【正文】 的替代產(chǎn)品，且性能更穩(wěn)定、功耗更低、應(yīng)用更靈活、價(jià)格更低廉。目前在中國(guó)的市場(chǎng)上，非接觸式 IC 卡主要的廠商有：中國(guó)的華虹、復(fù)旦微電子、以及荷 蘭 Philips、瑞士 LEGIC、法國(guó)意法半導(dǎo)體（ ST）、日本索尼等，其中基于 Philips 公司 MIFARE 芯片的產(chǎn)品在市場(chǎng)上占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。 表 25 控制位定義 塊 0 C1x0 C2x0 C3x0 用戶數(shù)據(jù)塊， (0 區(qū) 0 塊除外 ) 塊 1 C1x1 C2x1 C3x1 用戶數(shù)據(jù)塊 塊 2 C1x2 C2x2 C3x2 用戶數(shù)據(jù)塊 塊 3 C1x3 C2x3 C3x3 密匙存取控制塊 表 26 數(shù)據(jù)塊的存取控制權(quán)限 (x=0～ 15 扇區(qū)； y=塊 0，塊 1，塊 2) C1xy C2xy C3xy 讀 寫 加值 減值，初始化 0 0 0 KeyA|B KeyA|B KeyA|B KeyA|B 0 1 0 KeyA|B Never Never Never 1 0 0 KeyA|B KeyB Never Never 1 0 0 KeyA|B KeyB KeyB KeyA|B 0 0 1 KeyA|B Never Never KeyA|B 0 1 1 KeyB KeyB Never Never 1 0 1 KeyB Never Never Never 11 1 1 1 Never Never Never Never MIFARE 特性 容量為 8K 位 EEPROM；分為 16 個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)為 4塊，每塊 16 個(gè)字節(jié)，以塊為存取單位 ； 每個(gè)扇區(qū)有獨(dú)立的一組密碼及訪問(wèn)控制 ； 每張卡有唯一序列號(hào)，為 32 位 ；具有防沖突機(jī)制，支持多卡操作 ； 無(wú)電源，自帶天線，內(nèi)含加密控制邏輯和通訊邏輯電路 ； 工作溫度： 20℃ ～ 50℃ ；工作頻率 為 ；通信速率 為 106KBPS；讀寫距離可達(dá) 100mm(與讀寫器以及卡天線尺寸有關(guān) )； 數(shù)據(jù)保存期為 10 年，可改寫 10萬(wàn)次，讀不限次。 各扇區(qū)數(shù)據(jù)塊 0～塊 2的三個(gè)控制位以正反兩種形式存在于塊 3的存取控制字節(jié)中，它決定了該塊的訪問(wèn)權(quán)限 (例如進(jìn)行減值及初始化值操作必須驗(yàn)證 KEY A，進(jìn)行加值操作必須驗(yàn)證 KEY B，等等 )。 其中 CX代表每塊控制位號(hào) (C1～ C3)， x代表某塊所屬扇區(qū)號(hào) (0～ 15)， y代表該扇區(qū) 內(nèi)某塊號(hào)。 10 表 24 控制塊結(jié)構(gòu) A0 A1 A2 A3 A4 A5 FF 07 08 09 B0 B1 B2 B3 B4 B5 密碼 A（ 6 字節(jié)） 存取控制（ 4 字節(jié)） 密碼 B（ 6 字節(jié)） 控制屬性 每個(gè)扇區(qū)的用戶密碼和存取控制條件都是獨(dú)立設(shè)置的，可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定各自的密碼及存取控制。 扇區(qū)的密碼和存取控制都是獨(dú)立的，可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定各自 的密碼及存取控制。扇區(qū)的塊 0、塊 塊 2 為數(shù)據(jù)塊，可用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的兩種應(yīng)用：一是用作一般的數(shù)據(jù)保存可以進(jìn)行讀、寫操作；二是用作數(shù)據(jù)值可以進(jìn)行初始化值、加值、減值、讀值等操作。 表 22 各區(qū)控制塊結(jié)構(gòu) 各區(qū)控制塊3 結(jié)構(gòu) 字節(jié)號(hào) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 控制 值 FF FF FF FF FF FF FF 07 80 69 FF FF FF FF FF FF 說(shuō)明 密碼 A(0～ 5 字節(jié) ) 存取控制 (6～ 9 字節(jié) ) 密碼 B(10～ 15字節(jié) ) S50 射頻卡為 10248bit 的 EEPROM 存儲(chǔ)器被分成 16 個(gè)區(qū)，每個(gè)扇區(qū)由 4塊 （ 塊 0、塊 塊 塊 3） 組成，也將 16 個(gè)扇區(qū)的 64個(gè)塊按絕對(duì)地址編號(hào)為 0～ 63，其結(jié)構(gòu)如表 23所示。其他各扇區(qū)的塊 0，塊 1，塊 2 為數(shù)據(jù)塊，用于存貯用戶數(shù)據(jù)；塊 3 為各扇區(qū)控制塊，用于存放密碼 A，存取控制條件設(shè)置，密碼 B。 存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) MF1 卡分為 16 個(gè)扇區(qū)，每區(qū)有 4 塊 (塊 0～塊 3)，共 64 塊，按塊號(hào)編址為 0～ 63。 圖 22 Mifare 芯卡結(jié)構(gòu) 數(shù)字電路部分 模 塊 （ 防沖撞功能 ）、 Select Application 模塊 （ 選卡功能 ）、 Auth entjation amp。 其功能結(jié)構(gòu)框圖如圖 22所示。讀寫器向射頻卡發(fā)送一組固定頻率的電磁載波，卡片內(nèi)有一個(gè) LC 串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)送的頻率相同，在電磁波的激勵(lì)下， LC 諧振電路產(chǎn)生共振，從而 使電容內(nèi)產(chǎn)生電荷，在這個(gè)電容的另一端，接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)存儲(chǔ)，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到 2V 時(shí)，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器的數(shù)據(jù)。 L1為讀寫器 PCD發(fā)送天線， L2是射頻卡 PICC的天線，其耦合系數(shù) K=M/ 21LL（ L L2 為兩個(gè)線圈的自感系數(shù)， M為互感系數(shù) ），其耦合回路電路如圖 21所示。讀寫器向 MF1 卡發(fā)出一組固定頻率 ()的電磁波，卡片內(nèi)有一個(gè) LC 串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，在電磁波的激勵(lì)下， LC 諧振電 路產(chǎn)生共振，從而使諧振電容內(nèi)有了電荷，在這個(gè)電容的另一端，接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到模塊存儲(chǔ)電容內(nèi)儲(chǔ)存，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到 2V 以上時(shí)，此電容可作為電源向模塊電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器的數(shù)據(jù)。 其中 ， 模塊由一個(gè)高速 (106KB波特率 )的 RF接口 。 射頻卡的結(jié)構(gòu) MIFARE 射頻卡的核心是 Philips 公司推出的一種射頻／雙界面卡技術(shù)的 MIFARE 1 IC S50 系列微晶片，它確定了卡片的特性以及卡片讀寫器的諸多性能，目前占據(jù)世界射頻卡市場(chǎng) 80％的份額 。目前非接觸式 IC 止的領(lǐng)導(dǎo)品牌是 Philips 的 MIFARE 系列產(chǎn)品，該項(xiàng)技術(shù)已授權(quán)給Siemens 等 34 家，如能藉由半導(dǎo)體制程的提升和大量使用，售價(jià)降價(jià)空間很大。 內(nèi)建頻率 無(wú)線電訊天線。 電源供應(yīng)方式：無(wú)須電池，采無(wú)線電波供應(yīng)式（ passivetype）。 每張卡片內(nèi)設(shè)單一序號(hào)，無(wú)法仿冒。單位使用成本較其他接觸式卡片低廉。 記憶體 1024 bytes，分 16 軌，可針對(duì)需求規(guī)劃各軌用途，達(dá)到一卡多工的目的。由非接觸式所形成的讀寫系統(tǒng)， 無(wú)論是硬件結(jié)構(gòu)， 還是操作過(guò)程都得到了很大的簡(jiǎn)化，同時(shí)借助于先進(jìn)的管理軟件，可脫機(jī)的操作方式， 都使數(shù)據(jù)讀寫過(guò)程更為簡(jiǎn) 單。 非接觸型本身是無(wú)源體，當(dāng)讀寫器對(duì)卡進(jìn)行讀寫操作時(shí)， 讀寫器發(fā)出的信號(hào)由兩部分疊加組成：一部分是電源信號(hào)，該信號(hào)由卡接收后，與其本身的 L/C 產(chǎn)生諧振， 產(chǎn)生一個(gè)瞬間能量來(lái)供給芯片工作。 （ 5） 加密性能好 非接觸式由 IC 芯片， 感應(yīng)天線組成， 并完全密封在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) PVC 卡片中， 無(wú)外露部分。此外 ， 卡中各個(gè)扇區(qū)都有自己的操作密碼和訪問(wèn)條件。 非接觸式卡與讀寫器之間采用雙向驗(yàn)證機(jī)制 ， 即讀寫器驗(yàn)證的合法性 ， 同時(shí)也驗(yàn)證讀寫器的合法性 。 這提高了應(yīng)用的并行性 ， 無(wú)形中提高 系統(tǒng)工作速度 。 非接觸式卡使用時(shí)沒(méi)有方向性 ， 卡片可以在任意方向掠過(guò)讀寫器表面 ，既可完成操作 ， 這大大提高了每次使用的速度 。 此外 ， 非接觸式卡表面無(wú)裸露芯片 ， 無(wú)須擔(dān)心芯片脫落 ， 靜電擊穿 ， 彎曲損壞等問(wèn)題 ， 既便于卡片印刷 ， 又提高了卡片的使用可靠性 。但性能稍遜一籌 。 MIFARE 卡主要芯片有Philips MIFARE S50、 S70 等。 而傳統(tǒng)的 射頻卡 則 誕生于 20 世紀(jì) 90 年代，也叫非接觸式IC卡是 隨 射頻識(shí)別技術(shù)與 IC 卡技術(shù)的結(jié)合而出現(xiàn)的，自出現(xiàn)以來(lái)就成為這兩種技術(shù)的重要發(fā)展方向。就該任務(wù)確定了以下工作安排： 第一章：介紹了射頻識(shí)別技術(shù)的歷史、進(jìn)程、在各行各業(yè)的應(yīng)用及對(duì)未來(lái)的展望； 第二章： RFID 的相關(guān)理論， 闡述了射頻卡 的 基本概念及理論 ， 重 點(diǎn) 介紹了 MIFARE射頻卡的特點(diǎn)、工作原理、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)控制 ； 第三章： MFRC500 芯片，闡述 了所采用的射頻接口芯片 MFRC500的特性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及主要引腳描述 ，講述了 RFID 讀寫模塊的硬件設(shè)計(jì)方案，硬件系統(tǒng)組成以及具體的電路連接； 第 四 章 ：是 讀寫器硬件系統(tǒng) 設(shè)計(jì)與制作， 提出了射頻卡讀寫器的核心部分的即硬件電路 系統(tǒng) ，包括 MCU 主控制模塊、 射頻模塊、讀寫器天線 、通訊模塊及聲光報(bào)警模塊 ； 第 五 章 是 讀寫器軟件 系統(tǒng)設(shè)計(jì)， 給出了硬件 相關(guān) 模塊的軟件設(shè)計(jì)及操作方法，并著重闡述了讀寫器對(duì)射頻卡的軟件操作流程 ； 最后對(duì)該論文做總結(jié)，給出結(jié)論、致謝、 參考文獻(xiàn) 及 附錄 。該標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了采用改進(jìn)的 Miller編碼的振幅健控調(diào)至作為從閱讀器到 IC卡數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)制方法，從 IC 卡到閱讀器則采用副載波的負(fù)載調(diào)制方法，其調(diào)制是通過(guò)對(duì)曼切斯特 編碼的數(shù)據(jù)流的負(fù)載波的振幅鍵控來(lái)完成的。 4 基于 MFRC500 的讀卡器采用的通信標(biāo)準(zhǔn)是 ISO/IEC 14443A。 Mifare 卡讀寫器的設(shè)計(jì)一般采用 Philips 公司生產(chǎn)的讀寫模塊MCM200 或 MCM500。其典型型號(hào)為 Mifare1 S50，它有 1K字節(jié) EEPROM 用于存放數(shù)據(jù)，分成 16個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)都有自己獨(dú)立的密碼，具有完善的安全機(jī)制。它的讀寫操作只需將卡片放在讀寫器附近一定的距離之內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，無(wú)需任何接觸，使用非常方 便、快捷，不易損壞。這樣，在需要頻繁讀 /寫卡的場(chǎng)合就很不方便，而且 IC卡的觸點(diǎn)暴露在外，容易損壞和搞臟而造成接觸不良。接觸式IC卡通過(guò) 8個(gè)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(guò)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。 未來(lái)展望，我相信隨著 RFID 技術(shù)的發(fā)展，其性價(jià)比會(huì)越來(lái)越高；其功能也將會(huì)越來(lái)越強(qiáng)大，例如，讀寫模塊的功耗將越來(lái)越低；其天線的覆蓋范圍將不會(huì)存在盲區(qū)，與卡的通信距離也將會(huì)更遠(yuǎn)；而核心射頻芯片及系統(tǒng)的兼容問(wèn)題將會(huì)得到更好的解決；在外觀方面，讀卡器和卡也將向著便攜式，小型化等方向發(fā)展。曾有一段時(shí)間聽到，美國(guó)軍方想將標(biāo)簽植入到士兵的身體內(nèi)，因 為這不僅可以跟蹤軍隊(duì)的動(dòng)向，還可以根據(jù)標(biāo)簽發(fā)送回來(lái)的數(shù)據(jù)分析士兵的身體狀況。在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)的時(shí)候，美國(guó)就曾把標(biāo)簽安裝到每個(gè)士兵的袖口中，用于觀察士兵的在戰(zhàn)場(chǎng)上的方位，如果遇到襲擊，通訊方式又被破壞的情況下，指揮中心就利用閱讀器向外發(fā)出信號(hào)，根據(jù)士兵身上的標(biāo)簽反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)確定其所在的位置后，就可以很快的做出反應(yīng)。 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。只不過(guò)區(qū)別與商場(chǎng)里的手持式讀卡器，該系統(tǒng)一般將閱讀器做成固定的形式。而且標(biāo)簽本身就 具有很強(qiáng)的抗腐蝕及金屬摩擦能力，所以標(biāo)簽可以用于一些特殊的商品上，其使用壽命也更長(zhǎng)。 商品防偽 在標(biāo)簽的制作的時(shí)候，會(huì)在它的 ROM中寫進(jìn)一個(gè)全球唯一的序列號(hào)。例如，機(jī)場(chǎng)中托 運(yùn)行李的時(shí)候貼的行李標(biāo)簽和超市里商品上的標(biāo)簽的價(jià)格明顯是不一樣的。 ③ 被識(shí)別物體的移動(dòng)速度體現(xiàn)了它在輻射場(chǎng)中停留的時(shí)間長(zhǎng)短，停留的時(shí)間越長(zhǎng)，那么標(biāo)簽（無(wú)源）的充電時(shí)間也就越長(zhǎng)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的時(shí)候就不會(huì)因?yàn)楣╇姴蛔愣鴮?dǎo)致出錯(cuò)，影響系統(tǒng)的讀卡準(zhǔn)確率。 ② 被識(shí)別物體的物理性質(zhì)決定了應(yīng)該采用甚么頻段的射頻識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行讀卡。 射 頻識(shí)別技術(shù)是否能夠成功的應(yīng)用于物流與供應(yīng)鏈的管理在于能否將射頻識(shí)別技術(shù)整合到物質(zhì)基礎(chǔ)之上，而這又要考慮到被識(shí)別物體的形狀、物理性質(zhì)、移動(dòng)的速度、標(biāo)簽的成本以及系統(tǒng)所處的環(huán)境等問(wèn)題。在政府的推動(dòng)支持下，第二代身份證嵌入了 RFID標(biāo)簽，單單這項(xiàng)計(jì)劃的合同總額就將達(dá)到 100億。而近幾年來(lái)， RFID 技術(shù)仍然保持著高效的增長(zhǎng)勢(shì)頭，特別是 RFID 技術(shù)在商品流通，物流管理以及跟蹤方面的應(yīng)用，得到了很快的發(fā)展，且其技術(shù)也越來(lái)越完善。隨著 RFID 技術(shù)的發(fā)展擴(kuò)大，為了保證 RFID 技術(shù)同各個(gè)系統(tǒng)間的兼容，人們也意識(shí)到了建立一個(gè) RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的重要性。 RFID 小可用于門禁控制、文件管理；大可用于提高供應(yīng)鏈的 可視化程度，確保國(guó)家、軍隊(duì)的物資供應(yīng)；日常生活中可用于身份識(shí)別、電子付費(fèi)；生產(chǎn)中可用于裝配線的自動(dòng)化。 RFID 射頻識(shí)別技術(shù)是利用感應(yīng)，無(wú)線電波或者微波能量進(jìn)行非接觸雙向通信，達(dá)到識(shí)別及數(shù)據(jù)交換目的的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。識(shí)讀器可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理，并且可以通過(guò)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)處理和傳送它們。標(biāo)簽上攜帶有一些關(guān)于這個(gè)對(duì)象的數(shù)據(jù)信息。最后介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件部分， 重點(diǎn)介紹了 RC500 的主要特性 以及與 Mifare1 非接觸 IC 卡數(shù)據(jù)通信的一些重要模塊 ，最后 介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件部分 和相關(guān) PCB 電路圖 ， 并 實(shí)際測(cè)試證明該讀寫器完成了基本功能，運(yùn)行穩(wěn)定。論文描述了 IC 卡系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀，通過(guò)對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)原理的研究，揭示了射頻 IC卡系統(tǒng)的工作原理。 摘要 本文介紹了以 AT89C52單片機(jī)作為微控制器 ，以射頻技術(shù)為核心，基于 PHILIPS 公司 MFRC500 模塊的 IC卡讀寫器，闡述了該系統(tǒng)的組成、工作原理以及相應(yīng)的軟硬件設(shè)計(jì)。 本文闡述了 IC 卡技術(shù)的基本原理，并對(duì)其讀卡器在工程上的設(shè)計(jì)和開發(fā)作了研究。介紹了 Type A 型常用的卡