【正文】 由于在本項目中 M1卡控制位值采用默認值（ FF078069） ,即校驗 KEYA或 KEYB正確時，允許讀出和寫入數(shù)據(jù)，也可以對塊值進行加減等操作。為了確保有效的驗證， MFRC500 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 密鑰緩沖區(qū)內(nèi)的密鑰必須是正確的。如果不進行復(fù)位請求操作，讀寫器對卡片的其它操作將不會進行； （ 2）外圍沒卡狀態(tài) 當完成第一個步驟的卡呼叫時，如果外圍不存在射頻卡，這時 FIFODATA寄存器中就會存在一個固定的返回值，根據(jù)這個返回值可以編寫一段程序用于防止整個程序繼續(xù)運行下去。也就是將00H 寫進對應(yīng)的頁面寄存器中，用于激活線型尋址模式。 abcedgfabcdefg 圖 37 數(shù)碼管結(jié)構(gòu) a bcd efg 圖 38 共陰極解法 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 abcd efgv c c 圖 39 共陽極解法 LED 的工作原理 在選用共陰極的 LED 是，只要在某一發(fā)光二極管加上高 電平，該段即點亮，反之則暗。 REXT 的值用下面的公式算出： A N TA N TA N TA N TEXT RLRLR ?????? 35WQW RR （ 36） 在前面已經(jīng)提到，我們推薦在設(shè)計直接匹配天線的天線線圈時使用中心抽頭。 天線的品質(zhì)因子是糾正天線調(diào)諧和所獲得的性能的一個重要特性。 所以，本項目中設(shè)計方案采用了直接匹配的天線，可以根據(jù) Philips 公司所提供的各元件的取值范圍，對天線匹配電路中的元器件進行取值。讀寫器通過天線發(fā)射能量形成電磁場，對電子標簽進行識別，天線所形成的電磁場范圍就是射頻識別系統(tǒng)的可讀寫區(qū)域。 MFRC500 系列模塊提供多種通信方式與用戶系統(tǒng)進行通信，極大地方便了用戶的聯(lián)接。數(shù)字部分處理 ISO14443A 幀和錯誤檢測（ 奇偶 ＆ CRC）。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 芯片選擇及介紹 通過上述分析，已經(jīng)確立采用高頻波段的射頻系統(tǒng)的方案，射頻芯片采用 philips公司的 MFRC500，單片機芯片選擇 ATMEL 公司的 ATMEGA16 下面就此兩款芯片做簡單介紹。由于閱讀器的天線采用的是定向的方式，所以閱讀器的讀取區(qū)域很難判斷。而它的優(yōu)點就是能讀 Sony 卡，這是 RC5XX 系 列無法辦到的；其價格比之 RC5XX系列也比較低。 在高頻這一塊，目前國內(nèi)所采用的主流芯片是 Philips（ NXP）的 RC5XX 系列、上海復(fù)旦的 FM17XX 系列以及 EM4094： 基于 FM17XX 系列的讀寫器 由于該系列是寬電壓產(chǎn)品，工作電壓可以適用范圍為 3～ ，所以當電壓過低 的時候（一般指 3V 以下）有可能出現(xiàn)讀卡不成功的情況（有就是我們經(jīng)常所說的盲區(qū)），雖說這和天線的設(shè)計也有著很大的關(guān)系，但是和芯片本身卻存在著更大的關(guān)系。數(shù)據(jù)寫入射頻卡的時候，一般由數(shù)據(jù)的“ 0”和“ 1”控制振蕩器的起振和停振，并由天線產(chǎn)生帶有間歇的射頻場，不同的寬度分別代表“ 0”和“ 1”，這樣就完成了將基站芯片發(fā)射的數(shù)據(jù)寫入射頻卡的過程 。 下面我將對工作于不同頻段的讀卡系統(tǒng)的特性做出一些分析討論。整個系統(tǒng)的原理圖為： M C U M F R C 5 0 0 M 1卡 圖 21射頻系統(tǒng)原理圖 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 射頻芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹 下圖給出了射頻芯片的內(nèi)部電路中，我們在設(shè)計的時候需要實際操作的并不多，主要是 FIFO 寄存器、控制寄存器、命令寄存器、 E2PROM、 Crypto1 加密模塊、可編程定時器以及中斷控制。并提出了一些尚待解決的問題。 Mifare 卡是一種智能卡 ,內(nèi)建有中央微處理機等，使卡的安全保密性、認證邏輯等微操作控制有序進行。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 射頻設(shè)別技術(shù)的優(yōu)點 IC 卡按卡與外界數(shù)據(jù)傳送的 形式不同，分為接觸式 IC 卡和非接觸式 IC 卡。拿校園內(nèi)的門禁系統(tǒng)來說，一般都是事先用讀卡器將學(xué)生對應(yīng)的信息寫到射頻卡的某個塊中，而控制射頻芯片的單片機的 RAM 中存有該學(xué)生的信息，該學(xué)生將卡靠近閱讀器的時候，閱讀器讀取卡中的信息，并與單片機 RAM 中的信息進行比較，如果相同，單片機便控制門鎖開鎖；這 就射頻識別技術(shù)在門禁應(yīng)用中的思想。 ④ 由于標簽是一次性用品，廠家要不斷的投資生產(chǎn)，所以標簽的使用要視被識別物體本身的價 值而定。這一態(tài)勢也促使我國加大了 RFID 技術(shù)的發(fā)展力度，尤其是大型企業(yè)對 RFID 技術(shù)的需求，更大大的推動了 RFID 技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展。這很不利于該項技術(shù)的推廣應(yīng)用。為此，本文給出了利用ATMEGA1 MFRC500、 Mifare 卡來構(gòu)建非接觸式讀寫器。研究、開發(fā)射頻識別卡的讀寫技術(shù)與讀寫設(shè)備，對其推廣有著重要的實際意義。在本文中也對射頻識別技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用及各個頻段射頻識別系統(tǒng)的優(yōu)劣做出了詳細的介紹，以供開發(fā)商們根據(jù)客戶的實際需要，結(jié)合一些特殊的限制設(shè)計出符合客戶標準的系統(tǒng)。隨著 RFID 技術(shù)的發(fā)展擴大，為了保證 RFID 技術(shù)同各個系統(tǒng)間的兼容，人們也意識 到了 建立一個 RFID 技術(shù)標準的重要性。 ② 被識別物體的物理性質(zhì)決定了應(yīng)該采用甚么頻段的射頻識別系統(tǒng)進行讀卡。而且標簽本身就具有很強的抗腐蝕及金屬摩擦能力，所以標簽可以用于一些特殊的商品上，其使用壽命也更長。曾有一段時間聽到，美國軍方想將標 簽植入到士兵的身體內(nèi)，因為這不僅可以跟蹤軍隊的動向，還可以根據(jù)標簽發(fā)送回來的數(shù)據(jù)分析士兵的身體狀況 [2]。它的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。該標準主要規(guī)定了采用改進的 Miller 編碼的振幅健控調(diào)至作為從閱讀器到 IC 卡數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)制方法，從 IC 卡到閱讀器則采用副載波的負 載調(diào)制方法，其調(diào)制是通過對曼切斯特編碼的數(shù)據(jù)流的負載波的振幅鍵控來完成的。 讀寫器工作時，與讀卡芯片相連接的天線不斷的向外發(fā)出一組固定頻率的電磁波，當有卡靠近時，卡內(nèi)有一個 LC 串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器的發(fā)射頻率相同，這樣在電磁波的激勵下， LC 諧振電路產(chǎn)生了共振，從而使得電容充電有了電荷。所以單一的頻率已遠遠不能滿足客戶的要求，相反還會因為其對應(yīng)的解決方案沒有市場，不成熟或不被客戶所接收從而阻礙了射頻技術(shù)的進一步發(fā)展。兩者的區(qū)別為： EM4095 的外圍電路比 U2270B 的要簡單得多； U2270B 相對于 EM4095 來說，其穩(wěn)定性較差，受供電電源的影響較大，電源的紋波略大就很容易產(chǎn) 生干擾，所以利用這可芯片進行開發(fā)時，應(yīng)采用獨立的電源芯片對其供電。閱讀器的識別距離一般是 1m 以下。至于這個問題，想要解決也是蠻簡單的。 RC500 芯片提供了 8 位的并行接口，可以直接連接到 MCU 上，這就為用戶的開發(fā)設(shè)計提供了很大的靈活性。 （ 2）高頻段與超高頻段的比較 相對與超高頻段來說 ,高頻段的射頻卡價格較低 ,整個系統(tǒng)的功耗也比超頻段的低，抗液 體和金屬的干擾能力較強； 由于高頻段的讀卡距離比超高頻段的要短很多，所以數(shù)據(jù)的傳輸安全性能也比超高頻段的要高； 超高頻段的射頻卡是位于閱讀器天線輻射場的遠場內(nèi)，系統(tǒng)在進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候很可能因為外面電磁波的干擾，從而導(dǎo)致傳輸數(shù)據(jù)的丟失或者發(fā)生錯誤；也就是說超高頻段的讀卡準確性沒有高頻段的好； 目前， 的高頻波段是世界范圍內(nèi)有效的高頻波段，且其功率也在世界的范圍內(nèi)得到了統(tǒng)一，這就相當于為該波段的射頻識別技術(shù)在全球的推廣打下了堅實的基礎(chǔ)；而超高頻段的標準就不那么統(tǒng)一了，甚至還會有一些限制，從而導(dǎo)致不同地區(qū)超高頻射頻識別系統(tǒng)的不一致（例如美國和歐洲）；而有些國家都沒有給出超高頻段的頻率范圍，這阻礙了該技術(shù)的發(fā)展推廣； 經(jīng)過多年的發(fā)展，高頻段的射頻識別技術(shù)也已趨于成熟，各種解決方案也受到了客戶的認可；而超高頻段射頻識別技術(shù)還需作進一步完善。支持 ISO14443A 的多層應(yīng)用。 （ 3）應(yīng)用場合 MF RC500 適用于各種基于 ISO/IEC 14443A 標準并且要求低成本、小尺寸、高性能以及單電源的非接觸式通信的應(yīng)用場合。軟件編程時，對于頁面寄存器值的設(shè)置問題，在單片機以及 RC500 上電初始化完成之后應(yīng)將頁面寄存器的UsePageSelect 位置為 0（線型尋址模式），否則在接下來的線型尋址的時候會出現(xiàn)錯誤。至于天線匹配電路，根據(jù)天線大小不同，其值也不同。） 品質(zhì)因子 計算 接下來的部分中假設(shè)天線 電感 LANT 和電阻 RANT 的值已知。數(shù)據(jù)從 PCD傳輸?shù)?PICC使用脈寬 T=3us的 Miller 編碼。 MFRC500T X 1T G N DT X 2天線線圈C 0C 0C 5C 5C pC pR e x tC v a rR e x tL 0L 0 圖 36 RC500 與天線連接電路 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 顯示電路設(shè)計 顯示電路工作原理 （ 1） LED 數(shù)碼管結(jié)構(gòu) 通常使用的 LED 是由 7 個發(fā)光二極管排列成的 ，七段 LED 的陽極連在一起稱為共陽極接法，而陰極接在一起的稱為共陰極接法 。我們?nèi)绻M行下 一步的工作，那就必須等待初始化完成，該過程是否完成可以通過不斷讀取 COMMANND 寄存器來判斷，如果該值是 3FH，那就說明初始化正在進行中；如果該值為 00H，那就說明初始化已經(jīng)完成。 ) 對 M1 卡的操作流程 在與 M1 卡的進行通信時，命令序列不再是直接發(fā)送到 COMMAND 寄存器中，而是先寫進 FIFODATA 寄存器中，然后再把 Transmit/Transceive 的命令碼寫進COMMAND 寄存器，從而實現(xiàn)與卡的通信。該方法的基礎(chǔ)是檢測位沖突的能力。真正認證的不是 KEYA 了，而是經(jīng)過加密運算的一組數(shù)據(jù)。 軟件應(yīng)用簡介 protues 軟件介紹 Protues 軟件是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件。如果通過驗證，那么就直接進行卡的各種操作；如果沒有通過驗證，則重新進行卡呼叫； 驗證（某區(qū)）通過后，對該區(qū)的數(shù)據(jù)讀寫就不再要密碼傳輸了。 （ 3）防碰撞 操作 如果有多張 M1 卡片處在卡片讀寫器的天線的工作范圍之內(nèi)時， 它們將會同時響應(yīng)。這一過程可通過查詢 SecondaryStatus 寄存器的第 6 位，用于判斷是否已經(jīng) 完成對 E2PROM 的編程。數(shù)據(jù)字位數(shù)與 LED 段碼的關(guān)系如表： 表 32 數(shù)據(jù)字位數(shù)與 LED 段碼的關(guān)系 數(shù)據(jù)位 七段碼 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 a b c d e f g dp 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 56027341AC98EDB顯 示 字 符 共 陰 段 碼共 陽 段 碼顯 示 字 符 共 陰 段 碼共 陽 段 碼F6 6 H0 6 H6 D H5 B H6 F H4 F H3 F H0 7 H7 F H7 D H9 9 HF 9 H9 2 HA 4 H9 0 HB 0 HC 0 HF 8 H8 0 H8 2 H7 9 H7 C H7 1 H3 9 H5 E H7 7 H8 6 H8 3 H8 E HC 6 HA 1 H8 8 H 圖 310 常用字符顯示編碼表abcedgfabcdefgP B 0P B 1P B 2P B 3P B 4P B 5P B 6P B 7P A 0P A 1P A 2P A 3P A 4P A 5P A 6P A 7X T A L 1X T A L 2ATMEGA16P C 0P C 1P C 2P C 3P C 4P C 5P C 6P C 7P D 0P D 1P D 2P D 3P D 4P D 5P D 6P D 7 圖 311單個數(shù)碼管顯示接口電路 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 26