【正文】 的數(shù)據(jù)在卡片失掉電源后（卡片離開(kāi)讀卡器天線的有效工作范圍內(nèi)）將被清除。讀卡器將能對(duì)剛剛認(rèn)證通過(guò)的卡片上的這個(gè)扇區(qū)可以進(jìn)入下一步的操作卡片中的其他扇區(qū)由于有其各自的密碼，因此不能對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的操作。 Authenticationamp。被選中的卡片將直接與讀卡器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，未被選擇的卡片處于等待狀態(tài)，隨時(shí)準(zhǔn)備與讀卡器進(jìn)行通信。 RF 射頻接口電路 在 RF 射頻接口電路中，主要包括有波形轉(zhuǎn)換模 塊。 MIFARE 1 IC 智能 射頻 卡上具有先進(jìn)的數(shù)據(jù)通信加密并雙向驗(yàn)證密碼系統(tǒng)；且具有防重疊功能：能在同一時(shí)間處理重疊在卡片讀卡器天線的有效工作距離內(nèi)的多張重疊的卡片。 MIFARE 1 非接觸式 IC 卡 MIFARE 1 非接觸式 IC 卡特點(diǎn) MIFARE 1 IC 卡的核心是 Philips 公司的 MIFARE 1 IC S50（ 01， 02， 03，04）系列微模塊（微晶片）。 LEGIC 采用授權(quán)讀寫(xiě)控制方式 ,即讀寫(xiě)設(shè)備必須先獲得“設(shè)備授權(quán)卡”的授權(quán)后才能讀寫(xiě)本系統(tǒng)的 IC 卡 ,而卡的初始化又必須經(jīng)過(guò)上級(jí)授權(quán)卡的授權(quán) ,并且只可以在專(zhuān)用的授權(quán)設(shè)上進(jìn)行。本文將對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的闡述。 系統(tǒng)管理層 系統(tǒng)管理層一般設(shè)于 IC 卡發(fā)放、管理部門(mén)。 本論文的任務(wù) 非接觸式 IC 卡代表了 IC 卡發(fā)展的方向，同接觸式 IC 卡相比其獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn) 使其能夠在絕大多數(shù)場(chǎng)合代替接觸式 IC 卡的使用，而在非接觸式 IC 卡應(yīng)用系統(tǒng)中非接觸式 IC 卡讀卡器是關(guān)鍵設(shè)備。 遠(yuǎn)距離 由于遠(yuǎn)距離卡在使用速度和方便性上都超過(guò)了近距離卡，使其成為非接觸式IC 卡發(fā)展的必然趨勢(shì)。將來(lái)用戶攜帶的一張 IC 卡內(nèi)可以有多個(gè)分區(qū)，用作電子錢(qián)包、電子車(chē)票 、身份證和護(hù)照等電子個(gè)人身份識(shí)別、電子醫(yī)療檔案、工作證、保險(xiǎn)證以及電話付費(fèi)等許多領(lǐng)域，這必將促使卡內(nèi)存儲(chǔ)器的容量向更大的方向發(fā)展。 低功耗技術(shù) 對(duì)于卡內(nèi)有電池和無(wú)電池的非接觸式 IC 卡來(lái)說(shuō)降低芯片功耗提高卡片壽命和保證一定的工作距離都非常重要。 高安全性 非接觸式 IC 卡的序列號(hào)是唯一的，制造商在產(chǎn)品出廠前將此序列號(hào)固化于卡內(nèi)芯片中，不可再更改，使用時(shí)非接觸式 IC 卡于讀卡器要進(jìn)行三次相互認(rèn)證，而且通訊過(guò)程中所有的數(shù)據(jù)都加密，卡內(nèi)各個(gè)扇區(qū)都有自己的操作密碼和訪問(wèn)條件。操作時(shí)，卡可以放在錢(qián)包、衣服口袋或公文包中無(wú)需拿出，大大提高了使用速度。它對(duì)提高現(xiàn)代化管理水平和人民的生活質(zhì)量，推動(dòng)整個(gè)社會(huì)信息化 進(jìn)程具有重要作用。 IC 卡從硬件和軟件等幾個(gè)方面實(shí)施其安全策略，可以控制卡內(nèi)不同區(qū)域的存取 特性。讀卡器的硬件設(shè)計(jì)包括電源供應(yīng)電路、蜂 鳴器驅(qū)動(dòng)電路、 RS232 通信電路、 MCU 的連接、MFRC500 接口電路和讀卡器天線這幾部分的設(shè)計(jì) ,MFRC500 接口電路的設(shè)計(jì)分為MFRC500 與 MCU 接口電路設(shè)計(jì)、與電源接口電路設(shè)計(jì)和與天線射頻接口電路設(shè)計(jì)三個(gè)部分。非接觸式 IC 卡讀卡器是非接觸式 IC 卡應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一。 IC 卡的概念是 70 年代初提出來(lái)的，法國(guó)布爾 BULL 公司于 1976 年首先創(chuàng)造出 IC 卡產(chǎn)品，并將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到金融、交通、醫(yī)療、身份證明等多個(gè)行業(yè)，它將徽電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，提高了人們生活和工作的現(xiàn)代化程度。金卡工程是以電子貨幣應(yīng)用為重點(diǎn)的各類(lèi)卡基應(yīng)用系統(tǒng)工程，是為了實(shí)現(xiàn)電子貨幣大范圍流通的跨部門(mén)、跨地區(qū)和跨世紀(jì)的系統(tǒng)工程。按照卡與外界數(shù)據(jù)傳送的方式來(lái)分， IC 卡分為接觸式 IC 和非接觸式 IC卡，當(dāng)前廣泛使用的是接觸式 IC 卡，但是非接觸式 IC 卡是將來(lái) IC 卡發(fā)展的方向。而且由于無(wú)線電波不會(huì)受塵土、潮氣和震動(dòng)的干擾，使得非接觸式 IC 卡可應(yīng)用在惡劣的環(huán) 境。 非接觸式 IC 卡的關(guān)鍵技術(shù) 非接觸式 IC 卡的工作特點(diǎn)使其在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中存在一些技術(shù)難點(diǎn)集中在芯片制造和卡片封裝上，這些關(guān)鍵技術(shù) [2][3]是： 射頻技術(shù) 非接觸式 IC 卡是射頻技術(shù)和 IC 卡技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，非接觸 IC 卡的射頻技術(shù)有以下特殊要求： 由于 IC 卡的尺寸限制，使大部分非接 觸式 IC 卡的內(nèi)部不帶電池 需要由讀寫(xiě)設(shè)備通過(guò)無(wú)線方式供電，經(jīng)過(guò)卡內(nèi)的穩(wěn)壓電路產(chǎn)生 片工作所需的直流電壓。 卡片制造的安全技術(shù)－將熒光安全圖象印刷、微線條、激光雕刻簽名和圖象、安全背景圖象等技術(shù)用于 IC 卡塑封表面的印制和防偽識(shí)偽。這要求未來(lái)的智能卡使用更強(qiáng)計(jì)算能力的處理器來(lái)支持，這不僅對(duì)于支持嵌入式固件特別重要，而且對(duì)于確保其應(yīng)用程序在一個(gè)安全的環(huán)境中裝載和運(yùn)行也及其重要，具有 512 位或 1024 位的公開(kāi)密鑰計(jì)算能力的加密協(xié)處理器將 能滿足更高的安全性要求。 非接觸式 IC 卡 的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 非接觸式 IC 卡表面無(wú)觸點(diǎn)，因此接口設(shè)備與非接觸式卡的通信方式與接觸式卡不同，提供電源的方式也不同，為此 ISO/IEC 根據(jù)接口設(shè)備與 IC 卡作用距離的不同而定義了三個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，如表 ： 標(biāo)準(zhǔn) 卡類(lèi)型 作用距離 ISO/IEC 10536 密耦合 0～ 10MM ISO/IEC 14443 近耦合 0～ 100MM ISO/IEC 15693 疏耦合 0～ 1000MM 表 C 卡國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 其中 ISO/IEC 14443 又分為 TypeA 和 Type B 兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)完整的射頻識(shí)別系統(tǒng)通常包括兩個(gè)部分，一是主動(dòng)詢(xún)問(wèn)子系統(tǒng)（尋呼器），二是從動(dòng)應(yīng)答子系統(tǒng)（應(yīng)答器） [5]。接口層主要負(fù)責(zé)完成以下主要功能： IC 卡進(jìn)出控制、 IC 卡電源供給（ 對(duì)于無(wú)源非接觸式 IC 卡）、 IC 卡與應(yīng)用終端之間信息聯(lián)絡(luò)與處理及與管理層主機(jī)通訊等。 LEGIC 技術(shù)是由瑞士 KABA 公司提供的非接觸式 IC 卡讀寫(xiě)技術(shù)， MIFARE技術(shù)是由 Philips 公司提供的非接觸式 IC 卡讀寫(xiě)技術(shù)。 第三章 MIFARE 技術(shù) MIFARE 技術(shù)是 Philips 公司推出了一種非接觸式 /雙界面 IC 卡技術(shù)，目前已被 ISO/IEC 制定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)： ISO/IEC 14443 TYPE A 標(biāo)準(zhǔn)。工作頻率 。卡片上的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)可超過(guò) 10 萬(wàn)次以上；數(shù)據(jù)保存期可達(dá)10 年以上，且卡片抗靜電保護(hù)能力達(dá) 2KV 以上 [7][8]。 AntiCollision 模塊：防（卡片）重疊功能 如果有多張 MIFARE 1 卡片處在讀卡器的天線的工作范圍之內(nèi)時(shí)，AntiCollision 模塊的防重疊功能將被啟動(dòng)工作。被選中的卡片將卡片上存儲(chǔ)在 Block 0 中的卡片的容量“ Size”字節(jié)傳送給讀卡器 。 三遍認(rèn) 證：如圖 [7]所示為三遍認(rèn)證的令牌原理框圖。Arithmetic Unit 控制及算術(shù)運(yùn)算單元： 這一單元是整個(gè)卡片的控制中心。 EEPROM 中的數(shù)據(jù)在卡片失掉電源后（卡片離開(kāi)讀卡器天線的有效工作范圍內(nèi)）仍將被保持。每個(gè)扇區(qū)的塊 3 即第四塊 包含了該扇區(qū)的密碼 A 6 個(gè)字節(jié) 、存取控制 4 個(gè)字節(jié) 、密碼 B 6 個(gè)字節(jié) ，是一個(gè)特殊的塊。 MF RC500 是 Philips 公司為 Mifare 卡設(shè)計(jì)的專(zhuān)用讀卡芯片，它支持IS014443A 所的層。功能框圖如圖 3． 3 所示 圖 MF RC500 功能框圖 MFRC500 特性 [12] 高集成度的調(diào)制解調(diào)電路； 緩沖輸出驅(qū)動(dòng)器使用最少數(shù)目的外部元件連接到天線； 最大工作距離 100mm； 支持 ISO/IEC14443 TypeA 協(xié)議的 1~4 部分和 MIFARE? 經(jīng)典協(xié)議； 采用 Crypto1 加密算法并含有安全的非易失性?xún)?nèi)部密匙存儲(chǔ)器； 并行微處理器接口帶有內(nèi)部地址鎖存和中斷請(qǐng)求線； 自動(dòng)檢測(cè)微處理器并行接口類(lèi)型； 靈活的中斷處理； 64 字節(jié)發(fā)送和接收 FIFO 緩沖區(qū)； 帶低功耗的硬件復(fù)位； 可編程定時(shí)器； 唯 一的序列號(hào)； 用戶可編程初始化配置； 面向位和字節(jié)的幀結(jié)構(gòu)； 支持防碰撞操作；數(shù)字、模擬和發(fā)送器部分經(jīng)獨(dú)立的引腳分別供電； 內(nèi)部振蕩器緩存器連接 石英晶體； 在短距離應(yīng)用中，發(fā)送器（天線驅(qū)動(dòng)）可以用 供電 MFRC500 模塊引腳說(shuō)明 MFCM200 的引腳排列如圖 [12]所示 圖 MF RC500 的引腳示意圖 ①天線 非接觸式天線使用如表 35 所示 4 個(gè)管腳 名稱(chēng) 類(lèi)型 功能 TX1,TX2 輸出緩沖 發(fā)射端 1 和發(fā)射端 2 WMID 模擬 參考 電壓 RX 輸入模擬 無(wú)線輸入信號(hào) 表 天線管腳 為了驅(qū)動(dòng)天線， MF RC500 通過(guò) TXl 和 TX2 提供 13． 56MHz 的能量載波。 ③數(shù) 字電源 MF RC500 數(shù)字部分也使用單獨(dú)電源。這種情況下， MFIN 連接到外部產(chǎn)生的 PAUSE 信號(hào)。復(fù)位值為 XOH x 表示第七位的 狀態(tài) 這個(gè)寄存器的第 7 位 IFDetect 用于檢測(cè)接口的邏輯狀態(tài)，為 O 表示命令已經(jīng)完成，為 1 表示這個(gè)命令正在執(zhí)行中。第 3 位 IRQ 中斷請(qǐng)求寄存器位，只要有中斷發(fā)生，該位置 l，中斷源是否引起中斷由中斷屏蔽寄存器控制。第 2 位 IDLEIEN 為空IDLERQ 請(qǐng)求位。在執(zhí)行認(rèn)證操作時(shí)這個(gè)位只能為 1，其它命令時(shí)需要清 0。第 4 位 FIFOOVFL 置 1 表示 MCU 或 MF500 欲寫(xiě)數(shù)據(jù)到 FIFO，但是 FIFO已有數(shù)據(jù)且為滿的狀態(tài)。第 4 位 RXCRCEN 是 CRC 使能，為 1 時(shí)表示激活。非接觸式 IC 卡讀卡器結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示： 圖 非接觸式 IC 卡讀卡器結(jié)構(gòu)框圖 各主要芯片的選取及其設(shè)計(jì) CPU 的選取 市場(chǎng)上 流行的單片機(jī)主要有以下幾種： INTEL 公司的 MCS51 系列和 MCS96 系列、 MICROCHIP 公司的 PIC16CXX 系列、 MOTOROLA 公司的 68XX 系列等，它們的性能、價(jià)格、應(yīng)用領(lǐng)域各自不同，功能都非常強(qiáng)大。 圖 AT89C51 管腳圖 AT89C5 的特點(diǎn) [15]： AT89C5 單片機(jī)具有如下特點(diǎn)： 8 字節(jié)可重擦寫(xiě) FLASH 閃速存儲(chǔ)器， 1000 次擦寫(xiě)周期全靜態(tài)操作： 0HZ24MHZ， 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器， 256X8 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個(gè)可編程 I/0 口線， 2 個(gè) 16 位定時(shí)／計(jì)數(shù)器， 8 個(gè)中斷源， 可編程串行 UART 通道， 低功耗空閑和掉電模式 2. AT89C51 電路連接圖如圖 4_3 所示： AT89C51 的 PO 口作為地址和數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口，與 RC500 芯片的數(shù)據(jù)總線相連。本讀卡器選用 7805 芯片進(jìn)行穩(wěn)壓，電路圖如圖 所示： 圖 電源供應(yīng)電路 本讀卡器中的蜂鳴器在每次操作不成 功的時(shí)候發(fā)出報(bào)警指示音，如密碼驗(yàn)證沒(méi)有通過(guò)，讀卡器對(duì)卡進(jìn)行的任何一次讀或?qū)懖僮鞫际怯蓭讉€(gè)步驟完成的，任何一個(gè)步驟沒(méi)有成功蜂鳴器都將發(fā)出報(bào)警信號(hào)。此外，由于 Mifare 卡是無(wú)源非接觸式 Ic 卡，其能量是通過(guò)天線感應(yīng)來(lái)的。 f2 天線電感的計(jì)算 天線的電感必須介于 800nil 和 1． 8uH 之間。如果有多余一張的 Mifare 卡片在讀卡器天線的有效工作范圍 距離 內(nèi)，必須執(zhí)行防重疊操作，返回一張卡片的序列號(hào)，作為本次操作的對(duì)象。內(nèi)部寄存器共分 8 頁(yè)，每頁(yè)有 8 個(gè)寄存器，每頁(yè)的第一個(gè)寄存器稱(chēng)為頁(yè)寄存器，用于選擇該寄存器頁(yè)?？憫?yīng)會(huì)返回 2 字節(jié)卡的類(lèi)型號(hào)，對(duì)于 Mifarel 卡返回類(lèi)型號(hào)為 O X0004。如果知道卡的序列號(hào)，則可跳過(guò)此步，直接執(zhí)行下一步選卡命令。卡片過(guò)程是通過(guò) Mf500PiccCascSelect 函數(shù)實(shí)現(xiàn)的，其主要程序代碼及注釋見(jiàn)附錄。 5． 2． 6 卡掛起 當(dāng)讀完卡號(hào)的卡數(shù)據(jù)處理完后，程序?qū)⑹箍ㄌ幱?HALT 掛起 狀態(tài)卡即使在射頻區(qū)，讀卡器也不會(huì)再讀該卡。 如果在傳輸過(guò)程中 PC 或 MCU 所接收的任何一幀信號(hào)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，均會(huì)向?qū)Ψ桨l(fā)送重發(fā)此幀信號(hào)的請(qǐng)求，如果連續(xù)三次傳輸失敗，則推出通信，并向應(yīng)用程序報(bào)告。 器件地址（ 2Byte）：表示 PC 所要訪問(wèn)的。 ：當(dāng) PC 寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí) PC 向 MCU 發(fā)送的命令信號(hào)（內(nèi)含所要寫(xiě)的數(shù)據(jù)） ：當(dāng) PC 讀數(shù)據(jù)時(shí)， MCU 向 PC 發(fā)送的內(nèi)含數(shù)據(jù)信息的信號(hào)。 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) 要讓蜂鳴器發(fā)出聲音，必須要讓晶體管不斷 ON/OFF 交互變化，即 不斷的輸 出“ 1”電位和“ 0”電位，如果 輸出一直是“ 1”電位或一直是“ 0 電位，則蜂鳴器將無(wú)法發(fā)出聲音。其主要 代碼及相關(guān)注釋見(jiàn)附錄。若同時(shí)有多張卡在感應(yīng)區(qū)內(nèi)，防碰撞函數(shù)能檢測(cè)到，并且從中選出一張卡的序列號(hào)來(lái)。 Request 指令分為 Request std 和 Requestall 兩個(gè)指令。其中動(dòng)態(tài)屬性位可由微控制器讀寫(xiě)，也可以在執(zhí)行實(shí)際命令后自動(dòng)由內(nèi)部狀態(tài)機(jī)改變位值。在成功執(zhí)行防重疊操作之后，或在任何時(shí)候當(dāng)程序員想實(shí)際地與己知序列號(hào)的卡片進(jìn)行通信時(shí)，必須執(zhí)行選擇卡片操作，以建立與所選卡片的通信，同時(shí)返回該卡片的 size 容量 字節(jié)。 天線耦合電路圖如圖 所示： 圖 天線耦合電路 圖中電容 C2 C2 C2 C27