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无形中提高了系统工作速度。

（4）操作方便快捷：因为是非接触通讯，读写器在15cm范围内就可以对卡片操作，所以不必插拔卡，非常方便用户使用。使用时，卡可以放在钱包、衣服口袋、公文包中无需取出，大大提高了效率。

（5）可适合于多种应用：非接触式IC卡的存储结构的特点使其可以一卡多用，而且能用于不同的系统，用户可以根据不同的应用设置不同的密码和访问条件。

（6）加密型好：非接触式IC卡的序列号是唯一的，制造商在产品出厂前将此序列号固化于卡内芯片中，不可再更改，使用时非接触式IC卡于读卡器要进行三次相互认证，通讯过程中所有的数据都加密，而且，卡内各个扇区都有自己的操作密码和访问条件。

2.2 非接触式IC卡几种类别

非接触式IC卡的种类繁多，按照片内IC可分为： ? 存储卡－卡中的集成电路具有加密逻辑和EEPROM；

? 逻辑加密卡-采用密码控制逻辑来控制对EEPROM存储器的访问和改写； ? CPU卡－也称智能卡，卡内的集成电路中带有微处理器CPU、存储单元（包

括随机存储器RAM、程序存储器ROM(FLASH)、用户数据存储器EEPROM）以及芯片操作系统COS。 按照工作频率可分为：

? 低频卡－卡与读卡器间通信使用的频段为低频段，如30 kHz ~300 kHz； ? 高频卡－卡与读卡器间通信使用的频段为高频段，如3MHz~30 MHz。 按照读写方式： ? 只读卡－ID ? 读写卡－带EEPROM

按照卡内芯片的供电方式可分为： ? 有源卡－卡内带电池；

? 无源卡－卡内为设备，工作时由读写设备通过无线方式供电。

2.3 非接触式IC卡关键技术

非接触式IC卡的工作特点使其在设计和制造过程中存在一些技术难点，主要集中在芯片制造和卡片封装上，这些关键技术是：

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1、射频技术

非接触式IC卡是射频技术和IC卡技术相结合的产物，射频技术主要解决了以下问题：

? 必须保证有良好的抗干扰性能，而且还设有防冲突电路； ? 卡内有经特殊设计的天线，并埋装在卡内；

? 无源设计，由非接触式IC卡读卡器向射频卡发一组固定频率的电磁波，

通过卡内电路产生芯片工作所需直流电压；

? 由于允许多卡同时操作，要求卡内射频部分具有高抗干扰性，卡内设有“防

冲突”电路以解决多张卡片互相干扰的问题。 2、低功耗技术

无论是按有源方式还是按无源方式设计的非接触式IC卡，一个最基本的要求都需要降低功耗，以提高卡片的寿命和扩大应用场合，可以说降低功耗，同保证一定的距离是同等的重要。卡内芯片一般采取低压低功耗CMOS工艺制造，并在电路设计中采用“休眠模式”等技术以降低功耗。

3、封装技术

由于非接触式IC卡中需要封装天线、芯片和片外电容等部件，为确保卡片的大小、厚度、柔韧性，需要特殊的封装技术。

4、安全技术

除了非接触式IC卡的通讯安全技术外，还要以卡用芯片的物理安全技术和卡片制造的安全技术这二个方面再和前者构成其强大的安全体系。非接触式IC卡以卡用芯片的物理安全技术、卡片制造的安全技术和卡的通讯安全技术这三个方面的内容构成其强大的安全技术。

? 卡用芯片的物理安全技术通过设置高/低电压检测器、熔丝、低频时钟探

测器、存储器逻辑保护、存储器物理保护层、金属化结构等措施防止对 芯片存储器和其他逻辑电路的分析，并防止再激活芯片的测试功能。 ? 卡片制造的安全技术－将荧光安全图象印刷、微线条、激光雕刻签名和图

象、安全背景图象等技术用于IC卡塑封表面的印制和防伪识伪。 ? 卡的通讯安全技术－通过三次相互认证、设置存储区密码和访问条件、传

输数据加密、每个芯片设置唯一序列号以及在芯片运送过程中设置传输代

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码防止对数据的非法截取分析、对存储区的非法访问和对芯片的非法个人化。

第三章 读卡器系统方案设计与实现

2.1 读卡器基本原理

非接触式IC卡读写器的核心是射频识别技术为，读写器内部主要使用的是专用读写处理芯片，它是读/写操作的核心器件，其功能主要包括调制和解调、产生射频信号、安全管理与防碰撞机制。它的内部结构分为接口区和射频区：接口区有和单片机相连的端口，还有和射频区相连的收/发器、防碰撞模块、数据缓冲器以及控制单元；射频区内包括电源供电电路和调制解调器，直接和天线连接。这是与智能IC卡实现无线通信的重要模块，也是读写器读写智能IC卡的核心接口芯片。读写器工作的时候，不断向外部发出一组具有固定频率的电磁波，当卡靠近的时候，卡片中具有一个LG串联谐振电路，其频率和读写器的发射频率相同，在电磁波的激励作用下，LG谐振电路产生相应的共振，从而让电容充电拥有了电荷。在电容的另一端，连接着一个单向导电的电子泵，可以把电容内的电荷运送到另一个电容内保存。当电容器充电达到一定电压值时，该电容就可以被当作电源，卡片上的其他电路的工作电压可以由此来提供，将卡片内的数据发射出去或者接收读写器发出的数据并保存[7]。读卡器的工作过程如下:

(1) 读卡器经天线向外发送载波信号；

(2) 卡进入读卡器的工作范围之内后，卡内的天线与电容组成的谐振回路就会接收读卡器发射的信号，射频接口模块就会将信号转换成电源或电压、复位的信号，从而使的卡片被激活；

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(3) 存储器中信息被存取控制模块调制至载波上，由卡上的天线发送给读卡器；

2.2 总体方案论证

2.2.1 各模块方案选择与论证

(1)控制器的选择

采用ATMEL公司的AT89S52作为系统主要控制器。AT89S52单片机算术或运算功能较强、具有灵活的软件编程、自由空间大，可以用软件编程实现逻辑控制和多种算法，并且因为它的功耗低、技术成熟、体积小和成本低的特点，所以它在各个领域应用得到了广泛的应用。AT89S52是我们熟悉的控制器，编程比较熟悉，易于掌握。

(2)RFID读卡芯片的选择

NXP公司(原飞利浦半导体公司)是较早进入RFID芯片行业的国际性半导体的公司，具有比较全面的射频读写芯片上的产品。MF-RC500芯片就是NXP公司生产的。MF RC500是13.56MHz非接触式通信中高集成读卡IC读写芯片之一，包括了全部的主动非接触式通信方式与协议，MF-RC500支持ISO 14443A&B的所有层中的通信方案；内部的收发器部分可以驱动近耦合设计天线可以不需要其他的电路；数字部分能处理完整的ISO14443帧数据还有错误检测；具有合适的并行接口，可以直接与8位的微处理器相连，并且支持SPI兼容接口。

由于MF-RC500能够满足设计需求，而且应用范围比其他的芯片更广，资料齐备，于是选择MF-RC500作为本设计的射频接口芯片。

(3)显示模块的选择

运用液晶显示屏来显示各种信息。它有轻薄短小、低耗电量、平面直角显示和影像稳定不闪烁等多种优势，并且符合本系统显示信息量多的需求，利用LCD自带的字符库，进行编程就可以实现所需信息的显示，其不必利用控制芯片创建字符库，既节省了资源，又省去了该部分的大量编程任务。为了使人机界面更加友好，操作更加方便，采用LCD液晶显示。

(4)系统时钟和存储芯片的选择

刷卡时同时要记录刷卡时间，运用外接时钟芯片的办法，为系统提供了准确可靠的时钟，用3V备用的电池确保在系统掉电的时候也能够正常运走。在这选择

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使用体积较小、接口较简单的时钟芯片DS1202[9]。

用AT24C64作数据存储器。AT24C64是串行E2PROM的存储器，支持I2C总线数据的传输协议，8K的存储容量，使用两根线和CPU构成了串行接口。由于本设计采用的AT89S52单片机不具备I2C总线接口，因此采用软件法加以解决。

2.2.2 总体方案决定

根据上述分析，系统设计方案如下：本IC卡读写器拟以ATMEL公司的AT89S52单片机作为微控制器，采用MF-RC500芯片作为射频卡读/写模块，采用DS1202作为系统时钟，采用LCD显示，并以MAX232接口和计算机通信，组成一套功能齐全的非接触IC卡读写系统。当IC卡在天线区域经过时，单片机自动需求对IC卡进行读写，再把读/写卡的时间一起存到存储器中[10]。系统框图如图2.1所示。

图2.1 IC卡读写器系统结构框图

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