基于Mifare卡的读写器设计.doc

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1、兰州工业高等专科学校毕业论文 目录摘要射频识别技术(RFID)是一种利用电磁耦合方式进行信息传递的新技术，它具有识别速度快，保密性强及无接触式等特点，可广泛应用于物流管理、产品跟踪、门禁控制和医院病例信息管理等领域。 在硬件电路设计中，以STC89C52和RC500分别作为读写器的单片机模块和射频模块的核心芯片，采用串口方式读写器与上位机保持通信功能，然后利用串联谐振原理设计天线电路；在软件设计中，采用结构化程序设计方法，完成了STC89C52与RC500的初始化,然后根据二进制搜索算法，编写防冲突程序代码，使读写器能够从多张卡识别出其中一张以进行通信。射频卡是随着半导体技术的发展和社会对信息

2、安全性要求的日益提高而出现的，它成功的将IC卡技术和射频识别技术结合起，解决了卡内能量来源和信号的无线传输两大难题。相对于目前广泛应用的接触式IC卡，射频卡具有应用可靠性高、操作速度快、保密性能高等优点，具有广阔的应用前景。射频卡读写器是射频卡应用系统的关键部件之一，在对射频卡系统的相关理论和技术进行研究的基础上，设计了一种基于STC89C52单片机和MFRC500射频接口芯片的高性能、低功耗射频卡读写器。论文首先给出了射频卡技术的相关基本概念并详细介绍了Philips公司的MIFARE卡。随后详细介绍了射频接口芯片MFRC500，并在此基础上设计了读写器的RF接口电路和天线。射频卡系统的通信

3、也是论文的重点之一，对读写器和上位机之间的串行通信协议和通信方式进行了详细的设计。在最后给出了射频卡读写器各个模块的软硬件设计，主要包括MCU主控制模块、射频模块、通信模块、存储模块、时钟模块、显示模块、报警模块等。具有安全、可靠、低功耗等特点，满足实际应用需要。关键词：MIFARE卡；读写器；MFRC500 ；射频技术 - 33 -目录摘要I1绪论- 1 -1.1 研究的背景- 1 -1.2 RFID国内外发展及现状- 1 -1.3 RFID技术概念- 2 -1.3.1 RFID技术概念- 2 -1.3.2 RFID的分类- 2 -1.3.3 RFID技术的基本工作原理- 2 -1.4 RF

4、ID系统结构- 3 -1.4.1 RFID系统组成- 3 -1.4.2 RFID的工作流程- 3 -1.5 论文的结构安排- 4 -2RFID系统的相关理论- 5 -2.1 MIFARE射频卡概述及现状- 5 -2.1.1 接触式与非接触式IC卡之比较- 5 -2.1.2 非接触卡的优点- 5 -2.1.3 MIFARE非接触式IC卡的标准- 6 -2.1.4 非接触射频卡的应用前景- 6 -2.2 射频卡的结构- 7 -2.2.1 MIFARE卡工作原理- 7 -2.2.2 MIFARE卡的组成及存储结构- 8 -2.2.3 MIFARE特性- 10 -3MFRC500芯片- 11 -3.1

5、 RC500芯片的简介- 11 -3.2 MFRC500内部结构- 11 -3.3 MFRC500引脚说明- 12 -3.4 芯片主要特性及应用- 12 -4读写器硬件设计与制作- 14 -4.1 读写器总体构思- 14 -4.2 MCU主控模块- 14 -4.3 射频接口模块- 15 -4.4 天线设计部分- 16 -4.4.1 高频滤波电路- 17 -4.4.2 天线及匹配电路- 17 -4.4.3 接收电路- 17 -4.5 电源与存储模块- 17 -4.5.1 电源电路- 17 -4.5.2 存储电路- 18 -4.6 时钟与RS-232接口模块- 19 -4.6.1 时钟电路- 19

6、 -4.6.2 RS-232接口电路- 19 -4.7 键盘与看门狗模块- 20 -4.7.1 键盘电路- 21 -4.7.2 看门狗电路- 21 -4.8 人机交互界面模块- 22 -4.8.1 液晶显示电路- 22 -4.8.2 声光示警电路- 22 -5读写器软件系统设计- 24 -5.1 主程序流程- 24 -5.2 MIFARE卡应用程序- 24 -5.2.1 MFRC500的基本操作- 24 -5.2.1 MIFARE卡操作程序- 25 -5.3 其它部分程序设计- 29 -5.3.1 液晶显示程序设计- 30 -5.3.2 时钟程序设计- 32 -5.3.3 声光示警程序设计-

7、33 -结论- 34 -致谢- 35 -参考文献- 36 -附录- 37 -兰州工业高等专科学校毕业论文 1. 绪论1绪论1.1 研究的背景RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即无线射频识别，俗称电子标签。最初在技术领域，应答器是指能够传输信息回复信息的电子模块，近些年，由於射频技术发展迅猛，应答器有了新的说法和含义，又被叫做智能标签或标签。RFID电子电梯合格证的阅读器（读写器）通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及阅读器天线。RFID射频识别

8、是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器（或阅读器）和很多应答器（或标签）组成。本文提出了一种基于MFRC500的MIFARE卡读写器设计方案，MIFARE卡读写器使用射频识别技术，在510cm范围内非接触读写数据，读写时间不大于0.1秒，上位机通过读写器完成对卡中数据的设置，三次认证机制增强系统的可靠性，完善的防冲突机制实现一机多卡功能。采用STC89C

9、52对MFRC500的控制，实现对MIFARE卡的读写操作。本系统具有体积小巧，功耗低，通信可靠稳定等特点。1.2 RFID国内外发展及现状RFID技术的发展可按10年期划分如下：19411950年，雷达的改进和应用催生了RFID技术，1948年奠定了RFID技术的理论基础。19511960年，早期RFID技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。19611970年，RFID技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。19711980年，RFID技术与产品研发处于一个大发展时期，各种RFID技术测试得到加速，出现了一些最早的射频识别应用。19811990年，RFID技术及产品进入商业应用阶段，各种

10、规模应用开始出现。19912000年，RFID技术标准化问题同趋得到重视，RFID产品得到广泛应用，逐渐成为人们生活中的一部分。2001年至今，RFID产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半导体无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。RFID技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的RFID正在成为现实。从全球的范围看，美国已经在RFID标准的建立、相关软硬件技术的开发及应用领域走在了世界的前列；在射频识别技术的应用方面，欧洲与美国基本处于同一阶段；日本虽然己经提出UID标准，但主要得到的

11、是本国厂商的支持，如要成为国际标准还有很长的路要走；在韩国RFID技术的重要性得到了加强，政府给予了高度重视。随着RFID技术的重要性日益体现，我国政府也希望在这项技术上有所创新。1993年，我国提出“金卡工程”，是一个以电子货币应用为重点的各类卡应用系统工程。2004年2月，我国国家标准化管理委员会宣布成立“电子标签(RFID)”国家标准工作组，负责起草、指定我国有关“电子标签”的国家标准。2006年6月中国射频识别(RFID)技术政策白皮书在北京发布，该白皮书为RFID技术与产业未来几年的发展提供了系统性的指南。2006年10月863计划投入经费一亿两千八百万人民币用于射频识别技术与应用。

12、1.3 RFID技术概念1.3.1 RFID技术概念RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。 RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器(或阅读器)和很多应答器(或标签)组成。1.3.2 RFID的分类RFID按应用频率的不同分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)、微波(MW)，相对应的代表性频率分别为：低频135KHz以下、高频13.56MHz、超高频860M960MH

13、z、微波2.4G。RFID按照能源的供给方式分为无源RFID，有源RFID，以及半有源RFID。无源RFID读写距离近，价格低；有源RFID可以提供更远的读写距离，但是需要电池供电，成本要更高一些，适用于远距离读写的应用场合。1.3.3 RFID技术的基本工作原理RFID技术的基本工作原理并不复杂：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签），解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。 一套完整的RFID系

14、统， 是由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及应用软件系统三个部份所组成， 其工作原理是Reader发射一特定频率的无线电波能量给Transponder， 用以驱动Transponder电路将内部的数据送出，此时 Reader便依序接收解读数据， 送给应用程序做相应的处理。以RFID 卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成：感应耦合(Inductive Coupling) 及后向散射耦合(Backscatter Coupling)两种。 一般低频的RFID大都采用第一种式，而较高频大多采用第二种方式。 阅读器根据使用的

15、结构和技术不同可以是读或读/写装置，是RFID系统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。在实际应用中，可进一步通过Ethernet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是RFID系统的信息载体，目前应答器大多是由耦合原件（线圈、微带天线等）和微芯片组成无源单元。 1.4 RFID系统结构1.4.1 RFID系统组成RFID系统在具体的应用过程中，根据不同的应用目的和应用环境，RFID系统的组成会有所不同，但从RFID系统的工作

16、原理来看，系统一般都由信号发射机、信号接收机、发射接收天线几部分组成。 （1）信号发射机在RFID系统中，信号发射机为了不同的应用目的，会以不同的形式存在，典型的形式是标签（TAG）。标签相当于条码技术中的条码符号，用来存储需要识别传输的信息，另外，与条码不同的是，标签必须能够自动或在外力的作用下，把存储的信息主动发射出去。标签一般是带有线圈、天线、存储器与控制系统的低电集成电路。 （2）信号接收机在RFID系统中，信号接收机一般叫做阅读器。根据支持的标签类型不同与完成的功能不同，阅读器的复杂程度是显著不同的。阅读器基本的功能就是提供与标签进行数据传输的途径。另外，阅读器还提供相当复杂的信号状

17、态控制、奇偶错误校验与更正功能等。标签中除了存储需要传输的信息外，还必须含有一定的附加信息，如错误校验信息等。识别数据信息和附加信息按照一定的结构编制在一起，并按照特定的顺序向外发送。阅读器通过接收到的附加信息来控制数据流的发送。一旦到达阅读器的信息被正确的接收和译解后，阅读器通过特定的算法决定是否需要发射机对发送的信号重发一次，或者知道发射器停止发信号，这就是“命令响应协议”。使用这种协议，即便在很短的时间、很小的空间阅读多个标签，也可以有效地防止“欺骗问题”的产生。 （3）天线是标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置。在实际应用中，除了系统功率，天线的形状和相对位置也会影响数据的发射和接

18、收，需要专业人员对系统的天线进行设计、安装。1.4.2 RFID的工作流程阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。 在耦合方式(电感-电磁)、通信流程(FDX、HDX、SEQ)、从射频卡到阅读器的数据传输方法(负载调制、反向散射、高次谐波)以及频

19、率范围等方面，不同的非接触传输方法有根本的区别，但所有的阅读器在功能原理上，以及由此决定的设计构造上都很相似，所有阅读器均可简化为高频接口和控制单元两个基本模块。高频接口包含发送器和接收器，其功能包括：产生高频发射功率以启动射频卡并提供能量；对发射信号进行调制，用于将数据传送给射频卡；接收并解调来自射频卡的高频信号。不同射频识别系统的高频接口设计具有一些差异。 1.5 论文的结构安排基于此背景，本论文针对MIFARE射频卡的特点，采用Philips公司支持ISOIEC14443A近耦合协议的最新通用射频集成电路MFRC500设计了一款射频卡读写器。共分为五章内容，整体框架结构安排如下：第一章是

20、绪论，阐述了本课题研究的背景和意义并介绍了RFID技术的基本工作原理和系统结构。第二章是RFID的相关理论，阐述了射频卡的基本概念及理论，重点介绍了MIFARE射频卡的特点、工作原理、存储结构及存储控制。第三章是MFRC500芯片，阐述了所采用的射频接口芯片MFRC500的特性、内部结构及主要引脚描述。第四章是读写器硬件系统设计与制作，提出了射频卡读写器的核心部分的即硬件电路系统，包括MCU主控制模块、射频模块、读写器天线、存储模块时钟模块、显示模块、键盘模块、通讯模块及声光报警模块，并在其间简单描述了键盘的通信协议。第五章是读写器软件系统设计，给出了硬件相关模块的软件设计及操作方法，并着重阐

21、述了读写器对射频卡的软件操作流程。最后对该论文做总结，给出结论、致谢、附录及参考文献。兰州工业高等专科学校毕业论文 2. RFID的相关理论2RFID系统的相关理论2.1 MIFARE射频卡概述及现状MIFARE卡是目前世界上使用量最大、技术最成熟、性能最稳定、内存容量最大的一种感应式智能IC卡。而传统的射频卡则诞生于20世纪90年代，也叫非接触式IC卡是随射频识别技术与IC卡技术的结合而出现的，自出现以来就成为这两种技术的重要发展方向。当卡片靠近读写器表面时即可完成对卡中数据的读写操作，成功地解决了无源和免接触这一难题，是电子器件领域的一项重大突破。MIFARE卡主要芯片有Philips M

22、IFARE S50、 S70等。国内目前出现了MIFARE卡的兼容产品。但性能稍逊一筹。2.1.1 接触式与非接触式IC卡之比较项目接触式IC卡非接触式IC卡Memory容量大多种选择安全性高高Chip来源广广本土化能力已可已量产成本贵非常贵一卡多用无用途非常广泛Access速度较慢快速0.1秒使用寿命长10年表2-1：接触式与非接触式IC卡之比2.1.2 非接触卡的优点 与接触式相比较,非接触式卡具有以下优点：（1）可靠性高 非接触式与读写器之间无机械接触,避免了由于接触读写而产生的各种故障，例如： 由于粗暴插卡，非卡外物插入，灰尘或油污导致接触不良造成的故障。 此外，非接触式卡表面无裸露芯

23、片，无须担心芯片脱落，静电击穿，弯曲损坏等问题，既便于卡片印刷，又提高了卡片的使用可靠性。（2）操作方便 由于非接触通讯，读写器在10CM范围内就可以对卡片操作，所以不必插拨卡，非常方便用户使用。非接触式卡使用时没有方向性，卡片可以在任意方向掠过读写器表面，既可完成操作，这大大提高了每次使用的速度。（3）防冲突 非接触式卡中有快速防冲突机制，能防止卡片之间出现数据干扰，因此，读写器可以“同时”处理多张非接触式。这提高了应用的并行性，无形中提高系统工作速度。 （4）可以适合于多种应用 非接触式卡的序列号是唯一的，制造厂家在产品出厂前已将此序列号固化，不可再更改。非接触式卡与读写器之间采用双向验证

24、机制，即读写器验证的合法性，同时也验证读写器的合法性。非接触式卡在处理前要与读写器之间进行三次相互认证，而且在通讯过程中所有的数据都加密。此外，卡中各个扇区都有自己的操作密码和访问条件。 接触式卡的存储器结构特点使它一卡多用,能运用于不同系统，用户可根据不同的应用设定不同的密码和访问条件。 （5）加密性能好 非接触式由IC芯片， 感应天线组成， 并完全密封在一个标准PVC卡片中， 无外露部分。非接触式的读写过程，通常由非接触型与读写器之间通过无线电波来完成读写操作。 非接触型本身是无源体，当读写器对卡进行读写操作时， 读写器发出的信号由两部分叠加组成：一部分是电源信号，该信号由卡接收后，与其本

25、身的L/C产生谐振， 产生一个瞬间能量来供给芯片工作。另一部分则是结合数据信号，指挥芯片完成数据、修改、存储等，并返回给读写器。由非接触式所形成的读写系统， 无论是硬件结构， 还是操作过程都得到了很大的简化，同时借助于先进的管理软件，可脱机的操作方式， 都使数据读写过程更为简单。2.1.3 MIFARE非接触式IC卡的标准1、长宽厚合乎国际信用卡规格ISO10536标准。2、记忆体1024 bytes，分16轨，可针对需求规划各轨用途，达到一卡多工的目的。3、卡片寿命十年或重写十万次。单位使用成本较其他接触式卡片低廉。4、读取距离依需求可分2.5 CM、10 CM两种规格。5、每张卡片内设单一

26、序号，无法仿冒。6、作业环境：-2050。7、电源供应方式：无须电池，采无线电波供应式（passivetype）。8、资料传输速度：106k bit/sec。9、内建频率13.56MHZ无线电讯天线。10、内建记忆晶片（E2 EEPROM）2.1.4 非接触射频卡的应用前景由于有比接触式IC卡更多的优点，在未来卡片应用市场发展性上，是非常乐观的。目前非接触式IC止的领导品牌是Philips的MIFARE系列产品，该项技术已授权给Siemens等3-4家，如能藉由半导体制程的提升和大量使用，售价降价空间很大。非接触式IC卡大多应用在交通工具储值卡或大型民营机构内部使用的储值卡停车及门禁考勤管理和

27、大型会议报到卡。2.2 射频卡的结构MIFARE 射频卡的核心是Philips公司推出的一种射频双界面卡技术的MIFARE 1 IC S50系列微晶片，它确定了卡片的特性以及卡片读写器的诸多性能，目前占据世界射频卡市场80的份额。2.2.1 MIFARE卡工作原理卡片由一个卷绕天线和特定用途集成电路模块组成。其中，模块由一个高速(106KB波特率)的RF接口。一个控制单元和一个8K位E2PROM组成。读写器向MF1卡发出一组固定频率(13.56MHZ)的电磁波，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使谐振电容内有了电荷，在这个电

28、容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到模块存储电容内储存，当所积累的电荷达到2V以上时，此电容可作为电源向模块电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接收读写器的数据。射频卡由耦合元件及微电子芯片组成，没有供电电源，它的能量、时钟脉冲以及数据都是通过耦合单元由读写器提供，并回送信息给读写器。L1为读写器PCD发送天线，L2是射频卡PICC的天线，其耦合系数（L1、L2为两个线圈的自感系数，M为互感系数），其耦合回路电路如图2-1所示。图2-1： 耦合回路等效电MIFARE射频卡由天线和ASIC（专用集成电路）组成，天线是只有几组绕线的线圈，卡上的ASIC由一个高速（波特率106

29、kbits）的RF接口，一个控制单元和一个8K位EEPROM组成。读写器向射频卡发送一组固定频率的电磁载波，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器发送的频率相同，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内产生电荷，在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储，当所积累的电荷达到2V时，此电容可作为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接收读写器的数据。2.2.2 MIFARE卡的组成及存储结构在整个卡射频片包含了两个大的部分，RF射频接口电路和数字电路部分。其功能结构框图如图2-2所示。1RF射频接口电路在RF射频接口电路中，主要包

30、括有波形转换模块，它可将读写器发出的13.56MHz的无线载波调制频率接收，一方面送调制解调模块，另一方面进行波形转换，将正弦波转换为方波，然后对其整流滤波，由电压调节模块对电压进行进一步的处理，最终输出供给卡片上的各电路使用。图2-2 MIFARE1 S50射频卡的功能结构2数字电路部分模块数字电路部分模块主要由ATR模块（Answer to Request（请求应答）、Anti collision模块（防冲撞功能）、Select Application模块（选卡功能）、Auth entjation &Access Control模块（认证及存取控制模块）、ControlArithmetic

31、 Unit（控制及算术运算单元）、ROM/RAM单元、Crypto Unit（数据加密单元）和EEPROM INTERFACE/EEPROM MEMORY（存储器及其接口电路）组成。3存储结构MF1卡分为16个扇区，每区有4块(块0块3)，共64块，按块号编址为063。第0扇区的块0(即绝对地址块0)用于存放芯片商，卡商相关代码，已经固化不可更改。其他各扇区的块0，块1，块2为数据块，用于存贮用户数据；块3为各扇区控制块，用于存放密码A，存取控制条件设置，密码B。各区控制块结构相同，如表2-2所示。表2-2 各区控制块结构各区控制块3 结构字节号0 1 2 3 4 56 7 8 910 11

32、12 13 14 15控制值FF FF FF FF FF FF FF07 80 69FF FF FF FF FF FF说明密码A(05字节)存取控制(69字节)密码B(1015字节)表2-2 各区控制块结构S50射频卡为10248bit的EEPROM存储器被分成16个区，每个扇区由4块（块0、块1、块2、块3）组成，也将16个扇区的64个块按绝对地址编号为063，其结构如表2-3所示。表2-3 存储结构表扇区0块0数据块0块1数据块1块2数据块2块3密码A 存储控制 密码B控制块3扇区1块0数据块4块1数据块5块2数据块6块3密码A 存储控制 密码B控制块7 扇区15块0数据块60块1数据块6

33、1块2数据块62块3密码A 存储控制 密码B控制块630扇区的块0（即绝对地址0块），它用于存放厂商代码，己经固化，不可更改。扇区的块0、块1、块2为数据块，可用于存储数据的两种应用：一是用作一般的数据保存可以进行读、写操作；二是用作数据值可以进行初始化值、加值、减值、读值等操作。扇区的块3为控制块，包括密码A、存取控制、密码B。扇区的密码和存取控制都是独立的，可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。在存取控制中每个块都有相应的三个控制位，控制位在每个扇区的块3中，其控制块结构如表2-4所示。表2-4 控制块结构A0 A1 A2 A3 A4 A5FF 07 08 09B0 B1 B2 B3

34、B4 B5密码A（6字节）存取控制（4字节）密码B（6字节）4控制属性： 每个扇区的用户密码和存取控制条件都是独立设置的，可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。在存取控制中，每个块都有三个控制位相对应，用以决定某数据块或控制块的读写条件，定义为：“CXxy”，见表5所示。 其中CX代表每块控制位号(C1C3)，x代表某块所属扇区号(015)， y代表该扇区内某块号。例如C1x2 即为x扇区内块2的第1控制位，依此类推。各扇区数据块0块2的三个控制位以正反两种形式存在于块3的存取控制字节中，它决定了该块的访问权限(例如进行减值及初始化值操作必须验证KEY A，进行加值操作必须验证KEY B，

35、等等)。三个控制位在存取控制字节(69字节)中的权限如下(阴影区的存取控制为厂商初始值；字节9为备用字节，默认值为69)。表2-5 控制位定义块0C1x0C2x0C3x0用户数据块，(0区0块除外)块1C1x1C2x1C3x1用户数据块块2C1x2C2x2C3x2用户数据块块3C1x3C2x3C3x3密匙存取控制块表2-7 数据块的存取控制权限(x=015扇区； y=块0，块1，块2)C1xy C2xy C3xy读写加值减值，初始化0 0 0KeyA|BKeyA|BKeyA|BKeyA|B0 1 0KeyA|BNeverNeverNever1 0 0KeyA|BKeyBNeverNever1

36、0 0KeyA|BKeyBKeyBKeyA|B0 0 1KeyA|BNeverNeverKeyA|B0 1 1KeyBKeyBNeverNever1 0 1KeyBNeverNeverNever1 1 1NeverNeverNeverNever2.2.3 MIFARE特性容量为8K位EEPROM；分为16个扇区，每个扇区为4块，每块16个字节，以块为存取单位；每个扇区有独立的一组密码及访问控制；每张卡有唯一序列号，为32位；具有防冲突机制，支持多卡操作；无电源，自带天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路；工作温度：-2050；工作频率为13.56MHZ；通信速率为106KBPS；读写距离可达10

37、0mm(与读写器以及卡天线尺寸有关)；数据保存期为10年，可改写10万次，读不限次。兰州工业高等专科学校毕业论文 3. MFRC500芯片3MFRC500芯片3.1 RC500芯片的简介不同类型的非接触IC卡，由于采用的通信协议不同，相应的射频读写芯片也不同，如表3-1所示。目前在中国的市场上，非接触式IC卡主要的厂商有：中国的华虹、复旦微电子、以及荷兰Philips、瑞士LEGIC、法国意法半导体（ST）、日本索尼等，其中基于Philips公司MIFARE 芯片的产品在市场上占有绝对的优势。鉴于国内市场上MIFARE芯片卡应用广泛，我们采用Philips公司生产的射频处理基站芯片。MFCM

38、200与MFCM 500是第一代MIFARE读写器模块，现已停产，Philips新推出的集成化单颗射频基站芯片RC系列是CM模块系列的替代产品，且性能更稳定、功耗更低、应用更灵活、价格更低廉。表3-1MIFARE读写器芯片名称通信速率电源支持协议接口类型最大读写距离MF RC531可达848Kbps5VISO/IEC 14443A&B并行、SPI100mmMF RC530可达848Kbps5V、3.3VISO/IEC 14443A并行、SPI100mmMFRC500106Kbps5VISO/IEC 14443A并行100mmMFCM 500106 Kbps5VISO/IEC 14443A并行1

39、00mmMFCM 200106 Kbps5VISO/IEC 14443A并行25mm本方案选用MFRC500射频读写芯片来进行读写模块的设计。MFRC500的性价比最高，市场应用最为广泛，购买也最方便，且内部有高集成的调制解调模块，内部发射器可直接驱动基于13.56MHz的非接触式天线，最大距离可达10cm。3.2 MFRC500内部结构MFRC500 的内部EEPROM 分为四个部分，分别用于存放产品的信息，启动寄存器初始化文件，寄存器初始化文件，Cryptol 密匙区。同时还有 8*64 位的 FIFO 缓冲区，它缓冲微处理器和 MFRC500 之间输入和输出的数据流。MFRC500 内部

40、有完善的中断系统，其中包括内部定时器中断、发送器中断、CRC 效验中断、E2PROM 中断、接收器中断、命令寄存器中断、FIFO 缓冲区的空和满中断等等，相关的中断源都可以通过 IRQ 脚上的信号触发微处理器产生中断，这就使微处理器的软件更为有效。MFRC500 内部有一个定时器，它由片内 13.56MHz 时钟驱动。微处理器可使用该时钟管理与定时有关的任务。定时器单元可配置为以下几种方式之一：超时计数器、看门狗、停止监视、可编程单次触发、周期触发等。MFRC500支持ISO 14443A所有的层，模拟电路部分内含射频发送器和接收器。发送器不需要增加有源电路就可以直接驱动工作，接收器对来自符合

41、ISO 14443A协议的卡的信号进行解调、译码。MFRC500的8位并行微控制器接口可自动检测连接的接口类型，它包括一个双向FIFO缓冲区和一个可设置的中断输出。方便的并行接口可与各种8位微处理器直接连接，给读写卡器终端的设计提供了极大的灵活性。数据处理部分则主要进行ISO 14443A帧的封装和错误检测（支持CRC校验和奇偶校验）。通过状态和控制部分可以对芯片进行配置，以适应环境并使芯片性能调节到最佳状态。3.3 MFRC500引脚说明MFRC500共有32个引脚可以分为以下几类。（1）电源类引脚 EMC特性和信号解耦方面达到最佳性能，器件使用3个独立的电源：TVDD，TVSS（6脚，8脚

42、）：天线驱动部分的单独电源。AVDD，AVSS（26脚，28脚）：模拟部分的单独电源。 DVDD，DVSS（25脚，12脚）：数字部分的单独电源。（2）天线引脚 TX1，TX2（5脚，7脚）：发送器引脚。MFRC500通过TX1和TX2发送13.56MHz的能量载波。RX（29脚）：模拟天线输入信号。VMID（30脚）：天线部分的内部参考电压。 （3）复位引脚 RSTPD（31脚）：禁止内部电流源和时钟，并使MFRC500从微控制器总线接口脱开。当出现一个从高到低的电平跳变时RC500复位，即当该引脚为高时，RC500停止工作；为低电平，RC500才能正常工作。如果RSTPD置位，则MFRC5

43、00执行上电时序。（辅助管脚 可选择内部信号驱动该管脚AUX，作为设计和测试之用。）（4）晶振引脚 OSCIN，OSCOUT（1脚，32脚）：晶振的输入、输出引脚。电源振荡器缓冲输出13.56MHz晶振通过快速片内缓冲区连接到OSCIN和OSCOUT，如果器件采用外部时钟，可从OSCIN输入。（5）串行接口 MFIN，MFOUT（3脚，4脚）：MIFARE接口输入、输出引脚。（6）并行接口 MFRC500有16个引脚用于控制并行接口：AD0AD7（13脚至20脚）：8位双向数据总线（也可复用为地址线）。A0A2（22脚至24脚）：地址线输入。NCS（9脚）：片选信号，选择RC500的并行微控制

44、器接口。输入高电平有效。NWR（10脚）：写信号线，输入低电平有效。NRD（11脚）：读信号线，输入，低电平有效。ALE（21脚）：地址锁存允许引脚，输入，高电平有效。IRQ（2脚）：中断请求引脚，当有中断事件发生时产生中断信号。输出高电平有效。3.4 芯片主要特性及应用该芯片的主要特性有：（1）高集成度模拟电路用于射频卡应答信号的解调和解码；（2）缓冲输出驱动器使用最少数目的外部元件连接到天线；（3）支持ISOIEC 14443A国际标准；（4）支持MIFARE双界面卡和MIFARE典型协议；（5）支持波特率高达424 kHz的通信速率；（6）灵活的中断处理及可编程定时器；（7）近距离操作可

45、达100mm；（8）带低功耗的硬件复位和软件实现掉电模式；（9）并行微处理器接口带有内部地址锁存和IRQ线；（10）自动检测微处理器并行接口的类型；（11）64 Byte发送和接收FIFO缓冲区；（12）面向位和字节的帧；（13）唯一的序列号，可靠的内部非易失性加密存储器；（14）连接到13.56MHz晶振上的内部振荡缓冲器具有优化的低相位去抖动；（15）在近距离应用中，发送器采用电压3.3V5V；MFRC500适用于各种基于ISOIEC 14443A标准，主要应用于要求低成本、小尺寸、高性能以及单电源的非接触式通信的应用场合：计量、公共交通终端、手持终端、板上单元、非接触式PC终端、非接触式公用电话等。兰州工业高等专科学校毕业论文 4. 读写器硬件设计与制作4读写器硬件设计与制作4.1 读写器总体构思读写器的硬件从功能上来划分大致可分为几个模块，包括MCU主控制模块、天线、射频接口模块、储存模块、时钟模块、显示模块、声光报警模块等，其结构框图如图4-1所示。读卡器用STC89C52RC作为单片机主控制器。单片机控制MFRC500驱动天线对MIFARE卡进行读写操作，S