí)序。本設(shè)計(jì)采用的是獨(dú)立讀/寫(xiě)選通、復(fù)用地址總線的方式。</p><p>　　STC11F32單片機(jī)主要就是通過(guò)調(diào)這兩個(gè)最基本的函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)MFRC500進(jìn)行復(fù)雜的讀、寫(xiě)控制

100、的。采用模擬總線通信方式的最大好處就是用C語(yǔ)言寫(xiě)的代碼很容易移植到不支持總線擴(kuò)展的各種單片機(jī)上，增加了軟件模塊的可復(fù)用性和可移植性。</p><p>　　和底層通信的問(wèn)題解決了之后，就可以一步一步地編寫(xiě)調(diào)試各個(gè)軟件模塊，軟件設(shè)計(jì)的總體流程圖如圖4-1所示。系統(tǒng)上電之后首先要初始化STC單片機(jī)的I/O引腳和串行口，I/O設(shè)置主要是把STC單片機(jī)的特殊引腳如：EA、ALE、PSEN等定義為通用I/O，以便于和MFRC

101、500進(jìn)行模擬通信。之后就要進(jìn)行MFRC500的復(fù)位，在這里要延時(shí)足夠長(zhǎng)的時(shí)間以使MFRC500進(jìn)行可靠的復(fù)位，在復(fù)位階段中MFRC500的一些寄存器位由硬件預(yù)置。此外還要進(jìn)行和單片機(jī)接口的初始化。復(fù)位成功以后，還需要對(duì)MFRC500的各個(gè)寄存器進(jìn)行必要的配置。在LCD初始化完成后，LCD上將顯示系統(tǒng)的相關(guān)提示信息，然后等待用戶從串行口或按鍵輸入的命令，根據(jù)用戶輸入的命令進(jìn)行相應(yīng)的操作，把執(zhí)行操作的的結(jié)果在返回給用戶并在LCD上顯示出來(lái)

102、。</p><p>　　圖4-1件設(shè)計(jì)的總體流程圖</p><p>　　1.STC11F32XE系統(tǒng)初始化</p><p>　　應(yīng)用程序的正常運(yùn)行之前要對(duì)STC11F32XE進(jìn)行系統(tǒng)初始化。通常STC11F32XE系統(tǒng)初始化的工作有一段專門(mén)的系統(tǒng)初始化代碼來(lái)完成的，這段代碼一般稱為啟動(dòng)代碼，啟動(dòng)代碼是芯片復(fù)位后進(jìn)入C語(yǔ)言的main()函數(shù)前執(zhí)行的一段代碼，主要負(fù)責(zé)初

103、始化系統(tǒng)，為后面的程序提供運(yùn)行環(huán)境。</p><p>　　對(duì)于STC11F32XE芯片，系統(tǒng)初始化主要完成以下幾部分工作：中斷向量表初始化、定時(shí)/計(jì)數(shù)器初始化、設(shè)置各個(gè)端口等。</p><p>　　除了系統(tǒng)初始化之外，對(duì)串口的初始化也是必須的。在對(duì)串口進(jìn)行初始化之前，應(yīng)該首先詳細(xì)分析一下與串口初始化有關(guān)的重要寄存器。串口進(jìn)行初始化的主要工作分為：選擇串行通信引腳，設(shè)定通信波特率，設(shè)定通信幀

104、數(shù)據(jù)格式等。</p><p>　　在設(shè)定通信波特率和設(shè)定通信幀數(shù)據(jù)格式最為重要的寄存器是串行控制寄存器SCON。通過(guò)配置SCON來(lái)使能、禁止設(shè)定串口通信方式；設(shè)定通信幀數(shù)據(jù)格式，起始位、停止位、數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位的個(gè)數(shù)。</p><p>　　2. MFRC500系統(tǒng)初始化</p><p>　　S3C44B0X系統(tǒng)初始化完成之后就要對(duì)MFRC500芯片進(jìn)行系統(tǒng)初始化，

105、這主要包括對(duì)MFRC500復(fù)位、檢測(cè)并行接口并進(jìn)行正確的接口初始化，在MFRC500復(fù)位之后要進(jìn)行一些必須的內(nèi)部初始化，這包括配置發(fā)送器和接收器時(shí)鐘、選擇位解碼器的閥值、配置接收和發(fā)送的狀態(tài)、配置MFRC500的定時(shí)器等</p><p>　　4.3 MFRC500讀寫(xiě)模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　主函數(shù)一直在無(wú)限循環(huán)中，如果有上位以送數(shù)據(jù)，就可以通過(guò)串口接收緩沖區(qū)ReceiveBuffer

106、接收完了一包數(shù)據(jù)，然后它就從ReceiveBuffer緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)包，并檢查數(shù)據(jù)包中的長(zhǎng)度信息位是否為0，如果不是就一直接收，反之，停止接收。</p><p>　　整個(gè)程序是采用Keil 51開(kāi)發(fā)環(huán)境中的C語(yǔ)言進(jìn)行編程的，整個(gè)通信過(guò)程是通過(guò)多個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)的，要保證各函數(shù)的正確功能以及實(shí)現(xiàn)對(duì)MFRC500的正確控制，深刻理解MFRC500的內(nèi)部寄存器組和命令集是必需的。</p><p>　

107、　1、MFRC500的內(nèi)部寄存器組和命令集</p><p>　　MFRC500的內(nèi)部寄存器組是我們正確使用和控制MFRC500的主要部分，了解MFRC500的內(nèi)部寄存器組是軟件編程的基礎(chǔ)。MFRC500芯片的內(nèi)部寄存器按頁(yè)分配，并通過(guò)相應(yīng)尋址方法獲得地址。內(nèi)部寄存器按功能不同共分成8頁(yè)，每頁(yè)有8個(gè)寄存器，每頁(yè)的第一個(gè)寄存器稱為頁(yè)寄存器，用于選擇該寄存器頁(yè)。每個(gè)寄存器由8位組成，其位特性有四種：讀/寫(xiě)(R/W)、只