（二）方案论证与选 1．键盘模块的选择
键盘的作用有两个，其一输入数据，比如：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9这些数字。其二是功能操作，比如：数据的输入输出，功能设置。基于此，有很多种方案实现这一操作。
方案一、采用直接式独立按键操作。这种方案的操作过程，就是直接从单片机I/O口引出通上拉电阻，接一按键，当按键按下时，单片机该端口为“0”，单片机通过对此端口逻辑“0”判断，来完成按键的识别，达到数据的输入，功能的实现。从这一过程可知，完成任务需要单片机很多I/O口，花费了很多CPU资源，此种方案不可取。
方案二、矩阵键盘。矩阵键盘，这里采用4X4矩阵键盘，一共有16组情况，实现的方法也是利用单片机的I/O口，通过上拉电阻相接，4X4正好用到了单片机一个端口。采用这种方案既节约资源又方便，而且能够满足本设计的需要。
综上所述，在本设计中我们采用方案二。 2、显示电路模块的选择
显示电路的主要任务是反应出操作结果和相关商口的信息。根据此，有四种方案可完成这一工作。
方案一：可用七段共阳极LED数码显示，将商口名称、单价等显示出来，可以完成，将多个LED数码管的段选线相应并联在一起，由一个8位I/O口控制，而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O口线控制，实现各位的分时选通，这就是动态扫描显示方式，采用动太扫描显示方式，每一位LED的选通时间为1-2ms。这个时间不能太短，因为发光二极管从导通到发光有一定的延时，导通时间太短,发光二极管从导通到发光太弱人眼无法看清,但这个时间也不能太长,否则占用CPU时间太长,由于人眼有视觉暂留现象,只要每一位显示时间足够短,就能够造成多位同时显示的假象,每一位显示的时间间隔不能超过20ms,若时间表间隔太长,就会造成闪烁现象,采用动态扫描方式,可降低功率消耗。此系统，所需数码管较多，操作麻烦，并且不直观，当然其发光数码管价格较便宜。在本系统中，此方案不可取。
方案二：用LED数码管矩阵方式显示。这种方案的显示的原理和方案一都
差不多，用16X16点阵排列，将字型分成上下两个半部，上半部16列，每列用一个字节表示（8个点），下半部也是16列，每列也用一个字节表示（8个点），因此，每个字需要32个字节来表示。当然这样就可以显示汉字，但是和单片机相连较为复杂，本系统要许多块这样的16X16点阵，同时这种LED点阵方式显示，造价较高，作为本电路，也是不可取。
方案三：采用带中文字库的LCD液晶显示器来完成显示，128×64这种显示器作为本系统设计，当然最好。便考虑到系统成本的问题，带中文字库的LCD一般都比较贵，采用这种方案，势必会增加设计成本。本设计也不采用这种方案。 方案四、采用两行字符型显示器。这种显示器，用英文显示相关信息，操作方便，价格又适中，作为本设计是最合适不过。
因此，结合上述方案，在本设计中，我们采用两行字符型1602显示器。 3、存储器电路模块的选择
存储器的作用在本设计中主要起到基本商品信息的存储，和最后商品的出入信息的存贮。完成这一项工作方案也是多种多样的。下面将一一介绍。
方案一、用紫外线存储器ROM，这个操作不太方便，同时本系统中的数据是不断变化的，因此这种方案不可取。
方案二、可以用海量存贮器来完成，当然这个是完全可行的，可经进行在系统写，掉电后信息也不会掉失。它具有低功耗、大容量、擦写速度快、可整片或分扇区在系统中编程、擦除等特点。并且可由内部嵌入的算法完成对芯片的操作，因而在各种嵌入式系统中得到了广泛的应用。作为一种非易失性存储器，它在系统中通常用存放程序代码、常量表用一些在系统掉电后需要保存的数据。这种存贮器当然很好，但是，价格较贵，同时和本系统中的单片机也不容易实现接口，因为数据线和地址较复杂。
方案三、采用串行铁叫存贮器。可在系统读写，掉电可保存数据，用I2C总线进行操作，因此需用的单片机端口较少，占用CPU资源较少，同时价格也不贵，唯一不足之处就是存贮器量没有海量存贮器大。
根据上述三种方案，我们兼顾价格，容量和可操作性，选用第三种方案，也就是用串行E2ROM。
4．IC卡的选择
与接触式IC卡相比较,非接触式卡具有以下优点:
⑴可靠性高非接触式IC卡与读写器之间无机械接触，避免了由于接触读写而产生的各种故障。例如:由于粗暴插卡，非卡外物插入，灰尘或油污导致接触不良造成的故障。 此外,非接触式卡表面无裸露芯片，无须担心芯片脱落，静电击穿，弯曲损坏等问题，既便于卡片印刷，又提高了卡片的使用可靠性。⑵操作方便由于非接触通讯，读写器在10CM范围内就可以对卡片操作，所以不必插拨卡，非常方便用户使用。非接触式卡使用时没有方向性，卡片可以在任意方向掠过读写器表面，既可完成操作，这大大提高了每次使用的速度。⑶防冲突非接触式卡中有快速防冲突机制,能防止卡片之间出现数据干扰，因此，读写器可以“同时”处理多张非接触式IC卡。这提高了应用的并行性，,无形中提高系统工作速度。⑷可以适合于多种应用非接触式卡的序列号是唯一的，制造厂家在产品出厂前已将此序列号固化,不可再更改。非接触式卡与读写器之间采用双向验证机制，即读写器验证IC卡的合法性，同时IC卡也验证读写器的合法性。非接触式卡在处理前要与读写器之间进行三次相互认证，而且在通讯过程中所有的数据都加密。此外，卡中各个扇区都有自己的操作密码和访问条件。接触式卡的存储器结构特点使它一卡多用，能运用于不同系统，用户可根据不同的应用设定不同的密码和访问条件。⑸加密性能好非接触式IC卡由IC芯片， 感应天线组成， 并完全密封在一个标准PVC卡片中， 无外露部分。非接触式IC卡的读写过程， 通常由非接触型IC卡与读写器之间通过无线电波来完成读写操作。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。因此，在公交、门禁、校园、企事业等人事管理、娱乐场所等方面有广泛的应用前景。目前我国引进的射频 IC卡主要有PHILIPS公司的Mifare和ATMEL公司的Temic卡。本设计采用Mifare卡来实现城市公交自动售票IC卡读写器。
（三）工作原理
非接触式IC 卡读写器以射频识别技术为核心，读写器内主要使用了1片Mifare卡专用的读写处理芯片--MMM微模块。它是一个小型的最大操作距离达20～30mm的Mifare读/写设备的核心器件，其功能包括调制、解调 频信号、安全管理和防碰撞机制。内部结构分为射频区和接口区：射频区内含调制解调器和电源供电电路，直接与天线连接；接口区有与单片机相连的端口，还具有与射频区相连的收/发器、16字节的数据缓冲器、存放64对传输密钥的ROM、存放3套密钥的只写存储器以及进行三次证实和数据加密的密码机、防碰撞处理的防碰撞模块和控制单元。这是与射频卡实现无线通信的核心模块，也是读写器读写Mifare卡的关键接口芯片。读写器工作时，不断地向外发出一组固定频率的电磁波（13.6MHz），当有卡靠近时，卡片内有一个LG串联谐振电路，其频率与读写器的发射频率相同，这样在电磁波的激励下，LG谐振电路产生共振，从而使电容充电有了电荷。在这个电容另一端，接有一个单向导电的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储。当电容器充电达到2V时，此电容就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发出的数据与保存。
三、 系统硬件电路设计
本系统由六部分组成：单片机、键盘处理电路、显示器电路、存储器电路、非接触式IC卡等。下面将着重讨论前面五部分电路的设计过程。 （一）单片机及其外围电路设计
微处理电路采用AEMEL公司的单片机，价格便宜、功能齐全、可靠性高、使用普遍。AT89C51单片机是ATMEL公司8位单片机系列产品之一，是一种40引脚双列直插式芯片。AT89C51有4K FLASH；128字节RAM；32条I/O引线；2个16位定时器/计数器；一个5向量2级中断结构；一个全双工串行口；一个片内震荡器和时钟电路。此外，AT89C51是用可降到0频率的静态逻辑操作设计的，并支持两种可选的软件节能工作方式。空闲方式停止CPU工作，但允许RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统继续工作。掉点方式保持RAM内容，但振荡器停止工作，并禁止所有其他部件的工作直到下一个硬件复位。它含有4KB可反复烧录及擦除内存和128字节的RAM，有32条可编程控制的I/O
线，5个中断源，指令与MCS-51系列完全兼容。选用它作为核心控制新片，可使电路极大地简化，而且程序的编写及固化也相当方便、灵活。本系统设计电路图2所示。
图2 单片机电路图
如图2所示,P0口为LCD的八根数据总线，P2.5、P2.6、P2.7三根线为LCD的读写控制线和使能端。P3.6、P3.7为存贮器的两根总线，主要用于数据的读取与存贮。P1口为矩阵键盘列线与行线的接口，实现4X4键盘，完成相关的工能操作，比如说，数字的输入，功能操作等。XTAL1和XTAL2口接外部晶体振荡器，保证单片机内部各部分有序的工作。P3.0、P3.1口接串行端口，分别作串行数据的接收端和发送端。RST与Vss之间连接一个下拉电阻，与Vcc之间连接一个电容，目的是保证可靠的复位。