【正文】 ................................................................................................... 21 參考文獻 ............................................................................................... 22 附錄 ....................................................................................................... 23 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 頁 1 緒論 課題研究的背景和意 義 近幾年來 ,隨著計算機和嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展， IC 卡已經(jīng)融入人們的日常生活并發(fā)展成幾個大類。其中，非接觸式 IC 卡的出現(xiàn)引起了人們的特別關(guān)注。非接觸式 IC 卡的高度安全保密性和使用簡單等特點 , 使之在各領(lǐng)域的應(yīng)用中異軍突起 , 成為當今 IC 智能卡中的流行寵物 , 應(yīng)用前景十分廣闊。與傳統(tǒng)的接觸式 IC 卡、磁卡相比 , 利用射頻識別技術(shù)開發(fā)的非接觸式 IC 識別器 , 無論在系統(tǒng)壽命、防監(jiān)聽、防解密等性能上都具有很大的優(yōu)勢 ，對射頻卡讀寫器的研究與實現(xiàn)具有重要的現(xiàn)實意義。 射頻卡讀寫器是射頻卡應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。 為此 , 本文 給出了利用 AT89S5 MFRC500、 MIFARE卡來構(gòu)建非接觸式 IC 讀寫器 , 并在該讀寫器基礎(chǔ)上開發(fā)適用各方面自動識別系統(tǒng)。 射頻卡技術(shù) 射頻卡概述 射頻卡是隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和社會對信息安全性要求的日益提高而出現(xiàn)的。 射頻卡又稱非接觸 IC 卡，由 IC 芯片、 感應(yīng)天線組成 ,封裝在一個標準的 PVC 卡片內(nèi) ,芯片及天線無任何外露部分，是世界上最近幾年發(fā)展起來的一項新技術(shù)，它成功地將射頻識別技術(shù)與 IC 卡技術(shù)結(jié)合起來，避免了普通 IC 卡與讀卡器之間的物理接觸，減少了卡的磨損 ，是電子器件領(lǐng) 域 的一大突破 。它所需要的能量是由讀寫器非接觸供給的，數(shù)據(jù)也是通過無線電波進行雙向傳輸?shù)?，識別工作無須人工干預(yù) ,可工作于各種惡劣環(huán)境。由于存在著磁卡和接觸式 IC 卡不可比擬的優(yōu)點，使之一經(jīng)問世， 便立即引起廣泛的關(guān)注， 并以驚人的速度得到推廣應(yīng)用 與傳統(tǒng)的接觸式 IC 卡、磁卡相比 ,射頻卡 無論在系統(tǒng)壽命、防監(jiān)聽、防解密等性能上都具有很大的優(yōu)勢，其 具有 以下幾個優(yōu)點： 1. 可靠性高 。 非接觸式 IC 卡與讀寫器之間無機械接觸，避免了由于接觸讀寫而產(chǎn)生的各種故障。例如：由于粗暴插卡，非卡外物插入，灰塵或油污導(dǎo)致接觸不良等原 因造成的故障。此外，非接觸式 IC 卡表面無裸露的芯片，無須擔心脫落，靜電擊穿彎曲，損壞等問題，既便于卡片的印刷，又提高了卡片使用的可能性。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 頁 2. 操作方便、快捷 。 由于使用射頻通訊技術(shù)，讀寫器在 10cm 范圍內(nèi)就可以對卡片進行讀寫，沒有插拔卡的動作。非接觸式 IC 卡使用時沒有方向性，卡片可以任意方向掠過讀寫器表面，讀寫時間不大于 秒，大大提高了每次使用的速度。 3. 安全防沖突 。 非接觸式 IC 卡的序列號是唯一的，制造廠家在產(chǎn)品出廠前已將此序列號固化，不可更改。世界上沒有任何兩張卡的序列號會相同。非接觸式 IC 卡與 讀寫器之間采用雙向驗證機制 ,即讀寫器驗證卡的合法性，同時卡也驗證讀寫器的合法性。非接觸式 IC 卡在操作前要與讀寫器進行三次相互認證，而且在通訊過程中所有數(shù)據(jù)被加密?？ㄖ懈鱾€扇區(qū)都有自己的操作密碼和訪問條件。 當前世界上非接觸式 IC 智能射頻卡的核心是 Philips 公司的 Mifare1 IC s50(一 01，一 02，一 03，一 04)系列微模塊。已被定制為國際標準： ISO／ IEC 14443 TYPE A 標準。目前。許多較大的 IC 卡制造商的非接觸式卡制造均以 MIFARE 技術(shù)為標準。 目前 ,射頻卡按工作頻率分為兩種 : 13. 6 MHz 與 125kHz。本文中介紹的電路適用于工作頻率為 13. 6 MHz 射頻卡的信息讀取。 MIFARE 射頻卡 射頻卡屬于非接觸 IC 卡，它避免了普通 IC 卡與讀卡器之間的物理接觸，減少了卡的磨損。識別工作無須人工干預(yù)?？晒ぷ饔诟鞣N惡劣環(huán)境。目前。許多較大的 IC 卡制造商的非接觸式卡制造均以 Mifare 技術(shù)為標準 。 Mifarel 卡上有 8Kb E2PROM 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。 各扇區(qū)的密碼和存取控制都是獨立的?？梢愿鶕?jù)實際需要設(shè)定各 自的密碼及存取控制。因此一張卡能同時運用在 16 個不同的系統(tǒng)中。并可以根據(jù)每個系統(tǒng)的實際情況決定各區(qū)的密碼及數(shù)據(jù)形式。 Mifarel 卡上具有先進的數(shù)據(jù)通信加密并雙向驗證密碼系統(tǒng)。具有防重疊功能。能在同一時間內(nèi)處理重疊在讀寫器天線的有效工作距離內(nèi)的多張重疊的卡片?？ㄆ线€內(nèi)建有增值、減值的專項數(shù)學(xué)運算電路。非常適合公交、地鐵等行業(yè)的檢票、收票系統(tǒng)?？ㄆ系臄?shù)據(jù)讀寫可超過 10 萬次以上，數(shù)據(jù)保存期可達 1O 年以上。且卡片抗靜電保護能力可達 2kV 以上。 Mifare1 卡中包含一塊 ASIC 微晶片和一個高頻天線 ，卡片上無源 (無電池 )。其基本工作原理是：讀寫器中的 Mifare 基站向 Mifarel 卡發(fā)一組固定頻率 (13． 56MHz)的電磁波，卡片內(nèi)有一個 LC 串聯(lián)諧振電路。其頻率與基站發(fā)射的頻率相同。在電磁波的激遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 頁 勵下， LC 諧振電路產(chǎn)生共振，使卡片內(nèi)具有電荷，當所積累的電荷達到 2V時?？ㄆ行酒瑢⒖▋?nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收基站對卡片的操作。射頻卡的標準操作距離為 lOOmm，與卡片讀寫器的通信速率高達 106Kb／ s。 國內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀 現(xiàn)在常見的是接觸式 IC 卡，這類卡的讀寫操作速度較慢，操作也方便，每次讀寫時必 須把卡正確地插入到讀寫器的口槽才能完成數(shù)據(jù)交換。這樣，在公交、考勤等需要頻繁讀寫卡的場合就很不方便，而且 IC 卡的觸點暴露在外，容易污損造成接觸不良。非接觸式 IC 卡根據(jù)電磁感應(yīng)原理，讀寫操作只需將卡片放在讀寫器附近一定的距離之內(nèi)就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，無需任何接觸，使用非常方便、快捷，不易損壞。 國外 發(fā)展與 現(xiàn)狀 當今世界上非接觸式 IC 卡主流產(chǎn)品是 Philips 公司的 Mifare 技術(shù)，該公司的 Mifare卡技術(shù)誕生于 1990 年，到 1994 年該項技術(shù)被推向全球市場 。 到 1995 年，第一個利用Mifare 卡技術(shù) 生產(chǎn)的裝置開始應(yīng)用在英國、法國、加拿大、芬蘭、捷克等國的公交系統(tǒng)上 。 這年 10 月第一個停車場收費系統(tǒng)在馬來西亞投入使用 。 此后， Philips 公司 不斷開發(fā)、改進 Mifare 結(jié)構(gòu)平臺 。 至今，已擁有很多系列的 Mifare 卡集成電路 。 目前， Philips公司的 Mifare 卡在非接觸式 IC 卡應(yīng)用領(lǐng)域占有近 80%的市場份額，是非接觸式 IC 卡的工業(yè)標準 。 現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于公共交通、路橋收費、電子機票、身份證、付費電話、付費電視、門禁、校園、企事業(yè)人事管理等領(lǐng)域。 目前我國引進的射頻 IC 卡主要就是 Philips 公司的 Mifare 卡和 Atmel 公司的 Temic卡 。 Mifare 卡是一種智能卡，內(nèi)建有中央微處理機，使卡在安全保密性、認證邏輯、算術(shù)運算等微操作控制有序進行。 Mifare 卡讀寫器的設(shè)計一般用 Philips 公司生產(chǎn)的讀寫模塊 MCM200 或 MCM500。隨著技術(shù)的進步， Philips 公司現(xiàn)在生產(chǎn)了功能及性能更好的讀卡芯片 MFRC500。 本文即以此 芯片為基礎(chǔ)來設(shè)計和開發(fā) Mifare 射頻卡讀寫器。 國內(nèi)發(fā)展與現(xiàn)狀 我國由于涉足射頻卡技術(shù)較晚，因而在該領(lǐng)域落后其他發(fā)達國家，提別是芯片設(shè)計遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4 頁 生產(chǎn)方面比較落后。我國很多企業(yè)對 射頻卡技術(shù)認識不夠充分，基礎(chǔ)設(shè)施的缺失也造成我國在這方面的障礙。 但射頻卡技術(shù)在我國仍有廣泛的前景。我國在 1993 年開始實施金卡工程計劃，推動和發(fā)展射頻卡技術(shù)。目前，我國在這方面得到了較好的發(fā)展： 學(xué)生證、新軍官證都采用了射頻卡技術(shù)。目前，清華同方已擁有 THR9904 和THR10XX 兩大非接觸式 IC 卡系列產(chǎn)品，其中 THR9904 已大規(guī)模應(yīng)用于我國第二代居民身份證項目，該項目是我國應(yīng)用射頻卡最大的項目。清華同方開發(fā)的 THR10XX 系列是一整套完整的射頻模塊解決方案，已在公交、身份識別等方面得到廣泛的應(yīng)用。 上 海華虹研制出的最新非接觸式 IC 卡 SHC1105，它遵循 ISO/IEC15693 協(xié)議，可用于物流、安全管理等應(yīng)用領(lǐng)域。研制出的 SHC1507 讀寫芯片，符合 ISO14443Aamp。ISO1444B的國際標準，工作頻率為 。它對華虹的 SHC110X 系列產(chǎn)品進行操作，并能對M1 系列卡片進行操作。適用于公交、地鐵、校園一卡通等多種不同場合的 POS 機。 復(fù)旦微電子股份有限公司設(shè)計的 FM17XX 系列，是基于 ISO14443 標準的系列非接觸式讀寫器專有芯片，可分別支持 頻率下的 TapeA、 TapeB、 15693 三種非接觸通信協(xié)議，支持 Mifare和 SH標準的加密算法 ?？杉嫒?Philips 公司的 RC500、 RC530和 RC632 等讀寫芯片。適用于各類計費系統(tǒng)的讀卡器的應(yīng)用。 該公司設(shè)計的 512位非接觸式 FM11RF005 芯片，適用于低成本的城市軌道交通單程票 、 各類計費支付卡和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用 ； 大容量的 E2PROM 非接觸式射頻卡芯片 FM11RF32，適用于各類計費系統(tǒng)的支付卡應(yīng)用； FM11RF08 具有極高的保密性能，適用于各類計費系統(tǒng)的支付卡應(yīng)用，并成功運用于第六屆上海工業(yè)博覽會的門票。 目前，我國的射頻 卡技術(shù)在下列幾種應(yīng)用中發(fā)展前景較好。當然，這里僅僅 羅列了射頻卡 技術(shù)應(yīng)用的一部 分。任何一種技術(shù)如果得到普及，都將會孕育一個龐大的市場。這 將是未來一個新的經(jīng)濟增長點。 1． 安全防護領(lǐng)域 門禁保安系統(tǒng)均可應(yīng)用射頻卡。一卡可以多用。比如，可以作工作證、出入證、停車卡、飯店住宿卡甚至護照等，目的都是識別人員身份、安全管理、收費等等。好處是簡化出入手續(xù)、提高工作效率、安全保護。只要人員佩戴了封裝成 ID 卡大小的射頻卡、進