【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 年得到飛速發(fā)展，其應(yīng)用 5 領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，同時(shí)也帶動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 。 主要體現(xiàn)在： ① 政策 支持。在國(guó)家頒布的《 20212020 年國(guó)家信息化發(fā)展戰(zhàn)略》和《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（ 20212020）》中都闡述了發(fā)展 RFID 產(chǎn)業(yè)的重要性，指出推動(dòng) RFID 技術(shù)的發(fā)展，可增強(qiáng)我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力、推動(dòng)建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家；科技部發(fā)表了《中國(guó)射頻識(shí)別（ RFID）技術(shù)政策白皮書(shū)》，國(guó)家還設(shè)立了專(zhuān)項(xiàng)基金支持 RFID 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為 RFID 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了良好的政策、經(jīng)濟(jì)環(huán)境。近年來(lái)，我國(guó) RFID 技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)都有相應(yīng)進(jìn)展，已經(jīng)應(yīng)用多個(gè)行業(yè)。 ② 市場(chǎng)潛力大。 RFID 技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，從物流管 理到資產(chǎn)跟蹤、防偽識(shí)別、公共安全管理、車(chē)輛管理到人員管理等都充滿了巨大商機(jī)。目前 RFID 技術(shù)在國(guó)內(nèi)交通管理、物流、食品安全、重要資產(chǎn)的跟蹤、防偽等領(lǐng)域開(kāi)始應(yīng)用。主要體現(xiàn)在： ① 政策支持。在國(guó)家頒布的《 20212020 年國(guó)家信息化發(fā)展戰(zhàn)略》和《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（ 20212020）》中都闡述了發(fā)展 RFID 產(chǎn)業(yè)的重要性，指出推動(dòng) RFID技術(shù)的發(fā)展，可增強(qiáng)我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力、推動(dòng)建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家；科技部發(fā)表了《中國(guó)射頻識(shí)別（ RFID）技術(shù)政策白皮書(shū)》，國(guó)家還設(shè)立了專(zhuān)項(xiàng)基金支持 RFID 產(chǎn)業(yè)的發(fā) 展，為 RFID 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了良好的政策、經(jīng)濟(jì)環(huán)境。近年來(lái)，我國(guó) RFID 技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)都有相應(yīng)進(jìn)展，已經(jīng)應(yīng)用多個(gè)行業(yè)。 ② 市場(chǎng)潛力大。 RFID 技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，從物流管理到資產(chǎn)跟蹤、防偽識(shí)別、公共安全管理、車(chē)輛管理到人員管理等都充滿了巨大商機(jī)。目前 RFID 技術(shù)在國(guó)內(nèi)交通管理、物流、食品安全、重要資產(chǎn)的跟蹤、防偽等領(lǐng)域開(kāi)始應(yīng)用。 但是，目前我國(guó)的 RFID 產(chǎn)業(yè)發(fā)展還不成熟：一是起步較晚，投入不足，自主創(chuàng)新能力還不夠強(qiáng)，核心技術(shù)掌握在國(guó)外人手中；二是產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不夠均衡，成本高，市場(chǎng)的成熟度低。我個(gè)人認(rèn)為 ，我國(guó) RFID 產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路仍然比較曲折，并且發(fā)展速度不會(huì)像大家想象得那么快。中國(guó)的 RFID 產(chǎn)業(yè)要想迅速通過(guò)培育期，就必須通過(guò)政府牽頭、企業(yè)主導(dǎo)、選擇重點(diǎn)、行業(yè)突破來(lái)協(xié)調(diào)解決，形成行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。加強(qiáng)政府監(jiān)管和扶持，鼓勵(lì)企業(yè)自主創(chuàng)新，掌握核心技術(shù)，形成產(chǎn)業(yè)化；同時(shí)，企業(yè)應(yīng)加大研發(fā)投入，加強(qiáng)品牌宣傳，參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。 設(shè)計(jì)方法 本 設(shè)計(jì) 為 非接觸式射頻卡讀 卡 器 ，它是 基于單片機(jī) AT89S52與 Philips公司的 MF RC500嵌入式讀寫(xiě)芯片設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的，整個(gè)系統(tǒng)包括由 AT89S52 構(gòu)成控制模塊，由 MF RC500 構(gòu)成 6 的射頻模塊，天線模塊，由 LCD1602 構(gòu)成的顯示模塊 ， 通信模塊 以及若干標(biāo)簽 等 組成 。 它能完成對(duì) Mifare1 卡所有讀寫(xiě)及控制操作 ,并且還可以方便的嵌入到其他系統(tǒng)（如：門(mén)禁 ,公交）中 ,成為用戶(hù)系統(tǒng)的一部分。 設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)注意的問(wèn)題 本設(shè)計(jì)所研究的讀卡器為非接觸式的靜距離無(wú)限讀卡系統(tǒng)。該系統(tǒng)為無(wú)線通信系統(tǒng)，對(duì)通信距離和通信信息的可靠性等都需進(jìn)行研究。主要考慮的問(wèn)題在以下幾個(gè)方面： ① 不同的射頻讀卡器系統(tǒng)擁有不同的通信頻帶， RFID 按應(yīng)用頻率的不同分為低頻（ LF）、高頻（ HF）、超高頻（ UHF）、微波（ MW），相對(duì)應(yīng)的代表性頻率分別為：低頻 135KHz以下、高頻 、超高頻 860M960MHz、微波 、 ， 在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，標(biāo)簽與天線和讀卡芯片模塊的帶寬需嚴(yán)格匹配，否則將無(wú)法進(jìn)行通行或出現(xiàn)通信錯(cuò)誤。本設(shè)計(jì)中采用的為高頻頻帶，在天線設(shè)計(jì)過(guò)程中需嚴(yán)格遵守天線設(shè)計(jì)的參數(shù)要求，設(shè)計(jì)與高頻相匹配的天線，并選用合適的標(biāo)簽，并且標(biāo)簽和射頻芯片的需遵守相同的通信標(biāo)準(zhǔn)才 能夠成功的進(jìn)行通信。 ② 由于 RFID 通信采用的無(wú)線通信方式，無(wú)線通信的通信信道是開(kāi)放性信道，因此對(duì)通信安全有 比較嚴(yán)格的要求，因此在通信時(shí)需 要有嚴(yán)格的通信加密方式，才能夠確保信息的安全性。 ③在讀卡的過(guò)程中，由于可能同時(shí)存在有多個(gè)標(biāo)簽在讀寫(xiě)范圍內(nèi)，要能識(shí)別正確的標(biāo)簽，則需 設(shè)計(jì)相應(yīng)的防碰撞法則，以能夠選擇出對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽進(jìn)行操作并防止出現(xiàn)通信混亂。 7 第 2 章 核心模塊簡(jiǎn)介 MF RC500 芯片概述 MF RC500 是 PHILIPS 公司生產(chǎn)的高集成度 TYPEA 讀寫(xiě)器芯片。其主要性能如下： ●載波頻率為 13. 56MHz； ●集成了編碼調(diào)制和解調(diào)解碼的收發(fā)電路； ●天線驅(qū)動(dòng)電路僅需很少的外圍元件 , 有效距離可達(dá) 10cm； ●內(nèi)部集成有并行接口 控制電路 ,可自動(dòng)檢測(cè)外部微控制器 (MCU) 的接口類(lèi)型； ●具有內(nèi)部地址鎖存和 IRQ 線 ,可以很方便地與 MCU 接口； ●集成有 64 字節(jié)的收發(fā) FIFO 緩存器； ●內(nèi)部寄存器、命令集、加密算法可支持 TYPE A 標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)功能 , 同時(shí)支持 MIFARE 類(lèi)卡的有關(guān)協(xié)議； ●數(shù)字、模擬、發(fā)送電路都有各自獨(dú)立的供電電源。 基于以上特點(diǎn) ,用 MF RC500 極易設(shè)計(jì) TYPE A 型卡的讀寫(xiě)器 , 可廣泛用于非接觸式公共電話、儀器儀表、非接觸式手持終端等領(lǐng)域。 引腳功能 MF RC500 為 32 腳 SO 封裝 ,其引腳功能如 表 所列。需說(shuō)明的是 :某些引腳 (帶 *號(hào) ) 依據(jù)其所用 MCU(微控制器 ) 的接口情況具有不同功能。 表 MF RC500 引腳功能 管腳 符號(hào) 類(lèi)型 描述 1 OSCIN I 晶振輸入 ,振蕩器反相放大器輸入 , 該腳也作為外部時(shí)鐘輸入(fosc=)。 2 IRQ O 中斷請(qǐng)求 ,輸出中斷事件請(qǐng)求信號(hào) 。 3 MFIN I MIFARE 接口輸入 ,接受符合 ISO14443A(MIFIRE)的數(shù)字串行數(shù)據(jù)流 。 4 MFOUT O MIFARE 接口輸出 ,發(fā)送符合 ISO14443A(MIFIRE)的數(shù)字串行數(shù)據(jù)流 。 5 TX1 O 發(fā)送器 1 ,發(fā)送經(jīng)過(guò)調(diào)制的 能量載波 。 6 TVDD PWR 發(fā)送器電源 ,提供 TX1 和 TX2 輸出電源 。 7 TX2 O 發(fā)送器 2,發(fā)送經(jīng)過(guò)調(diào)制的 能量載波 。 8 TVSS PWR 發(fā)送器地 ： 提供 TX1 和 TX2 輸出電源 。 9 NCS I 片選 ： 選擇和激活 MF RC500 的微處理器接口 。 8 10 NWR I 寫(xiě) MF RC500 寄存器寫(xiě)入數(shù)據(jù) D0~D7 選通 。 11 NRD I 讀 MF RC500 寄存器讀出數(shù)據(jù) D0~D7 選通。 12 DVSS PWR 數(shù)字地 。 13 D0~D7 I/O 8 位雙向數(shù)據(jù)總線 。 20 AD0~AD7 I/O 8 位雙向地址和數(shù)據(jù)總線 。 21 ALE I 址鎖存使能 ,為高時(shí)將 AD0~AD5 鎖存為內(nèi)部地址 。 22 A0 I 地址線 0,寄存器地址位 0。 23 A1 I 地址線 1,寄存器地址位 1。 24 A2 I 地址線 2,寄存器地址位 2。 25 DVDD PWR 數(shù)字電源 。 26 AVDD PWR 模擬電源 。 27 AUX O 輔助輸出 ,該腳輸出模擬測(cè)試信號(hào) ,該信號(hào)可通過(guò) TestAnaOutSel 寄存器選擇 。 28 AVSS PWR 模擬地 。 29 RX I 接收器輸入 ,卡應(yīng)答輸入腳 ,該應(yīng)答為經(jīng)過(guò)天線電路耦合的調(diào)制 載波 。 30 VMID PWR 內(nèi)部參考電壓 ,該腳輸出內(nèi)部參考電壓 （ 注 :必須接一個(gè) 100nF 電容 ）。 31 RSTPD I 復(fù)位和掉電 ,當(dāng)為高時(shí) ,內(nèi)部灌電流關(guān)閉 ,振蕩器停止 ,輸入端與外部斷開(kāi) ,該管腳的下降沿啟動(dòng)內(nèi)部復(fù)位。 32 OSCOUT O 晶振輸出 振蕩器反向放大器輸出 。 工作原理 MF RC500 的內(nèi)部電路框圖如圖 所示 , 它由并行接口及控制電路、密鑰存貯及加密算法 (Cypto1)、狀態(tài)機(jī)與寄存器、數(shù)據(jù)處理電路、模擬電路 (調(diào)制、解調(diào)及輸出驅(qū)動(dòng)電路 )等組成。 并 行 接 口 控 制 電 路電 壓 檢 測(cè) 也P O NR e s e t 控 制低 功 耗 控制振 蕩 器（ 1 3 . 5 6 M H Z ）電 源 上 電檢 測(cè)驅(qū) 動(dòng) 電 路模 擬 測(cè) 試 多 路器解 調(diào) 器 （ 載 波與 副 載 波 解 調(diào)器 ）基 準(zhǔn) 電 壓3 2 偽 隨 機(jī) 碼 產(chǎn) 生C r y p t o l 加 密密 鑰 緩 存 器3 2 * 1 6 字 節(jié)E E P R O M訪 問(wèn)控 制控 制 寄 存 器 B a n kF I F O狀 態(tài) 機(jī)命 令 寄 存 器中 斷 控 制并 串 轉(zhuǎn) 換幀 產(chǎn) 生 與 檢 驗(yàn)校 驗(yàn) 位 C R C 產(chǎn) 生 和 檢 驗(yàn)位 編 碼 位 解 碼串 行 數(shù) 據(jù) 切 換調(diào) 制電 路? ?N W R N R D N C S A L E A 0 A 1 A 2 D 0 D 1 D 2 D 7M F I NM F O U TD V D DD V S SP S T P DI R QD S C I NO S C O U TA V D DA V S SA U X R XV M I DR V S S T X 1 T X 2 T V D D載 波時(shí) 鐘 9 圖 MF RC5OO 芯片內(nèi)部寄存器 MF RC500 寄存器設(shè)置 MF RC500 芯片的內(nèi)部寄存器按頁(yè)分配 , 并通過(guò)相應(yīng)尋址方法獲得地址。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)。每個(gè)寄存器由 8 位組成 ,其位特性有四種 : 讀 / 寫(xiě) (r/ w) 、只讀 (r) 、僅寫(xiě) (w) 和動(dòng)態(tài) (dy) 。其中 dy 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。微控制器 MCU 通過(guò)對(duì)內(nèi)部寄存器的寫(xiě)和讀 ,可以預(yù)置和讀出系統(tǒng)運(yùn)行狀況。寄存器在芯片復(fù)位狀態(tài)為其預(yù)置初始值。了解內(nèi)部寄存器的設(shè)置對(duì)于軟件編程至關(guān)重要 ,表 給出了寄存器的配置情況。 表 內(nèi)部寄存器配置 頁(yè)號(hào) 功能 寄 存 器 地址 相應(yīng)寄存器名 0 命令與狀態(tài) 0~7 Page ,Command ,FIFOData 6,PrimaryStatus ,FIFOLength F SecondaryStatus ,InterruptEn ,InterruptRq 1 控制與狀態(tài) 8~F Page ,Control ,ErrorFlag ,CollPos R,TimerValue CRCResultLSB ,CRCResultMSB ,BitFraming 2 發(fā)送與編碼控制 10~17 Page,TxControl CWConductanc, PreSet13 ,PreSet14 ,ModWidth ,PreSet16 ,PreSet17 3 接受與解碼控制 18~1F Page,RxControl1,DecodeControl,BitPhase,RxThreshold,PreSet1D,RxControl2,ClockQControl 4 定時(shí)和通道冗余碼 20~27 Page,RxWait,ChannelRedundancy,CRCPresetLSB, CRCPresetMSB,CRCPreSet25,MFOUTSelect,PreSet27 5 FIFO, 定 時(shí) 器 和IRQ 引腳 28~2F Page,FIFOLevel,TimerClock,TimerControl,TimerReload, IRQPinConfig,PreSet2E,PreSet2F 6 備用 30~37 Page,RFU 7 測(cè)試控制 38~3F Page,RFU,TestAnaSelect,PreSet3B,PreSet3C,TestDigiSelect,RFU, 并行接口 MF RC500 芯片可直接支持各種微控制器 (MCU) , 也可直接和 PC 機(jī)的增強(qiáng)型并行接口 (EPP) 相連接 ,每次上電 (PON) 或硬啟動(dòng) (Reset) 后 ,芯片會(huì)復(fù)原其并行接口模式并檢測(cè)當(dāng)前的 MCU 接口類(lèi)型 , 通常用檢測(cè)控制引腳邏輯電平的方法來(lái)識(shí)別 MCU接口 , 并利用固定引腳連接和初始化相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)正確的接口。圖 給出了 本次設(shè)計(jì) 相應(yīng)的連接接線圖。 10 EEPROM 存貯器 MF RC500 的 EEPROM 共有 32 塊 , 每塊 16 字節(jié)。 EEPROM 存貯區(qū)分為四部分 :第一部分為塊 0, 屬性為只讀 ,用于保存產(chǎn)品的有關(guān)信息 。第二部分為塊 1 和塊 2, 它們具有讀 / 寫(xiě)屬性 ,用于存放寄存器初始化啟動(dòng)文件 。 第三部分從塊 3 至塊 7, 用于存放寄存器初始化文件 , 屬性為讀 / 寫(xiě) 。 第四部分從 塊 8 至塊 31， 屬性為只寫(xiě) , 用于存放加密運(yùn)算的密鑰 , 存放一個(gè)密鑰需要 12 字節(jié) , EEPROM 密鑰存放區(qū)共可存放 32 個(gè)密鑰 , 實(shí)際密鑰長(zhǎng)度為 6 字節(jié) , 存放在緊鄰的 12 個(gè) E