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附录A 总电路图 ..................................................... 40 附录B 读/写卡源程序 ................................................ 41

第一章 绪论

1.1 毕业设计分析

本次我的设计任务是基于非接触式IC卡的读写器的硬件部分。非接触式IC卡通过线圈射频感应从读写器获取能量和交换数据，所以又称射频卡。非接触式IC卡是根据射频电磁感应原理产生的。已的读写操作只需将卡片放在读写器附近一定的距离之内就能实现数据交换，无需任何接触，使用中非常方便、快捷，不易损坏。因此，在公交、门禁、校园、企事业等人事管理、娱乐场所等方面有广泛的应用前景。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。非接触式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。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。

1.2 课题研究的背景和意义

IC卡是集成电路卡(Integrated Circuit Card)的英文简称，在有些国家也称之为智能卡、微芯片卡等，IC卡是在较为原始的磁卡的基础上发展起来的，它的最初专利权，这就是早期的IC卡[1]。1976年法国布尔(Bull)公司研制出世界第一枚IC卡，设想是由日本人提出来的。1969年12月，日本的有村国孝提出一种制造安全可靠法国的罗兰·莫雷诺(Roland Moreno)发明了带集成电路芯片的塑料卡片，并

取得了的信用卡方法，并于1970年获得专利，那时叫ID卡(Identification Card)。 法国的罗兰·莫雷诺(Roland Moreno)发明了带集成电路芯片的塑料卡片，并取得了专利权，这就是早期的IC卡。1976年法国布尔(Bull)公司研制出世界第一枚IC卡[2]。

早期的IC卡系统是接触式的，它有其本身不可克服的缺点，如接触磨损、交

易速率慢、难以维护、基础设施投入大等。随着信息业和服务业的全球化，在一些场合，对信息载体的便携性、安全性及易用性等方面提出更高的要求，于是非接触式IC卡以其无机械磨损、容易维护、方便使用等优点，成为IC卡中潜力最

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大的新军而备受国内外业界的瞩目[3]。

非接触式IC卡系统是当今世界先进的射频技术和IC卡技术相结合的产物，是

世界上最近几年发展起来的一项新技术，它成功地将射频识别技术和IC技术结合起来，解决了无源和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破，使卡片在靠近读写器表面时即可完成卡中数据的读写操作[4]。非接触式IC卡一经问世，便立即引起广泛的关注。非接触式IC卡操作方便、抗干扰性高、可靠性高、安全性高的特点，使得它在一些接触式IC卡不适用或者无法使用的场所，具有无可比拟的优势，被广泛应用于公交、收费、门禁系统、考勤系统等领域[5]。

目前非接触式IC卡有很多不同的标准，如IS014443A和IS014443B等，符合不同标准的卡片在不同的领域内相互渗透和竞争。卡片类型的多样性决定了读卡器的多样性，而市场的多样性则决定了即使是同类型的应用，也可能使用不同类型的卡片，若读卡器只能读取某一种类型的卡片，那么在处理这个应用时，必将需要多台读卡器，造成资源的重复浪费，这样的读卡器必将不能适应市场的需求，这就对读卡器的读卡能力提出了更高的要求[6]。设计出一种能读取多种类型卡始大量应用于各种“一卡通”系统中，这些应用对读卡器的功能要求越来越高除了传统的对卡号的读取之外，需要能够对卡片进行更高层的数据操作，与PC设备之间能进行信息交流。为了适应这种发展趋势，非接触式IC卡的读卡器的开发与设计也迅速发展起来[7]。

该读写器完成以后，既可独立使用，完成基本功能，外扩简单接口后，就能构成IC卡考勤、门禁、售饭一卡通等系统，在公交、校园、娱乐场所等方面有广泛的应用前景。

1.3 目前国内外研究现状

智能卡的发展历史并不久远，而且全球各地发展不均衡，其中欧洲发展得最早、最好。智能IC卡源于七十年代的欧洲和日本，后来由法国人提出的将处理器置入IC卡卡片中的思想得到了广泛接受，由于其具有完善的密码功能从而有效的解决了智能卡的舞弊行为。随后智能卡在1977-1998年间得到了迅速发展。九十年代初期，智能卡开始应用于GSM数字移动通讯、有线电视的收费等领域。在美国，

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智能卡发展相对迟缓，但随着智能卡在欧洲的成功使用，其在美国产生巨大影响，尽管如此，美国在智能卡技术等领域仍处于世界领先地位[8]。

据Innovation国际发明组织统计，2005年10月到2006年9月全世界IC卡硬件产

业中，IC卡及其读写设备数量分别为42000万张和877000台，其中法国分别占98%和71%，处于世界领先地位[9]。目前，法国生产制造的IC卡不仅在数量上领先各国，其应用领域也灵活多样，如在金融、电信、医疗和交通运输等各个领域都有IC卡的应用，其中电子金融卡等己经达到经济生产规模。我国对IC卡行业的发展始于1994年，当时的中央领导特别是江泽民同志高度重视IC卡行业，高瞻远瞩，指示要发展我国自己的IC卡事业，建立“金卡工程”[10]。虽然至今也只有短短的十几年左右时间，但是己经取得了不小的成就。我国自1994年实施“金卡”工程以来，推动了金融电子化、商业和流通领域电子化的步伐，使我国银行业务得到迅速发展，并逐渐波及医疗、交通、社会保险、税务等领域。在我国，智能卡在各种应用领域全面开花，目前超过10个政府部门和行业推广应用了智能卡[11][12]。近年来，我国的发卡量年增长率达到30%至40%,已成为世界智能卡应用发展最快的国家之一目前在我国，随着金卡工程建设的不断深入发展，IC卡系统已在众多领域获得广泛应用，并取得了初步的社会效益。随着政府管理和支持力度的加大、技术研发水平的提升，IC卡市场竞争格局将发生深刻的变化。随着政府智能卡项目的启动，国内企业技术实力和工艺流程的优化，使得国外品牌市场份额受到很大程度的限制，而国内品牌将会有快速的发展。今后的几年，用向纵深发展的时期。我国IC卡系统市场格局必将由无序走向有序，市场竞争必将由有限走向无限，IC卡系统市场将逐步走向成熟。但是对于尖端的CPU卡及非接触式IC智能射频卡的制卡技术及其相应的读/写卡设备技术，仍处于落后状态。这极大地制约了IC卡行业的发展，特别是在要求有极高安全性和保密性的金融行业中，制约了我国金卡工程的实施和发展[13]。

1.4 本课题设计的主要工作和任务

非接触式IC卡代表了IC卡发展的方向，同接触式IC卡相比其独有的优点使其能够在绝大多数场合代替接触式IC卡的使用，而在非接触式IC 卡应用系统中非接触式IC卡读卡器是关键设备。根据课题设计要求，本课题将开发一种基于飞

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利浦公司MF-RC500读卡芯片的非接触式IC卡读卡器，其具有以下特点：能识别TYPEA型卡片，读取卡号，并有防冲突功能；能对TYPEA 的卡片进行高层操作；可以使用RS232通信接口输出来与上位机之间通信；可根据实际需求将其作为门禁系统中的读卡器，或者一卡通系统中的读卡器。

本设计完成后所要达到的主要指标有：

(1) 显示系统：液晶屏显示，能显示系统时钟和卡片信息等；

(2) 按键操作：能实现对系统的设置和卡上数据的操作；

(3) 机器读卡速度：0.5秒可完成一次打卡过程，读卡距离为5至10厘米；

(4) 保密性和防伪性：能辨认卡的密码，非授权范围内的卡作报警处理； (5) 存储容量：每台读写器最多可存储2000条记录。

第二章 非接触式IC卡综述

2.1 非接触式IC卡主要特点

非接触式IC卡无机械触点，通过无线方式与读写设备进行通讯，与接触式IC卡相比具有以下特点：

（1）可靠性高：非接触式IC卡与读卡器之间无机械接触，避免了由于接触读写而产生的各种故障，此外，非接触式卡表面无裸露的芯片，无须担心芯片脱落、静电击穿、弯曲损坏等问题，既便于卡片的印刷，又提高了卡片的使用可靠性。同时，由于读卡器可以置于障碍物的后面而不影响它与卡的通讯，可以防止在接触式IC卡的使用过程中对读卡器进行恶意破坏现象的出现。

（2）抗干扰性强：非接触式IC卡具有防冲突机制，在多张卡片同时进入读卡器工作范围时能够防止卡片之间出现数据干扰，允许多张卡片同时操作，相对接触式IC卡增加了“并行”处理能力。

（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IC卡。这提高了应用的并行性，

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