【正文】 g） RFID 標(biāo)簽是一種以無線方式傳送數(shù)據(jù)的信息載體形勢，它具有數(shù) 據(jù)處理及安全認(rèn)證等特有的優(yōu)點。 RFID 標(biāo)簽是射頻識別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體，主要有天線、諧振電容以及 IC芯片組成，其種類可以分為無源標(biāo)簽和有源標(biāo)簽兩種。 射頻標(biāo)簽與讀卡器之間采用雙向驗證機制，即讀卡器驗證射頻標(biāo)簽的合法性，同時射頻標(biāo)簽也驗證讀卡器的合法性；處理前，標(biāo)簽要與讀卡器進(jìn)行三次互相認(rèn)證，而且在通訊過程中所有數(shù)據(jù)都加密。此外，標(biāo)簽中各個扇區(qū)都有自己的操作密碼和訪問條件。 ③天線（ Antenna） 射頻識別系統(tǒng)中的天線用于產(chǎn)生磁通量，而磁通量用于向無源標(biāo)簽提供能量并在讀卡器和標(biāo)簽之間傳送信息。 MHz 射頻天線及其匹配電路共有三塊：天線線圈、匹配電路（ LC 諧振電路）和 EMC 濾波電路。在天線的匹配設(shè)計中必須保證產(chǎn)生一個盡可能強的電磁場，以使卡片能夠獲得足夠的能量給自己供電，而且考慮到調(diào)諧電路的帶通特性，天線的輸出能量必須保證足夠的通帶范圍來傳送調(diào)制后的信號。 射頻識別系統(tǒng)的分類 按照讀寫距離來劃分， RFID 系統(tǒng)可分為接觸式和非接觸式，而非接觸式又分為近距離（密耦合）、中距離（遙耦合）和遠(yuǎn)距離。按照工作頻段來劃分， RFID系統(tǒng)可分為低頻、中高頻、超高頻和微波頻段。 非接觸式 IC 卡 S50 Mifare1 IC 智能（射頻）卡的核心是 NXP 公司的 Mifare1 IC S50(01， 02，03， 04)系列微晶片，他確定了卡片的也行以及卡片讀寫器的諸多性能。 Mifare1 IC智能卡采用先進(jìn)的芯片制造工藝制作，內(nèi)建有高速的 CMOS EEPROM， MCU 等。卡片上除了微晶片及一副高效率天線外，無任何其他元件?？ㄆ蠠o源（無任何電池），工作時的電源能量由卡片讀寫器天線發(fā)送電載波信號耦合到卡片上天線而產(chǎn)生電能，一般可達(dá) 2V 以上，供卡片上得 IC工作。工作頻率為 。Mifare1 射 頻卡所具有的獨特的 MIFARA RE(射頻 )非接觸式接口標(biāo)準(zhǔn)已被指定為國際標(biāo)準(zhǔn)： ISO/IEC 14443 TYPEA 標(biāo)準(zhǔn)。 Mifare1 IC S50 是多應(yīng)用的智能卡，它使用起來方便、高速、安全，經(jīng)常應(yīng)用在支付領(lǐng)域，它與讀寫器通信使用握手式半雙工通信協(xié)議；卡片上有高速的CRC 協(xié)處理器，符合 CCITT 標(biāo)準(zhǔn)，卡片制造是具有唯一的卡片序列號，沒有重復(fù)的相同的兩張 Mifare 卡片?？ㄆ蟽?nèi)奸 8K(bit)EEPROM 存儲容量并劃分為 16個扇區(qū)，每個扇區(qū)劃分為 4個數(shù)據(jù)存儲塊，每個扇區(qū)可由多種方式的密碼來管理。 卡片 上還內(nèi)建有增值 /減值的專項的數(shù)學(xué)運算電路，非常適合公交、地鐵等行業(yè)的檢票收費系統(tǒng)。典型的檢票交易時間最長不超過 100ms。卡片上的數(shù)據(jù)讀寫可超過 10 萬次以上；數(shù)據(jù)保存期可達(dá) 10年以上。 本文設(shè)計的讀卡器正是用于讀寫 Mifare1 IC S50 卡的應(yīng)用系統(tǒng)，可以對Mifare 1 IC S50 進(jìn)行讀寫操作、電子錢包操作、密碼操作以及認(rèn)證方式設(shè)置等操作。 讀卡器的工作原理 MCU 通過對讀卡器芯片內(nèi)寄存器的讀寫來控制讀卡器芯片，讀卡器芯片搜到MCU 發(fā)來的命令后，按照非接觸式射頻卡協(xié)議格式，通過天線及其匹配 電路向附近發(fā)出一組固定頻率的調(diào)制信號（ ）進(jìn)行尋卡，若此范圍內(nèi)有卡片存在，卡片內(nèi)部的 LC 諧振電路（諧振頻率與讀卡器發(fā)送的電磁波頻率相同）在電磁波的激勵下，產(chǎn)生共振，在卡片內(nèi)部電壓泵的作用下不斷為其另一端的電容充電，獲得能量，當(dāng)該電壓達(dá)到 2V 時，即可作為電源為卡片的其他電路提供工作電壓。 當(dāng)有卡片在讀卡器的有效工作范圍內(nèi)時， MCU向卡片發(fā)出尋卡命令，卡片將回復(fù)卡片類型，建立卡片與讀卡器的第一步聯(lián)系，若同時有多張卡片在天線的工作范圍內(nèi)，讀卡器通過啟動防沖撞機制，根據(jù)卡片序列號選定一張卡片，被選中的 卡片再與讀卡器進(jìn)行密碼校驗，確保讀卡器對卡片有操作權(quán)限以及卡片的合法性，而未被選中的則仍然處在閑置狀態(tài)，等待下一次尋卡命令。密碼驗證通過后就可以對卡片進(jìn)行讀寫等應(yīng)用操作。 第三章 非接觸式 IC 卡國際標(biāo)準(zhǔn) 非接觸式 IC 卡以作用距離的不同而分為三個不同的標(biāo)準(zhǔn)。密耦合 IC 卡標(biāo)準(zhǔn) ISO/IEC10536 主要是在 1992 年到 1995 年間發(fā)展的。近耦合和疏耦合 IC 卡標(biāo)準(zhǔn)的制定工作 —— 國際標(biāo)準(zhǔn) ISO/IEC 14443 和 ISO/IEC 15693—— 大約是 1995年開始著手進(jìn)行的，兩項標(biāo)準(zhǔn)在 2021 年后才開始有效完成。遠(yuǎn)耦合卡暫未出統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 非接觸式 IC讀卡器對應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn) 近耦合 IC 卡的作用距離在 10CM 左右，目前絕大部分的民用系統(tǒng)都采用的是近耦合 IC 卡，因此本章著重介紹該標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容。 近耦合卡采用的國際標(biāo)準(zhǔn) ISO/IEC 14443 標(biāo) 準(zhǔn) 分為 四 個 部 分 ： ISO/IEC144431 物 理 特 性 ISO/IEC144431 射 頻 能 量 和 信 號 接 口 ， ISO/IEC144433 初始化和防沖突 ISO/IEC144434 傳輸協(xié)議，下面將著重介紹ISO/IEC144433初始化和防沖突。 ISO/IEC144433 初始化和防沖突這部分描述了在一個 PCD 設(shè)備的射頻區(qū)域里查詢 PICC 卡，字節(jié)和幀的格式，初始化請求命令和請求命令的響應(yīng)的內(nèi)容，在記賬卡中對一張卡的檢測和通訊的方法（即防沖突）和其他一些需要初始化的參數(shù)。這里只介紹 TYPEA TYPEA 的初始化和防沖突 幀的格式和時序 PCD 或 PICC 發(fā)送的幀都包含一個幀頭和幀尾和中間的數(shù)據(jù)信息或錯誤檢測位。 PCD 或 PICC 之間采用半雙工的通信方式，幀與幀之間的延時時間也在標(biāo)準(zhǔn)里做了具體的規(guī)定。 幀分為短幀 (數(shù)據(jù)長度只有一個字節(jié) )和標(biāo)準(zhǔn) 幀（數(shù)據(jù)長度大于 1 個字節(jié)） 以及基于位數(shù)據(jù)傳送的防沖突幀。 命令集 ① PCD 設(shè)備間隔一定時間就發(fā)送請求命令（ REQA） ,REQA 命令組成如下： REQA 編碼 REQA 幀包括以下內(nèi)容： ? 通信起始位 S ? 7位數(shù)據(jù)，低位先發(fā)送， REQA 的命令代碼是 0x26 ? 通信結(jié)束位 E ② PICC 接收到 REQA 命令后，在 PCD能量場內(nèi)的所有 PICC 同步發(fā)出 ATQA 應(yīng)答。編碼如下表所示： ATQA 的編碼 : b8b7 表示 UID 比特幀的大小。 UID 比特幀的定義將在售后介紹。 UID的長度不是固定的，可 以由 1,2,或 3部分組成，對應(yīng)于 ATQA 的 B8B7 位分別為 00、 01和 10. b5~b1 中有且只有 1 位置為 1，表示采用的是比特幀防沖突方式。 RFU 為保留位，均置為 0. ③ PCD 接收 ATQA 應(yīng)答， PICC 和 PCD 進(jìn)入防沖突循環(huán)， PCD 的 ANTICOLLISION和 SELECT 命令用于防沖突循環(huán)。命令組成式如表所示： BCC 在 UID CLn 為 40bit 才有，是前 5 個字節(jié)的異或，此時為 SELECT 命令（ NVB=‘ 70’）；不足 40 個 bit時，則為 ANTICOLISION 命令。 SEL 表示 CLn 的層疊級數(shù)，其編 碼如下表所示： SEL 的編碼 如果 PICC 已經(jīng)發(fā)送了完整的 UID，則該卡將是從準(zhǔn)備狀態(tài)轉(zhuǎn)為活動狀態(tài)，并在其 SAK 的響應(yīng)里表明 UID 是完整的。否則， PICC 仍保持準(zhǔn)備狀態(tài)，則 PCD設(shè)備將初始化一個新的增加了層疊級別的防沖突循環(huán)。 一個 select 的時序目的是取得一張 PICC 卡的 UID，并選擇該卡來做將來的通信對象。 ④ PCD 發(fā)送 SELECT 命令后，與 40 位 UID CLn 匹配的 PICC，以 SAK 作為應(yīng)答。SAK 的編碼如表所示。 SAK 編碼 其中， b3(層疊位 )表示 UID 是否完 整， 0表示完整，即 PICC 的 UID 已被 PCD所確認(rèn)。位 1 表示還有部分 UID CLn（ n=2 或 3）未經(jīng)確認(rèn)。 RFU 全置為 0。 防沖突流程 PCD 初始化和防沖突流程如下圖所示，包括以下步驟： ① PCD 指定防沖突命令 SEL 的代碼為 9 95 或 97，分別對應(yīng)于 UID CLUID CL2 或 UID CL3。 ② PCD 指定 NVB 的值為‘ 20’，此值表示 PCD 不發(fā)出 UID CLn 的任一部分，而迫使所有在場的 PICC 發(fā)回完整的 UID CLn 作為應(yīng)答。 ③ PCD 發(fā)送 SEL 和 NVB。 ④所有在場的 PICC 發(fā)回 完整的 UID CLn 作為應(yīng)答。 ⑤假如多余 1 張 PICC 發(fā)回應(yīng)答，則發(fā)生了沖突，假如不發(fā)生沖突，可跳過6~10。 ⑥ PCD 應(yīng)認(rèn)出發(fā)生第 1 個沖突的位置。 ⑦ PCD 指示 NVB 值說明 UID CLn 的有效位數(shù)目，這些有效位是接收到的 UID CLn 發(fā)生沖突之前的部分，后面再由 PCD 加一位‘ 0’或一位‘ 1’，一般加‘ 1’。 ⑧ PCD 發(fā)送 SEL、 NVB 和有效數(shù)據(jù)位。 ⑨只有這樣的 PICC，他們的 UID CLn 部分與 PCD 發(fā)送的有效數(shù)據(jù)位內(nèi)容相等，才發(fā)送出 UID CLn 的其余位。 ⑩ 假如還有沖突發(fā)生，重復(fù) 6~9。最大循環(huán)次 數(shù)為 32. ○11 假如沒有再發(fā)生沖突， PCD 指定 NVB 為‘ 70’，此值表示 PCD將發(fā)送完整的 UID CLn。 ○12 PCD 發(fā)送 SEL 和 NVB，接著發(fā)送 40位 UID CLn，后面是 CRC 校驗碼。 ○13 與 40 位的 UID CLn 匹配的 PICC，以 SAK 作為應(yīng)答。 ○14 如果 UID是完整的， PICC 將發(fā)送帶有層疊為‘ 0’的 SAK，同時從準(zhǔn)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換到活動狀態(tài)。 ○15 如果 PCD檢查層疊位為‘ 1’的 SAK，將 CL加 1，并再次進(jìn)入防沖突循環(huán)。 第四章 讀卡器系統(tǒng)硬件設(shè)計 // 系統(tǒng)硬件電路分為控制電路 ,讀寫驅(qū)動電路和液晶顯示電路等。 RFID 卡讀寫設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)包括以下幾個部分（參見圖 3）： 圖 3 MCU 控制部分 MCU 是讀寫設(shè)備的數(shù)據(jù)處理控制核心。它不僅要控制射頻處理模塊完成對RFID 卡的讀寫，還要負(fù)責(zé)通過通信接口與主機或應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行通信以及鍵盤、顯示設(shè)備等其他外部設(shè)備的控制。單片機選用的是 STC11F32 是宏晶科技公司生產(chǎn)的單時 鐘／機器周期 (1T)的單片機，是高速、低功耗、具有超強抗干擾能力的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但速度快 8～ 12倍。內(nèi)部集成高可靠復(fù)位電路，可用在高速通信、智能控制、強干擾等場合；內(nèi)部有 32 KB的 Flash、 29KB 的 EEPROM 和 1 280 字節(jié)的 SRAM； EA、 ALE、 PSEN 和 RST 引腳可以定義為通用 I／ O，即 4個 P4 引腳；編程支持 ISP 下載功能，使用起來比較方便。 射頻部分 射頻部分是非接觸式 IC 卡讀寫器的關(guān)鍵部件，通過該部分與非接觸式 IC卡進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。射頻部分的主 要部件就是射頻基站芯片，這里選用的是MFRC522。 MF RC522 是應(yīng)用于 非接觸式通信中高集成度讀寫卡系列芯片中的一員。是 NXP 公司針對“三表”應(yīng)用推出的一款低電壓、低成本、體積小的非接觸式讀寫卡芯片，是智能儀表和便攜式手持設(shè)備研發(fā)的較好選擇。 MF RC522 利用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在 下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。支持 ISO14443A 的多層應(yīng)用。其內(nèi)部發(fā)送器部分可驅(qū)動讀寫器天線與 ISO 14443A/MIFARE174。卡和應(yīng)答機的 通信，無需其它的電路。接收器部分提供一個堅固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于處理 ISO14443A 兼容的應(yīng)答器信號。數(shù)字部分處理 ISO14443A 幀和錯誤檢測（奇偶＆ CRC）。 此外，它還支持快速 CRYPTO1 加密算法， 用于驗證 MIFARE 系列產(chǎn)品。 MFRC522 支持 MIFARE174。更高速的非接觸式通信，雙向數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá) 424kbit/s。 作為 高集成度讀寫卡系列芯片家族的新成員， MF RC522 與 MF RC500 和 MF RC530 有不少相似之處，同時也具備 諸多特點和差異。它與主機間的通信采用連線較少的串行通信，且可根據(jù)不同的用戶需求，選取 SPI、 I2C 或串行 UART(類似 RS232)模式之一，有利于減少連線，縮小 PCB板體積，降低成本。 ? MFRC522 支持 SPI、 I2C、 UART 接口； ? 64字節(jié)發(fā)送和接收的 FIFO 緩存； ? 4頁，每頁 16 個寄存器，共 64個寄存器； ? 具有硬件掉電、軟件掉電、發(fā)送掉電三種節(jié)電模式； ? 支持 ISO/IEC 14443 TypeA 和 MIFARE174。通信協(xié)議； 天線設(shè)計 天線的作用就是產(chǎn)生磁通量，為卡片提供電源，在讀 寫設(shè)備和卡片之間傳送信息，天線的有效電磁場范圍就是系統(tǒng)的工作區(qū)域。 聲音