基于ZLG500的智能卡門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 讀寫模塊ZLG500簡(jiǎn)介
1．1 ZLG500與MCU的接口原理
ZLG500模塊采用Philips公司最新的高集成ISO14443讀卡芯片MF RC500，它能讀寫RC500內(nèi)EEPROM，提供三線制SPI接口，并具有控制線輸出端口，能與任何MCU連接。ZLG500與MCS51單片機(jī)的接口原理圖如圖1所示。此外該模塊的EMC性能優(yōu)良，并且自帶無源蜂鳴器信號(hào)輸出，能用軟件控制其輸出頻率及輸出持續(xù)時(shí)間。

圖中SCLK、SDATA、SS為ZLG500與MCU相連接的控制線，分別為時(shí)鐘線、數(shù)據(jù)線和片選。主控制器的MCU和讀卡模塊內(nèi)的MCU通過此三線相連。接口空閑時(shí)，主機(jī)的SS=1，SCLK=O，SDATA=0，而從機(jī)的SS=1，SCLK=1，SDATA=O。其中SS和DATA都是雙向的，而時(shí)鐘線SCLK是單向的，即時(shí)鐘只能由主控制器產(chǎn)生，該信號(hào)必須嚴(yán)格遵守時(shí)序規(guī)范，否則將出現(xiàn)通信錯(cuò)誤，此時(shí)讀卡模塊必須釋放該線。
SS還作為數(shù)據(jù)發(fā)送使能端。若一方有數(shù)據(jù)要發(fā)送給另一方，則該方控制SS線為低電平，并在發(fā)送結(jié)束后將該線置高電平。接收數(shù)據(jù)方不得控制該線，雙方必須遵守通信協(xié)議，不得同時(shí)控制該線。SDATA為數(shù)據(jù)線，由數(shù)據(jù)發(fā)送端控制數(shù)據(jù)，接收端必須釋放該線。該線在一次傳輸開始時(shí)還同時(shí)作為數(shù)據(jù)接收端的響應(yīng)信號(hào)。
1．2 ZLG500與MCU接口的時(shí)序及通信協(xié)議
ZLG500與MCU無論數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蛉绾?，SPI線上信號(hào)的波形總是如圖2所示。由圖中可以看出，在SS為低時(shí)，時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線上的信號(hào)才有效；在SCLK為低時(shí)SDATA變化，在SCLK為高時(shí)SDATA應(yīng)保持穩(wěn)定。

以上傳輸中，從數(shù)據(jù)發(fā)送器請(qǐng)求開始至數(shù)據(jù)接收器響應(yīng)的時(shí)間是不確定的，取決于接收器內(nèi)的MCU是否忙，因此有必要設(shè)置看門狗定時(shí)器對(duì)數(shù)據(jù)接收器的響應(yīng)進(jìn)行監(jiān)視。一旦接收器響應(yīng)，則MCU必須根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方向，嚴(yán)格控制以下幾個(gè)時(shí)間，以確保數(shù)據(jù)傳輸無誤。
t1：數(shù)據(jù)接收器響應(yīng)至MCU產(chǎn)生第一個(gè)SCLK上升沿的時(shí)間。
t2：2個(gè)字節(jié)傳輸之間SCLK低電平的持續(xù)時(shí)間。
t3：傳輸最后1個(gè)字節(jié)的最后1位的SCLK信號(hào)的上升沿至SS上升沿的時(shí)間。
tH：SCLK信號(hào)的高電平持續(xù)時(shí)間。
tL：SCLK信號(hào)的低電平持續(xù)時(shí)間。
在數(shù)據(jù)傳輸方向不同時(shí)，對(duì)時(shí)間t1、t2、t3、tH和tL都有不同的要求。
MCU與ZLG500的通信必須先由MCU發(fā)送命令和數(shù)據(jù)給ZLG500，ZLG500執(zhí)行命令完畢后，將命令執(zhí)行的狀態(tài)和響應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)回MCU。
開始通信前，收發(fā)雙方必須處于空閑狀態(tài)。首先由MCU發(fā)出SS下降沿信號(hào)，然后等待ZLG500在SDATA線上的響應(yīng)，若在50 ms內(nèi)未檢測(cè)到此信號(hào)，則退出本次傳輸。若正確響應(yīng)，則MCU可將命令和數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
然后MCU等待ZLG500發(fā)回的狀態(tài)和響應(yīng)數(shù)據(jù)，即等待SS線上的下降沿信號(hào)。若在50 ms內(nèi)未檢測(cè)到此信號(hào)，則退出本次傳輸；若正確檢測(cè)到SS信號(hào)，則可以接收狀態(tài)和數(shù)據(jù)。

2 智能卡門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)采用Philips公司的非接觸智能IC卡Mifare 1(M1)卡。以M1卡作為用戶卡，以其全球唯一的序列號(hào)SN為依據(jù)控制門的開啟。由于它是一個(gè)高頻卡，工作頻率為13．5 MHz，因而具有較強(qiáng)的抗干擾能力且讀寫距離遠(yuǎn)(2．5～10 cm)。
整個(gè)智能卡門禁系統(tǒng)分為三大部分：其一是讀寫器部分，包括MCU、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、顯示電路、鍵盤、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等主控模塊及非接觸IC卡讀寫模塊和電鎖驅(qū)動(dòng)部分；其二是中央控制電腦的軟件管理系統(tǒng)模塊；其三是中央控制電腦與讀寫器之間的數(shù)據(jù)傳輸模塊。總體系統(tǒng)框圖如圖3所示。