【正文】 卡 激活 操作 完成了上述二個步驟之后， 將命令序列“ 0B7H 04H 待激活的卡片序列號”寫進(jìn) FIFODATA 寄存器中，然后把 Transceive 的命令碼寫進(jìn) COMMAND 寄存器中，該動作實(shí)現(xiàn)將處于休眠狀態(tài)的 M1 卡激活； （ 5）三重驗(yàn)證 執(zhí)行 Cryptol 加密算法來確保對 M1 卡的驗(yàn)證。在本項目中，向卡所發(fā)送的命令序列均具有返回值，所有可通過查詢該值判斷寫進(jìn)的數(shù)據(jù)是否正確。如果修改控制位值，對應(yīng)的校驗(yàn)密碼也應(yīng)該隨之改變，并且對 卡的操作動作也有一定的變化；在修改卡密碼的時候，特別要注意控制位取的是什么樣值。 通過 LoadKeyE2 命令將密鑰裝入密鑰緩沖區(qū)； 啟動 Authent1 命令，注：本項目中檢測的卡密碼是 KEYA； 啟動 Authent2 命令，結(jié)束的時候檢測 Control 寄存器（ 0009H）的 CryptolOn 以獲得命令執(zhí)行的狀態(tài)。把這段程序和之前的部分構(gòu)成一個循環(huán)后， 將電路板通電，利用示波器觀察 Tx1 口或 Tx2 口的波形，通過判斷波形可以看出讀卡器電路（未接天線）是否完好。 （ 3）讀固件信息 MFRC500 的序列號并保存 由于讀取的是基站芯片的序列號存放在 E2PROM 的塊 0 中， 先將起始地址和要讀取的字節(jié)數(shù)寫進(jìn) FIFODATA 中，然后把命令 ReadE2 直接寫進(jìn) COMMAND 寄存器中，再將 FIFODATA 中的返回值讀出來并存到 MCU 的 RAM 中即可； （ 4）裝載密鑰 由于在與卡的通信前都必須進(jìn)行三重驗(yàn)證，而進(jìn)行認(rèn)證的時候要用到密鑰，所以在驗(yàn)證之前應(yīng)將新密鑰寫入 MFRC500 的 E2PROM 中。而選用共陽極的 LED 時，要使某一段發(fā)光二極管發(fā)亮，則需加上低電平，反之則暗，為了保護(hù)各段 LED 不被損壞，需要外加限流電阻。這樣，外部電阻就被分成兩個相等的部分。 較高的品質(zhì)因數(shù)會增加天線中的電流強(qiáng)度，由此可以改善對射頻卡的功率傳輸，但是它的值不能過大，否則會導(dǎo)致傳輸帶寬縮小，而引起傳送的調(diào)制信號失真。具體的設(shè)計過程在下一節(jié)中將會做出詳細(xì)的介紹。為提高讀寫距離，所設(shè)計的天線須在盡可能大的范圍內(nèi)產(chǎn)生所需的電磁場。 MFRC500 系列模塊硬件主要由中央微處理器（ 89S52）、 MIFARE 基站芯片、模塊天線、 RS232 通信電路、復(fù)位電路等組成。此外，它還支持快 速 CRYPTO1 加密算法，用于驗(yàn)證 MIFARE 系列產(chǎn)品。 ATMEGA16 單片機(jī)介紹 （ 1）概述 ATmega16 是基于增強(qiáng)的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。讀取距離一般為 2～ 5m。該款芯片還有一個非常有用的引腳 —— EN 引腳，其作用是使能或關(guān)閉射頻芯片。 FM17XX 可以讀上海地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的非接觸式卡片并且可以兼容 RC5XX 系列，其本身的價格一般是進(jìn)口芯片的 70％。至于解調(diào)部分，則必須由 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 微處理器來完成，這就是它們的不足之處。 （ 1）低頻段 射頻技術(shù)低頻段的感應(yīng)器的工作能量是通過電感耦合的方式從閱讀器的耦合線圈的輻射近場中獲得的。 FIFO 寄存器有 64 個字節(jié)，在與射頻卡通信的時候，所有的發(fā)送的數(shù)據(jù)都必須先送到 該寄存器，而卡的返回值也是先送到 FIFO 中，然后我們才通過控制 MCU 對其讀??；控制寄存器在我們進(jìn)行實(shí)物調(diào)試的過程中也是相當(dāng)重要的，可通過對一些寄存器寫入控制字，讓該芯片內(nèi)部自行產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)信號送出來，檢測該信號就可以判斷出電路是否正確，也可通過查詢于一些控制寄存器，用于判斷某些操作過程是否已完成（例如對 E2PROM 的編程是否完成等）；命令寄存器主 要是寫入一些命令碼，用于控制射頻芯片的動作； E2PROM 中存放著出廠的時候?qū)懭氲囊恍?shù)據(jù)（設(shè)備號以及初始化文件），閱讀器在與卡通信前所需的密鑰也是寫進(jìn) E2PROM 中 的；Crypto1 加密模塊可以說是芯片的核心部分，系統(tǒng)的三重驗(yàn)證就是通過這個模塊來完成的，它關(guān)系到數(shù)據(jù)的安全 [3]。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 2． RFID 系統(tǒng)方案的工作原理及分析選擇 工作原理 射頻 IC 卡讀寫器以射頻識別技術(shù)為核心，讀寫器內(nèi)主要使用了 1 片 Mifare 卡專用的讀寫處理芯片。 Mifare 卡讀寫器的設(shè)計一般采用 Philips 公司生產(chǎn)的讀寫模塊 MCM200 或 MCM500。接觸式 IC 卡通過 8 個觸點(diǎn)從讀寫器獲取能量和交換數(shù)據(jù)；非接觸式 IC 卡通過射頻感應(yīng)從讀寫器獲取能量和交換數(shù)據(jù)，所以非接觸式 IC 卡又叫射頻卡。 軍事領(lǐng)域 射頻技術(shù)脫胎與軍事，當(dāng)然在軍事上的應(yīng)用是不容忽視的。例如，機(jī)場中托運(yùn)行李的時候貼的行李標(biāo)簽和超市里商品上的標(biāo)簽的價格明顯是不一樣的。在政府的推動支持下，第二代身份證嵌入了 RFID 標(biāo)簽，單單這項計劃的合同總額就將達(dá)到 100 億。而一些國家仍然在使用技術(shù)比較成熟的高頻段也是這個原因。 論文首先詳細(xì)介紹了射頻識別技術(shù)的歷史、進(jìn)程、在各行各業(yè)的應(yīng)用及對未來的展望；還介紹了射頻識別技術(shù)相對與傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)；提出了畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容和論文結(jié)構(gòu)；其次介紹了射頻識別系統(tǒng)的工作原理以及所采用的射頻芯片和射頻卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的分析討論了射頻識別技術(shù)在各個頻段的應(yīng)用及對比；再次給出了一個實(shí)用的設(shè)計方案，論述了設(shè)計思路以及硬件、軟件的設(shè)計過程；最后根據(jù)仿真結(jié)果做出總結(jié)論述，并提出了一些尚待解決的問題。射頻識別卡正逐漸取代傳統(tǒng)的接觸式 IC 卡，成為智能卡領(lǐng)域的新潮流。相信隨著射頻識別技術(shù)的逐步完善及其各個頻段在全球的統(tǒng)一， 開發(fā)設(shè)計者們肯定能為各行各業(yè)的客戶們提供更加完美的解決方案，設(shè)計出性價比更高的射頻識別系統(tǒng)。 射頻技術(shù)發(fā)展及對未來的展望 自 1948 年 Harry Srockman 提出的“利用能量反射的方式進(jìn)行通信” 奠定射頻識別技術(shù)理論 基礎(chǔ)以來，在 1950～ 2021 年，該技術(shù)得到了空前的發(fā)展，各式各樣的RFID 產(chǎn)品已然成為人們生活的一部分，并逐漸取代了傳統(tǒng)的接觸式 IC 卡技術(shù) [1]。 ①如果被識別物體的形狀是規(guī)則的，那么標(biāo)簽的安裝問題就比較容易解決，只要方向正確， 閱讀器在讀卡的時候就不會出現(xiàn)錯誤；對于形狀不規(guī)則的被識別物體，安裝完標(biāo)簽后可能會影響系統(tǒng)的讀卡方向，導(dǎo)致讀卡出現(xiàn)錯誤。利用這個顯著的特點(diǎn)，射頻識別技術(shù)可以做成一個很好的商品防偽系統(tǒng)；由于射頻識別具有很強(qiáng)的穿透性，所以即使是將標(biāo)簽貼在商品的外包裝內(nèi)也可以讀取標(biāo)簽的序列號，進(jìn)行真 偽的辨認(rèn)。也可以將標(biāo)簽或閱讀器安裝到戰(zhàn)略資源上，以確保對其的管理和安全狀況。非接觸式 IC卡是基于電磁感應(yīng)原理開發(fā)出來的產(chǎn)品。 ISO/IEC 14443A 標(biāo)準(zhǔn)是“識別卡 — 近耦合 IC 卡“ Type A” 的標(biāo)準(zhǔn)，用于工作頻率為 的非接觸式近耦合 IC 卡的標(biāo)準(zhǔn)，由物理特征、射頻接口、初始化和防碰撞及傳輸協(xié)議這幾部分組成。這是與射頻卡實(shí)現(xiàn)通信的核心模塊，也是讀寫器 Mifare 卡的關(guān)鍵接口芯片。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 狀 態(tài) 機(jī)命 令 寄 存 器可 編 程 定 時 器中 斷 控 制并 串 轉(zhuǎn) 換校 驗(yàn) 位 c r c 產(chǎn) 生 和 校 驗(yàn)幀 產(chǎn) 生 和 校 驗(yàn)位 編 碼位 解 碼串 行 數(shù) 據(jù) 切 換調(diào) 制電 路3 2 * 1 6 字 節(jié)E P R O M訪 問控 制電 壓 檢 測 與p o nR e s e t 控 制振 蕩 器（ 1 3 . 5 6 M h z ）電 源 上 電檢 測驅(qū) 動 電 路并 行 接 口 控 制 電 路F I F O控 制 寄 存 器 B a n k密 鑰 緩 存 器C r y p t o l 加 密3 2 位 偽 隨 機(jī) 碼 產(chǎn) 生基 準(zhǔn) 電 壓模 擬 調(diào) 試多 路 器解 調(diào) 器 （ 載 波 與副 載 波 解 調(diào) 器低 功 耗控 制N W R N R D N C S A L E D O ? ? . D 7V M I D A U X R X T V S S T X 1 T X 2 T V D D A V S SD V D DP S T P DI R Q圖 21 RC500內(nèi)部結(jié)構(gòu)框 方案分析與選擇 各方案的列舉 在世界范圍內(nèi)，隨 著射頻技術(shù)的發(fā)展及逐步推廣，特別是在全球物流和商品供應(yīng)鏈方面的應(yīng)用；而且采用射頻技術(shù)的企業(yè)方面也會以自己的實(shí)際需要和考慮該技術(shù)是否能給其帶來實(shí)惠作為選擇的標(biāo)準(zhǔn)。 對于低頻段讀卡器的設(shè)計，目前采用得最多的基站芯片是 U2270B 和 EM4095。該頻段下的感應(yīng)器獲取能量的方式和低頻段的一樣，都是通過電感耦合的方式從閱讀器的耦合線圈的輻射近場中獲得的。如果將本來是 RC5XX 的外圍電路作為 FM17XX 的外圍電路，那就有可能使開發(fā)出來的讀卡 器產(chǎn)生盲區(qū)；反過來將 FM17XX 系列的外圍電路作為 RC5XX系列的外圍電路，也有可能產(chǎn)生類似的情況。 另外， RC500 芯片內(nèi)部發(fā)送器不需要增加有源電路就可以直接驅(qū)動外圍的天線，提供了比較可靠 的調(diào)制 /解調(diào)電路，用于與 ISO14443A 標(biāo)準(zhǔn)兼容的射頻卡，并且支持Crypto1 加密算法。 各方案的比較討論 （ 1）低頻段與高頻段的比較 從系統(tǒng)外圍電路設(shè)計的角度看，低頻段對外圍元件值不怎么敏感，只要元件取值的誤差控制在一定范圍內(nèi)，讀卡器的讀取距離不會受到很大的影響；而工作于高 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 頻段射頻識別系統(tǒng)對外圍電路的設(shè)計要求很高，元件的取值必須很精確，否則對讀卡器的性能會有很大的影響； 在傳輸數(shù)據(jù)的時候，高頻段比低 頻段的安全性能要高，因?yàn)楦哳l段的數(shù)據(jù)傳輸速度比低頻段的高很多，并且其中夾雜著認(rèn)證信息和加密信息，外部即使截取工作于低頻段的讀卡器一般都只具有讀卡功能，寫卡則需要專門的寫卡設(shè)備；而高頻段的讀卡器具有讀 /寫的功能； 低頻段的一般具有防碰撞模塊，而高頻段有； 低頻段的射頻芯片一般不具有調(diào)制解調(diào)模塊，而高頻段有； 由于低頻段可利用的頻帶較窄，傳輸速度慢，信噪比低，所以發(fā)送的信號容易受到干擾；而高頻段則相反。該系列讀寫卡芯片利用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了 在 下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。 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(fù)位； 可編程定時器； 唯一的序列號； 用戶可編程初始化配置； 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 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）可以用 供電。我這里采用的是線型尋址的方式，也就是說可以把 RC500 當(dāng)作一個外部 RAM進(jìn)行尋址，這就使得在軟件編程的時候更加的方便 [4]。這兩種設(shè)計方法的 EMC 電路、接收電路和天線匹配電路都相同，且 EMC 和接收電路元件的取值都一樣。 表 31 EMC濾波和接收電路的值 元件 值 誤差范圍 注釋 L0 C0 R1 47pF 820Ω 10% 2% 5% 屏蔽的磁場 NP0材料 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 續(xù)表 3－ 1 元件 值 誤差范圍 注釋 R2 C5 C4 15pf 100nf 5% 2% 2% NP0 材料 NP0 材料 （注：要獲得最好的功能，所使用的電容和電感至少要具備推薦的這些元件的性能和容差。系統(tǒng)的波特率是 。 RC500 主要是通過寫通信命令、數(shù)據(jù)到 FIFODATA 中，再通過寫命令到COMMAND 寄存器中以實(shí)現(xiàn)與 Mifare1 卡的通信。當(dāng)上電的時候，基站芯片立即將 E2PROM 中塊 1 和塊 2 的內(nèi)容復(fù)制出來進(jìn)行寄存器的初始化。 (注：寫進(jìn)的密鑰跟卡的 KEY 必須是相同的， 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 否則不會通過驗(yàn)證。 MFRC500 支持 ISO14443A 定義的算法 ，通過所謂的防碰撞處理來解決卡序列號的數(shù)據(jù)沖突。另外， Cryptol中的密鑰已不是 KEYA 了，已經(jīng)變了一個數(shù)據(jù)了，經(jīng)過加密運(yùn)算后變了內(nèi)容了，變得誰都看不明 白了，不然安全性就沒有保證。它不僅具有其