【正文】 。 信源 加密編輯器 解密譯碼器 接收者 密碼分析者 密鑰源 密文 明文 明文 加密密鑰 公開 信道 秘密信道 解密密鑰 西北師范大學(xué)本科學(xué)位論文 11 3 非接觸式 IC 卡讀卡器的硬件設(shè)計 IC 卡讀卡器 整體模塊 非接觸式 IC 卡讀卡器硬件電路包括以下幾個部分：微控制器、 Mifare 讀卡芯片、天線匹配電路、天線、 RS232 通信電路和蜂鳴器驅(qū)動電路等 。就本系統(tǒng)而言，還要考慮到系統(tǒng)的通信速度和通信方法 (包括與 PC 機通信以及與射頻模塊通信 )，存儲器空間的大小。 ⑴ AT89C51 的功能特性描述 [6] AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS8 位單片機，片內(nèi)含 4kbytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 128bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS． 5l 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位央處理器 (CPU)和 Flash 存儲單元。掉電方式保存 RAM 的內(nèi)容，但振蕩器停工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。 MAX232是 MAXIM 公司生產(chǎn)的專用串行接口芯片，包括 2 路接收器和驅(qū)動器，我們只用其中一路收發(fā)器。 在本設(shè)計中硬件上采用 3 線制 (RXD、 TXD、 GND)軟握手的零 MoDEM 方式，即將 PC 機和單片機的發(fā)送數(shù)據(jù)線 (TXD)與接收數(shù)據(jù) (RXD)交叉連接，二者的地線(GND)直接相連，而其它信號線如握手信號線均不用，而采用軟件握手，這樣即可以實現(xiàn)預(yù)定的任務(wù)又可以簡化電路設(shè)計，節(jié)約了成本。 品質(zhì)因數(shù) Q 和諧振頻率是電感藕合式射頻識別系統(tǒng)讀卡器天線的特征值，由于品質(zhì)因數(shù) Q 會影響天線讀寫距離，所以是天線設(shè)計中的一個重要參數(shù)，它可以通過電感線圈的電抗與電阻 的比值計算出來 較高的品質(zhì)因數(shù)，會得到較高的讀卡器天線電壓，其中可增加應(yīng)答器即 IC 卡的能量傳輸。而且由于受到卡形狀的限制，卡中不可能封裝很大的天線，使得接收的能量較小，從而決定了讀卡器天線讀寫距離很短，一般在 100mm 以內(nèi)。表 3． 1 給出了卡和天線的耦合系數(shù)為 0t3 時的天線大小和讀寫距離關(guān)系： 表 天線大小與讀寫距離關(guān)系表 [8] 50╳ 50 7 65╳ 54 10 85╳ 54 12 85╳ 85 8 90╳ 90 5 本設(shè)計中的讀卡器的天線采用 65mm╳ 54mm，圈數(shù)為方形天線。他們的電容值的大小嚴(yán)重影響讀卡器的性能，也就是影響讀卡器的讀寫距離。 蜂鳴器驅(qū)動電路如圖 所示： 圖 蜂鳴器驅(qū)動電路 IC 卡讀卡器射頻模塊接口電路設(shè)計 讀寫模塊中的關(guān)鍵部件是 MFRC500。 MFRC500 是應(yīng)用于 13． 56MHz 非接觸式通信中高集成讀卡 Ic 系列中的一員。數(shù)字部分處理IS014443A 幀和錯誤檢測 (奇偶和 CRC)。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。它支持的幀包括 CRC 和奇偶校驗。模擬電路包含了一個具有非常低阻抗橋驅(qū)動器輸出的發(fā)送部分。 ⑵ MFRC500 管腳描述 圖 MFRC500 的 SO32 管腳配置 數(shù)據(jù)總線 控制總線 地址總線 帶 64 字節(jié) FIFO緩沖的微控制器接口 安全密鑰存 儲器 狀態(tài)和控制單元 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理單元、 CRC 校驗等 模擬單元包括：位信息號的調(diào)制和解調(diào) Mifare 西北師范大學(xué)本科學(xué)位論文 17 管腳類型： I：輸入 O：輸出 PWR：電源 非接觸式 IC 卡的應(yīng)用 ⑶ MFRC500 與單片機電路連接圖 圖 MFRC500 電路連接圖 西北師范大學(xué)本科學(xué)位論文 19 4 非接觸式 IC 智能卡應(yīng)用的軟件設(shè)計 非接觸式智能卡 應(yīng)用的軟件設(shè)計分為兩部分： MFRC500 底層驅(qū)動程序和單片機控制讀卡程序。 if(RevBuffer[0]==11) //為了加快響應(yīng)速度 測試蜂鳴器 { RevBuffer[2]=RevBuffer[1]。 SPEAKER=1。 break。 break。 break。 break。 //contact RevBuffer[1]=0。 TH1=baud。 } else { cmd_execution()。 ET2 = 0。 TMOD=0x21。 TR1=TRUE。 ET0=0。 IT0 = 1。 SPEAKER=0。 SPEAKER=0。 RETI ORG 000BH。 RETI。定時器初值 MOV TH1,0FA。? LLL1: LCALL DISP1 DJNZ R7,LLL1 LCALL BEEP 。開啟接收中斷后，判斷接收到得數(shù)據(jù)是否正確，正確就繼續(xù)執(zhí)行，否則返回到 L1 重新接收 JNB RI,$ CLR RI MOV A,SBUF CJNE A,00H,L1 JNB RI,$ CLR RI MOV A,SBUF CJNE A,04H,L1 JNB RI,$ CLR RI MOV A,SBUF CJNE A,00H,L1 MOVR7,0FFH 。密碼下載 MOV DPTR,TAB1 MOV R3,0 MM1: MOV A,R3 MOVC A,A+DPTR LCALL SEND INC R3 DJNZ R7,MM1 JNB RI,$ CLR RI MOV A,SBUF CJNE A,01H,MM JNB RI,$ CLR RI MOV A,SBUF CJNE A,00H,MM LLL3: LCALL DISP3 DJNZ R7,LLL3 AJMP L2 L2: MOV A,02H 。讀扇區(qū) 1 LCALL SEND MOV A,04H LCALL SEND JNB RI,$ CLR RI MOV A,SBUF CJNE A,01H,L5 JNB RI,$ CLR RI MOV A,SBUF CJNE A,00H,L5 LCALL DISP3 K0: MOV A,02H 。將結(jié)果送顯示 LCALL HBCD 西北師范大學(xué)本科學(xué)位論文 25 MOV 3CH,R3 。255 OLD LCALL NEWBUF LLL0: LCALL DISP LCALL DISP DJNZ R7,LLL0 LCALL MUSIC SETB SETB RET 本設(shè)計的操作步驟如下： (1) 將閱讀器與微控制器（單片機）通過串口相連接，給系統(tǒng)上電 ， 上電初始化，數(shù)碼管顯示“ HELLO8.”，蜂鳴器發(fā)出響聲，說明初始化成功。數(shù)碼管顯示“ 222222”，說明密碼下載成功。數(shù)碼管顯示“ 27”，說明卡號讀取正確。 非接觸式 IC 卡的應(yīng)用 5 總結(jié)與 改進 本論文對非接觸式 IC 卡在門禁和電子錢包的應(yīng)用方面做出了較為詳細的闡述，主要介紹了無線射頻技術(shù)的基本工作原理、射頻卡的讀寫 機制、串口通信的實現(xiàn)步驟等，既給出了系統(tǒng)硬件電路的原理設(shè)計圖，又給出了部分軟件代碼，使得本論文更具參考價值。本文的研究在整個射頻識別領(lǐng)域中只是很小的一部分，但是我相信在眾多的研究開發(fā)人員共同努力下，必將推動射頻識別技術(shù)在我國的應(yīng)用和進一步的發(fā)展。 非接觸式 IC卡是隨著接觸式 IC卡在世界范圍的廣泛應(yīng)用而發(fā)展起來的新型智能卡，它除具有一般 IC 卡的安全防偽、高容量和高可靠性等特點外，還具有無需插拔卡就可操作的特點，避免了由于機械觸點不良導(dǎo)致的各種故障，因而操作可靠，壽命長 (讀寫次數(shù)高達 10 萬次以上 )，而且速率非常高，平均讀寫時間小于 O． 3s，使得操作迅速且準(zhǔn)確。馬教授治學(xué)嚴(yán)謹?shù)淖黠L(fēng)和執(zhí)著敬業(yè)的精神將會 激勵我們在今后的人生道路上繼續(xù)勇往直前！ 感謝實驗室的 研究生 師兄張維召，他 忘我的工作態(tài)度以及營造出濃厚的科研氛圍同樣使我懂得了學(xué)習(xí) 工科一定要有認真鉆研的態(tài)度，他教會了我，對于一個自己花了很長時間都找不出問題的硬件電路問題，很可能是由于自己馬虎大意造成的結(jié)果，他啟示我在以后的學(xué)習(xí)過程中，一定要養(yǎng)成 刻苦鉆研和認認真真的科研態(tài)度和學(xué)習(xí)方法。 數(shù)據(jù)的基本格式： 每個數(shù)據(jù)協(xié)議包都由如下數(shù)據(jù)格式組成： 數(shù)據(jù)包 長度 L(1byte) + 命令字 C(1byte) + 數(shù)據(jù)包D(L1bytes) 2。 【 6】 李朝青 .單片機原理及接口技術(shù) .北京：北京航空航天大學(xué)出版社 【 7】李朝青 .單片機原理及接口技術(shù) .北京：北京航空航天大學(xué)出版社 【 8】 周 朝棟，天線理論與工程。 西北師范大學(xué)本科學(xué)位論文 27 致謝 由衷感謝我們的輔導(dǎo)老師馬勝前教授。 ⑵ 注重安全性考慮。本文設(shè)計的讀卡器只是眾多類型讀卡器類型中的一種，它能夠讀寫距離在100mm 范圍內(nèi)的符合 IEC/ISO14443TypeA 標(biāo)準(zhǔn)的非接觸式 IC 卡。 (6) 數(shù)碼管顯示開門的時間，同時電鈴響起，電鈴發(fā)聲代表門鎖被打開，否則沒有被打開。讀卡號的命令字是： 02 02 52，當(dāng)數(shù)碼管上顯示“ 123”，說明現(xiàn)在可以進行讀取卡號。尋卡的命令字是： 02 02 26，當(dāng)數(shù)碼管顯示“ 1”，蜂鳴器發(fā)出響聲，說明尋卡成功。個位送顯示 MOV A,B ANL A,0F0H SWAP A MOV 3DH,A 。寫扇區(qū) 1 的塊 0 LCALL SEND MOV A,09H LCALL SEND MOV A,04H LCALL SEND MOV R7,15 X: MOV A,11H LCALL SEND DJNZ R7,X MOV A,R5 LCALL SEND JNB RI,$ CLR RI MOV A,SBUF CJNE A,01H,WRI0 JNB RI,$ CLR RI MOV A,SBUF CJNE A,00H,WRI0 AJMP ReK0 ReK0: MOV A,02H 。判斷接收中斷標(biāo)志位 ,RI=1 發(fā)送的中斷請求已被響應(yīng)， SBUF 中的數(shù)據(jù)已被取走；由軟件使 RI=0，以便提供 接收SBUF 已空 的信息 CLR RI MOV A,SBUF CJNE A,03H,L2 JNB RI,$ CLR RI MOV A,SBUF CJNE A,00H,L2 西北師范大學(xué)本科學(xué)位論文 23 JNB RI,$ CLR RI MOV A,SBUF CJNE A,04H,L2 JNB RI,$ CLR RI MOV A,SBUF CJNE A,00H,L2 LLL4: LCALL DISP4 DJNZ R7,LLL4 AJMP L3 L3: MOV A,01H 。511us LLL2 LCALL DISP2 。尋卡 LCALL SEND MOV A,02H LCALL SEND MOV A,26H LCALL SEND JNB RI,$ 。啟動定時器 1 MOV SCON,50H 。 RETI ORG 0100H START:LJMP DZZ main1:MOV TMOD,21H。 ORG 0013H RETI。 西北師范大學(xué)本科學(xué)位論文 21 單片機控制雙方通信程序簡述 單片機主程序流程圖：