【正文】 及卡片讀寫器的諸多性能。 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。 RFID 標(biāo)簽是射頻識(shí)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。另一種是電磁耦合方式，在電磁耦合方式中，讀卡器的天線將讀卡器產(chǎn)生的射頻信號(hào)以電磁波方式定向發(fā)送到空間范圍內(nèi)，形成讀卡器的有效閱讀區(qū)域，位于讀卡器有效閱讀區(qū)域中射頻標(biāo)簽從讀卡器天線發(fā)出得電磁場(chǎng)中提取工作電源，并通過射頻標(biāo)簽的內(nèi)部電路及標(biāo)簽天線將標(biāo)簽內(nèi)存的數(shù)據(jù)信息傳送到讀卡器。 射頻標(biāo)簽與讀卡器之間的電磁耦合包含兩種情況：一種情況是電感耦合。他們都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，同質(zhì)化嚴(yán)重，各產(chǎn)品之間的差別不大，性能也相近，基本上采用讀卡器芯片加單片機(jī)的結(jié)構(gòu)，而核心技術(shù)并不在自己手中，缺乏成套系統(tǒng)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。現(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)在中國(guó)還處于一個(gè)迅猛發(fā) 展的階段，前景十分廣闊，相信隨著技術(shù)越來越成熟，射頻識(shí)別技術(shù)與其它技術(shù)一樣走進(jìn)我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)角落，使我們的生活更加方便快捷。典型的射頻識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)由非接觸式 IC卡、非接觸 式 IC 卡讀卡器和應(yīng)用系統(tǒng)組成，其中非接觸式 IC卡讀卡器是連接非接觸式 IC 卡和應(yīng)用系統(tǒng)的橋梁，是射頻識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，而且現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)要求射頻識(shí)別系統(tǒng)要有更高的安全性，因此設(shè)計(jì)一款安全有效地讀卡器有著重要的商業(yè)價(jià)值意義。所以研究該技術(shù)已成為我國(guó)當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。射頻識(shí)別技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)在于非接觸性，因此完成識(shí)別工作時(shí)無需人工干預(yù)，能夠?qū)崿F(xiàn)識(shí)別自動(dòng)化且不易損壞；可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)射頻標(biāo)簽，操作快捷方便；射頻標(biāo)簽不怕油漬、灰塵污染等惡劣環(huán)境，且可以穿透非金屬物體進(jìn)行識(shí)別，抗干擾能力強(qiáng)。論文中系統(tǒng)地討論了軟件實(shí)現(xiàn)讀卡器與 Mifare 卡之間通信所要求的請(qǐng)求應(yīng)答、防沖撞、選卡片、認(rèn)證、讀寫等功能模塊的實(shí)現(xiàn)原理。在充分研究了射頻卡的基本原理、技術(shù)特點(diǎn)、國(guó)際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)而提出了基于 STC11F32單片機(jī)的射頻讀卡器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法。隨著技術(shù)的進(jìn)步， RFID 應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，現(xiàn)已涉及到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面，并將成為未來信息社會(huì)建設(shè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)。因此，研究、設(shè)計(jì)和開發(fā) RFID 系統(tǒng)具有十分重要的理論意義和實(shí)際意義。設(shè)計(jì)采用 MFRC522 射頻讀寫模塊在STC11F32 單片機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)對(duì) Mifare 卡的讀寫訪問操作。 關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別，讀卡器， IC 卡， STC11F32， MFRC522 Abstract Radio frequency identification (radio frequency identification, RFID), also known as electronic tags (eTag), is an RF signal automatic target recognition and access to relevant information technology. With the advances in technology, RFID applications widening, has been involved in all aspects of people39。 REID 技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品跟蹤與信息共享。另外RFID 技術(shù)是一個(gè)嶄新的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，它不僅涵蓋了微波技術(shù)與電磁學(xué)理論，而且包括通信原理及半導(dǎo)體集成電路技術(shù)，是一個(gè)多學(xué)科綜合的新興學(xué)科。 RFID 讀卡器國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及前景 RFID 相比傳統(tǒng)的識(shí)別系統(tǒng)具有信息量大，通過無線通信方式可重復(fù)讀寫數(shù)據(jù)，保密性極好，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，使用壽命更長(zhǎng)。 RFID 技術(shù)在國(guó)外的發(fā)展較早也較快，在美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、瑞典、日本等國(guó)家目前都有成熟且先進(jìn)的 RFID 系統(tǒng)。 目前， RFID 典型應(yīng)用領(lǐng)域包括：（ 1）車輛道路交通自動(dòng)收費(fèi)管理（ 2）旅客航空行包自動(dòng)識(shí)別、分揀轉(zhuǎn)運(yùn)管理（ 3）車輛出入控制（ 4） RFID 金融卡（ 5）產(chǎn)品加工過程自動(dòng)控制（ 6）物流倉庫自動(dòng)管理（ 7）門禁管理（ 8）圖書館圖書管理（ 9）防偽技術(shù)。在電感耦合方式中讀卡器的天線相當(dāng)于變壓器的初級(jí)線圈，射頻標(biāo)簽的天線相當(dāng)于變壓器的次級(jí)，因而也稱電感耦合方式 為變壓器方式。電磁耦合與電感耦合的差別在于電磁耦合方式中得讀卡器將射頻信號(hào)以電磁波的 形式發(fā)送出去；在電感耦合方式中，讀卡器將射頻信號(hào)束縛在讀卡器電感線圈的周圍，通過交變閉合的線圈磁場(chǎng)，溝通讀卡器與射頻標(biāo)簽天線之間的射頻通道，而沒有向空間輻射電磁能量。 射頻標(biāo)簽與讀卡器之間采用雙向驗(yàn)證機(jī)制，即讀卡器驗(yàn)證射頻標(biāo)簽的合法性，同時(shí)射頻標(biāo)簽也驗(yàn)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。在天線的匹配設(shè)計(jì)中必須保證產(chǎn)生一個(gè)盡可能強(qiáng)的電磁場(chǎng)，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(hào)。 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。Mifare1 射 頻卡所具有的獨(dú)特的 MIFARA RE(射頻 )非接觸式接口標(biāo)準(zhǔn)已被指定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)： ISO/IEC 14443 TYPEA 標(biāo)準(zhǔn)。典型的檢票交易時(shí)間最長(zhǎng)不超過 100ms。 當(dāng)有卡片在讀卡器的有效工作范圍內(nèi)時(shí)， 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(shí)有多張卡片在天線的工作范圍內(nèi)，讀卡器通過啟動(dòng)防沖撞機(jī)制，根據(jù)卡片序列號(hào)選定一張卡片，被選中的 卡片再與讀卡器進(jìn)行密碼校驗(yàn)，確保讀卡器對(duì)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。近耦合和疏耦合 IC 卡標(biāo)準(zhǔn)的制定工作 —— 國(guó)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(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)在 2021 年后才開始有效完成。 ISO/IEC144433 初始化和防沖突這部分描述了在一個(gè) 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(qǐng)求命令和請(qǐng)求命令的響應(yīng)的內(nèi)容，在記賬卡中對(duì)一張卡的檢測(cè)和通訊的方法（即防沖突）和其他一些需要初始化的參數(shù)。 命令集 ① PCD 設(shè)備間隔一定時(shí)間就發(fā)送請(qǐng)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(chǎng)內(nèi)的所有 PICC 同步發(fā)出 ATQA 應(yīng)答。 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)。 一個(gè) select 的時(shí)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(duì)象。位 1 表示還有部分 UID CLn（ n=2 或 3）未經(jīng)確認(rèn)。 ③ PCD 發(fā)送 SEL 和 NVB。 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’。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。 ○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)。單片機(jī)選用的是 STC11F32 是宏晶科技公司生產(chǎn)的單時(shí) 鐘／機(jī)器周期 (1T)的單片機(jī)，是高速、低功耗、具有超強(qiáng)抗干擾能力的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但速度快 8～ 12倍。 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。其內(nèi)部發(fā)送器部分可驅(qū)動(dòng)讀寫器天線與 ISO 14443A/MIFARE174。 此外，它還支持快速 CRYPTO1 加密算法， 用于驗(yàn)證 MIFARE 系列產(chǎn)品。它與主機(jī)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。單片機(jī)的 IO 口驅(qū)動(dòng)能力有限，不能直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，通過三極管來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。 相對(duì)于 Philips公司生產(chǎn)的其他 14443基站芯片 (如 RC500、 RC530等 )， RC522簡(jiǎn)化了內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，去掉了片內(nèi) E2PROM。 圖 41 根據(jù) RC522 和 MIFARE 卡問傳送的控制流數(shù)據(jù)的不同，通信過程中可能會(huì)出現(xiàn)不同的狀態(tài)。實(shí)際上，通過它們即可完成對(duì) MIFARE 卡的所有操作，包括 Request、Anticollision、 Select、 READ、 WRITE 等。若中斷指示有錯(cuò)誤發(fā)生，則需進(jìn)一步讀取 ErrorReg 的內(nèi)容，據(jù)此返回錯(cuò)誤字。分析以上 Ttanceive 命令執(zhí)行過程，可以得到處理該命令的算法流程圖，如圖 42 所示。 Tranceive 命令不處理面向比特的幀，這種幀只可能在 MIFARE 卡防沖突循環(huán)中出現(xiàn)。 MFAuthent 命令執(zhí)行的最終目的在于開啟 RC522 的加密認(rèn)證 單元。實(shí)際上，MFAuthent 只可能有一種錯(cuò)誤狀態(tài) (RC522 與 MIFARE 卡通信幀格式錯(cuò)誤 )，此時(shí)該命令不能打開加密認(rèn)證單元，用戶必須重新執(zhí)行認(rèn)證操作。 Mifare 卡操作程序設(shè)計(jì) 對(duì) Mifare 卡的操作分為請(qǐng)求、反碰撞、選擇、認(rèn)證、讀、寫、增值、減值、存取和傳輸， 對(duì) Mifare 卡的操作流程圖如圖所示，具體描述如下： 1 請(qǐng)求操作 當(dāng)有 Mifare 卡進(jìn)入讀寫器天線作用范圍內(nèi)，讀寫器發(fā)出 Request 命令。 操作成功返回值為 0 。 反碰撞函數(shù)如下： char PcdAnticoll(unsigned char *pSnr) pSnr 是輸入，存放序列號(hào)（ 4byte）的內(nèi)存單元首地址。 操作成功時(shí)函數(shù)返回值為 0. 4 認(rèn)證操作 為了訪問 Mifare 卡的 EEPROM 存儲(chǔ)器中存放的數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行認(rèn)證操作。 相關(guān)函數(shù)如下： Char ChangeCodeKey(unsigned char *pUncode,unsigned char *pCoded ) pUncode 輸入函數(shù)， 6 字節(jié)未轉(zhuǎn)換的密鑰。 以上函數(shù)返回值類型均為 char。 addr 輸入塊號(hào)，取值范圍 0— 63. pData 輸出 16 字節(jié)來自 Mifare 卡的數(shù)據(jù)。發(fā)送完該命令后等待卡的響應(yīng)信號(hào)，收到響應(yīng)信號(hào)后， MFRC522 發(fā)送 16 字節(jié)的數(shù)據(jù)，再次等待響應(yīng)信號(hào)。 減少操作：讀取 Mifare 卡指定塊的值，檢查值的合法性，減少指定的值，將結(jié)果存放到 Mifare 卡的內(nèi)部中間寄存器中。 值 操 作 函 數(shù) ： char PcdValue(unsigned dd_mode,usigned char addr,unsigned char *pValue) dd_mode 輸入選擇操作，即 PICC_INC 事增值操作， PICC_DEC 是簡(jiǎn)直操作，PICC_REST 是去值操作。每個(gè) C文件都對(duì)應(yīng)的有一個(gè)頭文件，頭文件里定義了各個(gè) C文件中用到的相關(guān)參數(shù)。 總結(jié) 在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，通過對(duì)文獻(xiàn)資料的查閱和相關(guān)技術(shù)手冊(cè)的研讀，我比較全面的掌握了 RFID 系統(tǒng)的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法，特別是對(duì)于非接觸式 IC卡類型的 RFID 系統(tǒng)。 完成了讀寫器的軟件設(shè)計(jì)，包括對(duì) RC522 的基本操作函數(shù)的編寫、對(duì)非接觸式 IC 卡各種操作的程序的編寫。本文是大學(xué)四年來最后一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)任務(wù)，伴隨著時(shí)間的流逝，論文也到了敲定之際，在此，我想表達(dá)一下我的感激之情。他不僅在學(xué)習(xí)上給了我很多幫助和啟發(fā)，而且讓我學(xué)會(huì)做人做事以及做學(xué)問的態(tài)度和方法，將使我受益終身。 參考文獻(xiàn) [1]趙軍輝 ,射頻識(shí)別技術(shù)與應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 年 5月 [2]周曉光，王曉華，射頻識(shí)別（ RFID）技術(shù)原理與應(yīng)用實(shí)例。2021 年 02 期 [5] 游戰(zhàn)清 ,李蘇建 無線射頻識(shí)別技術(shù) (RFID)理論與應(yīng)用 [M]．北京：電子工業(yè)出版社。北京：機(jī)械工業(yè)出版社。 void SetBitMask(unsigned char data reg,unsigned char data mask)。 void PcdAntennaOn(void)。i++) { nop()。 // Counter used to clock out the data unsigned char data SPIData。 SPICount++) // Prepare to clock in