近年來隨著微電子技術(shù)，半導(dǎo)體技術(shù)和集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，非接觸性IC卡技術(shù)已經(jīng)在我們?nèi)粘Ｉ钪械玫綇V泛的應(yīng)用，如學(xué)校食堂使用的飯卡，公交車上使用的交通卡，門禁系統(tǒng)中使用的門卡，停車收費裝置中的收費卡。非接觸IC卡實際上是一個無線收發(fā)裝置，是RFID系統(tǒng)中真正的數(shù)據(jù)載體。在卡片內(nèi)部由收發(fā)天線和專用芯片組成。
隨著計算機和通信技術(shù)的發(fā)展，RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)越來越引起人們的關(guān)注。標(biāo)準(zhǔn)的RFID （Radio Frequency identification）系統(tǒng)由閱讀器，控制器，標(biāo)簽三部分組成，可實現(xiàn)多目標(biāo)的動態(tài)識別。如圖1所示閱讀器與應(yīng)答器構(gòu)成一個完整的射頻系統(tǒng)。從射頻識別系統(tǒng)中可以看出閱讀器的性能和功能標(biāo)簽識別中起著重要的作用。這個狀態(tài)下閱讀器可以對卡進行數(shù)據(jù)的讀寫，密碼修改。本文介紹一種基于讀卡器專用芯片RC530的閱讀器的設(shè)計。
一、硬件設(shè)計
在系統(tǒng)設(shè)計中，主要由上位PC機通過串口向閱讀器發(fā)送控制指令和讀寫的數(shù)據(jù)，再由閱讀器完成與應(yīng)答器間的通信。因此將閱讀器分為上位機通訊電路，控制電路，卡數(shù)據(jù)處理電路三部分。圖2為閱讀器的電路方框圖。
二、射頻電路部分
RC530是Phlilp公司出品的應(yīng)用與13.56MHz非接觸式通信中高集成讀卡IC系列中的一員，該芯片完全集成了在 13.56MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。
MFRC530支持ISO14443A所有的層。RC530的外圍電路入圖所示。該電路由接收電路和單片機接口電路兩部分組成。由于RC530內(nèi)部接收部分使用一個受益于副載波雙邊帶的概念裝入卡響應(yīng)的調(diào)整。推薦使用內(nèi)部產(chǎn)生的VMID電勢作為RX腳的輸入電勢。為了提供一個穩(wěn)定的參考電壓，必須在VIMD腳接一個對地的電容C9,RX和VMID必須連接一個分壓IC卡將回復(fù)自己UID，如果沒有碰撞閱讀器將收到完整的電路由R9,R10構(gòu)成，而且天線與分壓器間還需要用一個電容C10串接。由于IC卡工作在13.56Mhz下。石英晶體在產(chǎn)生用于驅(qū)動RC530和天線的13.56Mhz時鐘時，還會產(chǎn)生更高頻率的諧波。因此必須加上由L1,L2,C11,C13組成的低通濾波電路。
圖3
三、卡選擇，防碰撞過程
一般情況下將卡的工作狀態(tài)分為Power OFF, IDLE,READY, READY*, ACTIVE, ACTIVE*, HALT七個狀態(tài)。
Power OFF狀態(tài)：由于缺少磁場，IC卡無法獲得任何能量，處于非工作狀態(tài)。
IDLE狀態(tài)：在IDLE狀態(tài)下IC處于磁場中，并獲得足夠的能量，此時IC卡可以識別閱讀器發(fā)出的請求和喚醒命令。
Ready, Ready*狀態(tài)：這是兩個工作相同的工作狀態(tài)，在這個狀態(tài)下IC卡與閱讀器之間進行卡選擇和防碰撞循環(huán)。
ACTIVE, ACTIVE*狀態(tài):這是兩個相同的工作狀態(tài)，在這個狀態(tài)下閱讀器可以對卡進行數(shù)據(jù)的讀寫，密碼修改。
HALT狀態(tài)：在這個處于下IC卡只接受閱讀器發(fā)送的WUPA指令同時恢復(fù)ATQA然后進入READY*狀態(tài)。
狀態(tài)機工作機制如圖4：
當(dāng)IC卡進入有效的磁場范圍時自動進入IDLE狀態(tài)。此MFRC530支持ISO14443A所有的層。RC530的外圍電路入圖時閱讀器發(fā)送會發(fā)送REQA指令，IC卡自動以ATQA指令應(yīng)所示。該電路由接收電路和單片機接口電路兩部分組成。由答，表示有卡在天線的工作區(qū)內(nèi)。IC卡進入READY狀態(tài)，于RC530內(nèi)部接收部分使用一個受益于副載波雙邊帶的概念同時進行防碰撞循環(huán)。
閱讀器發(fā)送SEL指令和NVB指令。SEL值為93選擇cascade level 1；NVB值為20，協(xié)定通訊中的有效位數(shù)。此時IC卡將回復(fù)自己UID，如果沒有碰撞閱讀器將收到完整的UID，4字節(jié)。如果有碰撞，閱讀器將根據(jù)第一個沖突位從新賦NVB的值，從新發(fā)送SEL,NVB指令，直到獲取完整的UID。然后閱讀器將NVB值設(shè)為70加上4字節(jié)UID發(fā)送給IC卡，IC卡將接受的UID與自己的UID比較如果相同則回復(fù)SAK指令，如果SAK的b3為1表示UID不完整從新進行防沖突循環(huán)，如果b3為0則防沖突完成，IC卡進入Active狀態(tài)。卡選擇和防碰撞完成。
通過利用PC機，仿真器和Keil C開發(fā)環(huán)境完成了軟件的編寫和調(diào)試，采用模塊化的編程結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)已經(jīng)可以使用，如果進一步優(yōu)化軟件和硬件設(shè)計提高系統(tǒng)的可靠性，加上設(shè)計成本低廉，應(yīng)該會得到廣泛的運用。
（文/肇慶市地理與信息編制研究中心，夏國毅 ）
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