基于avr单片机的食堂ic卡售饭机系统硬件设计

基于avr单片机的食堂ic卡售饭机系统硬件设计内容摘要：

A T 9 0 S 8 5 3 5I C 卡 接 口复 位 电 路键 盘 显 示 驱 动 键 盘前 端 显 示 屏后 端 显 示 屏 图 系统框图 本课题研究的重点及难点 a. 掌握 AT90s8535 单片机各个引脚功能和主要结构以及它的使用方法。 b. 认真分析研究对象， 主要掌握并学会运用 SLE4442 卡的读写功能。 c. 根据实际情况，对 SLE4442 卡中的内容进行修改，便于实现充值管理。 d. 研究其显示功能，并使系统具有自动警告并在液晶显示器上显示相关信息的能力。 e. 熟悉 AT90s8535 的硬件及外围电路，学习并掌握语言程序编写方法。 f. 对 SLE4442 卡系统进行硬件电路设计，用相关软件画出电路图，模拟仿真。 g. 做出实物，实践、安装，进行调试，完成毕业设计论文。 系统功能说明 随着计算机技术的不断发展 ,将计算机技术用于食堂餐饮业管理成为可能。 IC 卡食堂售饭机的使用 ， 将一改食堂传统的手工管理的状况 ， 使食堂走上现代化、高效化的道路。 IC 卡食堂售饭机适用于就餐人数密集的食堂微机收费系统 ，西安工业大学北方信息工程学院 毕业设计（ 论文） 4 从根本上解决了餐券流通过程中的伪造、丢失、病菌交叉感染等一系列弊端 ， 节约了食堂管理过程中的大量人力、财力。 作为一种高科技产品 IC 卡食堂售饭机采用先进的单片机技术与大规模集成电路技术及 IC 卡技术相结合具有技术先进、功能丰富、使用安全可靠、操作简单灵活、外型美观大方、安装方便等优点。 食堂 IC 卡售饭机作为食堂收费终端，根据实际使用环境，应具有如下功能特点，以适用不同阶段的数据处理。 本食堂管理系统所要完成的功能如下： a. 就餐阶段 就餐阶段即正常使用阶段。 在 IC 卡插入售饭机后，系统能读出 IC 卡里面预先存储的金额，并能在面对就餐者和售饭员两方面双屏进行显示。 售饭员利用键盘输入就餐者选定的食物的金额，售饭机自动用卡中的金额减去应付金额， 操作完成后屏幕显示应付金额以及卡中的余额。 如果就餐者卡中的余额小于预先设定的金额，售饭机则给出报警音，提示就餐卡余额不足需要进行充值。 食堂售饭窗口不具备为卡充值的功能，就餐者必须到指定的地方进行充值。 如果就餐卡出现故障，售饭机给出报警音，提示就餐者需要修卡，食堂售饭窗口不具备对卡进行修复的功能，就餐者必须到指定的地方修复。 如果修复失败，就餐者只有到充值窗口重新办理就餐卡。 b. 充值阶段 在充值阶段， IC 卡售饭机读出卡里面的余额，就餐者在充值窗口交纳一定的金额后，由工作人员通过键盘输入次此充值金额，售 饭机自动将此次充值金额加入卡中。 操作完成后，屏幕显示充值后卡中的余额。 c. 初始化阶段 初始化阶段是为卡的发行做准备。 在此阶段，工作人员通过键盘进行就餐卡的初始化工作。 此阶段的主要任务是写入用户群号和初始金额。 只有经过初始化之后，就餐卡方能发行。 d. 修复阶段 此阶段对损坏的就餐卡进行修复。 如果修复失败，售饭机给出报警声，就餐者只有重新办理就餐卡 [2]。 2 设备选型 5 2 设备选型 单片机选型 AVR 单片机 简介 AVR单片机及是一款基于 RISC指令的 8位单片机。 RISC(Reduced Instruction Set puter， 精简指令集计算机 )是 20 世纪 90 年代开发出来的， 综合了半导体集成技术和软件技术性能的新型微处理器架构。 RISC 相对于 CISC(Complex Indtruction set Computer， 复杂指令集计算机 )而言的。 RISC 通过优选使用频率最高的简单指令避免复杂指令采用固定指令长度减少指令格式和寻址方式等方法来缩短指令周期，挺高处理器的运算速度。 采用这种 RSIC 结构，使得 AVR 系列的单片机具备 1MIPS/MHz 的高速处理能力。 AVR 单片机的快速存取寄存器文件由 32 个通用寄存器组成。 这 32 个通用寄存器全部直接与运算逻辑单元 (ALU)相连，每一个寄存区都可以代替累加器工作。 这使得处理器可以在执行当前指令时取出要执行的下一条指令，从而避免了传统的累加器结构造成的累加器和存储器之间的数据传输瓶颈效应，挺高了系统性能。 在传统 的 CISC结构中，单片机外部震荡的时钟被分频降低到内部执行周期。 AVR 单片机没有对外部时钟分频，它用一个时钟周期来执行一条指令。 AVR 单片机采用哈佛总线结构，程序存储器和数据存储器是分开的。 微处理器直接访问全部程序存储器和数据存储器。 Atmel 公司将高密度、非易失性性存储器技术运用在了 AVR 单片机上面，使得 AVR 单片机都具有 ISP(In Systern Programming， 系统内编程 )的功能。 即使在程序运行时，也可以对系统进行重新编程。 Atmel公司在 AVR高端产品 ATmega系列的部分单片机中还集 成了在线调试单元，通过 JTAG 即可实习在线调试和程序下载功能。 这使得 AVR 单片机成为一种能满足多种需求的高灵活性和低成本的高速微处理器。 AVR 单片机除了支持汇编语言编程外，还支持 C 和 Basic 等高等语言编程。 采用高级语言对系统进行开发，是单片机应用发展的一个趋势。 采用高级语言编程能有效的进行系统的开发和程序的移植 [3]。 AT90s8535 单片机特点 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 6 AT90s8535单片机是 AT90系列 AVR单片机中内部接口丰富功能齐全性价比较高的产品。 它具有如下特点： a. AVR RISC 结构 (1) AVR 高性能低功耗 RISC 结构 (2) 118 条指令构成的精简指令集，大多数为单指令周期 (3) 32 个 8 位通用寄存器 (4) 工作在 8MHz时具有 8MIPS 的性能 b. 数据和非易失性程序存储器 (1) 8KB 的在线可编程 FLASH 存储器，可擦写 1000 次以上 (2) 512B 的 SRAM (3) 512B 的在线可编程 EEPROM, 可擦写 100000 次 (4) 程序加密位 c. 外围器件特点 (1) 两个可预分频的 8 位定时器计数器 (T/C0、 T/C2)，其中 T/C2 具有输出比较和 PWM 功能 (2) 一个可预分频 16 位定时据暑期 (T/C1)， T/C1 具有输入捕获 、输出比较和 PWM 功能 (3) 片内模拟比较器 (4) 可编程的看门狗定时器 (5) 8 通道 10 位 ADC (6) 2 通道 10 位和 1 通道 8 位 PWM 脉冲调制输出，可作 D/A 转换器 (7) SPI 同步接口 (8) 全双工 UART d. MCU 特点 (1) 上电复位电路 (2) 具有计数功能有独立振荡器的实时时钟 RTC (3) 低功耗空闲省电和掉电模式 (4) 16 种中断源，每种中断源具有一个独立的中端向量作为相应的中端入口地址 IC 卡选型 智能 IC 卡的简介 随着社会的进步和现代化程度的不断提高 ，人类所拥有的信息种类和数量都在成倍增加，人们每天都要处理许多与个人有关的信息，如购物、打电话、交水西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 7 费、电费、到银行存款取款等。 这样就需要携带多种票证、现金、单据，给人们带来极大的不便和不安全感。 于是， 人们开始寻求一种具有支付、查询、密码查验等多功能及携带方便、安全可靠的 “ 卡 ”。 IC 卡就是随着计算机技术、微电子技术和信息化技术的发展应运而生的一种现代社会重要的信息载体和交易工具。 1972 年 ， 法国人罗兰 莫雷诺 (Roland Moreno)第一次将可进行编程设置的 IC 芯片放在卡片中 ， 使卡片具有了存储、加密 及数据处理能力等功能。 IC 卡又称集成电路卡 (Integrated Circuit Card)或叫智能卡 Smart Card， 它是将集成电路芯片镶嵌于塑料基片之中 并被封装成卡片的形式，其外形与普通信用卡完全相同， 尺寸大小符合 ISO7816 标准。 IC 卡具有突出的 3S 特点 ， 即 Standard(国际标准化 )、Smart(灵巧智能化 )和 Security(安全性 )。 因而发展迅速 被广泛地应用于移动数据计算场合， 如医疗卫生、保险、金融、交通、电信、国防以及日常生活等各个领域。 IC 卡不仅改进了现有多种卡的使用方法和功能作用 ， 它还不断开创新的应用领域。 虽然 IC 卡本身并不创造任何价值 ， 但是 ， 如果将 IC 卡和其它设备组成系统就能够提供非常丰富的服务功能。 把这些功能与生产或流通领域有机地结合起来 ，将出现令人意想不到的奇迹， 创造出巨大的经济和社会效益。 而我国的金融和非金融产业部门都已经认识到发展 IC 卡产业对加速我国国民经济信息化的重大作用。 因此 与国外有关公司合作引进制卡、读卡设备及应用的先进技术 成立了有关集团、公司以加速我国 IC 卡的应用和发展。 我国的 “金卡工程 ”其目的也在于推广 IC 卡 ，使其逐步成为各个行业的通用信息载体。 在当今社会，作为包括微电子技术的一种成熟的高科技产品， IC 卡提高了人们生活和工作的现代化程度 ， 已成为一个国家科技发展水平 的标志之一。 国际上不少国家由于受到当时历史条件和技术发展的限制，都是先发展磁卡，其中大多数国家磁卡已经发展得相当普遍， 拥有数量庞大的磁卡应用设备 ， 若要将其完全改造成 IC 卡读写设备将是相当困难的。 IC 卡可以最有效地杜绝恶性透支 便于正常用款、存款，其内部有各种安全措施，可免除伪造，它无须计算机网络的实时支持，可脱机作业，还可以实现一卡多用。 近年来 ，由于计算机技术、微电子技术、信息化网络技术的飞速发展， 促使 IC 卡向着多品种高层次方向发展 ，应用领域也不断扩展， IC卡市场不断拓宽 ， 市场竞争更加激烈。 纵观 IC 卡市场 ，规模不断扩大， 销售量大幅度增加。 由于采用了当今最先进的半导体制造技术和信息安全技术 ， IC 卡相对于其它种类的卡具有以下四大特点 (1)存储容量大 ， 内部有 RAM、 ROM、EEPROM 等存储器 ， 使得卡上可存储文字、声音、 图形、图像等各种信息。 (2)体积小 、重量轻、抗干扰能力强、便于携带、易于使用。 (3)安全性高 ， IC 卡从硬件和软件等几个方面实施其安全策略 ，可控制卡内不同区域的存取特性。 (4)对网络要求不高 ， IC 卡的安全可靠性使其在应用中对计算机网络的实时性、敏西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 8 感性要求降低。 综合上述考虑，本系统选用 AVR 单片机 AT90S8535 为控制智能卡的核心，详细电路设计见硬件设计部分 [4]。 根据 IC 卡的读写特点 分类 a. 接触型 IC 卡 接触型 IC 卡的表面 有 6 个或 8 个金属 触点， IC 卡插入读写器内后，在微 处理器的控制下完成可是的读写操作。 b. 射频卡 射频卡没有金属触点，而是在卡内置有天线和射频卡处在读写卡器一定距离内时，读写卡器通过发射射频信号对卡进行读写操作。 根据 IC 卡的内部结构 分类 a. 存储卡 存储卡的存储单元一般为电可擦除的存储器 EEPROM。 存储卡的容量从几十字节到几干字节不等。 这类卡具有操作简单、读写速度快、信息存储时间长等优点。 如 Atmel 公司 AT24C01 卡，具有 128B(1Kbit)，典型擦写寿命 10 万次，数据保存时间 100 年。 这类卡不具备加密功能 ，存储的数据可以很容易地被读出，因而卡内信息的安全性较差，常常用于对安全性能不高的场合，如门禁卡、身份识别卡 等。 b. 逻辑加密卡 逻辑加密卡内设有硬件逻辑加密电路，只有在输入密码正确后才能进行数据的改写，否则数据只能被读出。 而且输入的错误密码达到规定的次数后， IC 卡自 动死锁报废，因而这种卡的安全性能很高。 常见的如两门子的 SLE4442 卡，如果连续三次输入密码错误，卡微就报废。 这种卡常常用于对信息保密性较高的领域，非常适合于涉及到金融等方面的应用。 c. CPU 卡 CPU卡内 集成了中 央处理器、程序存储器 ROM数据存储器 RAM，有的 CPU卡的 ROM 中还潜入了操作系统 COS(Chip Operation System)。 由于集成了中央处理器，这种卡具有强大的数据处理能力，能够根据外界的指令对数据进行处理，而且通过内置的程序可以对数据按照一定的算法进行高度的加密，故而信息非常的保密。 这才是真正的所谓 “ 智能卡 ”。 这种卡常用作证件卡和信用卡。 根据 IC卡的特点和实际的使用环境，这里所选择 IC 卡应该满足如下的条件： (1) IC 卡工作温度在 20℃ ～ 60℃ 之间 (2) IC 卡工作电压在 5V～ 12V 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 9 (3) IC 卡内的存储器适合本设计所设计的数据存储 (4) IC 卡内有一定的保密性以防非法复制 (5) IC 卡成本应该控制在一定范围内 综合上述考虑，本系统选用西门子 SLE4442 逻辑加密型 IC 卡进行数据的存储和身份识别。 详细电路设计见硬件设计部分 [5]。 键盘 选型 独立型按。