【正文】 由于加入了保護(hù)層，使 IC 與卡片上的天線組成的振蕩回路的頻率將發(fā)生變化 ，所以 保護(hù)層給 IC 微晶片增加了一個輸入只有幾個 pF 至幾十個 pF 回路電容 ， 對于要求頻率精度 、 穩(wěn)定度等都很高的非接觸式 IC 射頻卡來說也 至關(guān)重要 。 STC89C52RC 內(nèi)置 15K 的 Flash 存儲器和 512 字節(jié) RAM，具有 3 個 16 位計(jì)數(shù)器和一個標(biāo)準(zhǔn)的串行通信口，支持 ISP 程序下載 ， 方便程序的調(diào)試，此外它還具有良好的溫度特性、穩(wěn)定性和性價(jià)比。輸出高電平有效。 （ 6） 并行接口 MFRC500 有 16 個引腳用于控制并行接口 ： AD0～ AD7（ 13 腳至 20 腳）： 8 位雙向數(shù)據(jù)總線（也可復(fù)用為地址線）。 VMID（ 30 腳）：天線部分的內(nèi)部參考電壓。通過狀態(tài)和控制部分可以對芯片進(jìn)行配置，以適應(yīng)環(huán)境并使芯片性能調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)。 MFRC500 內(nèi)部有一個定時(shí)器，它由片內(nèi) 時(shí)鐘驅(qū)動。鑒于國內(nèi)市場上 MIFARE 芯片卡應(yīng)用廣泛，我們采用 Philips 公司生產(chǎn)的射頻處理基站芯片。 A0 A1 A2 A3 A4 A5 FF 07 08 09 B0 B1 B2 B3 B4 B5 密碼 A（ 6 字節(jié)） 存取控制（ 4 字節(jié)） 密碼 B（ 6 字節(jié)） 表 24 控制塊結(jié)構(gòu) 4． 控制屬性： 每個扇區(qū)的用戶密碼和存取控制條件都是獨(dú)立設(shè)置的，可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定各自的密碼及存取控制。第0 扇區(qū)的塊 0(即絕對地址塊 0)用于存放芯片商，卡商相關(guān)代碼，已經(jīng)固化不可更改。 L 1L 2P C D P I C C負(fù)載電阻線 圈 電 阻 圖 21： 耦合回路等效電 MIFARE 射頻卡由天線和 ASIC（ 專用集成電路 ） 組成，天線是只有幾組繞線的線圈，卡上的 ASIC 由一個高速 （ 波特率 106kbit／ s） 的 RF 接口，一個控制單元和一個 8K 位EEPROM 組成。非接觸式 IC 卡大多應(yīng)用在交通工具儲值卡或大型民營機(jī)構(gòu)內(nèi)部使用的儲值卡停車及門禁 考勤管理和大型蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 2. RFID 的相關(guān)理論 7 會議報(bào)到卡。 讀取距離依需求可分 CM、 10 CM 兩種規(guī)格。非接觸式的讀寫過程，通常由 非接觸型與讀寫器 之間通過無線電波來完成讀寫操作。 （ 3） 防沖突 非接觸式卡中有快速防沖突機(jī)制 ， 能防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾 ， 因此，讀寫器可以蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 2. RFID 的相關(guān)理論 6 “ 同時(shí) ” 處理多張非接觸式 。 而傳統(tǒng)的 射頻卡 則 誕生于 20 世紀(jì) 90 年代，也叫非接觸式 IC卡是 隨 射頻識別技術(shù)與 IC 卡技術(shù)的結(jié)合而出現(xiàn)的，自出現(xiàn)以來就成為這兩種技術(shù)的重要發(fā)展方向。 論文的結(jié)構(gòu)安排 基于此背景，本論文針 對 MIFARE 射頻卡的特點(diǎn)，采用 Philips 公司支持 lSO／IEC14443A 近耦合 協(xié)議的最新通用射頻集成電路 MFRC500 設(shè)計(jì)了一款射頻卡讀寫器。一旦到達(dá)閱讀器的信息被正確的接收和譯解后，閱讀器通過特定的算法決定是否需要發(fā)射機(jī)對發(fā)送的信號重發(fā)一次，或者知道發(fā)射器停止發(fā)信號，這就是 “ 命令響應(yīng)協(xié)議 ” 。標(biāo)簽一般是帶有線圈、天線、存儲器與控制系統(tǒng)的低電集成電路。 閱讀器根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同可以是讀或讀 /寫裝置，是 RFID 系統(tǒng)信息 控制和處理中心。系統(tǒng)由一個詢問器 (或閱讀器 )和很多應(yīng)答器 (或標(biāo)簽 )組成。 隨著 RFID 技術(shù)的重要性日益體現(xiàn)，我國政府也希望在這項(xiàng)技術(shù)上有所創(chuàng)新。 1961～ 1970 年， RFID 技術(shù)的理論得到了發(fā)展，開始了一些應(yīng)用嘗試。 RFID技術(shù)可識別高速運(yùn)動物體并可同時(shí)識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便。射頻卡系統(tǒng)的通信也是論文的重點(diǎn)之一 ， 對讀寫器和上位機(jī)之間的串行通信協(xié)議和通信方式進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。 三、進(jìn)度表 日 期 內(nèi) 容 20xx— 20xx 學(xué)年第一學(xué)期 第十一周 第十二周 第十三周 第十四周 第十五周 第十六周 20xx— 20xx 學(xué)年第二學(xué)期 第一、二周 查閱資料、總體方案論證與選擇 MIFARE 卡選擇及特性參數(shù) MIFARE 卡讀寫器硬件設(shè)計(jì) MIFARE 卡讀寫器硬件設(shè)計(jì) MIFARE 卡讀寫器軟件 編制設(shè)計(jì)說明書 答辯 完成日期 答辯日期 四、主要參考文獻(xiàn)、資料、設(shè)備和實(shí)習(xí)地點(diǎn)及翻譯工作量： 主要參考文獻(xiàn)、資料： [1] 周曉光 等 .射頻識別 (RFID)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真與應(yīng)用 .北京 ： 人民郵電出版社 ， [2] 董麗華 .RFID 技術(shù)與應(yīng)用 .北京： 電子工業(yè)出版社 ， [3] 張智文 .射頻識別技術(shù)理論與實(shí)踐 .北京 ： 中國科學(xué)技術(shù)出版社 ， [4] 范博 .射頻電路原理與實(shí)用電路設(shè)計(jì) .北京 ： 機(jī)械工業(yè)出版社 ， [5] 位永輝 ， 劉篤仁 .基于 MFRC500 的非接觸式 IC 卡讀寫器設(shè)計(jì) [J].電子元 器件應(yīng)用 ， 20xx，(05). [6] 李亮 .對單片機(jī)控制非接觸式 IC 卡讀寫器模塊的討論 [J].南華大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 )，20xx， (01). [7] 邱麗芳 .非接觸式智能 IC 卡讀寫器的設(shè)計(jì) [J].儀器儀表用戶 ， 20xx， (02). 指導(dǎo)教師簽字 教研室主任簽字 主管系領(lǐng)導(dǎo)簽字 年 月 日 年 月 日 年 月 日 注：本任務(wù)書要求一式兩份，一份系部留存，一份報(bào)教務(wù)處實(shí)踐教學(xué)科。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 (3) MIFARE 卡讀寫器硬件設(shè)計(jì) ① MCU；②射頻模塊；③天線；④通信接口；⑤人機(jī)界面；⑥電源電路。 射頻卡讀寫器是射頻卡應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一 ， 在對射頻卡系統(tǒng)的相關(guān)理論和技術(shù)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上 ， 設(shè)計(jì)了一種基于 STC89C52 單片機(jī)和 MFRC500 射頻接口芯片的高性能、低功耗射頻卡讀寫器。 RFID 電子電梯合格證的閱讀器（讀寫器）通過天線與 RFID 電子標(biāo)簽進(jìn)行無線通信，可以實(shí)現(xiàn)對標(biāo)簽 識別碼和內(nèi)存數(shù)據(jù)的讀出或?qū)懭氩僮鳌１鞠到y(tǒng)具有體積小巧，功耗低，通信可靠穩(wěn)定等特點(diǎn)。 RFID 技術(shù)的理論得到豐富和完善。 RFID技術(shù) 概念 RFID技術(shù)概念 RFID 射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。 一套完整的 RFID 系統(tǒng)， 是由閱讀器 (Reader)與電子標(biāo)簽 (TAG)也就是所謂的應(yīng)答器(Transponder)及 應(yīng)用軟件 系統(tǒng)三個部份所組成 ， 其工作原理是 Reader 發(fā)射一特定頻率的無線電波能量給 Transponder， 用以驅(qū)動 Transponder 電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時(shí) Reader便依序接收解讀數(shù)據(jù)， 送給 應(yīng)用程序 做相應(yīng)的處理 。 RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu) RFID系統(tǒng)組成 RFID 系統(tǒng)在具體的應(yīng)用過程中，根據(jù)不同的應(yīng)用目的和應(yīng)用環(huán)境， RFID 系統(tǒng)的組成會有所不同，但從 RFID 系統(tǒng)的工作原理來看，系統(tǒng)一般都由信號發(fā)射機(jī)、信號接收機(jī)、發(fā)射接收天線幾部分組成。標(biāo)簽中除了存儲需要傳輸?shù)男畔⑼?，還必須含有一定的附加信息，如錯誤校驗(yàn)信息等。 在耦合方式 (電感 電磁 )、通信流程 (FDX、 HDX、 SEQ)、從射頻卡到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸方法 (負(fù)載調(diào)制、反向散射、高次諧波 )以及頻率范圍等方面，不同的非接觸傳輸方法有根本的區(qū)別，但所有的閱讀器在功能原理上，以及由此決定的設(shè)計(jì)構(gòu)造上都很相似，所有閱讀器均可簡化為高頻接口和控制單元兩個基本模塊。 第 五 章 是 讀寫器軟件 系統(tǒng)設(shè)計(jì)， 給出了硬件 相關(guān) 模塊的軟件設(shè)計(jì)及操作方法，并著重闡述了讀寫器對射頻卡的軟件操作流程。 此外 ， 非接觸式卡表面無裸露芯片 ， 無須擔(dān)心芯片脫落 ， 靜電擊穿 ， 彎曲損壞等問題 ， 既便于卡片印刷 ，又提高了卡片的使用可靠性 。此外 ， 卡中各個扇區(qū)都有自己的操作密碼和訪問條件。 記憶體 1024 bytes，分 16 軌，可針對需求規(guī)劃各軌用途，達(dá)到一卡多工的目的。 內(nèi)建頻率 無線電訊天線。讀寫器向 MF1 卡發(fā)出一組固定頻率 ()的電磁波，卡片內(nèi)有一個 LC 串聯(lián)諧振 電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，在電磁波的激勵下， LC 諧振電路產(chǎn)生共振，從而使諧振電容內(nèi)有了電荷，在這個電容的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到模塊存儲電容內(nèi)儲存，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到 2V 以上時(shí)，此電容可作為電源向模塊電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器的數(shù)據(jù)。 2．?dāng)?shù)字電路部分模塊 數(shù)字電路部分模塊 主要由 ATR 模塊 （ Answer to Request（請求應(yīng)答） ）、 Anti collision模塊 （ 防沖撞功能 ）、 Select Application 模塊 （ 選卡功能 ）、 Auth entjation amp。扇區(qū)的塊 3 為控制塊，包括密碼 A、存取控制、密碼 B。三個控制位在存取控制字節(jié) (6～ 9 字節(jié) )中的權(quán)限如下 (陰影區(qū)的存取控制為廠商初始值；字節(jié) 9 為備用字節(jié)，默認(rèn)值為 69)： 塊 0 C1x0 C2x0 C3x0 用戶數(shù)據(jù)塊， (0 區(qū) 0 塊除外 ) 塊 1 C1x1 C2x1 C3x1 用戶數(shù)據(jù)塊 塊 2 C1x2 C2x2 C3x2 用戶數(shù)據(jù)塊 塊 3 C1x3 C2x3 C3x3 密匙存取控制塊 表 25 控制位定義 C1xy C2xy C3xy 讀 寫 加值 減值，初始化 0 0 0 KeyA|B KeyA|B KeyA|B KeyA|B 0 1 0 KeyA|B Never Never Never 1 0 0 KeyA|B KeyB Never Never 1 0 0 KeyA|B KeyB KeyB KeyA|B 0 0 1 KeyA|B Never Never KeyA|B 0 1 1 KeyB KeyB Never Never 1 0 1 KeyB Never Never Never 1 1 1 Never Never Never Never 表 27 數(shù)據(jù)塊的存取控制權(quán)限 (x=0～ 15 扇區(qū)； y=塊 0，塊 1，塊 2) MIFARE特性 容量為 8K 位 EEPROM；分為 16 個扇區(qū)，每個扇區(qū)為 4 塊，每塊 16 個字節(jié)，以塊為存取單位 ； 每個扇區(qū)有獨(dú)立的一組密碼及訪問控制 ； 每張卡有唯一序列號，為 32 位 ； 具有防沖突機(jī)制，支持多卡操作 ； 無電源，自帶天線，內(nèi)含加密控制邏輯和通訊邏輯電路 ；工作溫度： 20℃ ～ 50℃ ；工作頻率 為 ；通信速率 為 106KBPS；讀寫距離可達(dá)100mm(與讀寫器以及卡天線尺寸有關(guān) )； 數(shù)據(jù)保存期為 10 年，可改 寫 10 萬次，讀不限次。 MFRC500內(nèi)部結(jié)構(gòu) MFRC500 的內(nèi)部 EEPROM 分為四個部分，分別用于存放產(chǎn)品的信息，啟動寄存器初始化文件，寄存器初始化文件， Cryptol 密匙區(qū)。 MFRC500 的 8 位并行微控制器接口可自動檢測連接的接口類型，它包括一個雙向 FIFO 緩沖區(qū)和一個可設(shè) 置的中斷輸出。 （ 2） 天線引腳 TX1， TX2（ 5 腳， 7 腳）：發(fā)送器引腳。） （ 4） 晶振引腳 OSCIN， OSCOUT（ 1 腳， 32 腳）：晶振的輸入、輸出引腳。 NRD（ 11 腳）：讀信號線，輸入，低電平有效。 射 頻 芯 片 M F R C 5 0 0聲 光 報(bào) 警 電 路存 儲 器 F M 2 4 C 1 6時(shí) 鐘 控 制 D S 2 3 0 2鍵 盤 接 口 電 路看 門 狗 復(fù) 位 電 路L C D 顯 示 驅(qū) 動 電 路 R S 2 3 2 接 口 電 路STC89C52 單片機(jī) 圖 41 硬件系統(tǒng)組成 MCU主控 模塊 圖 42 主控電路 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 4. 讀寫器硬件設(shè)計(jì)與制作 15 MCU 主控 電路 是射頻卡讀寫器的核心部分，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)上電后對各個模塊的初始化、控制通信模塊完成與上位機(jī)進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信 、 控制顯示模塊顯示數(shù)據(jù)、聲光報(bào)警、控制射頻模塊通過天線完成對射頻卡的各種操作等，保證系統(tǒng)能夠有序