IC 卡技術(shù)

第 5章 技術(shù) 前言 射頻 識別 技術(shù)（ 第 5章 技術(shù) ( 這一章介紹目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所需要的關(guān)鍵技術(shù)：（ 1） 2） 是近幾年發(fā)展起來的技術(shù)。 第 5章 技術(shù) 雖然比磁卡的成本高 ,但由于其本身具有較大的存儲容量，很強的保密性和防偽能力 ,靈活的信息管理功能 ,使用壽命較長 ,而且運行穩(wěn)定，維護費用低。 作為信息媒介 ,在金融、交通、通信、醫(yī)療、身份證及餐飲等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。 第 5章 技術(shù) 通過射頻自動識別 （ 紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng) （ 激光掃描器、環(huán)境傳感器、圖像感知器等信息設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。 第 5章 技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) C 卡 將一個集成電路芯片嵌于塑料卡片中 ,即構(gòu)成 (。它標(biāo)志著又一種新的信息處理手段的問世。 卡片作為交易的憑證最早始于英國 , 1970年代 ,法國 司研制出第一個使用，在美國得到發(fā)展。 在金融、交通、通信、醫(yī)療、身份證及餐飲等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。 C 卡 理 特性 觸式 寫器之間的信息和能量傳遞通過機械式觸點進行 , 立在現(xiàn)代微電子技術(shù)及 借助電磁波 ,以無線方式傳輸信息。 常見非 接觸 I/作為數(shù)據(jù)的載體的 ，根據(jù)內(nèi)部設(shè)置的結(jié)構(gòu) ,可分為多種類型。 內(nèi)部加設(shè)微處理器 （ 2）密碼卡 （ 3）增強型智能卡 非接觸式 觸式 圖 接觸式智能卡結(jié)構(gòu)圖 觸式 1. 的觸點 : 源 ,輸入 , +5V 位 (總清 )信號 ,輸入端 。 允許兩種復(fù)位方式 : 在加電時由 的內(nèi)部復(fù)位控制電路。 由外接設(shè)備通過 點進行復(fù)位。 鐘信號 ,輸入端 。 號地 。 程電壓 , 輸入端 。 ( 對于 因其內(nèi)部設(shè)有電壓泵電路 ,此引腳無用 )。 I/O 數(shù)據(jù)輸入 /輸出 , 雙向端 。 址、數(shù)據(jù)都經(jīng)此傳輸。 際標(biāo)準(zhǔn) 816 2 中對 的觸點沒有作出具體定義 ,可由各廠家根據(jù) 使用情況賦予相應(yīng)的定義。 觸式 2. 使用 （ 1）平時只用 只在存儲數(shù)據(jù)的過程中才用到 （ 2）信號線 : 使用 線 。現(xiàn)在，有一些單片機本身帶有 8854、 852、 8 “ 讀卡器 卡片 ( 下行通信 )” “卡片 讀卡器 ( 上行通信 )” 通用型 入和擦除等操作 ,并具有與外部設(shè)備 ,如 :計算機、 端等 ,進行通信。 圖 寫裝置硬件框圖 通過上述過程，可以總結(jié)出正常用卡步驟 : 把 接通各觸點。 (插入前 ,加電； 后 ,才接通電源。 使 同時在 確認(rèn)、傳送信息 )。 釋放觸點 ( 關(guān)掉 I/)。 取出 C 卡的供電電路 正常用卡時 ,把 接通各觸點。之后 ,才接通電源。 圖 采用換器為 (1)操作系統(tǒng)軟件 :負責(zé)操作命令的解釋 (2)應(yīng)用軟件 :負責(zé)應(yīng)用的邏輯關(guān)系與命令結(jié)果的處理。 操作系統(tǒng)需要具備如下幾種功能 : 文件管理 : 即通過對存儲器中的管理完成對用戶專用文件的管理。 傳輸管理 : 實現(xiàn) 816證數(shù)據(jù)可靠傳輸，且不被竊取 /篡改。 安全管理 : 是操作系統(tǒng)的核心。對卡實現(xiàn)密碼的輸入、存儲、修改、核實等的安全管理， 確保對卡的鑒別與核實 ,以及對文件訪問權(quán)限的控制。 命令解釋 : 對接收的各項參數(shù)進行檢查 ,進而執(zhí)行操作 ,或作出相應(yīng)的回答。 C 卡的應(yīng)用軟件 主要是讀寫存儲器，也就是通信軟件，根據(jù)讀寫存儲器的方法決定。如： 下面 圖 字節(jié)時序圖 C 卡的應(yīng)用軟件 （ 1）開始位 等待時鐘高有效 置位數(shù)據(jù)線 產(chǎn)生數(shù)據(jù)由高到低的跳變 (2)寫 1位 時鐘低電平時 ；送數(shù)據(jù) 等待 C 卡的應(yīng)用軟件 (3)寫 1字節(jié) 3,#08H ；寫 8位數(shù)據(jù) ； _調(diào)用寫 1位子程序 3, 判斷是否寫完 (4)寫卡應(yīng)答 在第 8位穩(wěn)定寫入后 在 I/到應(yīng)答返回 的應(yīng)用軟件 (5) 寫 1字節(jié)停止?fàn)顟B(tài) ；讀應(yīng)答后的穩(wěn)定 _等待 _在 高的變化，結(jié)束 ；一個寫字節(jié)周期 頻識別技術(shù) ( 射頻識別技術(shù) (。 通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。 作快捷方便。射頻識別技術(shù)是一項利用射頻信號通過空間耦合 (交變磁場或電磁場 )實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術(shù)。 頻識別技術(shù) (頻識別技術(shù) ( 非接觸式 可靠性高 操作方便 ,快捷 安全防沖突 頻識別技術(shù) (非接觸式 術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 125 接觸式 I/讀寫器 讀寫器將要發(fā)送的信息，經(jīng)編碼后加載在某一頻率的載波信號上經(jīng)天線向外發(fā)送，進入讀寫器工作區(qū)域的電子標(biāo)簽接收此脈沖信號，卡內(nèi)芯片中的有關(guān)電路對此信號進行調(diào)制、解碼、解密，然后對命令請求、密碼、權(quán)限等進行判斷。若為讀命令，控制邏輯電路則從存儲器中讀取有關(guān)信息，經(jīng)加密、編碼、調(diào)制后通過卡內(nèi)天線再發(fā)送給讀寫器，讀寫器對接收到的信號進行解調(diào)、解碼、解密后送至中央信息系統(tǒng)進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理；若為修改信息的寫命令，有關(guān)控制邏輯控制卡內(nèi)部的電荷泵提升工作電壓，提供給擦寫 經(jīng)過判斷其對應(yīng)的密碼和權(quán)限不符，則返回出錯信息。 （ 1） 低頻（ 30 300,系統(tǒng)常用工作頻率有125 （ 2） 高頻（ 3 30 系統(tǒng)常用工作頻率有 （ 3） 特高頻系統(tǒng)（ 300 3 工作頻率為 433 866960 （ 4） 超高頻（ 3 30 工作頻率為 （ 1）有源 ：有源電子標(biāo)簽使用卡內(nèi)電流的能量、識別距離較長，可達十幾米，甚至上百米。但是它的壽命有限（ 3 10年），且價格較高； （ 2）無源 ：無源電子標(biāo)簽不含電池，它接收到讀寫器（讀出裝置）發(fā)出的微波信號后，利用讀寫器發(fā)射的電磁波提供能量，一般可做到免維護、重量輕、體積小、壽命長、較便宜，但它的發(fā)射距離受限制，一般是幾十厘米，且需要讀寫器的發(fā)射功率大。 1 1784和 1785技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) （ 1） 1784和 1785分別規(guī)定了動物識別的代碼結(jié)構(gòu)和技術(shù)準(zhǔn)則，標(biāo)準(zhǔn)中沒有對應(yīng)答器 (電子標(biāo)簽 )樣式尺寸加以規(guī)定，因此可以設(shè)計成適合于所涉及的動物的各種形式，如玻璃管狀、衛(wèi)標(biāo)或項圈等。 （ 2）代碼結(jié)構(gòu)為 64位，其中的 27至 64位可由各個國家自行定義。技術(shù)準(zhǔn)則規(guī)定了應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸方法和讀寫器規(guī)范。 （ 3）工作頻率為 據(jù)傳輸方式有全雙工和半雙工兩種，讀寫器數(shù)據(jù)以差分雙相代碼表示，應(yīng)答器件采用 于存在較長的應(yīng)答器充電時間和工作頻率的限制，通信速率較低。 2 4443、 5693技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) （ 1） 4443和 5693標(biāo)準(zhǔn)在 1995年開始操作，其完成則是在 2000年之后，二者皆以 （ 2） 5693讀寫距離較遠，而 4443讀寫距離稍近，但應(yīng)用較廣泛。 （ 3） 4443和 的防沖撞機制。 3 8000技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)： （ 1） 8000是一系列標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)是目前較新的標(biāo)準(zhǔn)，原因是它可用于商品的供應(yīng)鏈，其中的部分標(biāo)準(zhǔn)也正在形成之中。 （ 2）工作頻率分別為 135433 60 930 （ 3）作用距離從數(shù)厘米到十多米不等。無源和被動方式多在 10越 10m 則需要采用帶電池的主動方式。 （ 4）采用 25 功能特點及電路組成 采用低功耗、低電壓結(jié)構(gòu)； 采用非接觸電感耦合方式來獲取電源； 工作頻率為； 內(nèi)含位非易失性 中位可供用戶自由使用； 具有存儲區(qū)塊保護和密碼保護功能； 位傳送速率可選。根據(jù)需要可以選擇射頻頻率、分頻速率進行數(shù)據(jù)傳送； 能提供二進制碼、幅移鍵控、頻移鍵控、曼徹斯特編碼和雙相位碼等多種調(diào)制方式； 具有多種工作方式可供選擇。 功能特點及電路組成 （）引腳功能 ( )內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作模式設(shè)置 功能特點及電路組成 模擬前端 主要用來完成電源和信號的傳送。 與電子標(biāo)簽天線直接連接，它通過電子標(biāo)簽天線與 時通過磁場進行雙向數(shù)據(jù)傳送。 功能特點及電路組成 主控制器 功能： 上電后從 2中 “ ” 數(shù)據(jù)塊讀取工作模式。 控制對寄存器讀寫訪問。 在密碼保護模式下進行密碼驗證。 功能特點及電路組成 比特率生成器 通過速率發(fā)生器可按照用戶設(shè)定數(shù)據(jù)傳送速率（ 8、 16、 32、 40、 50、 64、 100、 128分頻）來產(chǎn)生相應(yīng)時鐘信號。 功能特點及電路組成 寫解碼器 對寫操作是靠嚴(yán)格控制磁場間隙時間來完成，數(shù)據(jù) “ ” 和 “ ” 對應(yīng)著不同磁場寬度。該回路主要用于從帶有間隙磁場中檢出真實數(shù)據(jù)流。 功能特點及電路組成 模式寄存器 位，主要用于存儲從 2“ ” 數(shù)據(jù)塊讀出用戶模式設(shè)置數(shù)據(jù)，每次上電后或程序復(fù)位后將自動執(zhí)行一次調(diào)用操作。 初始化時要設(shè)置 功能特點及電路組成 調(diào)制器 調(diào)制器由數(shù)據(jù)編碼器和調(diào)制電路組成。用于對基站傳送數(shù)據(jù)進行編碼和調(diào)制。 功能特點及電路組成 （ 1）編碼方式 曼徹斯特碼 （ 每一位中點都發(fā)生變化 1比特中點位置上從負電平到正電平的跳變， 0 比特中點位置上從正電平到負電平的跳變。 二相位碼 (每一位開始電平發(fā)生跳變，當(dāng)數(shù)據(jù)位為 “ 1”時，其位中間增加一次跳變。 直接碼 （二進制編碼）：和通常二進制編碼一樣，“ 1”為高電平， “ 0”為低電平。 功能特點及電路組成 圖 編碼和調(diào)制時序圖 功能特點及電路組成 （ 2）調(diào)制方式 相移鍵控法（ 頻移鍵控法 ( 相移鍵控法（ 載波頻率有三種 :,或 ,調(diào)制方法有三種： 一位開始都跳變 180，不管它是從 “ 1”編為“ 0”，還是相反。 一個數(shù)位 “ 1”結(jié)束時，相位跳變 180。 位從 “ 0”變?yōu)?“ 1”（上升沿）時跳變，相位改變 180。 功能特點及電路組成 頻移鍵控法常用的有兩種情況： 據(jù) “ 1”， f1=； 數(shù)據(jù) “ 0”， f2=。 據(jù) “ 1”， f1=； 數(shù)據(jù) “ 0”， f2=0。 功能特點及電路組成 存儲器 內(nèi)部非易失性存儲器共有位， 8 （ 1+32） =264 位數(shù)據(jù)位 位鎖定位 個數(shù)據(jù)塊 工作模式設(shè)置 （ 32位） 功能特點及電路組成 (3)讀寫模式 讀寫器從讀出數(shù)據(jù) 卡是利用線圈中產(chǎn)生的阻尼特性的載波信號向讀寫器傳送數(shù)據(jù)的。 功能特點及電路組成 圖 寫器從 讀出數(shù) 據(jù)過程 功能特點及電路組成 讀寫器向?qū)懭霐?shù)據(jù) 圖 讀寫器向?qū)懭霐?shù)據(jù)過程 功能特點及電路組成 （ 4）的編程 2. 25是電子標(biāo)簽和微控制器（ 間的橋梁。它可以實現(xiàn)向電子標(biāo)簽傳送能量和讀寫操作，可與 2. 產(chǎn)生載波的頻率范圍為 100 150 在 125 型的數(shù)據(jù)傳輸速率為 5 適用于采用曼徹斯特編碼及 電源可采用汽車蓄電池或 5 具有可調(diào)諧的能力； 便于和微控制器接口； 可工作于低功耗模式（ 2. （ 1） 數(shù)據(jù)輸出、 鎖存、允許 內(nèi)部電源 電池電壓 驅(qū)動器電源 外部電源 線圈驅(qū)動器 模式選擇 2. （ 2） 頻率調(diào)節(jié) 振蕩器 & =1 低通濾波 放大器 & 電源 施密特 觸發(fā)器 驅(qū)動器 16 1 3 2 15 6 5 13 12 14 10 11 9 8 7 4 a t tS t a n d b y C F E O u t p u t G N D G a i n I n p u t D G N D C o i l 2 C o i l 1 2. 能源輸出部分 能源輸出部分包括 電源、振蕩器和驅(qū)動器 三部分： 電源 片有三種供電方式：單電源、雙電源和電池供電， 2. 單電源供電 雙電源供電 電池電壓供電 2. 振蕩器 （ 振蕩器的頻率范圍為 100150外接于 125 10 在其他頻率時， 14375 (105 驅(qū)動器 （ 用于向天線提供能量和信息，它有兩個獨立的輸出 由 ,二者同相）或差分（ ,二者反同相）工作模式（為增大靈敏度，通常選擇差分模式）。 現(xiàn)對電阻標(biāo)簽的寫操作。 2. 數(shù)據(jù)接收部分 由讀寫器天線耦合來的電子標(biāo)簽上的微弱調(diào)制信號，將首先由外部整流二極管和 后經(jīng)隔直電容 后再經(jīng)濾波、放大和整形，使輸出信號與 以集電極開路的形式輸出。 ,允許輸出； ,禁止輸出。 接在 電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)速率線性相關(guān)，表 2. (3) 片的應(yīng)用 圖 蓄電池供 電方式的 讀寫器電路 2. 圖 制 以方便地進入 節(jié)省蓄電池的能耗。這種電路雖然其外接器件增多，但降低了天線設(shè)計調(diào)整難度，保證了讀寫距離。 由 片與 89成的 讀寫電路 , 輸入端 , 控制端 , 天線線圈及 25 諧振電路。 成解調(diào)器對天線信號進行解調(diào)然后經(jīng) 合輸入芯片 ,在片內(nèi)進行濾波 ,放大 ,整形等送入單片機。 電阻 于調(diào)節(jié)發(fā)射頻率 ,成輸入反饋電路以穩(wěn)定頻率 ,成芯片退耦電路。 2. 圖 差分模式的電路 2. 圖 避免 “ 零調(diào)制 ”問題，它除了采用圖 通過 89圖 來改變讀寫器的諧振頻率，使兩個頻差范圍擴大一倍，進一步改善通信距離 2. 圖 用 2. 圖中 89過 在讀卡時，單片機通過 I/由 寫卡也是利用 I/二進制數(shù)據(jù)調(diào)制成兩間隙 (寬度不等的脈沖，經(jīng) 單片機通過 硬件配合適當(dāng)?shù)能浖蓸?gòu)成不同的應(yīng)用系統(tǒng)。 2. （ 4）讀寫器程序設(shè)計 讀電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)程序 2. 寫電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)程序 4443標(biāo)準(zhǔn)定義了 、 兩種類型協(xié)議，它們包括電子標(biāo)簽（ 讀寫器 (部分。隨著非接觸電子標(biāo)簽的開發(fā)和研究，已經(jīng)生產(chǎn)出多種適合于該標(biāo)準(zhǔn)的 而使設(shè)計更加簡便。 目前，比較常用的 4006和 60等。而常用的 F 節(jié)主要介紹 60和 60 60芯片是 主要性能有 ： 60 載波頻率： 數(shù)據(jù)調(diào)制頻率： 70 采用曼徹斯特編碼協(xié)議； 用戶存儲器： 154位； 內(nèi)含 100 休眠（ 間： 10040； 具有防碰撞能力； 采用接觸式編程，編程后為只讀器件； 采用低功耗 采用 其作用是芯片無需電池，接收讀卡器發(fā)射的能量即能激活。 60 （ 1） 60的引腳 編程和測試 接震蕩線圈 60 (2) 60的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 60 射頻前端 部分由天線耦合回路、整流、穩(wěn)壓、調(diào)制解調(diào)器、上電復(fù)位（ 部分組成，它是射頻電子標(biāo)簽的核心部分。天線耦合回路由 的作用是：將從讀寫器的射頻電磁場中獲得的耦合能量轉(zhuǎn)換成工作電源。 60 調(diào)制器 的作用是完成負載調(diào)制功能。 采用曼徹斯特編碼。 調(diào)制方法采用 2進制幅移鍵控法 )。 “ 1” 導(dǎo)通，有信號 “ 0” 截止，無信號 60 數(shù)字邏輯控制 模塊由解碼電路、時鐘產(chǎn)生電路、調(diào)制邏輯、休眠定時、讀 /