IC卡读写模块（精选5篇）
IC卡读写模块 第1篇
1 PicoRead RF的特点
PicoRead RF芯片为一款标准的13.56 MHz非接触读卡芯片, 采用该芯片设计的非接触读卡器满足ISO14443, ISO15693, Sony Felica等协议, 它支持非接触卡片 (或者非接触标签) 发送数据和能量, 并从非接触卡片 (或者非接触标签) 中获取相关数据。
PicoRead RF芯片可支持ISO15693规范, ISO14443 TypeA, TypeB规范, Sony Felica协议, 以及其他的传输速度为26～848 kB/s的非接触协议;并支持数据和能量的非接触传输;支持SPI协议和并口传输协议;其操作距离可达10 cm, 并具有卡检测和感应区载波信号检测机制, 实行1 Byte-2级FIFO管理, 非常适用于NFC手机之类的应用场合, 以及PayPass读卡器的设计。
2 PicoRead RF的硬件设计与工作原理
非接触IC卡与读卡器之间数据传输的过程和原理如下:当卡片在一定距离靠近读卡器表面时, 非接触性IC卡与读卡器之间通过无线电波来完成读写操作。非接触IC卡本身是无源卡, 当读卡器对卡进行读写操作时, 读卡器发出两部分信号:一部分是电源信号, 该信号由卡接收后, 与本身的器件一起产生瞬间能量来供给芯片工作;另一部分则是指令和数据信号, 指挥芯片完成数据的读取、修改、储存等, 并返回信号给读卡器完成一次读写操作。
文中所设计的IC卡读卡器由微控制器 (MCU) 、射频发射和接收处理单元、接口电路、时钟电路、液晶显示 (LCD) 模块、时钟以及存储器组成。本设计采用PicoRead RF芯片作为读卡器中的射频发射和接收处理单元读写芯片。结构如图1所示。
读卡器中的微控制器为主控制单元。PicoRead RF芯片作为读卡器中的射频发射和接收处理单元读写芯片。它是微控制器与非接触式IC卡之间的“桥梁”, 它一方面可以将微控制器发送给IC卡的指令和数据调制在13.56 MHz的振荡信号上, 通过高频天线发射出去;另一方面接收来自IC卡的应答信息, 并将其解调成数字信号传给微控制器, 实现微控制器与IC卡之间的双向通信。
接口电路是微控制器与PC机之间的通信“桥梁”, 可以实现读卡器和PC机之间的串行或并行通信。时钟电路为系统提供实时时钟, 液晶显示模块平时显示时间, 读卡时显示所读到的内容。上述几个模块以逻辑设计配合, 通过程序控制完成对非接触式IC卡的读写。
3 PicoRead RF的软件设计
PicoRead RF应用于非接触支付环境时, 大致的控制流程, 如图3所示。
PicoRead RF的软件设计和指令控制分以下3个阶段:
(1) 寄存器构造阶段 (Configuration Mode) , 主要完成系统的初始化。当卡片靠近读卡器表面时, 读卡器发出电源信号, 并产生能量供给芯片工作, 此时芯片进入寄存器构造阶段:主要完成芯片复位、初始化以及本次交易所使用非接触协议的相关参数配置, 以实现对应的非接触通信协议[2]。相应参数设置成功后, 读卡器的液晶屏会显示“系统初始化成功”。
(2) 数据发送阶段 (Emission) , 当成功进行初始化之后, 读卡器识别出在作用范围内有IC卡的存在, 通过微控制器发出控制指令, 将芯片设置为数据发送模式, 并检测FIFO数据缓存器的状态, 从而保证数据可以顺序读入和读出。接下来就可以进行数据的发送, 发送完毕后, 微控制器会发出指令判断是否有多余数据, 若有, 则重复上述操作, 继续传输, 若无, 则进入数据接收阶段。在数据发送阶段, 除完成帧数据的发送以外, 还需对相关奇偶位、CRC校验值进行配置。
(3) 数据接收阶段 (Reception) , 微控制器发出控制指令, 将芯片设置为数据接收模式, 并指挥芯片完成数据的接收, 接收完毕, 返回信号给读卡器完成一次读写操作。若未接受完毕, 则返回初始状态重新上述操作。数据接收阶段除完成帧数据的接收以外, 还会进行奇偶校验和CRC校验。
4 结束语
对PicoRead RF的特点和应用进行了描述, 并就如何在硬件和软件上实现PicoRead RF的非接触应用做了介绍。Inside Contactless公司推出的这款非接触芯片性能稳定、支持的非接触协议多, 同时较其他的非接触芯片在价格上有一定的优势, 因此在设计非接触读卡设备 (NFC手机、PayPass读卡器等) 时是一种较好的选择。
摘要：PicoRead RF芯片为法国Inside Contactless公司推出的一款非接触读写芯片。由于其性能稳定、支持协议多和价格优势, 常用于设计非接触读卡设备。文中主要介绍了PicoRead RF芯片的特点和工作原理及其在软硬件上的设计和实现过程, 为使用者提供了一定的依据。
关键词：PicoRead RF,非接触式IC卡,读卡器
参考文献
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IC卡读写模块 第2篇
摘要：针对网络计算机安全问题，提出了一种完整的智能IC卡读写器子系统设计方案。此方案讨论了基于单片机的IC卡读写器硬件和软件设计、基于PC/SC行业规范的读写器驱动程序设计和IC卡的软硬件选取。
关键词：网络计算机 安全 单片机 智能IC卡 IC卡读写器 PC/SC ISO7816
随着网络的飞速发展和计算机技术的不断进步，计算机应用模式正发生着巨大的变革。网络计算机(NC)的出现标志着计算机体系结构的革新，代表着未来计算机系统的发展方向。由于网络计算机可以采用开放源码操作系统，为发展带有自主知识产权的核心技术创造了有利条件。在开放源代码的操作系统中，Linux是一种较好的选择。它源代码公开，可以根据要求自行剪裁并且稳定，对资源要求低，有大量应用软件支持。按照网络电脑的特定需求，可以开发出具有自主智能产权的CPU，从而提高网络电脑的安全。网络电脑走的是一种网络服务器集中式管理的道路，具有成本低廉、管理费用低的优势。
为此，国家863计算机软硬件技术主题发展规划提出了以下要求：组织优势力量，研究网络计算机系统的关键技术，研制网络计算机系列产品，选择若干典型应用领域的进行应用示范，以此推动国产微处理器芯片和系统软件的发展，促进我国电子政务、网络教育、金融、社区服务、企业管理等方面的信息化建设。
随着计算机网络的迅速发展，网络计算机的安全问题显得非常突出。尤其在某些特殊领域，如电子政务等，安全问题显得极端重要。目前，在计算机安全方面，有各种不同的方法，但效果都不太好。本文提出的智能IC卡技术，在网络计算机是一种全新的方法，能够很好地实现网络计算机的安全。智能IC卡(Smart IC)具有较高的安全性，以前主要用在金融、电信等领域，笔者把此技术推广应用到网络计算机，以提高安全性。智能IC卡本身含有自行研制的COS(Chip OS)和加密算法，并采用多密钥、多加密算法体系，对所有的敏感数据文件加密保护。如图1所示。
(本网网收集整理)
IC卡子系统是整个网络计算机系统网络安全的核心，它保存了加密算法所需要的私有密钥，供加密算法对网络上传输的数据加密使用。
1 IC卡读写器硬件开发方案
IC卡作为一种信息技术可以广泛应用于许多行业领域，如金融、电信等，不同领域均有各自不同的应用特点、应用环境和应用要求。IC卡在某一领域的应用，必须适应该领域的特点。国际上有关组织及部分针对各个领域的不同要求，制定了IC卡在某一领域应用所应参考或遵循的应用标准。不过所有智能IC卡都必须符合国际标准化组织的ISO/IEC 7816国际标准。读写器的硬件也必须遵循ISO/IEC 7816国际标准。
ISO/IEC 7816标准要求IC卡与IC卡读写器使用串行通信，时序要求非常严格。常用的MCS51系列单片机速度较慢，每个指令周期需要12个机器周期，较难达到该标准所要求的严格时序。Microchip公司的PIC系列单片机采用RISC结构，每个指令周期为4个时钟周期，并且除转移指令外，所有指令都可以在一个指令周期内完成，速度较快，能够满足该标准对时序的严格要求。所以采用一片PIC16C73单片机作为IC卡读写器的控制器。
读写器与IC卡的通信，采用半双工的ISO 7916-3字符帧协议标准。3.57MHz的晶振为IC卡和读写器提供时钟。在缺省工作方式下，IC卡和读写器的通信速率为9600bps。即时钟频率为3.57MHz，每372个时钟输入或输出一个比特位。在未来需要较高通信速度时，可以在对程序作较小改动的前提下，提高晶振频率，如采用2×3.57MHz的晶振。
IC卡读写器与NC之间的通信，可以采用USB接口、并口、串口、PS/2口等多种方案。采用USB接口可以实现即插即用和热拔插等功能。但使用USB接口，电路和协议都很复杂，并且增加USB接口器件会较大地增加系统成本。并口有较高的通信速度，但通信线路较多，硬件比较复杂，可靠性不好，且IC卡读写器并不需要太高的通信速度，故使用并口也不是理想的方案。而PS/2口一般固定给键盘和鼠标等标准外设使用，使用PS/2口就会占用这些标准外设的接口，故也不在考虑范围之内。使用串口通信虽然速度慢，但却具有硬件成本低、软件实现简单、运行可靠等优点。而通信速度完全可以满足IC卡读写器的要求。所以IC卡读写器采用了RS232串口与NC主机通信的方案。
整个系统使用5V电压供电。IC卡读写器采用低功耗设计，系统电源从RS232接口的信号线上获得。RS232接口的电压为±12V,经过电源稳压器件LP2950将12V电压变为+5V，给IC卡读写器所有器件提供电源。
IC卡读写器硬件的原理框图如图2所示。
IC卡各引脚接到单片机I/O口上，由单片机对IC卡进行读写。由于PC(NC)机的RS232接口电平与单片机的逻辑电平不同，所以需要对串口信号进行电平转换。图2中
使用了电平转换器件。它把单片机的TTL逻辑电平转化为RS232接口的±12V电平，实现单片机与RS232的透明传输。转换后的信号直接接在RS232接口上。
2 IC卡读写器软件开发方案
IC卡读写器驱动程序由读写器与IC卡通信的通信程序、读写器与NC或PC通信的通信程序以及NC与读写器通信的驱动程序三部分组成。其中，NC与IC卡读写器通信的程序符合PC/SC规范，它与PC/SC规范的中间件结合，向应用程序提供符合PC/SC规范的API函数。
2.1 读写器与IC卡通信的通信程序
该通信程序采用ISO 7816-3字节协议标准编制。使用T=0，即字符协议，主要实现与IC卡的通信。由于选用的时钟为3.57MHz，在IC卡I/O口默认的9600bps通信速度下，每隔372个系统时钟脉冲，I/O状态可能变化一次。所以，为了准确读取IC卡I/O状态，在IC卡输出的每一位脉冲中间，即I/O启动186个时钟周期后，读取I/O状态。为了排除可能的干扰，在186个时钟周期的两侧再采样两点，共取样三点。三个采样点之间每两个点间隔24个时钟周期。如果三点取样值都为1，则输出为1;如果三点取样值都为0，则输出为0;如果三点取样值中有两点为1，一点为0，则输出为1;如果三点取样值中两点为0，一点为1，则输出为0。如图3所示。
2.2 读写器与NC的通信的通信程序
读写器与NC的通信程序采用异步串行口协议，双方通信先握手取得同步，然后再进行串行口通信。读写器通过串口接收NC发来的命令，并将执行结果通过串口发回。读写器与NC的通信在不影响读写器与IC卡通信的前提下完成。
2.3 NC的驱动程序
NC通信程序驻留于NC，它与读写器的通信程序通信。这个程序符合PC/SC规范。规范规定的分层模块结构见图4。
图4中的ICC就是Integrated Circuit Card，即IC卡。IFD就是Interface Devices，即IC卡读写器。IC卡插入读写器后，通过IC卡读写器IFD与NC驱动程序的IFD Handler层通信。ICC Resource Manager层管理各种不同的IC卡读写器和IC卡资源。每一种IC卡读写器通过各自的IFD Handler接口函数与ICC Resource Manager层通信，ICC Resource Manager层根据上层软件的要求，将上层软件发来的命令分别发到相应的IFD Handler，再通过它发给IC卡读写器和IC卡。而ICC-Aware Applications层对上层应用软件提供一个通用的API接口，以满足不同的应用程序对不同的IC卡和读写器的编程要求。Service Provider层介于ICC-Aware Applications层和ICC Resource Manager层之间，要吧提供文件的存取控制和驱动程序的加密通信功能。当然，在不使用加密通信功能时，也可以不用这一层。
NC的驱动程序根据规范要求，提供符合标准的IFD Handler层接口函数，其余各部分由符合规范的中间件提供。应用程序调用间件提供的API函数发送命令。中间件把应用程序发来的命令编译成动态链接库的IFD Handler接口函数发给IC卡读写器，最终发给IC卡。最后，IC卡将返回结果通过一系列相反的过程返回给应用程序。
3 Smart IC卡开发方案
IC卡芯片具有写入数据和存储数据的能力，IC卡存储器的内容根据需要可以有条件地由外部读取，以供内部信息处理的判定。根据卡中所嵌入的集成电路的`不同可以分成三类：
(1)存储器卡，卡中的集成电路为EEPROM(可以用电擦除的可编程只读存储器);
(2)逻辑加密卡，卡中的集成电路具有加密逻辑和EEPROM;
(3)CPU卡，卡中的集成电路包括中央处理器CPU、EEPROM、随机存储器RAM以及固化在只读存储器ROM中的片内操作系统COS(Chip Operating System)。
除此之外，IC卡根据读写方式不同，可分为接触式IC卡和非接触式IC卡两种。由于网络安全要求，IC卡在使用时必须一直插在读写器内。非接触IC卡由于其读写器没有专用卡座，尽管有寿命长等优点，但不适用于网络安全应用。
同时，由于CPU卡计算能力强，可以使用自己的COS操作系统，甚至使用硬件完成加密算法。而IC存储卡仅具有存储功能，安全性不如CPU卡好，的怪SNCS(Smart Network Computer System)的IC卡子系统采用接触式CPU卡。
网络计算机安全系统的IC卡设计满足标准化(国际标准)和智能化，既有安全性又有易维护性。它由硬件和软件两部分组成。
(1)硬件
采用CPU卡，它含有CPU及RAM、ROM等。具有优秀的安全性能，可能有效防止黑客对IC卡解密。
(2)软件
・通信程序
IC卡软件即COS(Chip Operating Systarm)，它是智能卡芯片内的一个监控软件，用于接收和处理外界发给智能卡的各种信息，管理卡内的存储器，并给出相应的应答信息。它有IC卡与读写器的通信程序。该通信程序完成与读写设备之间的通信，必须满足7816-3字符帧协议。该协议含有T=0字符传送协议和T=1数据块传送协议。
・安全文件系统
COS文件系统与普通文件系统不同，它着重强调文件系统的安全性，除提供通常的字符流文件操作外，还提供记录文件的读写操作等。对每种不同的文件操作进行不同的访问权限保护。COS中的文件系统与上层应用软件的用户权限管理相结合，共同完成对IC卡文件的访问。由于IC卡的文件存储介质采用EEPROM，每次写文件操作时，必须对要写入的介质先进行擦除操作。
・安全机制
安全机制用于身份鉴别和IC卡与读写设备双方的认证工作及各种数据的加密、数据完整性检查等操作。每个用户IC卡上都有用户的一个私钥，服务器把用公钥加密后的数据经IC瞳用自己的私钥解密后将正确的信息通过网络送给服务器，由服务器根据解密的信息完成对用户权限的鉴别。
・加解密算法
加解密算法，用于对传入IC卡的数据进行加、解密，此外它还提供扩展接口，方便用户增加新的加密算法。
・命令解译
命令解译是COS的上层软件，它实现ISO7816-4的各种命令和CA命令。
根据串口窃电IC卡读写器设计技术思想，IC卡读写器采用低功耗元器件(PIC16C73B低功耗单片机和74LV125A等)，同时采用分离元件取代MAX系列的RS232接口电路，实现了无需外接电源的串口IC卡读写器。经实验测试，整个电路功耗低于10mA，完全可以由串口提供电源。
本项目实现的串口IC卡读写器完全符合ISO7816-1/2/3标准以及PC/SC规范;软件实现采用分层结构，实现了T=0的字符传输协议。
接触式IC卡读写器的设计 第3篇
IC卡是内部封装了一个集成电路芯片的卡片,按卡内镶嵌芯片不同,可将IC卡分为存储卡、逻辑加密卡和CPU卡三类,美国ATMEL公司的AT24Cxx系列卡被称为存储卡,卡内嵌入的芯片为通用的AT24C系列2线串行EEPROM芯片,由于在实际应用过程中,经常需对IC卡进行读写操作,为此需设计一成本低、操作简单的IC卡读写器,由于单片机具有性价比高、操作设计简单的特点,利用单片机设计IC卡读写器成为可能,IC卡读写器是IC卡与应用系统间的桥梁。
2 硬件设计
2.1 接触式IC卡简介
接触式IC卡有8个触点,从C1至C8,其触点分配如图1所示,其中SCL引脚为串行时钟输入,时钟上升沿时进行写操作,下降沿时进行读操作,通过SDA引脚进行数据的串行传输,系统采用ISO/IEC7816-3同步协议,双线串行接口,工作频率可达1MHZ工作电压5V,最低可至1.8V,工作温度0—70℃,写/擦除次数可达100万次,数据保护100年,ICC电流读操作时为1m A,写操作时为3m A[1]。
2.2 设计要求
对存储卡的读写操作可按字节或页进行,且系统具备IC卡插入/拔出保护功能,即能够实现“先插卡,后上电”和“先下电,后退卡”的功能,根据设计要求,要实现不带电插/拔IC卡,系统必须具备IC卡插入/退出的识别与控制,以实现对IC卡的保护,同时为使系统正常工作,需通过触点方式向IC卡提供稳定的电源和时钟,且能实现与卡的数据交换,并提供相应的控制信号,为满足要求,硬件电路设计如图2所示,图中MCU选用的是AT89C51单片机,SMARTADP为接触式IC卡卡座,IC卡的插入/退出操作是通过IC卡卡座上的常开感应开关(也可选择常闭感应开关)SW1和SW2来识别的,系统工作时,只需检测P1.6的电位即可识别开关的通断[2]。
3 软件设计
对IC卡进行读写操作的关键在于根据其内嵌芯片的操作时序进行编程,使数据线SDA及时钟线SCL上产生正确的时钟脉冲。对AT24Cxx系列存储卡进行写操作包括写字节和写页面二种模式,写字节时序要求在给出开始状态、器件地址并收到卡的确认信号后,需发出8位地址(32位芯片是2个8位地址),卡收到地址后发出应答信号,将8位数据送至SDA线上,并进入EEPROM单元,每个时钟送一位,EEPROM收到数据后,通过SDA线发出应答信号,微控制器用停止状态结束写操作,写操作时,禁止所有其它操作直到写完成。启动写页面与启动写字节操作相同,但微控制器不需在第一个字节随时钟输入后发出停止状态,在EEPROM确认收到第一个数据码后,微控制器再送7个(AT24C01/02)或15个(AT24C04/08/16)数据,每收到一个数据,EEPROM均通过SDA回送应答信号,微控制器通过停止状态终止写页面操作。
对存储卡的读操作包括现行地址读、随机地址读和顺序读操作,现行地址读操作时,内部数据字地址指针总是保持最后一次读写操作中最后访问的址,并按1递增,只要芯片保持上电,此地址在二次操作之间一直保持有效,当读写选择位置1时,器件地址随时钟输入,并收到EEPROM的应答信号,现行地址的数据随时钟串行输出,微控制器在SDA线上随时钟串行读入数据,读操作结束后,总线为高电平,并产生一个停止状态,而随机读需要一个空字节写序列来载入数据地址,当器件地址和数据地址随时钟输入,并被EEPROM确认,微控制器产生另一个开始状态,此时送出的器件地址中,读写选择位为高电平,将启动一个现行地址读,EEPROM收到器件地址回送确认信号,并随时钟串行输出数据,微控制器读取数据后,使总线处于高电平,随后产生停止状态,而顺序读由现行读或随机地址读启动,微控制器收到一个数据码后回送确认,只要EEPROM收到确认后,便会继续增加数据地址并随时钟串行输出后面的数据,当达到存储地址极限时,数据地址将重复滚动,顺序读取将继续,当终止顺序读操作时,微控制器使总线处于高电平,并产生停止状态,本文所设计的读写器的读操作选择的是随机读操作和顺序读操作方式[3]。
写操作中卡收到数据后向接口发送低电平应答信号,程序通过将第9个时钟周期的SDA线读入CY位来接收应答,CY位是否为低电位来判断是否收到卡确认信号,而顺序读操作中接口设备每接到一个字节的数据后,向卡发送低电平应答信号。根据系统的工作过程,按字节操作和按页操作流程图如图3和图4所示。
4 结束语
读写器正常工作时,未插卡时,程序循环等待插卡,卡座的Vcc端保持低电平,保证不带电插卡,插卡后,程序向下运行到断点处,卡座的Vcc端变为高电平,给IC卡芯片提供工作电源,系统设计完全满足要求,具有一定的实用价值。
参考文献
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手持式IC卡读写终端的设计与实现 第4篇
PDA是英文Personal Digital Assistant的简称，其含义是个人数字助理。近年来，随着掌上电脑技术的发展，PDA功能越来越强大，具有丰富、强大的软件系统支持，受到了众多商务人士和时尚人士的喜爱。多个行业和领域也开展了PDA的应用研究，开发了各种基于PDA应用系统[1,2]。手持式PDA读写器作为PDA新的应用之一，为自动识别系统的发展提供了新的手段。本文给合PDA与IC卡技术，提出了一种手持式IC卡读写终端的解决方案。应用实例表明，该方案具有可行性与实用性，取得了良好的效果。
2 硬件结构
PDA提供了各种接口，如USB接口、串口、红外线接口、蓝牙接口以及CF接口等。可以利用这些接口扩展PDA的功能。本文采用扩展PDA的CF接口方法，如图1所示，手持式IC卡读写器硬件包括两个部分：IC卡读写模块与PDA，读写模块与PDA通过CF接口实现数据传递。PDA可采用现今主流厂商生产的，如联想、Dell或HP公司等。读写模块可以自已设计制作，也可采用成熟厂商制作的IC卡读写设备，但必须支持CF接口。
3 软件设计
PDA的软件开发平台分为两大类：Pocket PC与Palm OS。本文以Pocket PC为例，采用visual studio 2003开发工具[3,4]，该开发工具支持CF(Compact Framework)框架，支持嵌入式应用软件开发。PDA与IC卡模块之间的通信流程如图2所示。
为了给上层应用提供统一的、标准的访问接口，我们设计了公用的CCFPort类，该类完成读卡器的初始化，读写以及关闭等基本功能。用C#语言[5,6,7]设计如下：
4 应用实例
为支持电网巡视工作的现代化、标准化，国家电网公司及下属各省公司提出了有关的电网巡视标准化作业指导书[8]。我们针对变电站巡视工作中的具体情况，应用计算机软硬件技术、移动存储技术、电力电子技术和射频IC卡技术，为电网巡视工作开发了电网巡视系统，全面提升了巡视工作管理的现代化与标准化，其系统结构如图3所示。
手持式巡视装置的主要作用是在现场识别设备、记录和保存数据。它是数据的来源，是整个设备巡视系统的基础。手持式巡视装置记录的设备信息通过数据线传输到管理计算机进行处理和分析。装置的IC卡读写功能模块采用本文所用的方法设计。
5 结束语
PDA因其强大的功能，携带方便等特点，其应用越来越引起人们的重视。本文针对移动数据采集与存储应用，详细介绍了基于PDA的IC卡读写器的开发与实现步骤，并应用于实际工程项目中，对以后从事PDA研究与应用的相关工作人员具有一定的借鉴作用。
摘要：给合PDA与IC卡技术,提出了手持式IC卡读写终端的解决方案。首先设计了基于PDA的IC卡读写器的硬件结构,然后开发了PDA与IC卡通信的软件并提供了主要的实现源代码,最后给出了在设备巡视管理系统的应用实例。
关键词：IC卡,PDA,C#,设备巡视,自动识别
参考文献
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非接触式IC卡读写器的设计与实现 第5篇
IC卡是将微电子芯片封装到有机绝缘材料的产品,采用无源结构,具有易携带、信息安全的特点,在身份认证、银行、电信、公共交通等领域得到了越来越多的应用。IC卡根据接口方式,分为了接触式IC卡和非接触式IC卡。非接触式IC卡又称射频卡,解决了无源供电和免接触信息通信难题,使得非接触式IC卡使用更便捷。随着非接触式IC的普及,非接触式IC卡读写器也同样得到了广泛应用。
2非接触式读写器的设计与实现
2.1工作原理
非接触式IC卡内置读写线圈,与读写器的读写天线,采用近场耦合(交变磁场或电磁场)方式,建立了非接触式供电与读写通道。读写器天线与IC卡内的天线,在13.56MHz频点,形成了串联谐振电路;IC卡内集成了单向导通的电荷泵,当电荷累积到IC卡内微芯片的正常工作电压时(1.8V以上),IC卡开始正常工作。IC卡端作为读写器天线的负载端,通过主动调整其可控的负载端阻抗,使得整个谐振电路的谐振电压发生变化;读写器端通过检测谐振电压的变化,可以捕获IC卡端传递的数据。
2.2读写器原理框图
本设计采用了NXP的Kinetis系列中的MKL03Z8VFK4作为主控MCU。MFRC522作为非接触读写芯片。MAX3232作为RS232接口电平转换芯片。外部电源输入DC12V;内部采用了两颗TPS62170DCDC变换芯片,将DC12V电源输入变换到3.3V和5V。原理框图如图一。
2.3电源供电分析
MKL03Z8VFK4是一颗低功耗MCU,在48MHz主频模式下,最大消耗6.5m A。MFRC522在直接射频输出状态时,最多消耗140m A;若在MFRC522的射频输出端增加外置放大器,会使得MFRC522本身消耗的电流降低到50m A。MAX3232的功耗与外接负载相关,大概估计为30m A。在采用外置功率放大的条件下,DC3.3V电源需最少提供86.5m A。本例外置功率放大器的消耗电流,参考提供5V射频输出的MFRC531资料可知,最大为150m A。
2.4 Kinetis系列的MKL03Z8VFK4
MKL03Z8VFK4,是Kinetis的低功耗L系列中的一颗芯片。它采用Arm Cortex-M0+内核,48MHz主频,具有8KByte Flash,2KByte SRAM;内置48 MHz高精度内部参考时钟,8/2 MHz低功率内部参考时钟;支持SPI、I2C、UART串行接口;电压范围1.71~3.6V;温度范围(环境):-40至105°C。MKL03Z8VFK4完全适合于在本例作为主控MCU。
2.5非接触读写芯片MFRC522及射频放大电路
MFRC522是一颗高度集成的非接触式读写芯片,符合ISO/IEC 14443 A/MIFARE标准。MFRC522与IC卡间最高支持848k Bd传输速率,为读写器应用于大数据快速传输提供了硬件支撑。MFRC522支持SPI、I2C及UART三种串行通信总线,减少了与主控MCU的连接线,有利于选择小封装的MCU。本设计采用SPI同步通信总线,作为与MCU的通信接口,最高达到10 Mbit/s。MFRC522采用3.3v单一电源供电,读写距离仅达到5CM;而其他采用5V射频供电的读写芯片,读写距离达到了10CM。由此可知,读写距离的降低,是由于MFRC522的射频部分的供电电压偏低。为解决读写距离偏低的问题,可以在MFRC522的输出端,增加射频放大器,提高射频输出功率,进而增加读写距离。
3结语
本设计实例,采用了低功耗的MCU和低电压的外围器件,使得整机功耗得到了有效降低。在选用射频接口器件时,充分考虑了大数据传输的需求,选用了具备848k Bd高速传输能力的MFRC522;通过增加外置射频放大器,解决了MFC522读写距离偏短的问题。
参考文献
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