IC卡公交收费机设计(二)

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1、SmartCardSmartCardIC卡公交收费机设计（二 ） MIFARE 1卡硬件接口 电路设计SmartCardSmartCard课 程 目 标q MIFARE 1卡接口电路分析 q MIFARE 1卡请求应答与防冲突功能调试 SmartCardSmartCard项目开发IC卡公交收费系统q系统需求分析： q具备小额电子钱包功能，定额方式收费 q操作方便快捷 q工作距离50cm q具备显示余额、异常报警（非法卡或余额不足） q可将当班收款额上传总站数据库 q公交公司可调整定额额度 q卡遗失可挂失 q抗干扰能力强SmartCardSmartCard项目实现之第二步硬件实现MCUMIFAR

2、E卡 读写模块EEPROM 存储器RS232接口显示报警天线卡SmartCardSmartCardMifare 1非接触式IC卡 基本性能指标： q卡内器件：无线智能卡芯片Mifare MF1 IC S50 +天线线圈 q标准：遵从ISO/IEC 14443 Type A 标准 q工作频率：13.56MHz q数据传送速率：106kbit/s （9.4s/bit）SmartCardSmartCardMifare卡与读写器之间的信号 SmartCardSmartCardMifare卡的信号调制方式 Type A与Type B调制程度的比较 TYPE A：100%ASKTYPE B：10%ASKS

3、martCardSmartCard从读写器到卡的调制与编码q载波:fc=13.56MHzq数据传输速率： 13.56MHz/128=106kbit/s（9.4s/bit）q调制方式：TYPE A用100%ASK， TYPE B 用10%ASK， q编码方式：TYPE A用改进的MILLER编码 ， TYPE B用NRZ编码（不归零制数位编 码） SmartCardSmartCard从卡到读写器的调制与编码q副载波:fc/16 =847.5kHz q数据传输速率：106kbit/sq调制方式：副载波调制q编码方式：TYPE A用MANCHESTER-ASK， TYPE B用BPSK-NRZ(二进

4、制相移键控数位 编码)SmartCardSmartCard非接触式IC卡系统构成q非接触式IC卡：数据载体，应答器 q非接触式IC卡读写器：卡接口设备，阅读器 ，寻呼器SmartCardSmartCard非接触式IC卡的基本构成 q非接触式IC 卡：芯片+天线+卡基SmartCardSmartCardSmartCardSmartCard非接触式IC卡系统构成q非接触式IC卡：数据载体，应答器 q非接触式IC卡读写器：卡接口设备，阅读器 ，寻呼器SmartCardSmartCard非接触式IC卡与读写器接口电路SmartCardSmartCard（1）读写器发射激励信号（一组固定频率的电磁波），

5、数字信 息调制在该射频信号上。（2）IC卡进入读写器工作区内，被读写器信号激励。在电磁波 的激励下，卡内的LC串联谐振电路产生共振，从而使电容内 有了电荷，当所积累的电荷达到2V时，此电容可以作为电源 为其他电路提供工作电压，供卡内集成电路工作所需。（谐 振、整流、滤波、稳压）。（3）同时卡内的电路对接收到的谐振信号进行解调，还原数字 信息，对信息进行分析处理，判断发自读写器的命令，如需 在EEPROM中写入或修改内容，还需将2V电压提升到15V左右 ，以满足写入EEPROM的电压要求。（4）IC卡对读写器的命令进行处理后，发射应答信息（将应答 信息调制到射频信号上）给读写器。（5）读写器接收

6、IC卡的射频信号并进行解调还原出应答信息。 SmartCardSmartCardMifare 核心读写模块MCMq 功能：读写器MCU与MIFARE卡之间的接口，负责读写 卡，其基本功能包括产生发送/接收射频信号、调制/解 调、防冲突处理和安全管理。q 工作频率：13.56MHz。通信速率：106Kbps q 工作距离：MCM20025mm，MCM500 100mmq 防冲突：真正的防冲突功能。q 安全性与可靠性：每个扇区设有3套密码及其认证和密 码存储器 ，模块与卡片通信时，数据加密 ，多种通信 校验机制q 接口：标准MIFARE并行接口SmartCardSmartCardMCM与MCU接口

7、电路 q 直接用数据总线传送 地址和数据：MODE 、USEALE接高电平 ，ALE对接；A0A3悬 空q P3.3驱动-CS，即 P3.3为低时选中（激 活）MCM200模块 q MCM200的-IRQ接 P3.2；可用查询或中 断方式接收MCM发送的数据 SmartCardSmartCard初始化与防冲突 （AntiCollion）q如果有2张或2张以上的IC卡进入读写器的工作范围，称之为冲突（或碰撞Collion），此时就需要解决如何对多张IC卡逐一处理的问题防冲突 AntiCollion。q防冲突方案：位帧防冲突（Bit AntiCollision）动态时隙-ALOHA法（Slotte

8、d-ALOHA法） SmartCardSmartCardAntiCollision 防冲突q 如果有多于一张的Mifare 1卡处在MCM天线的有效工作范围（距离 ）内，则发生了冲突。AntiCollision操作使MCM能在多张Mifare 1 卡中选择某一张卡。 q AntiCollision操作由一个AntiCollision Loop（防冲突循环，内部处 理）来实现。设置STACON寄存器中的AC位启动AntiCollision循环。q MCM发送AntiCollision命令（93H+20H），每张天线范围内的MIFARE 1卡接收AntiCollision命令后，都将回送自己的SN

9、作为应答。q 由于每张卡的SN各不相同，MCM接收到的信息（即SN）至少有1 位即是0又是1（即该位的前、后半部都有负载波调制），防冲突循 环找到第1个冲突位将其置1（排除该位为0的卡），然后查第2个， 依次排除，最后不再有冲突的SN即为最后读取的SN。 SmartCardSmartCardMIFARE 1卡防冲突特性q利用每张卡全球唯一的SN实现二进制树 状搜索防冲突算法。 例： SN1：420A7E00 SN2：420A7E01 SN3：421A7E01冲突1 选择SN2、SN3冲突2 选择SN3SmartCardSmartCardPOWER OFF状态IDLE状态READY状态ACTIV

10、E状态HALT状态RESETREQUEST 命令ANTICOLLISION命令 启动防冲突循环 读取卡回送的UID（SN）HALT命令SELECT UID命令 应用： AUTENTICATION/READ /WRITE/INC/DEC命令WAKE UP命令MIFARE MIFARE 卡卡防冲突流程防冲突流程SmartCardSmartCardMIFARE 1卡特点：支持多卡同时操作q卡芯片与读写芯片中都内嵌防冲突模块，可实现真正的（硬件）防冲突，可高速识别天线范围内的多张卡，适应多人同时刷卡。SmartCardSmartCardSelect Tag 选择卡片操作 qSelect Tag操作将选

11、中AntiCollision操作所读取 的SN对应的卡，使该卡进入激活状态，只有该 卡才能进行后续的认证及访问操作。 qMCM发送Select命令（93H+70H+SN及校验码） q卡接收该命令后将MCM发送的SN与自己的序列 号比较，若一致则该卡被激活（ACTIVE），其 他卡则仍留在READY状态。被选择（激活）的 卡将回送其容量（SIZE）字节作为应答。SmartCardSmartCardq防冲突测试（1）分别读出并记录二张MIFARE 1卡（分别记为1#卡、2#卡） 的序列号，及其扇区0块1的内容，记录在报告上。（2）将二张MIFARE 1卡同时放置在读写器天线有效工作范围内 ，在RF

12、DEMO软件中执行读操作，根据读出的SN找出被选中的 卡（例如为1#卡）。（3）在RFDEMO软件中执行写操作，修改扇区0块1的内容并将数据记录在报告上。（4）将被选中的卡撤离读写器天线有效工作范围，读出另一张卡 （例如2#卡）的扇区0块1的内容，并将数据记录在报告上。（5）取走（4）中的卡，重新读出并记录被选中的卡的扇区0块1的数据，并记录在报告上。（6）比较上述实验数据，说明MIFARE1卡是否具备防冲突功能。SmartCardSmartCard小结：MIFARE 1卡特点q真正的防冲突：卡芯片与读写芯片中都内嵌防冲突模块，可实 现真正的（硬件）防冲突，可高速识别天线 范围内的多张卡。SmartCardSmartCard进阶项目q将2张以上的MIFARE1卡置入天线工作范 围内，运行程序，该程序是否能实现防冲 突功能？ q设卡的扇区1块0用于存储公交预付金额（ 存储格式自拟），请修改程序以实现公交 收费。