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1、典范一射频卡读写系统一系统概括1. 课题背景射频鉴识卡（非接触式IC卡）技术是近几年发展起来的一项新技术，成功地联合射频鉴识技术和IC卡技术解决了无源（卡中无电源）和免接触的难题，是电子信息技术领域的一大打破。因为其方便性、耐用性，且可高速通信和多卡操作等特色，非接触式IC卡在门禁安防、身份鉴识、公共交通等众多领域正渐渐代替接触式IC卡，在市场所占的份额愈来愈大。(1) 公共交通非接触式IC卡应用潜力最大的领域之一就是公共交通领域。比方公交、地铁，乘客将非接触式IC卡做的电子车票放在钱包或许包里就能够检票，方便快捷。公交经营者也宜于管理、减少支出。(2) 身份鉴识使用非接触IC卡做为身份鉴识方
2、式，比一般的证件卡片拥有更高的防伪性，储蓄更多信息，便于管理。我国第二代公民身份证即采纳非接触式IC卡，卡中输入生物特色信息及身份信息，以进一步增强防伪，同时便于全国及时管理。(3) 门禁控制采纳鉴于非接触式IC卡的控制系统，能够自动检查每个人进入大楼、管理区的准入权限，并记录进出时间。其余，还有高速公路收费，泊车场收费，加油站收费，智能卡水表、电表、煤气表等应用，使用非接触式IC卡都是首选。射频鉴识卡的应用远景日趋宽泛，其应用重点需要大批的读写设施。2. 非接触IC卡读写系统非接触IC卡读写设施（或称阅读设施、读写器）是连结非接触IC卡与应用系统间的桥梁，是非接触IC卡应用中至关重要的一个环
3、节。读写设施的基本任务就是启动非接触卡，与非接触卡成立通信，在应用系统和非接触卡间传达数据。非接触式IC卡读写器将要发送的信息编码后加载到一固定频次的载波上，当非接触式IC卡（卡片内有一个谐振电路，其频次与读写器发送的载波频次同样）进入读写器的工作地区后，谐振电路产生共振并产生电荷累积，当电荷累积到必然数值时，就能为非接触式IC卡内的电路供给工作电压，使IC卡内的芯片开始正常工作，办理读写器发送的数据信息。一般来说，圆满的非接触式IC卡读写设施的基本构造包含以下几个部分（拜见图6-1）：(1)MCU：MCU是读写设施的数据办理控制核心。它不只要控制射频办理模块达成对非接触卡的读写，还要负责经过
4、通信接口与主机或应用系统进行通信以及对键盘、显示设施等其余外面设施的控制。(2) 射频办理模块：射频办理模块负责射频信号的办理和数据的传输，达成对射频卡的读写。射频办理模块能够采纳厂商供给的专用模块或射频基站芯片。射频基站芯片即非接触式 IC卡读写芯片，也称射频读写芯片。(3) 天线：天线的作用就是产生磁通量，为卡片供给电源，在读写设施和卡片之间传达信息。天线的有效电磁场范围就是系统的工作地区。(4)MCU与主机的通信接口以及键盘、LED/LCD显示等其余外面设施。与主机的通信接口LED/LCDMCU射频处天线显示理模块键盘其余图6-1非接触IC卡读写设施系统构成图3. 课题任务(1) 认识非
5、接触式IC卡读写系统的工作原理，有关的国际标准。(2) 设计射频卡读写模块硬件。芯片选型，确立采纳的芯片；认识芯片的外面电路，分析芯片间的接线方式，设计硬件原理图；绘制PCB电路图，联系厂家制作电路板；元器件的选型与采买等；焊接、测试，达成硬件系统；(3) 设计读写模块软件。依据读写芯片的时序要求，编写接见读写芯片寄存器的程序；依据射频通信协议，依据耀频卡与读写芯片的通信流程编写读写芯片的基层驱动；为方便用户调用，供给卡片操作函数；(4) 应用射频卡读写模块，设计开发通用射频卡读写设施。设计、制作通用射频卡读写设施的硬件；设计并达成通用射频卡读写设施的MCU方程序以及可供给用系统用户直接调用的
6、高级语言的函数接口。(5)演示程序的设计与实现PC方二硬件设计实例1. 非接触IC卡读写模块硬件系统为了增强读写模块的通用性和可扩展性，在硬件设计时依据模块化的设计思想。整个读写模块由三大多数构成：主控MCU、射频读写芯片、天线及般配电路。第一部分，主控MCU，主要供给对射频读写芯片的控制操作。这类控制操作表此刻两个方面：对射频读写芯片的电源控制。经过对射频读写部分的独立电源控制，用户能够在MCU中依据自己的需要选择或封闭射频读写功能。当应用系统有低功耗要求，不需要射频读写芯片向来工作时，这类控制方式是必不能够少的。并且，经过MCU的供电控制，能够用软件方式实现射频读写芯片的上电复位。MCU经
7、过数据线、地点线、控制线等并行控制接口与射频读写芯片连结，控制射频读写芯片的正常工作，实现与非接触IC卡的通信。第二部分，射频读写芯片，它负责接收主控MCU的控制信息并达成与非接触卡的通信操作。为了正常工作，射频读写芯片须采纳适合的并行接口与MCU连结。而为了发送、接收坚固的高频信号，射频读写芯片要经过高频滤波电路与天线部分连结。第三部分，天线部分，包含线圈及般配电路，这是读写模块实现射频通信必不能够少的一部分。读写模块要依赖天线产生的磁通量为非接触IC卡供给电源、在读写模块与非接触卡之间传达信息。为使天线正常工作，天线线圈要经过无源的般配电路连结射频读写芯片的天线引脚。综上所述，非接触IC卡
8、读写模块的硬件系统构成的框图拜见图6-2。主控MCU及外面电路读写芯片及外面电路天线部分扩展接口电源控制电路晶振电路地点线控MCU制数据线高频天线接射频读电源电路滤波般配电路口控制线写芯片线圈电路串行通信接口图6-2读写模块硬件系统构成2. 硬件选型在系统构成确立后，就需要考虑详细的硬件选择。如前所述，读写模块的硬件核心是主控MCU以及射频读写芯片。（1）嵌入式微控制器MCU在嵌入式应用开发过程中选择MCU时，需要综合考虑以下几个方面：MCU对应用系统的合用性。从对应用系统的合用性出发，要考虑MCU能否含有所需的I/O端口数量假如MCU的I/O端口数太少，那么就不能够能知足有关的功能；而I/O
9、端口数太多，就会造成MCU资源的浪费。其余还有MCU能否含有所需的外面端口零件、CPU能否有适合的吞吐量、极限性能能否知足要求等。MCU的可购置性。在MCU能够适合应用系统时，还要考虑这类类号的MCU的可购买性：能否可直接购置到、能否有足够的供给量、能否仍旧在生产之中、能否在改良之中。在应用中选择有改良版本推出的MCU，将有益于产品的升级换代。MCU的可开发性。所选择的MCU能否有足够的开发手段，直接影响到MCU能否顺利开发，并且较快的应用于被控对象中。开发MCU需要考虑：编译软件、程序写入工具、调试工具、技术支持、语言系统与熟习程度等要素。本设计实例采纳MC908GP32作为读写模块的主控M
10、CU。（2）射频读写芯片不同样种类的非接触IC卡，因为采纳的通信协议不同样，相应的射频读写芯片也不同样。目前在中国的市场上，非接触式IC卡主要的厂商有：中国的华虹、复旦微电子、以及荷兰Philips、瑞士LEGIC、法国意法半导体（ST）、日本索尼等，此中鉴于Philips企业Mifare芯片的产品在市场上据有绝对的优势。鉴于国内市场上Mifare芯片卡应用宽泛，我们采纳Philips企业生产的射频办理基站芯片。Philips企业现已推出的13.56MHz非接触式通信、支持ISO/IEC14443A协议的Mifare读写器芯片的列表如表6-1。表6-1Mifare读写器芯片简表名称通信速率电源
11、支持协议接口种类最大读写距离MFRC531可达848Kbps5VISO/IEC14443A&B并行、SPI100mmMFRC530可达848Kbps5V、3.3VISO/IEC14443A并行、SPI100mmMFRC500106Kbps5VISO/IEC14443A并行100mmMFCM500106Kbps5VISO/IEC14443A并行100mmMFCM200106Kbps5VISO/IEC14443A并行25mmMFCM200与MFCM500是第一代Mifare读写器模块，现已停产。Philips新推出的集成化单颗射频基站芯片RC系列是CM模块系列的代替产品，且性能更坚固、功耗更低、应
12、用更灵巧、价钱更低价。作为支持ISO/IEC14443A协议的射频读写芯片，MFRC500的性价比最高，市场应用最为宽泛，购置也最方便。MFRC530因为能够支持3.3V电源供电，一般多用于手持设施；MFRC531则主要应用于能够支持TypeB型卡的场合。本方案采纳MFRC500射频读写芯片来进行读写模块的设计。2.射频读写芯片MFRC500MFRC500是ISO/IEC14443标准下低成本、高集成、高性能的Mifare非接触式读写芯片，鉴于13.56MHz的非接触通信模式。MFRC500内部有高集成的调制解调模块，内部发射器可直接驱动鉴于13.56MHz的非接触式天线，最大距离可达10cm
13、。主要应用于各样鉴于ISO/IEC14443A标准的非接触式通信的应用途合，如公共交通终端、手持终端、计量设施、非接触式公用电话等。(1)MFRC500功能构造MFRC500的功能构造如图6-3。MFRC500Crypto1安全算法数据线及密码考证Mifare1并行状态及控制S50微控制器模拟电路集成接口地点线数据办理解码器(带输入输出并行/串行变换位译码器缓冲)输出驱动控制线CRC/奇偶生成及校验帧封装生成及校验图 6-3MFRC500功能框图MFRC500支持ISO14443A全部的层，模拟电路部分内含射频发送器和接收器。发送器不需要增添有源电路就能够直接驱动工作距离最高达10cm的天线，接收器对来自符合ISO14443A协议的卡的信号进行解调、译码。MFRC500的8位并行微控制器接口可自动检测连接的接口种类，它包含一个双向FIFO缓冲区和一个可设置的中止输出。方便的并行接口可与各样8位微办理器直接连结，给读写卡器/终端的设计供给了极大的灵巧性。数据办理部分则主要进行ISO14443A帧的封装和错误检测（支持 CRC校验和奇偶校验）。经
