免费资料文档--基于单片机的IC卡读写器设计(三)

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免费资料文档--基于单片机的IC卡读写器设计(三) IC卡读写器以射频识别技术为核心，读写器内主要使用了1片Mifare卡专用的读写处理芯片——MMM微模块。已是一个小型的最大操作即离达20-30mm的Mifare读/写设各的核心器件，其功能包括调制、解调、产生射频信号、安全管理和防碰撞机制。内部结构分为射频区和接口区：射频区内含调制解调器和电源供电电路，直接与人线连接;接口区有与单片机相连的端日，还具有与射频区相连的收/发器、16字节的数据缓冲器、存放64对传输密钥的ROM、存放3套密钥的只写存储器以及进行三次证实和数据加密的密码机、防碰撞处理的防碰撞模块和控制单元。这是与射频卡实现无线通信的核心模块，也是读写器读写Mifare卡的关键接口芯片。读写器工作时，不断地向外发出一组固定频率的电磁波(13. 6MHz)，当有卡靠近时，卡片内有一个LG串联谐振电路，其频率与读写器的发射频率相同，这样在电磁波的激励下，LG谐振电路产生共振，从而使电容充电有了电荷。在这个电容另一端，接有一个单向导电的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储。当电容器充电达到2V时，此电容就作为电源为卡片上的其他电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接收读写器发出的数据与保存。

基于单片机AT89C51的非接触式IC读写器的设计

本文设计采用AT89C51单片机、MFRC500以及外围电路实现读写器的基本组成。读写器与Mifare1卡由射频场来建立无线链接并进行数据交换。系统总体结构如图2-1 所示。
图2-1 系统总体总图

系统的工作方式主要是由AT89C51对MFRC500进行控制与通信，MFRC500驱动外围电路对Mifare1卡进行读写操作。具体说来，MCU(微控制器，即AT89C51)通过串行口接收PC机的指令，完成对卡的操作和整个读写器的管理；MFRC500负责信号的编码、解码，信号的调制、解调；外围电路建立读写器同射频卡之间的联系，此部分的设计直接影响到射频功率的大小以及系统的抗干扰能力；Mifare1卡是系统的应用终端，接收读写器的指令并返回指令执行结果。

三、系统工作原理

系统数据存储在无源Mifare卡，也就是PICC中。从图3-1可以看出，PCD的主要任务是传输能量给PICC，并建立与之的通信。PICC是由一个电子数据作载体，通常由单个微型芯片以及用作天线的大面积线圈等组成；而PCD产生高频的强电磁场，这种磁场穿过线圈横截面和线圈周围的空间。因为MFRC500提供的频率为13.56MHz ，所以其波长比PCD的天线和PICC之间的距离大好多倍，可以把PICC 到天线之间的电磁场当作简单的交变磁场来对待。PCD天线线圈发射磁场的一小部分磁力线穿过PICC的天线线圈，接着PICC的天线线圈和电容器C构成振荡回路，调频到PCD的发射频率。回路的谐振使PICC线圈的电压达到最大值，将其整流后作为数据载体( 微型芯片) 的电源。PICC启动之后，可与PCD之间进行数据通信。


                        图3-1 系统工作原理

如上所述可以看出，PCD的性能与天线的参数有着直接的关系。在对天线的性能进行优化之后，PCD的读卡距离可以达到10cm。

四、系统组成

从图4-1可以看出，系统主要由MCU 、时钟芯片、MFRC500、液晶屏、看门狗以及485通信模块组成。系统的工作方式主要是，先由MCU控制MFRC500驱动天线对Mifare卡，也就是应答器(PICC)，进行读写操作。然后，根据所得的数据对其它接口器件，如液晶屏、EEPROM 、时钟芯片等，进行响应操作。最后，与PC机之间进行通信，把数据传给上位机。

图4-1 系统组成框图

五、系统硬件设计
系统硬件主要包括微型单片机AT89C51、MFRC500、时钟电路、匹配电路及接口等外围电路。下面给出各部分的详细说明及相关设计。
单片机部分

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

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