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2.5.2系统硬件设计
首先，从微控制器部分开始。在本文中选用AT89S51型单片机作为主控制部分。AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51还具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器（ROM），128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，32个外部双向输入／输出(I／o)口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，片内时钟振荡器。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。阅读器与标签通讯是有时间限制的，而AT89S51片外最高晶震频率为33MHz，能大大缩短每条指令的运行时间。同时AT89S51芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品间的需求。
图2.7给出了作为主控制(MCU)部分的AT89S51单片机的电路原理图。通过单片机控制整个系统工作，实现寻卡、读卡、显示等功能，并且通过AT89S51与MF RC500、MAX232、看门狗等其他部件的主要器件相连接，构成了应答器中的主要成分。
图2.7 MCU部分电路原理图
其次，在读卡器的RFID芯片上选择MF RC500芯片。MF RC500型读卡器是应用于13.56 MHz非接触式通信的高集成读卡IC系列中的一员。该读卡IC系列利用了先进的调制和解调概念。MF RC500支持IS014443A所有的层。内部的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动近操作距离的天线(可达100 mm)；接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于IS014443兼容的应答器信号；数字部分处理IS014443A帧和错误检测(奇偶&CRC)。此外，它还支持快速CRYPTOI加密算法，用于验证Mifare系列产品。方便地并行接口可直接连接到任何8位微处理器。给读卡器的设计提供了极大的灵活性。MF RC500可方便的用于公共交通终端、手持终端、板上单元、非接触式PC终端、计量等多种场合。
MF RC500的外部接口包括数据总线、地址总线、控制总线(包含读写信号和中断等)和电源等。MF RC500的并行微控制器接口自动检测连接的8位并行接口的类型。它包含一个易用的双向FIFO缓冲区和一个可配置的中断输出，为连接各种MCU提供了很大的灵活性。即使采用成本非常低的器件也能满足各项通信的要求。数据处理部分执行数据的并行——串行转换。支持的帧包括CRC和奇偶校验。MF RC500以完全透明的模式进行操作。接收器可以检测到并解码非常弱的应答信号。MF RC500芯片如下图2.8所示：
图2.8 MF RC500芯片图
图2.9是基于AT89S51和MF RC500的RFID读卡器的系统结构框图：
图2.9 基于AT89S51和MF RC500的RFID读卡器的系统结构框图
而在上图中所示的MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路，使用+5v单电源供电。
MAX232内部结构基本可分为以下三个部分：
（1）第一部分是电荷泵电路。由l、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要；
（2）第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚(R1IN)、12脚(R1OUT)、11脚(T1IN)、14脚(T1OUT)为第一数据通道。8脚(R2IN)、9脚(R2OUT)、10脚(T2IN)、7脚(T2OUT)为第二数据通道。