【文章內(nèi)容簡介】 令，則回送對請求的應(yīng)答字組 ATQA 給 讀寫器 。 當(dāng) IC卡對 REQA 命令作了應(yīng)答后， IC 卡處于 READY 狀態(tài)。 讀寫器 識別出：在作 用范圍內(nèi)至少有一張 IC卡存在。通過發(fā)送 SELECT 命令啟動“二進制檢索樹”防 沖 撞算法，選出一張 IC卡，對其進行操作。 SELECT 命令的 NVB 參數(shù)主要用于描述檢索準(zhǔn)則的實際長度，簡單的序列號 長度為 4字節(jié)。如果通過防沖 撞 算法去查找一個序列號，那么 讀寫器 在 SELECT 命令中要發(fā)送完整的序列號 (NVB=40H)，以便選擇合適的 IC 卡。具有查找 序列 號的 IC 卡采用 SELECT 選擇應(yīng)答 SAK 來確認這條命令，并處于 ACTIVE 狀態(tài)， 即選擇狀態(tài)。 廣西科技大學(xué)（籌） 基于單片機的 RFID 讀寫器的軟件設(shè)計 8 4 讀寫器 系統(tǒng)硬件設(shè)計 在本章中 主要敘述開發(fā)的 讀寫器 系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案，對單片機控制部分、射頻處理模塊、天線以及聲音和顯示部分電路的設(shè)計進行了詳細說明。主要原理是通過單片機STC11F32XE 控制讀寫芯片 RC522 中的寄存器，從而實現(xiàn) MF RC522 對 Mifare 卡進行讀寫 訪問 操作。 系統(tǒng)硬件電路分為控制電路 ,讀寫驅(qū)動電路和液晶顯示電路等。 射頻識別 卡讀寫設(shè)備的基本結(jié)構(gòu) 由 以下幾個部分 組成 （ 如 圖 41 所示 ）： 圖 41 系統(tǒng)硬件模塊 單片機 控制部分 單片機 是 整個 讀寫設(shè)備的 核心部分，主要負責(zé)數(shù)據(jù)處理， 它不僅要控制射頻 讀卡 處理模塊完成對 射頻識別 卡的讀寫，還要負責(zé)通過 串口 接口與 上位機 或 其他 應(yīng)用系統(tǒng)進行通信以及鍵盤、顯示 模塊 等其他外部 模塊 的控制。 本文 設(shè)計 的 讀寫器 系統(tǒng)的 單片機 采用的 是 STC11F32XE。 這款單片機是宏晶科技公司設(shè)計的一款低功耗、高速度、具有先進的指令集結(jié)構(gòu)的新一代 8051 單片機，它的抗干擾能力非常強。 本文設(shè)計的讀寫器 選用此 型號 的單片機主要有以下幾個理由： ①加密性強，無法解密； ②抗干擾能力強； ③速度快； ④功耗超低 ； ⑤內(nèi)部集成高可靠復(fù)位電路。 LCD 顯示模塊 通信接口 單 片 機 鍵盤及其他 射頻處理模 塊 天線 廣西科技大學(xué)（籌） 基于單片機的 RFID 讀寫器的軟件設(shè)計 9 射頻處理 模塊 射頻 處理 部分是 射頻識別 讀寫器 的關(guān)鍵部件，通過 射頻處理部分 與非接觸式 IC 卡進行數(shù)據(jù)通信。射頻 處理 部分的 核心 部件就是射頻基站芯片， 本文設(shè)計的 讀寫器 的射頻基站芯片 采用 了 MF RC522 芯片 。 MFRC522 是高度集成的非接觸式（ ） 讀寫卡芯片。此發(fā)送模塊利用調(diào)制和解調(diào)的原理，并將它們完全集成在各種非接觸式通信方法和協(xié)議中（ ） 。 MFRC522 的內(nèi)部發(fā)送器部分可驅(qū)動 讀寫器 天線與 ISO 14443/ MIFARE174?？ê蛻?yīng)答機的通信，無需其它的電路。接受其部分提供一個功能強大和高效的借條和譯碼電路，用來處理兼容 ISO 14443/ MIFARE174。的卡和應(yīng)答機的信號。數(shù)字電路部分處理完整的 ISO14443A幀和錯誤檢測 （奇偶 amp。CRC）。 MFRC522 支持 MIFARE174。 Classic（如， MIFARE174。標(biāo)準(zhǔn)）器件。MFRC522 支持 MIFARE174。更高速的非接觸式通信，雙向數(shù)據(jù)傳輸速率高達 424kbit/s。 可實現(xiàn)各種不同主機接口的功能： ① SPI接口 ； ② 串行 UART（類似 RS232，電壓電平取決于提供的管腳電壓 ； ③ I2C 接口 。 MFRC522 具有以下特性： ? 高度集成的模擬電路，解調(diào)和譯碼響應(yīng)； ? 緩沖的輸出驅(qū)動器與天線的使用最少的外部元件。 ? 支持 ISO 14443/ MIFARE174。； ? 讀寫器 模式中與 ISO 14443/ MIFARE174。的通信距離高達 50mm，取決于天線的長度和調(diào)諧； ? 讀寫器 模式下支持 MIFARE174。 Classic 加密； ? 支持 ISO 14443 212kbit/s 和 424kbit/s 的更高傳輸速率的通信； ? 支持的主機接口 — 10Mbit/s 的 SPI接口 。 — I2C 接口 ,快速模式的速率為 400kbit/s,高速模式的速率為3400kbit/s。 — 串行 UART，傳輸速率高達 ,幀取決于 RS232 接口，電壓電平取決于提供的管腳電壓 。 ? 64字節(jié)的發(fā)送和接收 FIFO 緩沖區(qū)； ? 靈活的中斷模式 ； ? 低功耗的硬復(fù)位功能 ； ? 軟件掉電模式 ； 廣西科技大學(xué)（籌） 基于單片機的 RFID 讀寫器的軟件設(shè)計 10 ? 可編程定時器 ； ? 內(nèi)部振蕩器，連接 的晶振； ? 的電源電壓 ； ? CRC協(xié)處理器 ； ? 自由編程 I/O 管腳 ； ? 內(nèi)部自測試 。 [17] 天線部分 天線是一種能夠?qū)?接收到的電磁波轉(zhuǎn)換為電流信號，或者將電流信號轉(zhuǎn)換為電磁波信號的裝置 。 MHz 射頻天線及其匹配電路共有三塊：天線線圈、匹配電路（ LC諧振電路）和 EMC 濾波電路。在天線的匹配設(shè)計中必須保證產(chǎn)生一個盡可能強的電磁場，以使卡片能夠獲得足夠的能量給自己供電，而且考慮到調(diào)諧電路的帶通特性，天線的輸出能量必須保證足夠的通帶范圍來傳送調(diào)制后的信號。 聲音提示及顯示部分 非接觸式 IC 卡 讀寫器 進行讀寫操作時發(fā)出提示音，發(fā)聲的器件選用蜂鳴器，該器件使用方便、價格便宜。單片機的 I/O 口驅(qū)動能力有限，不能直接 驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲，通過三極管來驅(qū)動蜂鳴器。顯示部分采用 LCD12864 液晶顯示模塊。 廣西科技大學(xué)（籌） 基于單片機的 RFID 讀寫器的軟件設(shè)計 11 5 讀寫器 系統(tǒng)軟件設(shè)計 讀寫器 應(yīng)用系統(tǒng) 硬件必須在軟件的控制下 才能 工作，第五章主要 講述 讀寫器 系統(tǒng)軟件設(shè)計的原理， 讀寫器 和 Mifare 卡的通信的 過 程，系統(tǒng)的初始化、防 沖 撞、 密碼 驗證和讀 /寫操作等模塊。 軟件設(shè)計主要 包括 主控制程序設(shè)計，射頻處理程序設(shè)計 以及顯示程序設(shè)計， 編寫程序的軟件是 Keil uv4。 程序的每一部分按模塊化設(shè)計成一個文件，單獨調(diào)試通過后，再在 Keil uv4 環(huán)境下加入到工程文件中 ，然 后生 成 HEX 文件， 燒錄到STC11F32XE 單片機芯片中進行調(diào)試運行。 RC522 命令集 MFRC522 的操作由可執(zhí)行一系列命令的內(nèi)部狀態(tài)機來決定 。通過向命令寄存器寫入相應(yīng)的命令代碼來啟動命令。執(zhí)行一個命令所需要的參數(shù)和 /或數(shù)據(jù)通過 FIFO 緩沖區(qū)來交換。 通用特性 ： (1) 每個需要數(shù)據(jù)流（或數(shù)據(jù)字節(jié)流）作為輸入的命令在發(fā)現(xiàn) FIFO 緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)時會立刻處理，但收發(fā)命令除外。收發(fā)命令的發(fā)送由寄存器BitFramingReg 的 StartSend 位來啟動。 (2) 每個需要某一數(shù)量的參數(shù)的命令 只有在它通過 FIFO緩沖區(qū)接收到正確數(shù)量參數(shù)時才能開始處理。 (3) FIFO 緩沖區(qū)不能在命令啟動時自動清除。而且，也有可能要先將命令參 和 /或數(shù)據(jù)字節(jié)斜土 FIFO 緩沖區(qū)，再啟動命令。 (4) 每個命令的執(zhí)行都可能由微控制器向命令寄存器寫入一個新的命令代碼（如 idle 命令 ） 來判斷。 MFRC522 命令如表 51所示 廣西科技大學(xué)（籌） 基于單片機的 RFID 讀寫器的軟件設(shè)計 12 表 51 MFRC522 命令表 命令 命令代碼 動作 Idle 0000 無動作；取消當(dāng)前命令的執(zhí)行。 CalcCRC 0011 激活 CRC 協(xié)處理器或執(zhí)行自測試 Transmit 0100 發(fā)送 FIFO 緩沖區(qū)的命令 NoCmd Change 0111 無命令改變，該命令用來修改命令寄存器的不同位，但又不觸及其他命令，如掉電。 Receive 1000 激活接收器電路 Transceive 1100 如果寄存器 ControlRed 的 Initiator 位被設(shè)為 1：將 FIFO 緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)送到天線并在發(fā)送完成后自動激活接收器。如果寄存器ControlReg 的 Intiator 位被設(shè)為 0：接收天線的數(shù)據(jù)并自動激活發(fā)送器。 MFAuthent 1110 執(zhí)行 讀寫器 的 MIFARE 標(biāo)準(zhǔn) 認證。 Soft Reset 1111 復(fù)位 MFRC522. 表 51 對 RC522 的命令集做了概述，下面著重介紹 Tranceive 命令 和 MFAuthent 命令 。 Tranceive 命令 該循環(huán)命令重復(fù)發(fā)送 FIFO 的數(shù)據(jù)，并不斷接收 RF 場的數(shù)據(jù) 。第一個動作是發(fā)送，發(fā)送結(jié)束后命令變?yōu)榻邮諗?shù)據(jù)流。 發(fā)送 接收 發(fā)送 接收?? 每個發(fā)送過程中都在 BitFramingReg寄存器的 StartSend位置位時啟動。 Tranceive命令通過向命令寄存器寫入任何一個命令（如 idle）來軟件清除。 MFAuthent 命令 該命令用來處理 Mifare 認證以使能到任何 Mifare 普通卡的安全通信。在命令激活前以下數(shù)據(jù)必須寫入 FIFO： ? 認證命令代碼（ 0x60,0x61） 廣西科技大學(xué)（籌） 基于單片機的 RFID 讀寫器的軟件設(shè)計 13 ? 塊地址 ? 扇區(qū)密鑰字節(jié) 0 ? 扇區(qū)密鑰字節(jié) 1 ? 扇區(qū)密鑰字節(jié) 2 ? 扇區(qū)密鑰字節(jié) 3 ? 扇區(qū)密鑰字節(jié) 4 ? 扇區(qū)密鑰字節(jié) 5 ? 卡序列號字節(jié) 0 ? 卡序列號字節(jié) 1 ? 卡序列號字節(jié) 2 ? 卡序列號字節(jié) 3 總共 12 字節(jié)，應(yīng)當(dāng)寫入 FIFO 中。 注：當(dāng) MFAuthent 命令有效時，任何 FIFO 訪問都被禁止。只要訪問 FIFO 的操作發(fā)生，ErrorReg 寄存器的 WrErr 位就置位。 該命令在 Mifare 卡被認證且 Staus2Reg 寄存器的 MFCrypto1On 位置位時自動終止。 當(dāng)卡未響應(yīng)時該命令不會自動終止，因此，定時器必須初始化成自動模式。這時，除 IdleIRQ 外， TimerIRQ 也可用作終止的標(biāo)準(zhǔn)。在認證的過程中， RxIRQ 和 TxIRQ 被禁止。認證命令結(jié)束后（處理完協(xié)議后或?qū)?IDLE 寫入命令后）只有 Crypto1On 位有效。 如果認證過程中有錯誤出現(xiàn)，則 ErrorReg寄存器的 ProtocolErr位置位。 Status2Reg寄存器的 Crypto1On 位清零。 Mifare 卡操作程序設(shè)計 對 Mifare 卡 常用 的操作 指令 分為 請求應(yīng)答 、 防沖 撞 、選 卡 、認證、讀 /寫 操作 、增/減值、 存取和傳輸， 下面用流程圖描述 Mifare 卡的整個操作過程， 如圖 51 所示 ： （ 1） 請求 操作 當(dāng)有 Mifare 卡進入讀寫器天線有效掃描范圍內(nèi)時，讀寫器發(fā)出 Request 命令?？ㄉ系?ATR 將啟動， Request 命令將與 Mifare 卡進行通信，讀取 Mifare 卡上的第 0 扇區(qū)的第 0塊上的卡片類型號 TagType（ 2個字節(jié)），由 MFRC522 傳輸給單片機進行處理，建立卡片與讀寫器的第一步通信 。如果不進行以上操作，讀寫器對 Mifare 卡的其他操作將無法進行。 查詢函數(shù)如下： char PcdRequest(unsigned char data req_code,unsigned char *pTagType) 廣西科技大學(xué)（籌） 基于單片機的 RFID 讀寫器的軟件設(shè)計 14 參數(shù)說明： req_code[IN]:尋卡方式 0x52=尋感應(yīng)區(qū)內(nèi)所有符合 14443A 標(biāo)準(zhǔn)的卡 0x26=尋未進入休眠狀態(tài)的卡 pTagType[OUT]:卡片類型代碼 圖 51 Mifare卡的操作流程圖 是否選中 否 是 是否合法 是 否 讀 加 減 寫 恢 復(fù) 傳送 開始 請求應(yīng)答 防沖撞