【導(dǎo)讀】所無法比擬的優(yōu)越性，具有廣闊的市場(chǎng)前景。作、密碼操作以及各塊存儲(chǔ)方式的控制。1．系統(tǒng)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IECl4443A協(xié)議。2．采用RS232串行口與上位機(jī)通信。3．獨(dú)立完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，并搭電路驗(yàn)證。4．采用KeilC51和VisualBasic語言完成系統(tǒng)軟件的編寫。1．《智能卡技術(shù)-IC卡與RFID標(biāo)簽》，王愛英主編，清華大學(xué)出版社。2．《射頻識(shí)別RFID原理與應(yīng)用》，單承贛等編著，電子工業(yè)出版社。4．芯片MFRC500相關(guān)技術(shù)資料。由于非接觸式IC卡具有操作快捷、抗干擾性強(qiáng)、觸式IC卡讀卡器是非接觸式IC卡應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一。的需要，本課題開發(fā)了一種讀寫距離在10em左右的非接觸式IC卡讀卡器，它可以應(yīng)用于電子消費(fèi)場(chǎng)合，如公交和地鐵電子售票，食堂售飯等場(chǎng)合。的研究，說明了射頻IC卡系統(tǒng)的工作狀態(tài)。介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件部分，重點(diǎn)介紹了RC500的主要特性、頻模塊的實(shí)現(xiàn)方案和具體電路。專用射頻讀卡集成芯片RC500)，并詳細(xì)闡述了系統(tǒng)各個(gè)模塊的組成和原理，

　　

【正文】 tartUp 命令除外 )都可被微處理器通過寫入新命令所中斷。例如 ， Idle 命令將取消當(dāng)前執(zhí)的任何命令。對(duì)于需要數(shù)據(jù)流 (或數(shù)據(jù)字節(jié)流 )作為輸入的命令 ， 會(huì)立即處理它在 FIFO 緩沖區(qū)中發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)。對(duì)于需要一定數(shù)目變量的命令 ， 只有當(dāng)它從 FIFO 緩沖區(qū)接收到正確數(shù)目的變量時(shí) ， 才會(huì)啟動(dòng)命令處理。 FIFO 緩沖區(qū)在命令啟動(dòng)時(shí)不會(huì)自動(dòng)清零 ， 可先將命令變量和數(shù)據(jù)字節(jié)寫入 FIFO 緩沖區(qū) ,然后再啟動(dòng)相應(yīng)命令。 按照讀卡的整個(gè)過程來看應(yīng)該把單片機(jī)的整體程序分解成各個(gè)子程序模塊來進(jìn)行編寫，一方面減少編寫程序的難度，另一方面也使得程序變得簡(jiǎn)單易懂，以及適合后期調(diào)整以及維護(hù)。 對(duì)于卡的讀寫需要很顯而易見的分為初始化 子程序 模塊、卡檢測(cè) 子程序 模塊、卡校 子程序 驗(yàn)?zāi)K和讀寫 子程序 模塊 ?？傮w軟件設(shè)計(jì)框圖如下： 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 圖 31 軟件總體設(shè)計(jì)框圖 初始化 子程序 設(shè)計(jì) 在進(jìn)行讀卡之前需要對(duì) MF RC500 進(jìn)行初始化操作。 初始化就是對(duì) MF RC500 的 32 個(gè)寄存器進(jìn)行設(shè)置。 MF RC500 在復(fù)位引腳 RSTPD 腳由高變低的時(shí)候復(fù)位，延時(shí)的長(zhǎng)度由系統(tǒng)晶振頻率決定，本系統(tǒng)的晶振頻率是 MHz。 在 MFRC500 進(jìn)行上電復(fù)位完成以后 ，我們要對(duì) RC500 進(jìn)行各個(gè)設(shè)置寄存器進(jìn)行賦值，來調(diào)整 RC500 的工作狀態(tài)。 RC500 的控制寄存器由 8 個(gè)地址組 成一頁，這樣很方便的單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行快速賦值。這些寄存器中絕大部分都是可讀寫的，有一部分的寄存器限度讀寫的功能并相應(yīng)的起到特殊的目的。其中需要通過初始化來進(jìn)行調(diào)節(jié) RC500 的連接模式。 TX1\TX2 之間的電導(dǎo)率來對(duì)天線的輸出功率進(jìn)行調(diào)整。 TX1\TX2 邏輯狀態(tài)的調(diào)整，輸出脈沖的寬度，發(fā)送器和接收器時(shí)鐘之間的相位關(guān)系；解碼器的閥值， RF 信道上數(shù)據(jù)完整性檢測(cè)的類型以及 模式 。內(nèi)部時(shí)鐘定時(shí)器的設(shè)置控制 。以及發(fā)送器和接收器的編碼發(fā)送。初始化子程序的結(jié)構(gòu)框圖如下： 開始 初始化模塊 卡檢測(cè)模塊 卡校驗(yàn)?zāi)K 讀寫模塊 返回 第 3章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 圖 32 初始化模塊設(shè)計(jì)圖 卡 片 檢測(cè) 子程序設(shè)計(jì) 在初始化進(jìn)行完成后就可以在上位機(jī)的程序控制下對(duì)射頻 IC 進(jìn)行讀寫操作了，在整個(gè)讀寫過程中必不可少的需要進(jìn)行卡片檢測(cè)，來確定卡片存在以及在多卡并存的情況下進(jìn)行卡片的選擇。首先進(jìn)行卡片的檢測(cè)，發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求命令等待感應(yīng)區(qū)內(nèi)的卡的信息回饋。 發(fā)送請(qǐng)求命令過程為 ISO/IEC 14443 TYPE A 通信協(xié)議中的 REQA 命令。借助 RC500 的 TRANSCEIVE 命令將 REQA 命令發(fā)送至 IC 卡，并接收返回的數(shù)據(jù)。發(fā)送請(qǐng)求命令的作用就是搜尋有無 IC 卡靠近，跟據(jù)返回得數(shù)據(jù)判斷有無需要與之通信的 IC 卡。請(qǐng)求模式有 Request all 和 Request std 兩種。 Request all 指令是非連續(xù)性的讀卡指令，只讀一次。但有個(gè)例外，當(dāng)某一次 Request all 指令讀卡片失敗時(shí)，例如，卡片沒能通過密碼認(rèn)證或其它原因而出錯(cuò)時(shí)， Request all 指令將連續(xù)地讀卡，直到讀卡成功才進(jìn)入非連續(xù)性的讀卡模式。 Request std 指令的使用和 Request all 指令剛巧相反。 Request std 指令是連續(xù)性的讀卡指令。當(dāng)某一張卡片在天線的有效的工作范圍 (距離 )內(nèi)， Request std 指令在成功地讀取這開始 RC500 片選引腳初始化 結(jié)束 給 RC500 復(fù)位引腳低電平 延時(shí) 給 RC500 復(fù)位引腳高電平 延時(shí) 給 RC500 復(fù)位引腳高電平 RC500 寄存器初始化 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 一張卡片之后，進(jìn)入對(duì)卡片的其它操作。如果其它操作完成之后，程序員又將程序進(jìn)入 Request std 指令操作，則 Request std 指令將連續(xù)地再次進(jìn)行讀卡操作，而不管這些片卡是否被拿卡。只要有一張卡片進(jìn)入天線的有效的工作范圍內(nèi)， Request std 指令將始終連續(xù)地再次進(jìn)行讀卡操作。對(duì)于 Mifare 1卡，該函數(shù)反回值為 0004H。 MFRC500 的某一指 令操作不是簡(jiǎn)單的一條指令所能完成的，必須有一個(gè)程序的序列來完成，其中有對(duì) MFRC500 硬件內(nèi)核寄存器的讀 /寫以及根據(jù)讀出的硬件內(nèi)核寄存器的內(nèi)容進(jìn)行語言軟件上的判斷和設(shè)置。不同的指令將設(shè)置不同的 MFRC500 內(nèi)部寄存器以及應(yīng)有不同的編程語言程序序列。 如果在卡的選擇階段，在天線磁場(chǎng)的有效范圍內(nèi)卡的數(shù)量超過 1 張，就將產(chǎn)生卡辨識(shí)的沖突問題。在曼徹斯特編碼中數(shù)位 1 可表示為 10，數(shù)位 0 可表示為 01，數(shù)位 1 和數(shù)位 0 沖突的結(jié)果可表示為 11， 11 是非法編碼，故極易判斷位沖突的出現(xiàn)位置。 ISO/IEC 14443 協(xié) 議規(guī)定了 Type A 的防沖突過程，采用位結(jié)構(gòu)防沖突循環(huán)，并有專門的防沖突指令讀卡器發(fā)出選卡命令，所有有效卡同時(shí)返回各自完整的卡序列號(hào)。如果沖突出現(xiàn)，讀卡器確定發(fā)生沖突的第一位位置，然后得出沖突時(shí)有效位位數(shù)。沖突位置必然有一個(gè)卡對(duì)應(yīng)位為“ 1” ，然后讀卡器改變發(fā)送的有效位位數(shù)，重新發(fā)出選卡命令。則原來沖突位的值為“ 0”的卡將不予響應(yīng)，只有原來沖突位的值為“ 1”的卡發(fā)出響應(yīng)，并返回卡序列號(hào)的剩余部分。如果仍有沖突出現(xiàn)，重復(fù)以上步驟，直到?jīng)]有沖突出現(xiàn) (最大循環(huán)次數(shù)為 32)。然后讀卡器發(fā)送有效位個(gè)數(shù)的代碼“ 70H” ，同這序列號(hào)匹配的卡返回認(rèn)可命令，同時(shí)進(jìn)入激活狀態(tài)，之后讀卡器就可以對(duì)卡進(jìn)行讀寫操作。 在讀卡器接收到 IC 卡返回?cái)?shù)據(jù)以后對(duì)卡進(jìn)行選取，在多卡的情況下，其過程為 ISO/IEC14443 TYPE A 協(xié)議中的 ANTICOLLION 命令。 MF RC500將 ANTICOLLION 命令發(fā)送給 IC 卡后，將自動(dòng)完成防沖突過程。此段程序執(zhí)行完畢后，讀卡器即可正確的接收到一張 IC 卡的 UID(唯一序列號(hào) )。 選擇卡的過程即為 ISO/IEC14443 TYPE A 協(xié)議中的 SELECT 命令。作用是選擇一張卡 。 結(jié)構(gòu)框圖如下： 第 3章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 圖 33 卡片檢測(cè)子程序流程圖 卡 片 校驗(yàn) 子程序設(shè)計(jì) 在完成卡片識(shí)別與選擇的任務(wù)之后便可對(duì)卡的區(qū)域進(jìn)行解密，對(duì)于Mifare 1 卡來說要對(duì)某扇區(qū)進(jìn)行操作首先要進(jìn)行卡的三重認(rèn)證 。 三重認(rèn)證就是讀卡器對(duì) IC 卡的密碼認(rèn)證。認(rèn)證步驟： 由 IC 卡向讀卡器發(fā)送一個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù) RB。讀卡器收到 RB 后，向 IC 卡發(fā)送一個(gè)令牌數(shù)據(jù) TOKEN AB，其中包含了讀卡器發(fā)出的一個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù) RA。IC 卡收到 TOKEN AB 后，對(duì) TOKEN AB 的加密部分進(jìn)行解密，并校驗(yàn)第一次由步驟 1 中 IC 卡發(fā)出的隨 機(jī)數(shù) RB 是否與 上一個(gè)步驟 中接收到的開始 置待發(fā)送請(qǐng)求命令 發(fā)送 TRANSCEIVE命令 接收 IC 卡的返回?cái)?shù)據(jù) 置待發(fā)送的 ANTICOLLISON命令 發(fā)送 TRANSCEIVE命令 結(jié)束 發(fā)送 TRANSCEIVE命令 接收 IC 卡的返回 SAK 和 UID 置待發(fā)送的選擇命令 接收 IC 卡的返回 SAK 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 TOKEN AB 中的 RB 相一致。如果 上一步驟 中校驗(yàn)結(jié)果正確，則 IC 卡向讀卡器發(fā)送令牌 TOKEN BA 給讀卡器。讀卡器收到令牌 TOKEN BA 后，將對(duì)令牌 TOKEN BA 中的 RB 進(jìn)行解密；并校驗(yàn)由 開始 步驟中讀卡器發(fā)出的隨機(jī)數(shù) RA 是否與 上一個(gè) 步驟中接收到的 TOKEN BA 中的 RA 相一致。如果上述的每一個(gè)步驟都能正確通過驗(yàn)證，則整個(gè)認(rèn)證過程將成功，讀寫器將能對(duì)剛通過認(rèn)證的這一分區(qū)進(jìn)行下一步的操作。反之，如果認(rèn)證過程中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)，則整個(gè)認(rèn)證過程終止，認(rèn)證過程必須重新開始。 MF RC500 認(rèn)證程序步驟是固定的， 即采用 LoadKeyE2 或 LoadKey 命令將密鑰裝入密鑰緩沖區(qū)；采用 Authent1 命令，結(jié)束時(shí)檢測(cè)錯(cuò)誤標(biāo)志以獲得該命令執(zhí)行的狀態(tài)，若所接收數(shù)據(jù)的最后一位為 000B，表示由 IC 卡讀入的該字節(jié)是正確的； 啟動(dòng) Authent2 命令， 結(jié)束時(shí)檢測(cè)錯(cuò)誤標(biāo)志和 CryptolOn 標(biāo)志位，若 CryptolOn 標(biāo)志位為 1，說明認(rèn)證成功；若為 0 則認(rèn)證失敗。 如果上述的每一個(gè)步驟都能正確通過驗(yàn)證，則整個(gè)認(rèn)證過程將成功，讀寫器將能對(duì)剛通過認(rèn)證的這一分區(qū)進(jìn)行下一步的 操作。反之，如果認(rèn)證過程中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)，則整個(gè)認(rèn)證過程終止，認(rèn)證過程必須重新開始。MF RC500 認(rèn)證程序步驟是固定的， 即采用 LoadKeyE2 或 LoadKey 命令將密鑰裝入密鑰緩沖區(qū)；采用 Authent1 命令，結(jié)束時(shí)檢測(cè)錯(cuò)誤標(biāo)志以獲得該命令執(zhí)行的狀態(tài)，若所接收數(shù)據(jù)的最后一位為 000B，表示由 IC 卡讀入的該字節(jié)是正確的； 啟動(dòng) Authent2 命令， 結(jié)束時(shí)檢測(cè)錯(cuò)誤標(biāo)志和 CryptolOn標(biāo)志位，若 CryptolOn 標(biāo)志位為 1，說明認(rèn)證成功；若為 0 則認(rèn)證失敗。 由上面的流程可以 看出，在讀卡器對(duì)射頻卡進(jìn)行認(rèn)證的同時(shí)， IC 卡也對(duì)讀卡器進(jìn)行認(rèn)證，這樣大大的加深了整個(gè)讀寫卡系統(tǒng)對(duì)信息的保密程度，一方面對(duì)卡的認(rèn)證保證卡內(nèi)讀卡器不會(huì)被未授權(quán)的讀卡器讀取卡上的內(nèi)容，另一方面卡一對(duì)讀卡器進(jìn)行認(rèn)證，以免不同的發(fā)卡機(jī)構(gòu)之間的發(fā)卡沖突，讀取非自己機(jī)構(gòu)的卡片信息，對(duì)自己的信息庫造成影響。同時(shí)對(duì)于假卡與一些非法操作的讀卡器對(duì)卡的影響。 在智能卡讀寫器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中必需考慮利用特殊的算法來實(shí)現(xiàn)對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。以盡可能地保證系統(tǒng)的安全性，這就需要把相應(yīng)的加密方式或算法引入系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，卡的認(rèn)證主第 3章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 要為 了防范惡意的數(shù)據(jù)操作。比如：復(fù)制或改變數(shù)據(jù)，未經(jīng)授權(quán)地讀出數(shù)據(jù)載體。將外來的數(shù)據(jù)載體置入某個(gè)閱讀器的詢問范圍內(nèi)，企圖得到非授權(quán)的出入建筑物或不付費(fèi)的服務(wù)。了假冒真正的數(shù)據(jù)載體，竊聽無線電通信并重放數(shù)據(jù) (重放和欺詐 )。 卡認(rèn)證的子程序流程圖如下： 圖 34 卡片認(rèn)證子程序流程圖 卡片讀寫 卡 子程序設(shè)計(jì) IC 卡的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如下：共有 64 塊，按塊號(hào)編碼地址為 0~63。第 0 個(gè)扇區(qū)的塊 0(即絕對(duì)地址 0 塊 )用于存放廠商代碼，已經(jīng)固化，不可更改。其他各扇區(qū)的塊 0、塊 塊 2 為數(shù)據(jù) 塊，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)； 而 塊 3 為控制塊，存Y N N Y 開始 密鑰預(yù)處理 置代發(fā)的 LOADKEY 命令 發(fā)送 TRANSCIEVE 命令 置 AUTHENT1 命令 置 AUTHENT2 命令 發(fā)送 TRANSCIEVE 命令 認(rèn)證成功 結(jié)束 認(rèn)證失敗 接收數(shù)據(jù)后一位是否為 000B 標(biāo)志位是否為 1 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 26 放密碼 A、存取控制、密碼 B、其結(jié)構(gòu)如下。 A0A1A2A3A4A5 FF078069 B0B1B2B3B4B5：密碼 A(6 字節(jié) )存取控制 (4 字節(jié) )密碼 B(6 字節(jié) )。 讀數(shù)據(jù)塊的操作：讀 (Read)讀一個(gè)塊；寫 (Write)寫一個(gè)塊；加 (Increment)對(duì)數(shù)值塊進(jìn)行加值；減 (Decrement)對(duì)數(shù)值塊進(jìn)行減值；存儲(chǔ) (Restore)將塊中的內(nèi)容存到數(shù)據(jù)寄存器中；傳輸 (Transfer)將數(shù)據(jù)寄存器中的內(nèi)容寫入塊中；中止 (Halt)將卡置于暫停工作狀態(tài)在完成一張卡的操作 后，應(yīng)該中止 (Halt)掉該卡 如果在工作范圍區(qū)內(nèi)有多張卡，按照上面卡操作的流程，操作完一號(hào)卡后，中止 (Halt)掉該卡，然后再復(fù)位應(yīng)答 (Request)就可以獲得工作范圍內(nèi)二號(hào)卡的響應(yīng)，操作完二號(hào)卡后，在中止 (Halt)掉依次循環(huán)直到所有工作范圍內(nèi)的卡均操作完成，復(fù)位應(yīng)答 (Request)后 繼續(xù) 沒有獲得卡的響應(yīng) 。 圖 35 卡片讀寫子程序 上位機(jī)程序 上位機(jī)利用 進(jìn)行編程，用 開發(fā)串行通訊程序普遍采用兩種方法：一種是利用 windows 的 API 函數(shù)；另一種是采用 VB 的通訊控件MSComm。利用 API 函數(shù)編寫串行