非接觸式IC卡讀寫芯片

1、非接觸式IC卡讀寫芯片簡介非接觸式IC卡又稱射頻卡，由IC芯片、感應(yīng)天線組成，封裝在一個標(biāo)準(zhǔn)的PVC卡片內(nèi)，芯片及天線無任何外露部分。非接觸式IC卡是世界上最近幾年發(fā)展起來的一項新技術(shù),它成功的將射頻識別技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)合起來,結(jié)束了無源(卡中無電源)和免接觸這一難題,是電子器件領(lǐng)域的一大突破.卡片在一定距離范圍內(nèi)(通常為510mm)靠近讀寫器表面，通過無線電波的傳遞來完成數(shù)據(jù)的讀寫操作。對非接觸式IC卡的讀寫操作是通過讀寫器來完成的，讀寫器是主控機(jī)與非接觸式IC卡間進(jìn)行信息傳輸和存儲甚至運(yùn)算處理的中間媒介，也叫接口設(shè)備、卡接收設(shè)備、耦合設(shè)備或終端。非接觸式IC卡讀寫芯片原理非接觸式IC卡卡

2、片的電氣部分由一個元件和AISC組成，沒有其他的外部器件，卡片中的天線是只有線圈，很適合封狀到ISO卡片中。以Mifare為例，讀卡器向IC卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡內(nèi)有一個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器的頻率相同，這樣便產(chǎn)生電磁共振，從而使電容內(nèi)有了電荷，在電容的另一端接有一個單向通的電子泵，將電容內(nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)儲存，當(dāng)儲存積累的電荷達(dá)到2V時，此電源可為其他電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器的數(shù)據(jù)。其中Mifare的邏輯框圖如下圖所示。非接觸式讀寫器包含流向相反的兩個信號通道：上部的發(fā)送通道和下部的接收通道。發(fā)送通道首先由頻率穩(wěn)定的石英晶體振蕩器產(chǎn)生相應(yīng)工作頻率

3、載波信號，該信號將在調(diào)制級由已在ASIC段按曼徹斯特或變型密勒或NRZ規(guī)則編碼的擬發(fā)送信息序列進(jìn)行幅移鍵控（ASK）調(diào)制，最后經(jīng)功率輸出級放大后，由天線發(fā)送。接收通道則首先濾除輸入信號中的干擾和噪聲。從高強(qiáng)度的發(fā)射驅(qū)動信號中提取非接觸式IC卡的微弱應(yīng)答信號，繼而放大解調(diào)后送ASIC進(jìn)一步處理。兩個通道傳輸數(shù)據(jù)的示意圖如下圖所示。特性非接觸式識別技術(shù)帶給我們一個便利接入存儲于電子媒體中數(shù)據(jù)的方式，以13.56 MHz 智能卡讀卡器芯片與模塊為例：形成 MIFARE 接口平臺不可或缺的一部份，目前為非接觸式與雙接口智能卡機(jī)制的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)符合包括 ISO 14443 A、ISO 14443 B 與 I

4、SO 15693 等國際化標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)容易導(dǎo)入設(shè)計運(yùn)作范圍達(dá) 100mm提供 RF 數(shù)據(jù)通信加密選擇通過 MIFARE 演示系統(tǒng)協(xié)助，相當(dāng)容易進(jìn)行新型應(yīng)用的開發(fā)典型器件MF RC522特性內(nèi)置對卡片或標(biāo)簽的信號進(jìn)行解調(diào)和譯碼的高集成度的模擬電路；采用少量外部元件，即可將輸出驅(qū)動級接天線； 5mm×5mm×0.85mm(HVQFN32)的超小體積； 2.53.6V的低I電壓低功耗設(shè)計。支持ISO 14443 TypeA和Mifare®通信協(xié)議，可讀寫與該二標(biāo)準(zhǔn)的非接觸式IC卡和應(yīng)答器；支持ISO 14443 212kbit/s和424kbit/s的更高傳輸速率的通信；支

5、持MIFARE Classic加密；支持防碰撞操作；支持3種與主機(jī)通訊接口： 10Mbit/s的SPI接口 I2C接口，快速模式的速率為400kbit/s，高速模式的速率為3400kbit/s 串行UART，傳輸速率高達(dá)1228.8kbit/s，幀取決于RS232接口，電壓電平取決于供的管腳電壓64字節(jié)的發(fā)送和接收FIFO緩沖區(qū)；CRC協(xié)處理器，其16位長的CRC計算多項式固定為：x16+x12+x5+1，符合ISO14443和CCITT協(xié)議；靈活的中斷模式：發(fā)送結(jié)束中斷、接收接收中斷、命令執(zhí)行完畢中斷，等等；可編程定時器：可以用做馬表、看門狗計數(shù)器等；內(nèi)部振蕩器，連接27.12MHz的外部晶

6、體振蕩器；具備硬件掉電、軟件掉電和發(fā)送器掉電3種節(jié)電模式；采用相互獨(dú)立的多組電源供電，以避免模塊間相互干擾，提高工作的穩(wěn)定性；具備內(nèi)部自測試功能應(yīng)用MIFARE 讀卡器適用于各種基于ISO/IEC 14443標(biāo)準(zhǔn)并且要求低成本、小尺寸、高性能以及單電源的非接觸式通信的應(yīng)用場合。芯片型號RF協(xié)議主機(jī)接口共作電壓(V)封裝CLRC63201TISO/IEC 14443A; ISO/IEC 14443B; ISO/IEC 15693Parallel; SPI3.3; 5SO32CLRC66301HNISO/IEC 14443A; ISO/IEC 14443B; ISO/IEC 15693; Feli

7、Ca compliant; ICODE EPC UID; EPC OTP; ISO/IEC 18000-3 mode 3; EPC Class-1 HF; ISO/IEC 18092 Passive InitiatorUART; I2C; SPI3.3; 5HVQFN32CLRC66302HNISO/IEC 14443A; ISO/IEC 14443B; ISO/IEC 15693; FeliCa compliant; ICODE EPC UID; EPC OTP; ISO/IEC 18000-3 mode 3; EPC Class-1 HF; ISO/IEC 18092 Passive In

8、itiatorUART; I2C; SPI3.3; 5HVQFN32MFRC50001TISO/IEC 14443AParallel;5SO32MFRC52201HN1ISO/IEC 14443ARS-232C; I2C; SPI3.3HVQFN32MFRC52202HN1ISO/IEC 14443ARS-232C; I2C; SPI3.3HVQFN32MFRC52301HN1ISO/IEC 14443A; ISO/IEC 14443BRS-232C; I2C; SPI3.3HVQFN32MFRC52302HN1ISO/IEC 14443A; ISO/IEC 14443BRS-232C; I2

9、C; SPI3.3HVQFN32MFRC53001TISO/IEC 14443AParallel; SPI3.3; 5SO32MFRC53101TISO/IEC 14443A; ISO/IEC 14443BParallel; SPI3.3; 5SO32MFRC63001HNHVQFN32MFRC63002HNISO/IEC 14443AUART; I2C; SPIHVQFN32MFRC63102HNISO/IEC 14443A; ISO/IEC 14443BUART; I2C; SPIHVQFN32MFRX85201HDISO/IEC 14443A; ISO/IEC 14443BISO7816

10、; T=13.3HLQFN48RPR5331C3HNISO/IEC 14443A; ISO/IEC 14443B; FeliCa compliant;USB; UART3.3HVQFN40PR601HLLQFP100PRH601HLLQFP100SLRC40001TISO/IEC 15693Parallel; SPI5SO32SLRC61002HNISO/IEC 15693RS-232C; I2C; SPI3.3; 5HVQFN32非接觸式IC卡讀寫芯片選型表二、 MC14499 簡介MC14499是Motorola公司生產(chǎn)的串行輸入BCD十進(jìn)制輸出的CMOS集成塊，它內(nèi)含BCD譯碼器和串行接

11、口，可以與任何CPU接口連接，在比較復(fù)雜的單片機(jī)控制系統(tǒng)中，MC14499具有占用I/O少、控制顯示器多、功耗低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛的應(yīng)用。但其缺點(diǎn)是用它來實(shí)現(xiàn)顯示系統(tǒng)比較復(fù)雜，并且成本太高。隨著技術(shù)的飛速發(fā)展和微處理性能價格比的較高，人們可以采用高性價比的MCU來代換它，這也許是一個趨勢，如用力源PS7219代換MAX7219等。筆者用AT90S1200來代換CM14499，取得了非常好的效果。AT90S1200是一種性能非常優(yōu)異的RISC單片機(jī)，它可以與主CPU并行工作，而且功耗也特別你，在性能上完全與MC14499兼容，由其組成的顯示系統(tǒng)非常簡單。另外，它的一個最突出的優(yōu)點(diǎn)是操

12、作靈活，并可在MC14499接口的基礎(chǔ)上增加SPI接口、I2C及單線傳輸?shù)裙δ?。MC14499片內(nèi)主要包括移位寄存器、鎖存器、多路輸出、譯碼驅(qū)動器及振蕩器，由多路輸出從鎖存器中取出的BCD碼數(shù)據(jù)經(jīng)段譯碼器譯碼后送至八段輸出腳，片內(nèi)振蕩信號經(jīng)四分頻后接至IIV四條位控制線對顯示器進(jìn)行輪流掃描，以實(shí)現(xiàn)動態(tài)掃描顯示。MC14499一次可接收20位串行輸入數(shù)據(jù)，MC14499的前四位為4個LED顯示器的小數(shù)點(diǎn)選擇位，后16位是4個LED顯示器的BCD碼輸入數(shù)據(jù)，高位在前，低位在后，當(dāng)EN由高變低時，MC14499的寄存器開始接收串行數(shù)據(jù)。MC14499采用雙列直播式18腳DIP封裝形式。圖1所示是它的

13、引腳排列示意圖。便攜式非接觸式IC卡讀寫器的設(shè)計作者：王文強(qiáng) 文章來源：EDNCHINA 點(diǎn)擊數(shù)： 0 更新時間：2009-12-8 引 言經(jīng)過多年的發(fā)展和推廣，IC卡已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于金融、電信、國防和公共事業(yè)等領(lǐng)域。IC卡按卡與外界數(shù)據(jù)傳送的形式來分，有接觸式IC卡和非接觸式IC卡兩種。當(dāng)前使用廣泛的是接觸型IC卡，在這種卡片上，IC芯片有8個觸點(diǎn)可與外界接觸。非接觸式IC卡又稱射頻卡(Radio Frequencycard)，它與讀卡設(shè)備之間無需接觸，采用無線耦合和電磁感應(yīng)方式與讀卡設(shè)備之間進(jìn)行通信。與接觸式IC卡和磁卡相比，非接觸式IC 卡具有操作方便、讀寫卡的速度快、防水、防污染、壽命

14、長、能夠適應(yīng)各種惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。按照工作頻率，非接觸式IC卡可以分為低頻卡和高頻卡兩類，低頻卡的工作頻率為125 kHz，高頻卡的工作頻率為1356 MHz。兼容ISO14443A的非接觸式IC卡的工作頻率為1356 MHz，卡內(nèi)無需電池，其工作電源由空間電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電池提供。Philips公司的。Mifare系列非接觸式IC卡兼容ISO14443A規(guī)范，具有高強(qiáng)度加密機(jī)制，性能優(yōu)良，應(yīng)用廣泛。讀寫器是所有IC卡應(yīng)用系統(tǒng)的必須基礎(chǔ)設(shè)備，目前市場上的絕大多數(shù)讀寫器都要與PC機(jī)連接才能正常使用，而且與PC機(jī)的接口一般為傳統(tǒng)的RS 232接口。在此將討論采用USB技術(shù)的便攜式非接觸式IC卡讀

15、寫器的實(shí)現(xiàn)方法。1 便攜式USB讀寫器的硬件原理這里所設(shè)計的便攜式帶USB接口的IC卡讀寫器由微控制器(MCU)、射頻發(fā)射和接收處理單元、USB接口電路、電源電路、液晶顯示(LCD)模塊、實(shí)時時鐘以及外部Flash存儲器組成。它的結(jié)構(gòu)如圖1所示。讀寫器以8位單片機(jī)AT89S52作為主控制單元。讀寫器的射頻(Radio Frequency)發(fā)射和接收處理單元是單片機(jī)與非接觸式IC卡之間的“橋梁”，它一方面可以將單片機(jī)發(fā)送給IC卡的指令和數(shù)據(jù)調(diào)制在1356 MHz的振蕩信號上，通過高頻天線發(fā)射出去；另一方面接收來自IC卡的應(yīng)答信息，并將其解調(diào)成數(shù)字信號傳送給單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與IC卡之間的雙向通信

16、，它與單片機(jī)之間采用并行接口方式連接。FT245BM是USB接口單元的主要元件，它是單片機(jī)與PC機(jī)之間的通信“橋梁”，其內(nèi)部包含一個串行接口引擎(SIE)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行轉(zhuǎn)串行和串行轉(zhuǎn)并行過程。DS12C887為系統(tǒng)提供實(shí)時時鐘，液晶顯示模塊HY12864E平時顯示時間，讀卡時顯示所讀到的內(nèi)容。上述元器件以周密的邏輯設(shè)計配合，通過程序控制完成對非接觸式IC卡的讀寫。由于內(nèi)置了鋰離子電池及其充電電路，因此讀寫器可以脫機(jī)使用，大大增加了靈活性。脫機(jī)使用時，讀卡的同時將讀卡記錄存儲在讀寫器的閃存中。并可以通過USB接口與PC機(jī)進(jìn)行通信，以進(jìn)行PC機(jī)對讀寫器的控制操作如發(fā)送數(shù)據(jù)到IC卡、調(diào)閱讀卡記錄等

17、。2 讀寫器的硬件電路21 微控制器微控制器采用AT89S52芯片，該器件使用Atmel公司的高密度非易失性存儲器制造技術(shù)，可以通過一根并口線方便地進(jìn)行在系統(tǒng)編程(In System Program-ming)。22 RC500芯片介紹RC500是Philips公司為Mifare卡設(shè)計的專用讀卡芯片，它是應(yīng)用于1356 MHz非接觸式通信中高集成度IC系列中的一員。該系列利用先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在1356 MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。并行微控制器接口自動檢測連接的8位并行接口的類型，它包含一個易用的雙向FIFO緩沖區(qū)和一個可配置的中斷輸出。這樣就為連接各種MCU提

18、供了很大的靈活性。數(shù)據(jù)處理部分執(zhí)行數(shù)據(jù)的并行一串行轉(zhuǎn)換。它支持的幀包括CRC和奇偶校驗(yàn)，以完全透明的方式進(jìn)行操作，因而支持ISO14443A的所有層。狀態(tài)和控制部分允許對器件進(jìn)行配置以適應(yīng)環(huán)境的影響，并使性能調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)。當(dāng)與MIFARE Standard產(chǎn)品和MIFARE產(chǎn)品通信時，使用高速CRYPT01流密碼單元和一個可靠的非易失性密鑰存儲器。模擬電路包含一個具有極低阻抗橋驅(qū)動器輸出的發(fā)送部分。接收器可以檢測到并解碼非常弱的應(yīng)答信號。RC500的工作頻率為1356 MHz，它可以在有效的發(fā)射空間內(nèi)形成一個1356 MHz的交流電磁場，為處于發(fā)射區(qū)域的非接觸式IC卡提供能量，同時卡或RC5

19、00需要傳送的數(shù)據(jù)信息也被調(diào)制在這個頻率上。RC500與非接觸式IC卡之間能量的傳遞和數(shù)據(jù)雙向傳輸?shù)倪^程是初級和次級兩個線圈之間的耦合過程，從讀寫器發(fā)射給卡的數(shù)據(jù)信息在調(diào)制前采用米勒(Miller)編碼，而從卡到讀寫器的數(shù)據(jù)信息采用曼徹斯特(Manchester)編碼。 23 FT245BM芯片介紹FT245BM是一種單片的USB到并行的雙向接口芯片。它與單片機(jī)之間利用8個雙向數(shù)據(jù)線和4個握手協(xié)議實(shí)現(xiàn)并行接口。其片內(nèi)的串行接口引擎和USB協(xié)議引擎可以完成USB 20規(guī)范的所有協(xié)議和功能。FT245BM工作時需要一個6 MHz外部晶振，通過片內(nèi)的時鐘倍頻電路可以為SIE提供一個48 MHz的工作時鐘，同時還為片內(nèi)的微控制器接口單元、串行存儲器接口單元提供一個12 MHz的工作時鐘。24 硬件電路帶USB接口的非接觸式IC卡讀寫器的硬件電路原理圖的主體部分如圖3所示。FT245BM的并行數(shù)據(jù)總線和AT89S52的P0口相連；它的讀寫控制信號(RD，WR)分別與AT89S52的P30和P31相連；TXE為發(fā)送緩沖區(qū)空信號，與P34相連；RXF為接收緩沖區(qū)滿信號，與P35相連。要從讀寫器發(fā)送數(shù)據(jù)到