【正文】 的數(shù)據(jù)在卡片失掉電源后（卡片離開讀卡器天線的有效工作范圍內(nèi)）將被清除。讀卡器將能對剛剛認證通過的卡片上的這個扇區(qū)可以進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，因此不能對其進行進一步的操作。 Authenticationamp。被選中的卡片將直接與讀卡器進行數(shù)據(jù)交換，未被選擇的卡片處于等待狀態(tài)，隨時準備與讀卡器進行通信。 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 卡上具有先進的數(shù)據(jù)通信加密并雙向驗證密碼系統(tǒng)；且具有防重疊功能：能在同一時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 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 采用授權讀寫控制方式 ,即讀寫設備必須先獲得“設備授權卡”的授權后才能讀寫本系統(tǒng)的 IC 卡 ,而卡的初始化又必須經(jīng)過上級授權卡的授權 ,并且只可以在專用的授權設上進行。本文將對這些技術進行詳細的闡述。 系統(tǒng)管理層 系統(tǒng)管理層一般設于 IC 卡發(fā)放、管理部門。 本論文的任務 非接觸式 IC 卡代表了 IC 卡發(fā)展的方向，同接觸式 IC 卡相比其獨有的優(yōu)點 使其能夠在絕大多數(shù)場合代替接觸式 IC 卡的使用，而在非接觸式 IC 卡應用系統(tǒng)中非接觸式 IC 卡讀卡器是關鍵設備。 遠距離 由于遠距離卡在使用速度和方便性上都超過了近距離卡，使其成為非接觸式IC 卡發(fā)展的必然趨勢。將來用戶攜帶的一張 IC 卡內(nèi)可以有多個分區(qū)，用作電子錢包、電子車票 、身份證和護照等電子個人身份識別、電子醫(yī)療檔案、工作證、保險證以及電話付費等許多領域，這必將促使卡內(nèi)存儲器的容量向更大的方向發(fā)展。 低功耗技術 對于卡內(nèi)有電池和無電池的非接觸式 IC 卡來說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 卡的序列號是唯一的，制造商在產(chǎn)品出廠前將此序列號固化于卡內(nèi)芯片中，不可再更改，使用時非接觸式 IC 卡于讀卡器要進行三次相互認證，而且通訊過程中所有的數(shù)據(jù)都加密，卡內(nèi)各個扇區(qū)都有自己的操作密碼和訪問條件。操作時，卡可以放在錢包、衣服口袋或公文包中無需拿出，大大提高了使用速度。它對提高現(xiàn)代化管理水平和人民的生活質(zhì)量，推動整個社會信息化 進程具有重要作用。 IC 卡從硬件和軟件等幾個方面實施其安全策略，可以控制卡內(nèi)不同區(qū)域的存取 特性。讀卡器的硬件設計包括電源供應電路、蜂 鳴器驅(qū)動電路、 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計 ,MFRC500 接口電路的設計分為MFRC500 與 MCU 接口電路設計、與電源接口電路設計和與天線射頻接口電路設計三個部分。非接觸式 IC 卡讀卡器是非接觸式 IC 卡應用系統(tǒng)的關鍵設備之一。 IC 卡的概念是 70 年代初提出來的，法國布爾 BULL 公司于 1976 年首先創(chuàng)造出 IC 卡產(chǎn)品，并將這項技術應用到金融、交通、醫(yī)療、身份證明等多個行業(yè)，它將徽電子技術和計算機技術結(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用為重點的各類卡基應用系統(tǒng)工程，是為了實現(xiàn)電子貨幣大范圍流通的跨部門、跨地區(qū)和跨世紀的系統(tǒng)工程。按照卡與外界數(shù)據(jù)傳送的方式來分， IC 卡分為接觸式 IC 和非接觸式 IC卡，當前廣泛使用的是接觸式 IC 卡，但是非接觸式 IC 卡是將來 IC 卡發(fā)展的方向。而且由于無線電波不會受塵土、潮氣和震動的干擾，使得非接觸式 IC 卡可應用在惡劣的環(huán) 境。 非接觸式 IC 卡的關鍵技術 非接觸式 IC 卡的工作特點使其在設計和制造過程中存在一些技術難點集中在芯片制造和卡片封裝上，這些關鍵技術 [2][3]是： 射頻技術 非接觸式 IC 卡是射頻技術和 IC 卡技術相結(jié)合的產(chǎn)物，非接觸 IC 卡的射頻技術有以下特殊要求： 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 需要由讀寫設備通過無線方式供電，經(jīng)過卡內(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－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用于 IC 卡塑封表面的印制和防偽識偽。這要求未來的智能卡使用更強計算能力的處理器來支持，這不僅對于支持嵌入式固件特別重要，而且對于確保其應用程序在一個安全的環(huán)境中裝載和運行也及其重要，具有 512 位或 1024 位的公開密鑰計算能力的加密協(xié)處理器將 能滿足更高的安全性要求。 非接觸式 IC 卡 的國際標準 非接觸式 IC 卡表面無觸點，因此接口設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)接口設備與 IC 卡作用距離的不同而定義了三個國際標準，如表 ： 標準 卡類型 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 卡國際標準 其中 ISO/IEC 14443 又分為 TypeA 和 Type B 兩個標準。一個完整的射頻識別系統(tǒng)通常包括兩個部分，一是主動詢問子系統(tǒng)（尋呼器），二是從動應答子系統(tǒng)（應答器） [5]。接口層主要負責完成以下主要功能： IC 卡進出控制、 IC 卡電源供給（ 對于無源非接觸式 IC 卡）、 IC 卡與應用終端之間信息聯(lián)絡與處理及與管理層主機通訊等。 LEGIC 技術是由瑞士 KABA 公司提供的非接觸式 IC 卡讀寫技術， MIFARE技術是由 Philips 公司提供的非接觸式 IC 卡讀寫技術。 第三章 MIFARE 技術 MIFARE 技術是 Philips 公司推出了一種非接觸式 /雙界面 IC 卡技術，目前已被 ISO/IEC 制定為國際標準： ISO/IEC 14443 TYPE A 標準。工作頻率 ?？ㄆ系臄?shù)據(jù)讀寫可超過 10 萬次以上；數(shù)據(jù)保存期可達10 年以上，且卡片抗靜電保護能力達 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，AntiCollision 模塊的防重疊功能將被啟動工作。被選中的卡片將卡片上存儲在 Block 0 中的卡片的容量“ Size”字節(jié)傳送給讀卡器 。 三遍認 證：如圖 [7]所示為三遍認證的令牌原理框圖。Arithmetic Unit 控制及算術運算單元： 這一單元是整個卡片的控制中心。 EEPROM 中的數(shù)據(jù)在卡片失掉電源后（卡片離開讀卡器天線的有效工作范圍內(nèi)）仍將被保持。每個扇區(qū)的塊 3 即第四塊 包含了該扇區(qū)的密碼 A 6 個字節(jié) 、存取控制 4 個字節(jié) 、密碼 B 6 個字節(jié) ，是一個特殊的塊。 MF RC500 是 Philips 公司為 Mifare 卡設計的專用讀卡芯片，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內(nèi)部密匙存儲器； 并行微處理器接口帶有內(nèi)部地址鎖存和中斷請求線； 自動檢測微處理器并行接口類型； 靈活的中斷處理； 64 字節(jié)發(fā)送和接收 FIFO 緩沖區(qū)； 帶低功耗的硬件復位； 可編程定時器； 唯 一的序列號； 用戶可編程初始化配置； 面向位和字節(jié)的幀結(jié)構； 支持防碰撞操作；數(shù)字、模擬和發(fā)送器部分經(jīng)獨立的引腳分別供電； 內(nèi)部振蕩器緩存器連接 石英晶體； 在短距離應用中，發(fā)送器（天線驅(qū)動）可以用 供電 MFRC500 模塊引腳說明 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 個管腳 名稱 類型 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 無線輸入信號 表 天線管腳 為了驅(qū)動天線， MF RC500 通過 TXl 和 TX2 提供 13． 56MHz 的能量載波。 ③數(shù) 字電源 MF RC500 數(shù)字部分也使用單獨電源。這種情況下， MFIN 連接到外部產(chǎn)生的 PAUSE 信號。復位值為 XOH x 表示第七位的 狀態(tài) 這個寄存器的第 7 位 IFDetect 用于檢測接口的邏輯狀態(tài)，為 O 表示命令已經(jīng)完成，為 1 表示這個命令正在執(zhí)行中。第 3 位 IRQ 中斷請求寄存器位，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 請求位。在執(zhí)行認證操作時這個位只能為 1，其它命令時需要清 0。第 4 位 FIFOOVFL 置 1 表示 MCU 或 MF500 欲寫數(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 時表示激活。非接觸式 IC 卡讀卡器結(jié)構框圖如圖 所示： 圖 非接觸式 IC 卡讀卡器結(jié)構框圖 各主要芯片的選取及其設計 CPU 的選取 市場上 流行的單片機主要有以下幾種： 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、價格、應用領域各自不同，功能都非常強大。 圖 AT89C51 管腳圖 AT89C5 的特點 [15]： AT89C5 單片機具有如下特點： 8 字節(jié)可重擦寫 FLASH 閃速存儲器， 1000 次擦寫周期全靜態(tài)操作： 0HZ24MHZ， 三級加密程序存儲器， 256X8 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個可編程 I/0 口線， 2 個 16 位定時／計數(shù)器， 8 個中斷源， 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)分時復用口，與 RC500 芯片的數(shù)據(jù)總線相連。本讀卡器選用 7805 芯片進行穩(wěn)壓，電路圖如圖 所示： 圖 電源供應電路 本讀卡器中的蜂鳴器在每次操作不成 功的時候發(fā)出報警指示音，如密碼驗證沒有通過，讀卡器對卡進行的任何一次讀或?qū)懖僮鞫际怯蓭讉€步驟完成的，任何一個步驟沒有成功蜂鳴器都將發(fā)出報警信號。此外，由于 Mifare 卡是無源非接觸式 Ic 卡，其能量是通過天線感應來的。 f2 天線電感的計算 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，作為本次操作的對象。內(nèi)部寄存器共分 8 頁，每頁有 8 個寄存器，每頁的第一個寄存器稱為頁寄存器，用于選擇該寄存器頁。卡響應會返回 2 字節(jié)卡的類型號，對于 Mifarel 卡返回類型號為 O X0004。如果知道卡的序列號，則可跳過此步，直接執(zhí)行下一步選卡命令?？ㄆ^程是通過 Mf500PiccCascSelect 函數(shù)實現(xiàn)的，其主要程序代碼及注釋見附錄。 5． 2． 6 卡掛起 當讀完卡號的卡數(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)，讀卡器也不會再讀該卡。 如果在傳輸過程中 PC 或 MCU 所接收的任何一幀信號出現(xiàn)錯誤時，均會向?qū)Ψ桨l(fā)送重發(fā)此幀信號的請求，如果連續(xù)三次傳輸失敗，則推出通信，并向應用程序報告。 器件地址（ 2Byte）：表示 PC 所要訪問的。 ：當 PC 寫數(shù)據(jù)時 PC 向 MCU 發(fā)送的命令信號（內(nèi)含所要寫的數(shù)據(jù)） ：當 PC 讀數(shù)據(jù)時， MCU 向 PC 發(fā)送的內(nèi)含數(shù)據(jù)信息的信號。 蜂鳴器驅(qū)動程序設計 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，則蜂鳴器將無法發(fā)出聲音。其主要 代碼及相關注釋見附錄。若同時有多張卡在感應區(qū)內(nèi)，防碰撞函數(shù)能檢測到，并且從中選出一張卡的序列號來。 Request 指令分為 Request std 和 Requestall 兩個指令。其中動態(tài)屬性位可由微控制器讀寫，也可以在執(zhí)行實際命令后自動由內(nèi)部狀態(tài)機改變位值。在成功執(zhí)行防重疊操作之后，或在任何時候當程序員想實際地與己知序列號的卡片進行通信時，必須執(zhí)行選擇卡片操作，以建立與所選卡片的通信，同時返回該卡片的 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