【導讀】進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方。及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過。貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。本人完全了解大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容?；蚣w已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。涉密論文按學校規(guī)定處理。善的防沖突機制實現(xiàn)一機多卡功能。輸控制管理等領域。①射頻識別技術(shù)；②MIFARE卡選擇。讀寫器與MIFARE卡通信數(shù)據(jù)的加密與解密；相對于目前廣泛應用的接觸式IC卡，射頻卡具有應用。隨后詳細介紹了射頻接口芯片MFRC500，并在此基礎上設計了讀寫。射頻卡系統(tǒng)的通信也是論文的重點之一，對讀寫器和上位機之。顯示模塊、報警模塊等。具有安全、可靠、低功耗等特點，滿足實際應用需要。

　　

【正文】 公司 MIFARE 芯片的產(chǎn)品在市場上占有絕對的優(yōu)勢。鑒于國內(nèi)市場上 MIFARE 芯片卡應用廣泛，我們采用 Philips 公司生產(chǎn)的射頻處理基站芯片。 MFCM 200 與 MFCM 500 是第一代 MIFARE 讀寫器模塊，現(xiàn)已停產(chǎn) ， Philips 新推出的集成化單顆射頻基站芯片 RC 系列是 CM 模塊系列的替代產(chǎn)品，且性能更穩(wěn)定、功耗更低、應用更靈活、價格更低廉。 名稱 通信速率 電源 支持協(xié)議 接口類型 最大讀寫距離 MF RC531 可達848Kbps 5V ISO/IEC 14443Aamp。B 并行、 SPI 100mm MF RC530 可達848Kbps 5V、 ISO/IEC 14443A 并行、 SPI 100mm MFRC500 106Kbps 5V ISO/IEC 14443A 并行 100mm MFCM 500 106 Kbps 5V ISO/IEC 14443A 并行 100mm MFCM 200 106 Kbps 5V ISO/IEC 14443A 并行 25mm 表 31MIFARE 讀寫器芯片 本方案選用 MFRC500射頻讀寫芯片來進行讀寫模塊的設計。 MFRC500的性價比最高，市場應用最為廣泛，購買也最方便 ， 且內(nèi)部有高集成的調(diào)制解調(diào)模塊，內(nèi)部發(fā)射器可直接驅(qū)動基于 的非接觸式天線，最大距離可達 10cm。 MFRC500內(nèi)部結(jié)構(gòu) MFRC500 的內(nèi)部 EEPROM 分為四個部分，分別用于存放產(chǎn)品的信息，啟動寄存器初始化文件，寄存器初始化文件， Cryptol 密匙區(qū)。同時還有 8*64 位的 FIFO 緩沖區(qū)，它緩沖微處理器和 MFRC500 之間輸入和輸出的數(shù)據(jù)流。 MFRC500 內(nèi)部有完善的中斷系統(tǒng)，其中包括內(nèi)部定時器中斷、發(fā)送器中斷、 CRC 效驗中斷、 E2PROM 中斷、接收器中斷、命令寄存器中斷、 FIFO 緩沖區(qū)的空和滿中斷等等，相關的中斷源都可以通過 IRQ 腳上的信號觸發(fā)微處理器產(chǎn)生中斷，這就使微處理器的軟件更 為有效。 MFRC500 內(nèi)部有一個定時器，它由片內(nèi) 時鐘驅(qū)動。微處理器可使用該時鐘管理與定時有關的任務。定時器單元可配置為以下幾種方式之一：超時計數(shù)器、看門狗、停止監(jiān)視、可編程單次觸發(fā)、周期觸發(fā)等。 MFRC500 支持 ISO 14443A 所有的層，模擬電路部分內(nèi)含射頻發(fā)送器和接收器。發(fā)送蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)論文 3. MFRC500 芯片 12 器不需要增加有源電路就可以直接驅(qū)動工作，接收器對來自符合 ISO 14443A 協(xié)議的卡的信號進行解調(diào)、譯碼。 MFRC500 的 8 位并行微控制器接口可自動檢測連接的接口類型，它包括一個雙向 FIFO 緩沖區(qū)和一個可設 置的中斷輸出。方便的并行接口可與各種 8 位微處理器直接連接，給讀寫卡器終端的設計提供了極大的靈活性。數(shù)據(jù)處理部分則主要進行ISO 14443A 幀的封裝和錯誤檢測（支持 CRC 校驗和奇偶校驗）。通過狀態(tài)和控制部分可以對芯片進行配置，以適應環(huán)境并使芯片性能調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)。 MFRC500引腳說明 MFRC500 共有 32 個引腳可以分為以下幾類。 （ 1） 電源類引腳 EMC 特性和信號解耦方面達到最佳性能，器件使用 3 個獨立的電源 ： TVDD， TVSS（ 6 腳， 8 腳） ： 天線驅(qū)動部分的單獨電源。 AVDD， AVSS（ 26 腳， 28 腳） ： 模擬部分的單獨電源。 DVDD， DVSS（ 25 腳， 12 腳） ： 數(shù)字部分的單獨電源。 （ 2） 天線引腳 TX1， TX2（ 5 腳， 7 腳）：發(fā)送器引腳。 MFRC500 通過 TX1 和 TX2發(fā)送 的能量載波。 RX（ 29 腳）：模擬天線輸入信號。 VMID（ 30 腳）：天線部分的內(nèi)部參考電壓。 （ 3） 復位引腳 RSTPD（ 31 腳）：禁止內(nèi)部電流源和時鐘，并使 MFRC500 從微控制器總線接口脫開。當出現(xiàn)一個從高到低的電平跳變時 RC500 復位，即當該引腳為高時，RC500 停止工作；為 低電平， RC500 才能正常工作。如果 RSTPD 置位，則 MFRC500 執(zhí)行上電時序。（輔助管腳 可選擇內(nèi)部信號驅(qū)動該管腳 AUX，作為設計和測試之用。） （ 4） 晶振引腳 OSCIN， OSCOUT（ 1 腳， 32 腳）：晶振的輸入、輸出引腳。電源振蕩器緩沖輸出 晶振通過快速片內(nèi)緩沖區(qū)連接到 OSCIN 和 OSCOUT，如果器件采用外部時鐘，可從 OSCIN 輸入。 （ 5） 串行 接口 MFIN， MFOUT（ 3 腳， 4 腳）： MIFARE 接口輸入、輸出引腳。 （ 6） 并行接口 MFRC500 有 16 個引腳用于控制并行接口 ： AD0～ AD7（ 13 腳至 20 腳）： 8 位雙向數(shù)據(jù)總線（也可復用為地址線）。 A0～ A2（ 22 腳至 24 腳）：地址線輸入。 NCS（ 9 腳）：片選信號，選擇 RC500 的并行微控制器接口。輸入高電平有效。 NWR（ 10 腳）：寫信號線，輸入低電平有效。 NRD（ 11 腳）：讀信號線，輸入，低電平有效。 ALE（ 21 腳）：地址鎖存允許引腳，輸入，高電平有效。 IRQ（ 2 腳）：中斷請求引腳，當有中斷事件發(fā)生時產(chǎn)生中斷信號。輸出高電平有效。 芯片主要特性及應用 該芯片的主要特性有： （ 1） 高集成度模擬電路用于射頻卡應答信 號的解調(diào)和解碼 ； 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)論文 3. MFRC500 芯片 13 （ 2） 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 ； （ 3） 支持 ISO／ IEC 14443A 國際標準； （ 4） 支持 MIFARE 雙界面卡和 MIFARE 典型協(xié)議 ； （ 5） 支持波特率高達 424 kHz 的通信速率 ； （ 6） 靈活的中斷處理 及 可編程定時器 ； （ 7） 近距離操作可達 100mm； （ 8） 帶低功耗的硬件復位 和 軟件實現(xiàn)掉電模式 ； （ 9） 并行微處理器接口帶有內(nèi)部地址鎖存和 IRQ 線 ； （ 10） 自動檢測微處理器并行接口的類型 ； （ 11） 64 Byte 發(fā)送和接收 FIFO 緩沖區(qū) ； （ 12） 面向位和字節(jié)的 幀 ； （ 13） 唯 一 的序列號 ， 可靠的內(nèi)部非易失性 加 密存儲器 ； （ 14） 連接到 晶振上的內(nèi)部振蕩緩沖器具有優(yōu)化的低相位去抖動 ； （ 15） 在近距離應用中，發(fā)送器采用電壓 ～ 5V； MFRC500 適用于各種基于 ISO／ IEC 14443A 標準 ，主要應用于 要求低成本、小尺寸、高性能以及單電源的非接觸式通信的應用場合：計量 、 公共交通終端 、 手持終端 、 板上單元 、 非接觸式 PC 終端 、 非接觸式公用電話等。 蘭州工業(yè)高等專科學校畢業(yè)論文 4. 讀寫器硬件設計與制作 14 4． 讀寫器硬件設計與制 作 讀寫器總體構(gòu)思 讀寫器的硬件從功能上來劃分大致可分為幾個模塊，包括 MCU 主控制模塊、天線、射頻接口 模塊、儲存模塊、時鐘模塊、顯示模塊、聲光報警模塊 等， 其結(jié)構(gòu)框圖如圖 41所示。 讀卡器用 STC89C52RC 作為單片機主控制器。單片機控制 MFRC500 驅(qū)動天線對MIFARE 卡進行讀寫操作 ， SED1520 作顯示驅(qū)動器驅(qū)動 LCD 液晶顯示器， PS／ 2 總線作為通用編碼鍵盤接口， LCD 顯示器 與聲光報警 作為人機交互接接口， MAX232 作串口信號轉(zhuǎn)換把數(shù)據(jù)傳給上位機。 射 頻 芯 片 M F R C 5 0 0聲 光 報 警 電 路存 儲 器 F M 2 4 C 1 6時 鐘 控 制 D S 2 3 0 2鍵 盤 接 口 電 路看 門 狗 復 位 電 路L C D 顯 示 驅(qū) 動 電 路 R S 2 3 2 接 口 電 路STC89C52 單片機 圖 41 硬件系統(tǒng)組成 MCU主控 模塊 圖 42 主控電路 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)論文 4. 讀寫器硬件設計與制作 15 MCU 主控 電路 是射頻卡讀寫器的核心部分，主要負責系統(tǒng)上電后對各個模塊的初始化、控制通信模塊完成與上位機進行串行數(shù)據(jù)通信 、 控制顯示模塊顯示數(shù)據(jù)、聲光報警、控制射頻模塊通過天線完成對射頻卡的各種操作等，保證系統(tǒng)能夠有序、穩(wěn)定的工作 ，其主控電路如圖 42 所示。 在單片機選型的過程中主要考慮了單片機的計算速度、處理能力、穩(wěn)定性、定時器和中斷資源、片內(nèi)集成的 ROM 大小等因數(shù)。從眾多的八位微處理器中選 擇 了意法半導體公司 （ STMicroelectronics） 的 STC89C52RC 單片機作為系統(tǒng)的 MCU，它是 單片機的擴展型號，其指令與 系列單片機完全兼容 ， 是目前所有內(nèi)部集成 Flash 存儲器產(chǎn)品中功耗最低的一種。 STC89C52RC 內(nèi)置 15K 的 Flash 存儲器和 512 字節(jié) RAM，具有 3 個 16 位計數(shù)器和一個標準的串行通信口，支持 ISP 程序下載 ， 方便程序的調(diào)試，此外它還具有良好的溫度特性、穩(wěn)定性和性價比。 射頻接口模塊 射頻接口模塊主要包括 RF 接口電路，在第二章簡單的介紹了 RF 接口電路 在 RF 射頻接口電路中， 其結(jié)構(gòu)框圖如圖 43 所示。 射 頻 接 口 電 路 部 分功 率放 大上 變 頻 和 帶 通濾 波A S K 反 向調(diào) 制接 收 電 路發(fā) 送 部 分靜 電保 護時 鐘產(chǎn) 生電 源 產(chǎn)生 電 路穩(wěn) 壓電 路包 絡 產(chǎn) 生 檢 波 電 路復 位 電 路控 制 部 分E E P R O M微處理器編解碼電路公 共 電 路 部 分 圖 43 RF 接口電路 框 主要包括有波形轉(zhuǎn)換模塊，它可將讀寫器發(fā)出的 的無線載波調(diào)制頻率接收，一方面送調(diào)制解調(diào)模塊，另一方面進行波形轉(zhuǎn)換，將正弦波轉(zhuǎn)換為方波，然后對其整流濾波，由電壓調(diào)節(jié)模塊對電壓進行進一步的處理，最終輸出供給卡片上的各電路使用。 在第三章介紹了 MFRC500 芯片 相關資料， 根據(jù)其寄存器的設定對發(fā)送數(shù)據(jù)進行調(diào)制得到發(fā)送的信號，通過由天線驅(qū)動引腳 TX1 和 TX2 驅(qū)動的天線以 的電磁波形式發(fā)送出去 ， 在其射 頻范圍內(nèi)的非接觸卡采用 RF 場的負載調(diào)制進行響應。 天 線接收到卡片蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)論文 4. 讀寫器硬件設計與制作 16 的響應信號經(jīng)過天線匹配電路送到 MFRC500 的接收引腳 RX，芯片內(nèi)部的接收器對接收信號進行解調(diào)、譯碼，并根據(jù)寄存器的設定進行處理，最后將數(shù)據(jù)發(fā)送到并行接口由微控制器讀取。 根據(jù) MFRC500 的典型應用電路和系統(tǒng)本身的特點設計了射頻接口部分的電路 ， 如圖44 所示。 圖 44 RF 接口電路 天線設計部分 為了獲得穩(wěn)定、可靠的射頻信號，天線部分的電路設計非常關鍵。設計讀寫模塊的天線電路時， 主要 分四個部分： EMC 低通濾波器、接收電路、天線匹 配電路和天線。 由于加入了保護層，使 IC 與卡片上的天線組成的振蕩回路的頻率將發(fā)生變化 ，所以 保護層給 IC 微晶片增加了一個輸入只有幾個 pF 至幾十個 pF 回路電容 ， 對于要求頻率精度 、 穩(wěn)定度等都很高的非接觸式 IC 射頻卡來說也 至關重要 。 這一部分參考了 Philips 公司所提供文檔中的推薦電路圖 ， 如圖 45 所示 。 高頻濾波電路 為了防止信號線上的干擾，使用了 EMC 高頻濾波電路。 MFRC500 的天線引腳 TX圖 45 天線電路 R1 C5 R2 C6 L1 （電感） L2 （電 感） C7 C8 RX T X 1 TX2 GND C9 C10 V M ID RX TX1 T X 2 天 線線圈 C1 C3 C2 C4 R 0 （ 1 ） EMC 濾波電路 （ 2 ）天線匹配電路 C 0 G N D 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)論文 4. 讀寫器硬件設計與制作 17 TX RX 以及參考電壓 VMID 先經(jīng)過 EMC 濾波電路，然后再與天線匹