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1、基于单片机串口和SPI通信的速度测试系统设计与实现摘要磁卡是利用磁性载体记录英文与数字信息，用来识别身份或其它用途的卡片。磁 卡是一种卡片状的磁性记录介质，与各种读卡器配合作用，大体可分为三种卡片，分 别为PET卡和PVC卡以及纸卡，根据磁层结构的不同，也可分为全涂磁卡和磁条卡两 种。使用磁卡成为了人们生活中重要的一部分。因为磁卡的成本很低，易于使用，便 于管理，且具有很大的安全性质，所以磁卡的发展受到了世界各大公司甚至是各国政 府部门的大力支持，这便让磁卡的应用颇受关注。在人们生活的各个方而，打电话可 以使用磁卡，机票也可以使用磁卡等，值得一提的是几十年全能银行系统推广使用磁 卡普及率得到了
2、很大的发展。本文主要论述了磁头芯片生产测试时，利用磁头耦合的自动发波方式代替刷卡的 方案，磁条卡刷卡测速方案。通过分析刷卡波形，是用磁卡二进制F2F编码存储刷卡 波形，在同过耦合的方式使被测磁头接受到正常的刷卡波形，从而进行解码。本文叙 述的系统同时支持手动刷卡测量，并提供手动刷卡测速模块，可直观判断刷卡速度。关键词：磁条卡，单片机，红外传感器，发波The Design and Implementation of Speed TestSystem Based on Chip Serial and SPICommunicationAbstractMagnetic card is the use
3、of magnetic carrier recording English and digital information. Magnetic card is a magnetic recording medium card. Generally can be divided into the PET card, PVC card and the Paper card, according to the magnetic layer structure is different, it can be divided into the magnetic stripe card and coate
4、d magnetic card two.The use of magnetic cards has a long history. The card has the advantages of low cost, easy to use, easy to manage, and has a certain security features, so it has been the development of many famous companies in the world, especially the governments full support for dozens of yea
5、rs, the card application is very popular, in every aspect of national life. The phone can use the card, the plane ticket can use the card, and so on, it is worth mentioning that the banking system is widely used for decades the magnetic penetration rate has great development.The paper mainly discuss
6、es the head chip production test, using the coupling of the magnetic head automatic hair wave mode instead of a credit card, magnetic stripe CARDS speed. By analyzing swipe waveform, is to use binary F2F coding waveform storage card, magnetic card with coupled way to be accepted by a measuring head
7、normal charge waveform, thus decoding. The paper support manual charge measurement system at the same time, and provide a manual charge speed measuring module, can be intuitive judgment charge speed.Key words: Magnetic stripe CARDS, Microcontroller, Infrared sensor. The wave摘要IABSTRACTII第1章绪论11-1课题研
8、究背景与意义11丄1磁条卡简介11.1.2现有的磁卡解码技术21.2课题研究内容与方法31.3课题研究现状3第2章 关键技术介绍42.1红外反射式光耦合管42.2通讯方式42.3波形存储与转换4第3章系统需求分析63.1系统设计目标63.2系统功能需求63.3系统非功能需求63.4系统开发环境63.5技术可行性分析7第4章系统设计84.1系统设计指导原则84.2体系结构设计84.2.1系统整体架构84.2.2手刷方式94.2.3自动发波方式94.3硬件设计104.3.1电源电路1043.2单片机外围1143.3光耦电路1343.4显示模块1343.5波形整合模块144.3.6报警模块1443.
9、7通讯模块1543.8复位模块17第5章硬件整合185.1硬件原理图整合185.2 PCB 布局185.3投板焊接22第6章软件调试236.1波形分析236.2整体调试236.2.1刷卡波形处理236.2.2滤波效果测试25第7章结论26参考文献27致谢28第1章绪论1.1课题研究背景与意义正随着现代科学技术的飞速发展，计算机应用的广泛普及，人们对信息处理的速 度和能力的要求也不断提高。作为对信息的采集和输入实现自动化的自动识别技术， 近年来发展速度惊人。磁条卡在我国的应用逐年增多，今后将有更大的发展和广泛的 应用。磁条卡利用磁性载体记录英文与数字信息，用来标识身份或其它用途的一种卡片 状的磁
10、性记录介质，与各种读卡器配合作用。磁卡是利用磁性载体记录了一些信息， 用来标识身份或其它用途的卡片。磁卡使用方便，造价便宜，用途极为广泛，可用于制作信用卡、银行卡、地铁卡、 公交卡、门票卡、电话卡：电子游戏卡、车票、机票以及各种交通收费卡等。今天在 许多场合我们都会用到磁卡，如在食堂就餐，在商场购物，乘公共汽车，打电话，进 入管制区域等等，不一而足。1.1.1磁条卡简介磁条卡是磁记录介质卡片的一种。它由纸质涂覆塑料或耐高温、高强度的塑料制 成，能耐磨、防潮且有一定的柔韧性，携带方便、使用较为稳定可靠。通常磁卡的一而 印刷有说明提示性信息，如插卡方向：另一面则有磁层或磁条，具有2或3个磁道来 记
11、录相关数据信息。用磁卡识别技术以简化数据录入的应用，首先源于金融业，在银行存款现金的业 务计算机化管理后不久，即出现了账户卡，随着用户提款机(ATM, Automatic Teller Machine)的出现得到了广泛应用。尤其在欧美发达国家，大部分证卡均配以磁卡，以 利于检索之用。一般而言，磁卡上的磁带有3条磁道，分别为Trackl, Track2及Track3。每个磁 道都可以记录不同的信息，这些不同的数据信息可以有不同的应用。除此之外，还有 一些应用系统的磁条卡只使用了两个Track,甚至只有Track 1在实际应用的时候，可 以跟句自己的需求来确认具体使用单个磁道还是全部磁道。如图1所
12、示，该张磁卡符合国际标准化组织(ISO, International Organization for Standardization)和国际电工委员会(IEC, International Electrotechnical Commission) 及美国国家标准协会(ANSI, American National Standards Institute)标准定义的物理尺 寸的磁卡。定义这些尺寸涉及标准化的磁卡读写机器。因为如果你对磁卡上一磁道、 二磁道或者三磁道进行数据的编码时，其数据在磁条上的物理位置偏低或偏高了仅仅 几个mm,则这些已经编码的数据就会偏到了另外的磁道上了。其中磁卡上的每个
13、磁 道宽度基本相同，大约在0.11英寸上下，用于存放用户的数据信息；相邻两个Track 约有0.02英寸的空隙（Gap）,用于区分开临近的两个磁道；如果是应用三个磁道的磁 卡，整个磁条宽度在10.29亳米左右，如果是应用2 Track的磁卡，间距是在6.35亳 米左右。实际中我们所接触看到的各种磁条卡上的磁条宽度会加宽1到2mm,磁带总 宽度在12到13mm左右。1 t上 心，Y MV0KStartSWinrt图1-1磁卡在磁带上，记录三个磁道的有效数据的数据起始位置和数据终结位置不是在磁条 的边缘，是在磁条边缘向内缩减7.44mm的距离为数据起始位置（引导0区）：在磁条 边缘向内缩减6.93
14、mm为数据终止位置（尾随0区）：这些设计是为了保证磁卡上的数 据不会轻易丢失。因为磁条卡边缘上的磁条很容易被破坏，从而丢失磁记录信息。1-1.2现有的磁卡解码技术目前的磁卡，记录了一系列的采用F2F双向编码的二进制数据。这些数据包含卡 号和身份识别等信息，符合ISO7811标准编码规则。双相编码的原理如图1.2所示：在一个数据周期内，如果次信号没有变化，代表数 据0,否则变化1次代表数据为U磁卡上磁性介质通过周期单元内是否有刺激性变化 来代表数据0和数据1磁卡解码芯片可以识别磁条卡单元周期内磁极性有无变化所代 表的二进制比特流数据，今儿获取磁卡记录的信息。图1.2 F2F编码原理1.2课题研究
15、内容与方法本课题目的是为现有的刷卡测试平台提供速度测试以及一种磁卡解码磁头的自动 化测试方法，实现磁头生产的自动化测试。本课题是这样实现的：同过PC机控制单片 机，单片机控制DA芯片生成模拟刷卡波形，该波形是有一些列的F2F正弦波拼接而 成的模拟刷卡波形。模拟刷卡波形经过背靠背的磁头摆放方式耦合到待测解码磁头。 PC机同时可以监控待测磁头的解码结果。如此PC机可以发起一次刷卡命令然后监控 解码结果，从而完成解码磁头功能的测试。1.3课题研究现状目前传统的刷卡测试没有速度检测，并且通过手动刷卡来检测磁头功能的好坏， 这样效率低，人力投入较大，人为因素影响刷卡结果的现象也比较明显。第2章关键技术介
16、绍2.1红外反射式光耦合管反射式光电传感器有多重光源，常见的有红外式发光二极管，普通式发光二极管， 和激光式二极管，红外和普通光源容易受到外界光源干扰，而激光式二极管可以发出 很集中的光频，一般不会被干扰，但传感器只能接收很窄一段频率范围的光，而且价 格较贵。从理论上讲光电传感器只需要置于被测区域反射表面，就可以受到光的照射 且能被接收管接收到的范围就可以进行特性检测。但是这是一种理想化的结果，因为 光反射要受到很多因素影响，例如反射表而的光洁度、颜色、形状与日光灯照射等不 确定因素。如果直接使用接收和发射管测量，会由于干扰产而生错误的信号，使用对 反射光强度进行测量的方式可有效的提高系统的准
17、确性和可靠性。红外反射光强法的 测量原责是将发射信号经调制之后传送到红外发射管，光敏管负责接收被调制的红外 信号。2.2通讯方式串口通信的两种最基本的方式：同步串行通信方式和异步串行通信方式。同步串行通讯是指SPI (串行外设接口，Serial Peripheral interface)的缩写，顾名 思义就是串行外围设备接口。SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU 与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息，TRM450是SPI接口。异步串行 UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmilter).通用异步接收发 送。UART是一个并
18、行输入成为串行输出的芯片，通常集成在主板上。UART包含 TTL电平的串口和RS232电平的串口。TTL电平是3.3V的，而RS232是负逻辑电平， 它定义+5到+12V为低电平，而-12到-5V为高电平，MDS2710. MDSSD4、EL805等 是 RS232 接口，EL806 有 TTL 接口。2.3波形存储与转换目前的磁卡，记录了一系列的采用F2F双向编码的二进制数据。这些数据包含卡 号和身份识别等信息，符合ISO7811标准编码规则。在一个数据周期内，如果次信号 没有变化，代表数据0,否则变化1次代表数据为1。磁卡上磁性介质通过周期单元内 是否有刺激性变化来代表数据0和数据1-磁卡
19、解码芯片可以识别磁条卡单元周期内磁 极性有无变化所代表的二进制比特流数据，今儿获取磁卡记录的信息。数组在一些程序设的计中，为了方便处理，把类型相同的一些变量按照有序的形式列出，然后组织起来。这些按照一定顺序排列的相似数据的集合被称作数组。在C 语法中，数组属于一种构造数据类型。每个数组可分成多个数组元素，这些个数组元 素即可以是基本数据类型也可以使构造类型。所以按照数组元素类型的不同，数组又 可分为数值数组、字符数组、指针数组、结构数组等各种类别。所以我们在软件中通 过数组来把这写二进制数据存储下来。DAC转换器是一种将数字量转换成模拟量的器件，其特点是接收、保持和转换的 是数字信息，不存在随
20、温度和时间的漂移问题，因此电路的抗干扰性能较好。 DAC0832是8位分辨率的D/A转换集成芯片，它具有接口简单、价格低廉、以及容易 控制转换等特点。它由八位输入锁存器、八位DAC寄存器和八位D/A转换电路及可 转换的电路组成，能和CPU数据总线直接相连，属中速转换器，大约在lus内将一个 数字量转换成模拟量输岀。据对0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作 方式：单缓冲方式、双缓冲方式和直通方式。DAC0832引脚功能电路应用原理图DAC0832是采样率为8位的D/A转换芯片， 集成电路内部具有两级输入寄存器，因此DAC0832芯片具有直通、单缓冲和双缓冲
21、三 种输入方式，以便适用于各种电路的需要，例如，同步转换、要求多路进行D/A异步 输入等。所以这个芯片的应用很广泛，D/A的转换结果采用电流的输出形式。如果需 要相应的模拟电压的信号，可已输入高阻抗的线性运算放大器来实现。运放的反馈电 阻可以通过RFB端来引用片内的固有电阻，也可以外接一个电阻。DAC0832逻辑输入 满足TTL电平，可直接与TTL电路或微机电路连接。第3章系统需求分析3.1系统设计目标现在磁头加密解密芯片在生产检测中，使用的是手动刷卡塞选，需要把毎颗芯片 放入socket中在通过连接磁头和卡槽手动刷卡，最终査看解码结果是否正确来判断芯 片的优良，这种测试方案速度非常慢，而且需
22、要大量的人力，而且手动刷卡不稳定， 不能确定每一次刷卡姿势都是一样的，也不能确定每次刷卡的速度都是一致的。本设计目标是实现手动刷卡测速并显示和自动发波形刷卡的功能，使解码芯片能 正确解码，实现芯片塞选测试的自动化，同时也可手动刷卡进行抽检，从而大大的减 少人力物力的浪费。3.2系统功能需求根据需求调研结果确定本系统主要包括以下功能模块。（1）红外测速模块采用反射式光电管，三端输入，在电源输入端加上限流电阻， 在信号输出端加上拉电阻：（2）显示模块采用nokia5110模块，可清晰的打印出刷卡结果以及程序版本等信 息：（3）DAC0832波形整合模块与lm324跟随模块：（4）Uart通讯模块，
23、才用rs232电平转换芯片把PC的232电平转换成TTL电平， 与单片机通讯电平一致：（5）蜂鸣器报警模块。3.3系统非功能需求（1）性能手动刷卡时可正常解码，并在液晶屏上显示刷卡速度。自动发波时，能正确的把 方波波成正弦波，且相对的磁头可以接受到刷卡波形，最终解码芯片能正确的解出刷 卡信息并显示在液晶屏上。（2）成本硬件成本只有少数芯片，以及反射光耦和液晶显示屏，以及PCB投板焊接的费用。本款电路最大的特点是输出采用桥式结构，共同驱动一组线圏。这种结构相对双 线圈，成本比较低。3.4系统开发环境硬件环境：MH1601刷卡发波工装软件环境：keilCpVision4是一个运行于Windows平
24、台的整合开发环境，包扩代码编译、编译调试、 项目管理等各种功能。卩Vision4开发工具整合了宏（macro）编译器，代码链接器 （Linker/Locator）, HEX文件生成器等构件和C语言编译器（compiler）使用pVision4, 将显著的提高您的开发效率，加快您的开发进程。卩Vision4的特性：（1）整合了编译、汇编、连接等全套工具用于构建项目：（2）项目管理器为您创建/维护项目提供便利：（3）包含设备数据库，方便选拝配置不同的开发工具：（4）全功能的代码编辑器：（5）代码调试器的无缝集成，和高速CPU和辅助设备模拟器：（6）所有通过图形开发工具可以设置对话框：（7）搭配有F
25、lash编程烧录工具，可以将应用程序写入目标Flash ROM中：（8）配备先进的图形界面的调试系统，可用KeilTM ULINK调节器和硬件来调 试：3.5技术可行性分析本系统白动发波模式采用单片机发岀刷卡的方波，在送进DAC0832芯片进行滤波, 把方波变成正弦波，之后在通过一组运放来实现波形幅度频率的可调性。把通过运放 的波形送如磁头中，在耦合到被测磁头中，最终再解码，从而检测芯片的优良。手动 刷卡测试采用反射红外光耦测量，5110液晶显示，本系统无任何不稳定的模块，各个 模块均可实现。第4章系统设计4.1系统设计指导原则（1）先进性采用人工刷卡的方法测试磁头，效率低下，刷卡结果引入人为
26、因素，不利于磁头 的大批量生产测试采用该平台可自动刷卡可手动刷卡，手动刷卡测试实时可实现实时 测量刷卡速度，可以显示刷卡成功与否和刷卡速度，自动化，节省时间，提高产量和 产品质量。（2）可靠性及安全性速度测量使用近距离红外反射传感器，可最大限度减少外部光线对传感器的干扰。自动刷卡模式采用单片机控制DA芯片模拟生成F2F波形，然后通过运放降低波 形幅度调节到合适的值并且耦合输入到磁卡解码芯片中，解码结果上报PC机。PC控 制单片机的工作。采用可控滤波器，这种滤波器的截止频率和Q值受不同原件控制，且相互之间没 有影响，而且只用一个电路同时实现高通、低通、带通。可以采用数/模转换芯片代替 控制截止频
27、率的电阻，采用单片机控制DAC,从而达到控制截止频率的目的。4.2体系结构设计4.2.1系统整体架构该系统提供两种方式的测试，方式一为手动刷卡，方式二为自动发波刷卡。在手 动模式下，同过卡槽固定磁头，手动刷卡之后，磁头会产生对应的刷卡波形，磁头内 部的解码芯片会对该波形进行处理，最后得到刷卡波形的解码信息，再把解码信息传 输到单片机中，通过软件判断解码信息是否正确，3个磁道是否解码成功，最终把结果 显示在液晶屏上。在自动发波模式下，通过单片机产生刷卡解码后的数字讯号，通过DA芯片转换 成刷卡波形，在通过磁头耦合，替代手动刷卡。系统体系架构如图4.1所示。图4.1系统体系结构4.2.2手刷方式手
28、动刷卡时，磁头会产生一系列的磁卡信息的波形，通过解码芯片解码后把信息 传输给单片机，检测解码信息是否正确，来确认刷卡是否成功。在手刷的同时进行速 度监控，一边分别测试慢速、中速和快速的刷卡结果，最终把刷卡结果打印在现实屏 幕上。手动刷卡体系架构如图4.2所示。图4.2系统体系结构4.2.3自动发波方式自动刷卡方式采用单片机处理器+DA芯片生成刷卡波形，由运放跟随加强输出后 提供给信号源磁头，信号源磁头和待测试磁头背靠背将3个磁道接触对准，两个磁头 铁芯会形成耦合磁路。这样源磁头的信号会进入待测试磁头，待测试磁头接收到磁信 号后执行解码功能并将解码结果送测试工装，测试工装将解码结果上报给PC机，
29、从而 实现磁头生产测试的自动化。自动发波体系架构如图43所示。榻合信号糠撤头 般洩试腋头图4.3系统体系结构4.3硬件设计4.3.1电源电路7805三端稳压芯片，电子器件里常见的三端口芯片。有输出正电压的78系列和输 出负电压的79系列。三端口 IC是指这种集成稳压电路只有三条输出引脚，分别是输 出端、输入端和接地端。7805的样子像和普通的三极管一样用TO220的标准封装， 还有9013样子的TO-92封装。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电压模块所需要 的外围元器件很少，电路内部还有过热、过流及调整管等保护电路，使用起来方便、 可靠，而且价钱低廉。该系列集成稳压IC型号中的78或79
30、后而的数字代表该三端稳 压集成电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V, 7909表示输出电压为负9V。整流电路的输出电压不是纯粹的直流，从示波器观察整流电路的输出，与直流输 出相差很大，从波形中能看岀有较大的脉动成分（即纹波）。为了获得比较理想的直流 电压，就需要利用电容、电感之类的点抗性元器件组成的滤波电路来滤掉整流电路输 出电压中的纹波来获得理想的直流电压。常见的滤波电路有两种分别是RC和LC滤波电路，LC与RC滤波效果比较必须 考虑所要滤掉频带与电感值选择是否恰当。因为电感感抗大小与电感值和频率有关。 如果电源噪声频率较低，而电感值又不够大，这时滤波效果可能不如RC。但是，使用
31、RC滤波要付出代价是电阻本身会耗能，效率较差，且要注意所选电阻能承受功率。电感值的选择要考虑所想滤掉的噪声的频率，而且还需要计算电流瞬时反应能力。 如果LC输出端有瞬间输出大电流的可能，那么电感值取的太大会阻碍大电流经过此电 感的速度，增加噪声纹波。电容值则和所能容忍纹波噪声规范值大小有关。纹波噪声 值要求越小，电容值会较大。而电容ESR/ESL也会有影响。如图4.4所示，输入12V电源，用7805电源转换芯片，降压到5V,在通过低压 差线性稳压芯片SGM2020转换到3V3,使整个系统工作在3V3的电压下。由于7805 芯片稳压效果很好，输出直流点没有什么文波，所以我们第一级降压使用7805
32、o图4.4电源电路设计4.3.2单片机外围STC单片机是以51内核为主的系列单片机，STC单片机是由笙泉科技设计，国内 宏晶公司贴牌生产的，这个芯片设计的时候就吸取其它51系列单片很容易被解密的教 训，改进了加密机制。STC12系列单片机是宏晶科技设计生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速、 低功耗、超强干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8- 12倍。内部集成的FLASH寿命可达10万次，并且完全支持ISP和IAP功能。该系列 针对不同功能、电压、封装等的型号规格非常齐全。所有的STCll/lOxx系列单片机内 部都固化了宏晶科技的ISP程序，不需要并行
33、编程器，通过RS232串口就可以烧录用 户程序。但一些系统为了程序保密或者采用其他诸如RS485通讯或其他通讯方式的需 要，仍然需要自己编写ISP程序用于系统升级。在STCll/lOxx系列单片机中以IAP打 头的芯片型号，用户程序和数据FLASH是统一寻址，允许在用户程序中擦写 FLASH,因此可以编写自己的ISP程序。STC12系列单片机特点：（1）电压宽：（STC12 系列）5V54V1/3.7V, 3V62V4/2V1：（2）1个时钟1个机器周期，速度比普通8051快812倍，增强型8051内核：（3）带有低功耗模式：可利用任意一个外部中断来唤醒，可用下降沿/低电平和远 程唤醒，STC
34、12系列还可以通过内部专用掉电唤醒定时器进行唤醒）：（4）时钟：在ISP下载编程用户的程序时可设置，外部晶体或者内部RC振荡器 可选：（5）带有1 /2/4/8/12/16/32/48/60/62K字节片内的Flash存储器，擦写可达到10万 次以上；（6）2个16位定时器，兼容普通C8051的定时器T0/T1：（7）芯片内EEPROM功能，擦写次数10万次以上：（8）ISP/IAP,在系统和应用里可编程，不需要编程器或仿真器：（9）WDT硬件的看门狗；（10）1个独立波特率发生器（故无需T2做波特率发生器），缺省是T1做波特率发 生器：（11）有UART全双工异步串行口，与普通的8051兼容
35、，可以当两个串口来使用,可在P3与Pl串口之间任意切换）：（12）1280/512/256字节片内RAM数据存储器：（13）可编程的时钟输出，P3.4输出T0的时钟，P3.5输出T1的时钟，P1.0输出 BRT的时钟：（14）40货44个通用I/O,复位后为标准双向口或弱上拉（普通的8051传统的I/O）：（15）带有先进的指令集，兼容一般的8051指令集，还有硬件乘除法的指令；（16）工作频率在035MHz,相当于普通8051是0420MHz。可设置成四种模式：仅为输入/高阻，推挽/强上拉，准双向口/弱上拉，44/40管 脚的IC建议整个芯片不要超过100mA的电流，20/18/16管脚的I
36、C建议整个芯片不要 超过60mA的电流，开漏的每个I/O 口驱动能力都可达到20mAo工作环境是在3V3下的，所以我们才用STC12LE5A60S2芯片（3V3单片机），采 用11.0592M晶振，常规的单片机最小系统环境，使用10UF, 10K的上电复位。图4.5 为单片机外围电路。prmx.K1/D33U4SIO2LESK泌PQ5PQ6PQ7 RSTW16 NC3/W.1 ALRR15z = 9 华：,e t z，勺EZEE：EE&77xPUBPCMERCTNIRX XLK1 _9INRXLtAVEf-3 g3 一TV,M 3 n 黑心2 鄰STI. K-F3B罗-IrasIM08=22.
37、11S4M图4.5单片机外围电路相同之处，也是通过光电管将感受的器，从而测量出被测轴的转速上拉电阻。如图4.S为光耦测试图、433光羯痼 反射式测速传；max.oooK I 光変化转换为电信号变化但区别于透光式它是通过光的反射来得到脉冲信号的，通 常是将反光材料粘贴于被测轴的测量部位上构成反射面C常用的反射材料为专用测速反射纸带，也可用铝箔等反光材料代替，有时还可以在被测部位涂以白漆作为反射面,、投光器与反射面需适当配置，通常两者之间距离为5J.5M.当被测轴旋转时，光电元件接受脉动光照，并输岀相应的电信号送人电子计数采用反射式光电管，三端输入，在电源输入 端加成蔔阻信号输出端加上 max.b
38、ookl 预览与源文档一致下载高清无水印图4.6光耦测速4.3.4显示模块诺基亚5110液晶是诺基亚公司生产的5110, 6150, 6100等一系列手机液晶模块， 国内厂家也有类似的产品兼容。除了用于手机，产品可广泛应用于各种便携式设备的 显示系统。图4.7为显示模块，与其他类型的产品相比较，该模块包括以下特点：（1）使用串口与主处理器来进行通信，接口信号线的个数减少很多，包括电源和 地一用只有9条信号线。支持如MCS51的串口模式0、AVR单片机的SPI等串口协议, 最高传输速率可达4Mbps.可以全速写入显示数据，无需等待：（2）可显示4行汉字，是84x48的点阵LCD：（3）可以通过导
39、电胶连接模块与印制版连接，而不使用连接线，利用模块上金属 钩即可将模块固定到PCB上，所以安装和更换非常方便：（4）LCD的控制器和驱动器芯片已整合到LCD晶片上了，所以模块的体积小：（5）利用低电压来供电，正常显示时候的工作电流小雨200pA.而且还具备掉电 模式。图4.7显示模块4.3.5波形整合模块LM324系列器件带有差动输入的四运放。和单电源的标准运算放大器相比，四放 大器具有一些显著优点。该运放可以工作在最低3.0V或者最高32V的电源下，静态电 流值是MCI741静态电流值的五分之一左右。共模输入可输入负电源，因此解决了在 许多应用场合中需要使用外部偏置原件的问题。运放有5个引脚
40、输出，其中“ + ”、- ”两个为信号输入端，“V+”、“V-”两个为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号 输入端中，Vi-（-）为反相的输入端，说明运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相 反；Vi+ （+）为类似的输入端，表示运放输岀端的V。的信号和该输入端的相位相同。如上图所示，单片机控制DAC0832芯片来生成刷卡波形，生成的波形由电容C23和C24分别耦合输入到运放。调节电阻R16和R17的比例来控制信号输出幅度。最终 信号由端口 J12输岀给磁卡解码芯片。J11为单片机串口，可以接收PC机的命令发送 不同频率的模拟刷卡波，模拟快速或则慢速刷卡。刷卡波形经耦合磁头注入到待测试 磁头
41、。图4.8为发波模块图。ETQtfUIK nn r图4.8发波模块4.3.6报警模块（1）蜂鸣器的介绍 蜂鸣器的作用蜂鸣器是一种一体化的电子声学结构体，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、 电子玩具、复印机、报警器、电话机、定时器、汽车电子设备、打印机、等电子产品 的发声设备。 蜂鸣器的分类蜂鸣器主要有压电式蜂鸣器与电磁式蜂鸣器两种型号。 蜂鸣器的电路图形符号蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。（2）蜂鸣器的结构原理压电式蜂鸣器主要是由多谐振荡器、压电阻抗匹配单元和音箱、壳牌、压电蜂 鸣器的结合也装有发光二极管（led）。晶体管或集成电路组成的多
42、谐振荡器。当打开电 源后（1.515 v直流电压），多谐振荡器振动、1.52.5kHZ的输出音頻信号，阻抗匹 配器驱动压电蜂鸣器的声音。倍钛酸铅压电蜂鸣器或從镁酸铅压电陶瓷材料。两岸的 陶瓷片镀银电极极化和时效处理后，用铜或不锈钢片再次在一起。电磁式蜂鸣器由振动膜、磁铁、电磁线圈、振荡器片和外壳等组成。上电之后, 振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线 圈和磁铁的相互作用下，周期性的振动发声。图4.9发波模块4.3.7通讯模块RSV85RS-232、RS-422与都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会(EIA. Electronic Industrie
43、s Association)制订并发布的，RS-232 在 1962 年发布,命名 为EIA-232-E,作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。RS-422由RS-232发 展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、速率低的 缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到iOMb/s,传输距离延长到 4000英尺(速率低于lOOkb/s时)，并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。 RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIAV22-A 标准。为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定
44、了 RS-485标准，增加了双向、多点通信能力，就是允许多个发送器连接到同一总线上，也增加了发送器的 冲突保护特性和驱动能力，扩大了总线共模的范围，最终命名为TIA/ELV485-A标准。 由于EIA提岀的建议标准都是以RS作为前标，因此在通讯工业的领域里，依旧习惯 将上述标准以RS作为前标。RSV85、RS-232与RSV22标准仅对接口的电气特性做出规则，而不涉及协议、 电缆或接插件，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。因此在视频界的应用, 许多厂家都建立了一套高层通信协议，或公开或厂家独家使用。如相机、录像机厂的Sony与松下对DV的RS-422控制协议是有所不同，而视频服务器上的
45、控制协议就更 多了，像Louth、Odetis等协议是公开的，而ProLINK协议是基于Profile 的。RS- 232. RS-422与RS-485的由来。现在RS-232是计算机和通信工业当中使用最多的一 种串行接口。RS-232是一种在低速率的串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232 使用不平衡传输的方式，即所谓的单端通讯。下图4.10为通讯模块。图4.10通讯模块使用232串口芯片调整计算机232电平与单片机串口通讯电平一致，本系统需要 连接两组串口，有效利用芯片资源。串口 1用于加密磁头SPI通讯，以单片机1为主 机解码芯片为从机于PC端口进行通讯。串口 2连接单片机1,用于
46、磁头芯片解码信息 通过uart方式传输到PC端。表4.1为DB9接口介绍。表4.1 DB9接口介绍9针RS-232串口 (DB9)引脚简写功能说明1CD载波侦测(Carrier Detect)2RXD投收数据(Receive)3TXD发送数据(Transmit)4DTR数据终端准备(Data Terminal Ready)5GND地线(Ground)6DSR数据准备好(Data Set Ready)7RTS请求发送(Request To Send)8CTS清除发送(Clear To Send)9RI展铃指示(Ring Indicator)4.3.8复位模块使用场效应管的导通特性实现的磁头芯片电
47、源电路可控电路，也可使用单片机的I/O进行复位控制。图4.11为复位模块。图4.11复位模块第5章硬件整合5.1硬件原理图整合组合各个模块分配单片机I/O资源，补充一些调试资源，例如：LED指示灯等。本系统原理包含12V到5V到3V3的电源稳压模块，MAX232电平转换串口芯片模块,三种磁头接口，磁头芯片复位模块。图5.1介绍了完整系统的原理图。跆二g-hiHl.J图5.1完整系统原理图5.2 PCB布局(1)布局在设计中，布局是一个重要的环节。布局的好坏将直接影响布线的效果，因此可 以这样认为，合理布局是PCB设计迈向成功的第一步。布局的方式有两种，第一种是交互式布局，第二种是自动布局。一般选用自动布 局方式后，以此为基础再加上交互布局作为调整。在布局时，还可以根据布线的实际 状况对门电路进行二次分配，将两个门电路进行互换，这样可以在便于布线的方式上 得到了最佳布局。布局完毕后，还可以对设计文件和有关的信息