毕业设计（论文）基于MFRC500的通用射频读卡器设计

1、毕业设计说明书毕业设计说明书 题题 目：目： 基于基于 mfmf rc500rc500 的通用射频读卡器设计的通用射频读卡器设计 学学 院：院： 专专 业：业： 学学 号：号： 姓姓 名：名： 指导教师：指导教师： 完成日期：完成日期： 目录目录 摘要摘要 .1 abstract: .2 第第 1 章章 引言引言 .3 1.1 课题背景及目的.3 1.2 国内外研究现状.4 1.3 设计方法.5 1.4 设计过程应注意的问题.6 第第 2 章章 核心模块简介核心模块简介 .7 2.1 mf rc500 芯片概述.7 2.1.1 引脚功能 .7 2.1.2 工作原理 .8 2.1.3 mf rc

2、500 寄存器设置 .9 2.1.4 并行接口 .9 2.1.5 eeprom 存贮器.10 2.1.6 fifo 缓存.10 2.1.7 中断请求 .10 2.1.8 定时器 .11 2.1.9 模拟电路 .11 2.1.10 串行信号开关 .11 2.1.11 命令设置 .12 2.1.12 认证与加密 .12 2.2 mifare1 射频卡的结构和工作原理.12 2.2.1 工作原理 .12 2.2.2 mifare1 结构和组成.13 2.3 at89s52 单片机简介.13 2.3.1 at89s52 主要功能列举如下:.13 2.3.2 at89s52 各引脚功能介绍：.14 2.

3、4lcd1602 简介.16 2.4.1 lcd1602 端口说明： .16 2.4.2 lcd1602 的地址分配表 .16 2.4.3 lcd1602 控制器接口时序说明 .17 第第 3 章章 硬件电路设计硬件电路设计 .18 3.1 系统结构组成.18 3.2 系统工作原理简介.18 3.3 硬件电路组成.19 3.3.1 人机接口电路设计（显示器） .19 3.3.2 mf rc500 应用电路设计 .20 3.3.3 pcd 的天线设计.21 第第 4 章章 系统软件的设计系统软件的设计 .23 4.1 主程序.23 4.2 对标签的操作.23 4.2.1 对 mifare1 卡操

4、作流程.23 4.2.2 读卡程序 .25 4.3 对 mf rc500 寄存器和 eeprom 的操作.25 4.4 显示子程序.25 4.4 总结总结 .26 参考文献参考文献 .27 附录附录 .28 基于基于 mf-rc500mf-rc500 通用射频卡读写模块的设计通用射频卡读写模块的设计 摘要摘要： rfid 技术是在雷达技术的基础上发展起来的一种新的自动识别技术。一个最基本的 rfid 应用系 统包括标签和读写器，类似于条形码识别系统，但它们的工作原理不同，条形码识别用的是光学技 rfid 用的是无线电技术。 rfid 技术在国外发展很快， philips 公司、motorola

5、 公司等世界著名厂家都生产 rfid 产品，由 于标准尚未统一，他们的产品各有特点，自成体系。在北美、欧洲、大洋洲、亚太地区及非洲南部， rfid 技术已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。如今，rfid 技 术在中国已经迎来了其发展的黄金时期，rfid 设备的应用正逐渐普及开来。 在 rfid 系统中，读卡器模块是该系统中一个重要的组成部分，其功能主要是将标签中的信息通过射 频电路读取到 mcu 中，以达到检测标签中信息的目的。本设计的主要方向即是针对读卡器模块进行 相应的设计工作。 本设计介绍了一种基于 philips 公司的 mf rc500 通用射频卡读写模

6、块的设计：首先介绍了 mf rc500 芯片、mifare1 射频卡和 at89s52 单片机的特性，,接着给出系统的组成以及天线的设计方法,然 后给出 at89s52 单片机与 mf rc500、at89s52 单片机与 lcd1602、mf rc500 与天线的的硬件接口 连接图,最后给出了相应的软件控制部分的设计思路与相应的程序代码。 关键词：rfid mf rc500 通用射频卡芯片 mifare1 射频卡 at89s52 单片机 lcd1602 射 频天线 design of i/o module base on mf-rc500 for radio frequency identi

7、fication card abstract: rfid is a new kind of automatic recognition technology which is based on the radar。a fundamental rfid application systems, including the labels and a read module, is similar to the bar codes identification system.however,they work in different way, bar code use the optical te

8、chnology and rfid is a radio technology. rfid technology is developing rapidly.philips,motorola and other worlds famous manu - facturers have manufactured their products.because rfid standards are not unified, their products have characteristics. in north america, europe, oceania and asia pacific re

9、gion and southern africa, rfid technology has been widely applied to industrial automation or commercial automation, transportation and some other fields. nowadays,rfid is devolop at a amazing speed in china and rfid manufactures are used widely. in a rfid system,the read module is a important part.

10、it is used to transport the information in the label to the mcu so that the mcu could check that information.the main direcion of the design is focused on the read module. this paper shows the design of the reading and writing radio-frequency ic card module which is based on the technology of mf rc5

11、00 used in philips company. it presents the information about mf rc500 chip, mifare1 radio-frequency ic card and the characters of mcu(at89s52) respectively. then it introduces the composing of the whole system and the design of its antenna. in the end, it presents the i/o diagram of mcu(at89s52) wi

12、th the interface of mf rc500, the i/o diagram of mcu with the interface of lcd1602 ,the interface of mf rc500 with the rfid antenna and it shows the operation flow of the mifare1 radio-frequency ic card and the reading program of the card. finally it gives out the software relevant code. key words:

13、rfid mf rc500 chip mifare1 card mcu (at 89s52) lcd1602 rfid antenna 第第 1 章章 引言引言 11 课题背景及目的课题背景及目的 信息时代，信息已成为推动社会经济发展的重要因素。尽管目前的计算机、互联网、 通信等技术已经大大的提高了社会的信息化水平，但仍然不能满足人们日益增长的需求。 早在 1996 年，日本提出了ubiquitous 网络”概念，即“无处不在的网络” 。这种网 络要把通信服务的对象从人扩展到物，构成“物联网” ，通信方式不仅是人与人之间，而 且还包括人与物之间和物与物之间的通信。能够上网的设备将比现在更加广泛

14、，包括从 电视机到电冰箱，再到智能大楼、汽车、手机等，它们如同目前互联网上的计算机一样 接入到网络中，形成物对物的通信方式。这种“无处不在的网络”使得用户可以随时随 地感知网络的存在，并能够通过网络获取所需对象的各种信息。这一新概念反映了人们 要求未来获取信息的方式更加方便、快捷，能够提供更丰富的信息。 当然，这种“无处不在的网络”的实现需要先进的技术作为支撑。有专家认为，射 频识别(radio frequencyidentification，简称 rfid)技术的发展有可能使得这种网络成为现 实。虽然现在做出这个结论还为时过早，但也足以反映出 rfid 技术将在未来的信息领域 中扮演重要的角

15、色。rfid 技术是一种利用射频通信技术实现的非接触式自动识别技术， 可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。rfid 技 术与互联网、通信等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享，提高物品的 管理和流通的效率，降低成本。发展 rfid 产业对提升社会信息化水平、促进经济可持续 发展、提高人民生活质量、增强公共安全与国防安全等方面产生深远影响。随着相关技 术的不断完善，rfid 产业将形成一个高技术产业群，成为国民经济新的增长点。因此， 它正在成为继互联网热潮之后的又一个受到科研、产业、用户、投资商以及社会各方面 高度关注的一个新领域。 我国政府已经认识到

16、 rfid 技术的重要性，决心大力支持 rfid 技术和产业的发展。 2006 年 6 月，我国政府发表了中国射频识别技术政策白皮书 ，这是我国第一次针对单 一技术发表白皮书。白皮书系统阐述了 rfid 技术发展现状与趋势、rfid 的关键技术以 及我国发展 rfid 技术的战略部署。同年 10 月，国家科技部“863 计划”将“射频识别 (rfd)技术与应用”列为先进制造技术领域中的“十一五”重大项目。这个项目将围绕我 国 rfid 产业发展中的共性技术和具有较大发展潜力的前瞻性技术、涉及产业化的关键技 术、应用关键技术、典型行业或企业 rfid 技术示范应用以及 rfid 标准研究五大方向

17、开 展 rfid 技术与应用研究，力争在几年时间内能达到同期国际先进水平，建立起我国 rfid 技术自主创新体系、公共应用体系和自主 rfid 标准体系。 随着经济建设的不断发展,社会经济活动的日益增长,对于公共交通行业、无线通 信领域、卫生保健行业、封闭式场所管理、身份识别、电话通信、大楼保安系统等,人们 亦愈来愈多地开始接受和使用 ic 智能卡。特别是银行服务系统,ic 智能卡替代流行多年 的磁卡而服务于大众已日渐成熟。并且“一卡通”,一卡多用,给我们生活质量带来了很大 的提高。ic 智能卡自动电表抄表系统、煤气、自来水抄表系统、公交、地铁自动售票、 检票系统、移动通信手机中 ic 智能

18、sim 卡等,已愈来愈贴近我们的生活,成为我们生活的 一部分。 “刷卡”已成为人们日常生活中不可或缺的一部分。 非接触式 ic 卡是最近几年发展起来的一项新技术,它成功地解决了无源和免接触难题,是 电子器件领域的一大突破。具有高度安全保密性、使用简单等特点,使之在各领域的应用 异军突起。尽管 rfid 技术在许多行业开始了应用，表现出许多优越的性质。但在应用中 也不是尽善尽美，比如标签贴在金属物体上时，由于受金属的影响，效果不好，甚至无 法读出；标签成本还相对过高，限制了它在超市中的应用。这些问题制约着 rfid 得发展， 解决这些问题还需要 rfid 技术有进一步发展。因此，rfid 仍然有

19、很大的发展空间。 在 rfid 系统中，读卡器是极其重要的一部分，读卡器的差异将直接影响到标签的通 信距离和通信速率等因素，因此，设计合适的读卡器对于一个 rfid 系统来说至关重要。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 rfid 射频识别技术正在成为市场关注的热点。rfid 射频识别技术正在逐步被广泛 应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多的领域。各国政府、零售业 巨头、it 业著名厂商给予高度关注，并且大力支持甚至给于巨大的投入，全面推动 rfid 电子标签产业快速发展。由于发达的国家 rfid 电子标签工作开展得较早，所以在标准、 技术、产业链及应用方面都已经比较完备，并

20、且仍在发展中。发达的国家在核心技术尤 其是在芯片技术上目前已经提供了相对完备的产品线，并且由于技术进步和 rfid 电子标 签工艺的提升，以及成本的降低，应用推广进入了良性循环。 对于国内市场，在政府支持和企业的推动下，rfid 产业近几年得到飞速发展，其应 用领域越来越广泛，同时也带动了相关产业的发展。主要体现在：政策支持。在国家 颁布的2006-2020 年国家信息化发展战略和国家中长期科学和技术发展规划纲要 （2006-2020） 中都阐述了发展 rfid 产业的重要性，指出推动 rfid 技术的发展，可增 强我国信息产业的国际竞争能力、推动建设创新型国家；科技部发表了中国射频识别 （r

21、fid）技术政策白皮书 ，国家还设立了专项基金支持 rfid 产业的发展，为 rfid 产业 的发展奠定了良好的政策、经济环境。近年来，我国 rfid 技术的研发和产品设计都有相 应进展，已经应用多个行业。市场潜力大。rfid 技术的应用领域非常广泛，从物流管 理到资产跟踪、防伪识别、公共安全管理、车辆管理到人员管理等都充满了巨大商机。 目前 rfid 技术在国内交通管理、物流、食品安全、重要资产的跟踪、防伪等领域开始应 用。主要体现在：政策支持。在国家颁布的2006-2020 年国家信息化发展战略和 国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020） 中都阐述了发展 rfid 产业的重要

22、 性，指出推动 rfid 技术的发展，可增强我国信息产业的国际竞争能力、推动建设创新型 国家；科技部发表了中国射频识别（rfid）技术政策白皮书 ，国家还设立了专项基金 支持 rfid 产业的发展，为 rfid 产业的发展奠定了良好的政策、经济环境。近年来，我 国 rfid 技术的研发和产品设计都有相应进展，已经应用多个行业。市场潜力大。rfid 技术的应用领域非常广泛，从物流管理到资产跟踪、防伪识别、公共安全管理、车辆管 理到人员管理等都充满了巨大商机。目前 rfid 技术在国内交通管理、物流、食品安全、 重要资产的跟踪、防伪等领域开始应用。 但是，目前我国的 rfid 产业发展还不成熟：一

23、是起步较晚，投入不足，自主创新能 力还不够强，核心技术掌握在国外人手中；二是产业链发展不够均衡，成本高，市场的 成熟度低。我个人认为，我国 rfid 产业发展之路仍然比较曲折，并且发展速度不会像大 家想象得那么快。中国的 rfid 产业要想迅速通过培育期，就必须通过政府牵头、企业主 导、选择重点、行业突破来协调解决，形成行业规范和标准。加强政府监管和扶持，鼓 励企业自主创新，掌握核心技术，形成产业化；同时，企业应加大研发投入，加强品牌 宣传，参与国际竞争。 1.3 设计方法设计方法 本设计为非接触式射频卡读卡器，它是基于单片机 at89s52 与 philips 公司的 mf rc500 嵌入

24、式读写芯片设计开发的，整个系统包括由 at89s52 构成控制模块，由 mf rc500 构成的射频模块，天线模块，由 lcd1602 构成的显示模块，通信模块以及若干标签 等组成。它能完成对 mifare1 卡所有读写及控制操作,并且还可以方便的嵌入到其他系统 （如：门禁,公交）中,成为用户系统的一部分。 1.4 设计过程应注意的问题设计过程应注意的问题 本设计所研究的读卡器为非接触式的静距离无限读卡系统。该系统为无线通信系统， 对通信距离和通信信息的可靠性等都需进行研究。主要考虑的问题在以下几个方面： 不同的射频读卡器系统拥有不同的通信频带，rfid 按应用频率的不同分为低频 （lf） 、

25、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 860m-960mhz、微波 2.4g、5.8g，在设计系统时， 标签与天线和读卡芯片模块的带宽需严格匹配，否则将无法进行通行或出现通信错误。 本设计中采用的为高频频带，在天线设计过程中需严格遵守天线设计的参数要求，设计 与高频相匹配的天线，并选用合适的标签，并且标签和射频芯片的需遵守相同的通信标 准才能够成功的进行通信。 由于 rfid 通信采用的无线通信方式，无线通信的通信信道是开放性信道，因此对 通信安全有比较严格的要求，因此在通信时需要有严格的通信加密

26、方式，才能够确保信 息的安全性。 在读卡的过程中，由于可能同时存在有多个标签在读写范围内，要能识别正确的 标签，则需设计相应的防碰撞法则，以能够选择出对应的标签进行操作并防止出现通信 混乱。 第第 2 章章 核心模块简介核心模块简介 2.1 mf rc500 芯片概述芯片概述 mf rc500 是 philips 公司生产的高集成度 typea 读写器芯片。其主要性能如下： 载波频率为 13. 56mhz； 集成了编码调制和解调解码的收发电路； 天线驱动电路仅需很少的外围元件, 有效距离可达 10cm； 内部集成有并行接口控制电路,可自动检测外部微控制器(mcu) 的接口类型； 具有内部地址锁

27、存和 irq 线,可以很方便地与 mcu 接口； 集成有 64 字节的收发 fifo 缓存器； 内部寄存器、命令集、加密算法可支持 type a 标准的各项功能, 同时支持 mifare 类卡的有关协议； 数字、模拟、发送电路都有各自独立的供电电源。 基于以上特点,用 mf rc500 极易设计 type a 型卡的读写器, 可广泛用于非接触式 公共电话、仪器仪表、非接触式手持终端等领域。 2.1.1 引脚功能引脚功能 mf rc500 为 32 脚 so 封装,其引脚功能如表 2.1 所列。需说明的是:某些引脚(带*号) 依据其所用 mcu(微控制器) 的接口情况具有不同功能。 表 2.1

28、mf rc500 引脚功能 管脚符号类型描述 1oscini晶振输入,振荡器反相放大器输入,该脚也作为外部时钟输入 (fosc=13.56mhz)。 2irqo中断请求,输出中断事件请求信号。 3mfinimifare 接口输入,接受符合 iso14443a(mifire)的数字串行数据流。 4mfoutomifare 接口输出,发送符合 iso14443a(mifire)的数字串行数据流。 5tx1o发送器 1 ,发送经过调制的 13.56mhz 能量载波。 6tvddpwr发送器电源,提供 tx1 和 tx2 输出电源。 7tx2o发送器 2,发送经过调制的 13.56mhz 能量载波。

29、8tvsspwr发送器地：提供 tx1 和 tx2 输出电源。 9ncsi片选：选择和激活 mf rc500 的微处理器接口。 10nwri写 mf rc500 寄存器写入数据 d0d7 选通。 11nrdi 读 mf rc500 寄存器读出数据 d0d7 选通。 12dvsspwr数字地。 13d0d7i/o8 位双向数据总线。 20ad0ad7i/o8 位双向地址和数据总线。 21alei址锁存使能,为高时将 ad0ad5 锁存为内部地址。 22a0i地址线 0,寄存器地址位 0。 23a1i地址线 1,寄存器地址位 1。 24a2i地址线 2,寄存器地址位 2。 25dvddpwr数字电

30、源。 26avddpwr模拟电源。 27auxo辅助输出,该脚输出模拟测试信号,该信号可通过 testanaoutsel 寄存 器选择。 28avsspwr模拟地。 29rxi接收器输入,卡应答输入脚,该应答为经过天线电路耦合的调制 13.56mhz 载波。 30vmidpwr内部参考电压,该脚输出内部参考电压（注:必须接一个 100nf 电容） 。 31rstpdi复位和掉电,当为高时,内部灌电流关闭,振荡器停止,输入端与外部断开, 该管脚的下降沿启动内部复位。 32oscouto晶振输出 振荡器反向放大器输出。 2.1.2 工作原理工作原理 mf rc500 的内部电路框图如图 2.1 所

31、示, 它由并行接口及控制电路、密钥存贮及加 密算法(cypto1)、状态机与寄存器、数据处理电路、模拟电路(调制、解调及输出驱动电路)等 组成。 并行接口控制电路 电压检测也 pon reset 控制 低功耗控 制 振荡器 （13.56mhz） 电源上电 检测 驱动电路 模拟测试多路 器 解调器（载波 与副载波解调 器） 基准电压 32伪随机码产生 cryptol加密 密钥缓存器 32*16字节 eeprom 访问 控制 控制寄存器bank fifo 状态机 命令寄存器 中断控制 并串转换 帧产生与检验 校验位crc产生和检验 位编码位解码 串行数据切换 调制 电路 nwr nrd ncs a

32、le a0 a1 a2 d0 d1 d2 d7 mfin mfout dvdd dvss pstpd irq dscin oscout avdd avss aux rx vmid rvss tx1 tx2 tvdd 载波 时钟 图 2.1 mf rc5oo 芯片内部寄存器 2.1.3 mf rc500 寄存器设置寄存器设置 mf rc500 芯片的内部寄存器按页分配, 并通过相应寻址方法获得地址。内部寄存器 共分 8 页,每页有 8 个寄存器,每页的第一个寄存器称为页寄存器, 用于选择该寄存器页。 每个寄存器由 8 位组成,其位特性有四种: 读/ 写(r/ w) 、只读(r) 、仅写(w) 和

33、动态(dy) 。其中 dy 属性位可由微控制器读写, 也可以在执行实际命令后自动由内部状态机改变位 值。微控制器 mcu 通过对内部寄存器的写和读,可以预置和读出系统运行状况。寄存器 在芯片复位状态为其预置初始值。了解内部寄存器的设置对于软件编程至关重要,表 2.2 给出了寄存器的配置情况。 表 2.2 内部寄存器配置 页号功能寄存器地 址 相应寄存器名 0命令与状态07page ,command ,fifodata 6,primarystatus ,fifolength f secondarystatus ,interrupten ,interruptrq 1控制与状态8fpage ,con

34、trol ,errorflag ,collpos r,timervalue crcresultlsb ,crcresultmsb ,bitframing 2发送与编码控制1017page,txcontrol cwconductanc, preset13 ,preset14 ,modwidth ,preset16 ,preset17 3接受与解码控制181fpage,rxcontrol1,decodecontrol,bitphase,rxthreshold,preset1d,r xcontrol2,clockqcontrol 4定时和通道冗余 码 2027page,rxwait,channelr

35、edundancy,crcpresetlsb, crcpresetmsb,crcpreset25,mfoutselect,preset27 5fifo,定时器和 irq 引脚 282fpage,fifolevel,timerclock,timercontrol,timerreload, irqpinconfig,preset2e,preset2f 6备用3037page,rfu 7测试控制383fpage,rfu,testanaselect,preset3b,preset3c,testdigiselect,rfu, 2.1.4 并行接口并行接口 mf rc500 芯片可直接支持各种微控制器(m

36、cu) , 也可直接和 pc 机的增强型并行接 口(epp) 相连接,每次上电(pon) 或硬启动(reset) 后,芯片会复原其并行接口模式并检测当 前的 mcu 接口类型, 通常用检测控制引脚逻辑电平的方法来识别 mcu 接口, 并利用固 定引脚连接和初始化相结合的方法实现正确的接口。图 2.2 给出了本次设计相应的连接接 线图。 2.1.5 eeprom 存贮器存贮器 mf rc500 的 eeprom 共有 32 块, 每块 16 字节。eeprom 存贮区分为四部分:第 一部分为块 0, 属性为只读,用于保存产品的有关信息;第二部分为块 1 和块 2, 它们具有读 / 写属性,用于存

37、放寄存器初始化启动文件; 第三部分从块 3 至块 7, 用于存放寄存器初始 化文件, 属性为读/ 写; 第四部分从块 8 至块 31，属性为只写, 用于存放加密运算的密钥, 存放一个密钥需要 12 字节, eeprom 密钥存放区共可存放 32 个密钥, 实际密钥长度为 6 字节, 存放在紧邻的 12 个 eeprom 字节地址中。一个密钥字节的 8 位必须分开存放, 若设密钥 8 位为 k7,k6,k5,k4,k3,k2,k1,k0。则存放在两个相邻字节时为 k7k6k5k4 k7k6k5k4 和 k3k2k1k0 k3k2k1k0 , 例如密钥字节为 a0h 时, 则存放内容为 5ah 、

38、f0h 两个字节。 ncs a2 a1 a0 d0d7 ale nrd nwr 片选 低 高 高 复用地址/数据线 地址所存使能 读选通 写选通 图 2.2 复用方式连接图 2.1.6 fifo 缓存缓存 864 位的 fifo 用于缓存微控制器与芯片之间的输入/输出数据流。可处理数据流长 度达 64 字节。fifodata 寄存器作为输入/输出数据流的并/并转换口; fifolength 寄存器 用于指示 fifo 缓冲器的字节存储量、写时增量、读时减量; fifo 缓冲器的状态(如空、溢 出等) 可由寄存器 primarystatus 、fifolevel 的相关位指示;对 fifo 的访

39、问则可通过微控 制器送出有效命令来实现。 2.1.7 中断请求中断请求 芯片的中断请求有定时设置到、发送请求、接收请求、一个命令执行完、fifo 满、 fifo 空等六种。0 页寄存器 interrupten 的相应位(r/w 属性)用于相应中断请求使能设置; interruptrq 的相应位(dy 属性)用于指示使能情况下的相应中断出现。任何允许中断产生时,0 页寄存器 primarystatus 的 irq 位(r 属性)可用于指示中断的产生,同时可由引脚 irq 和微 控制器进行连接以产生中断请求信号。 2.1.8 定时器定时器 mf rc500 内有定时器,其时钟源于 13.56mhz

40、 晶振信号,13.56mhz 信号由晶振电路(外 接石英晶体)产生。微处理器可借助于定时器完成有关定时任务的管理。定时器可用于定 时输出计数、看门狗计数、停止监测、定时触发等工作。 2.1.9 模拟电路模拟电路 a. 发送电路 rf 信号从引脚 tx1 和 tx2 输出可直接驱动天线线圈。调制信号及 tx1 、tx2 输 出的射频信号类型(已调或无调制载波)均可由寄存器 txcontrol 控制。 b. 接收电路 载波解调采用正交解调电路, 正交解调所需的 i 和 q 时钟(两者相差为 90)可在芯片 内产生。解调后由所得副载波调制信号要经放大、滤波相关器、判决电路进行副载波解 调, 其中放大

41、电路的增益可由寄存器 rxcontrol 的设置来控制。 2.1.10 串行信号开关串行信号开关 串行信号开关用于桥接芯片数字电路和模拟电路两部分,两部分电路的输入/输出和外 部应用所需的输入/输出可以灵活组合。这种组合可借助 mfin 和 mfout 引脚和相关寄 存器来控制实现。 mfin 可输入曼彻斯特码、带副载波的曼彻斯特码, 并由寄存器 rxcontrol2 的设置选 择送至解码器。若输入的是修正密勒码, 则由寄存器 txcontrol 设置选择送至发送通道的 调制器。mfout 引脚上可输出曼彻斯特码、带副载波的曼彻斯特码、nrz 码、修正密 勒码以及测试信号, 具体可通过寄存器

42、mfoutselect 的不同设置来选择。 2.1.11 命令设置命令设置 mc rf500 的性能由内部状态机保证,状态机可以完成命令功能。寄存器 command 的相应位存贮 r 命令码(属性为 dy) 可用于启动或停止命令执行。命令大多可由写入相应 命令码至 command 寄存器实现,其所需变量和数据主要由 fifo 缓冲器交换。有关命令及 功能如表 2.3 所列。 表 2.3 mf rc500 命令及功能简介 命令码功能简介 startup3f执行 reset 和初始化,它仅能由 pon 和硬件 reset 完成 idle00取消当前指令执行 transmit1a从 fifo 发送到

43、数据卡 receive16激活接受电路 rransceive1e发送 fifo 数据至卡后,自动接受状态 writee201从 fifo 获取数据并写入 eeprom reade2o3从 eeprom 读取数据至于 fifo,但密钥不能读出 loadkey19从 fifo 读取一个密钥,将其写入密钥缓存器 loadkeye20b从 eeprom 拷贝一个密钥至密钥缓存器 authent10c完成从 crpto 1 认证的第一部分 authent 214完成从 crpto 1 认证的第二部分 loadconfig07从 eeprom 读取数据,并初始化芯片寄存器 calccrc12激活 crc

44、检测功能 2.1.12 认证与加密认证与加密 mifare 类产品中加密算法的实现被称之为 crypt01 , 它是一种密钥长度为 48bit 的 流密码。要访问一个 mifare 类卡的数据, 首先要完成认证, mifare 卡的认证采用三次认证 的过程,这个过程可由自动执行 authbent1 和 authbent2 命令来实现。 2.2 mifare1 射频卡的结构和工作原理射频卡的结构和工作原理 2.2. 1 工作原理工作原理 射频卡的电气部分由天线、1 个高速(106kb 波特率)的 rf 接口、1 个控制单元和 1 个 8k 位 eeprom 组成。其工作原理如下:读写器向射频卡发

45、一组固定频率的电磁波,卡片 内有 1 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,从而使电容内有了电荷,在这个电容的另一端,接有 1 个单向导通的电子泵, 将电容内的电荷送到另一个电容内储存,当所积累的电荷达到 2v 时,此电容可作为电源为 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的数据。 2.2. 2 mifare1 结构和组成结构和组成 每张卡有唯一的 32 位序列号,其工作频率为 13. 56 mhz , 存储量为 1 kb, 分为 16 个 扇区,每扇区一组密码,各扇区的存储区域相互独立,每区可作为不同用途(第 0 区一

46、般不用), 实现一卡多用。mifare1 卡可擦写 10 万次以上,其密码验证机制严密,可保证存储存信息的 安全可靠;同时该卡具有防冲突机制,可支持多卡同时操作。 mifare1 卡有 16 个扇区,每个扇区又分为 4 块(块 0 、块 1 、块 2 和块 3) ,每块 16 个 字节,以块为存取单位。除第 0 扇区的块 0(即绝对地址 0 块) 已经固化,用于存放厂商代码,不 可更改之外,其余每个扇区的块 0、块 1、块 2 为数据块,可用于存贮数据,块 3 为控制块,包 括密码 a(6 字节)、存取控制(4 字节)和密码 b(6 字节). mifare1 卡每个扇区的密码和存取控制都是独立

47、的,可以根据实际需要设定各自的密码 及存取控制,存取控制决定各块的读写权限与密码验证。16 扇区中的每块(包括数据块和控 制块)的存取条件是由密码和存取控制共同决定的。 2.3 at89s52 单片机单片机简介简介 at89s52 是一种低功耗、高性能 cmos 8 位微控制器，具有 8k 在系统可编程 flash 存储器。使用 atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80c51 产品指令和引 脚完全兼容。片上 flash 允许程序存储器在系统可编程，也适于常规编程器。在单芯片上， 拥有灵巧的 8 位 cpu 和在系统可编程 flash。 2.3.1 at89s52 主要功能列举

48、如下主要功能列举如下: 1、拥有灵巧的 8 位 cpu 和在系统可编程 flash 2、晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12mhz） 3、内部程序存储器（rom）为 8kb 4、内部数据存储器（ram）为 256 字节 5、32 个可编程 i/o 口线 6、8 个中断向量源 7、三个 16 位定时器/计数器 8、三级加密程序存储器 9、全双工 uart 串行通道 2.3.2 at89s52 各引脚功能介绍：各引脚功能介绍： at89s52 单片机共有 40 个外部引脚，按功能上可分为电源及时钟引脚、控制引脚以 及输入输出引脚，单片机引脚图如 2.3 所示。 电源及时钟引脚： 此部分

49、引脚包括电源引脚 vcc，vss 以及时钟引脚 xtal1、xtal2 vcc：接 5v 电源 vss：接地 xtal1:接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反向放大器输入端。 当采用外接晶体振荡器时，此引脚应该接地。 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 p1.0 p1.1 p1.2 p1.3 p1.4 p1.5 p1.6 p1.7 rst p3.0 p3.1 p3.2 p3.3 p3.4 p3.5 p

50、3.6 p3.7 xtal1 xtal2 gnd vcc p0.0 p0.1 p0.2 p0.3 p0.4 p0.5 p0.6 p0.7 ea/vpp ale/prog psen p2.7 p2.6 p2.5 p2.4 p2.3 p2.2 p2.1 p2.0 at89s52 图 2.3 单片机引脚图 xtal2：接外部晶体的另一端，在单片机内部接至反向放大器的输入端。若采用外部振 荡器时，该引脚接收振荡器信号，及引脚接收振荡器的信号，把此信号接入到内部时钟 发生器的输入端。 控制引脚： 控制引脚包括 reset、ale、psen、ea 等。此类引脚提供控制信号，有些引脚具有复 位功能。 rst

51、/vpd:振荡器运行时，此引脚加上两个机器周期的高电平将单片机复位。复位后引脚 电平要小于等于 0.5v 的低电平，以保证单片机正常工作。 ale/prog：当单片机访问外部存储器时，ale 输出脉冲的下降源用于锁存 16 位地址的 地 8 位。即时不访问外部存储器，ale 端仍有周期性正脉冲输出，其频率为振荡器频率 的 1/6。但是，每当访问外部存储器时，在两个机器周期中 ale 只出现一次，即丢失一个 ale 脉冲。ale 端可以驱动 8 个 ttl。 psen：此输出为单片机访问外部存储器的读选通信号。在从不存储器取指令期间， 每个机器周期 psen 两次有效。但在此期间，每当访问外部数

52、据存储器时，这两次有效的 psen 信号将不出现。 ea/vpp：当 ea 端保持高电平时，单片机访问的是内部程序存储器，当 ea 端保持低电 平时，则不管是否有内部程序存储器而只访问外部程序存储器。 输入/输出引脚： 输入/输出引脚包括 p0 口，p1 口，p2 口和 p3 口。 p0 口（p0.0p0.1）：双向八位三态 i/o 口，做 i/o 使用时，可直接连接外部 i/o 设备。 它是地址线低八位以及数据总线分时复用口，可驱动 8 个 ttl 负载。 p1 口（p1.0p1.1）：为八位准双向 i/o 口，它的每一位都分别定义为输入线或输出线， 可驱动 4 个 ttl 负载。 p2 口

53、（p2.0p2.7）：为 8 位准备双向 i/o 口使用时，可直接连接外部 i/o 设备。它是与 地址总线高 8 位复用，可驱动 4 个 ttl 负载。一般作为扩展时地址总线的高 8 位使用。 p3 口（p3.0p3.7）：为 8 位准双向 i/o 口，是双向复用口，可驱动 4 个 ttl 负载。除此 之外，p3 口同时还有其他的额外特殊功能,包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制 及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能，其引脚分配如下： p3.0：rxd，串行通信输入。 p3.1：txd,串行通信输出。 p3.2：int0,外部中断 0 输入。 p3.3：int1,外部中断 1 输入。

54、 p3.4：t0,计时计数器 0 输入。 p3.5：t1,计时计数器 1 输入。 p3.6：wr，外部数据存储器的写入信号。 p3.7：rd,外部数据存储器的读取信号。 rst：复位输入。当振荡器复位器件时,要保持 rst 脚两个机器周期的高电平时间。 2.4lcd1602 简介简介 lcd1602 比较常用一种工业型液晶显示器，可以显示 16*2 共 32 个字符。 2.4.1lcd1602 端口说明：端口说明： lcd1602 有 16 个端口，包括电源端口，控制端口，数据/地址端口，和两个背光源 电源端口。端口说明如表 2.4 表 2.4 lcd1602 接口信号说明 编号符号引脚说明编

55、号符号引脚说明 1vss电源地9d2datei/o 2vdd电源正极10d3datei/o 3vl液晶显示偏压信号11d4datei/o 4rs数据/命令选择端（h/l）12d5datei/o 5r/w读/写选择端（h/l）13d6datei/o 6e使能信号14d7datei/o 7d0datei/o15bla背光源正极 8d1datei/o16blk背光源负极 2.4.2 lcd1602 的地址分配表的地址分配表 编写显示程序时，应该对照 lcd1602 的地址分配表和该模块的读写时序来编写相应 的控制程序。 表 2.5 lcd1602 地址分配表 rs(p2.4)r/we(p2.5)p1

56、操作功能 00100h写命令寄存器 00001he=0，结束读写 10102h写数据寄存器 10003he=0，结束读写 01104h读 bf 及 ac 01005he=0，结束读写 11106h从 cgram/digram 中读数据 11007he=0，结束读写 2.4.3lcd1602 控制器接口时序说明控制器接口时序说明 图 2.4 写时序图 图 2.5 读时序图 第第 3 章章 硬件电路设计硬件电路设计 31 系统系统结构组成结构组成 一个比较完整的读卡器系统主要包括有微控制器模块，射频处理模块，天线模块， 显示模块以及与 pc 机得的信模块，其中 mf rc 模块可以产生载波信号驱动

57、天线发射能 量并能够处理经天线反射回来的载有标签信息的模拟信号，使之转化为数字电平。mcu 则用于控制其余模块。液晶显示器可以系统获得的标签信息显示出来。读卡器系统的结 构框图如图 3.1 所示。 图 3.1 读卡器结构框图 3. 2 系统工作原理系统工作原理简介简介 系统数据存储在无源 mifare1 卡,也就是 picc（应答器）中。从图 2.2 可以看出, pcd（读写器）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

58、mf rc500 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。picc 中存在一个 lc 串联谐振电路， 其频率与 读卡器的频率相同，在电磁波的激励下，lc 谐振电路产生共振，从而是电容中有了电荷， 在这个电容的另一端，接有一个单项导通的电子泵，将电容内的电荷存储到另外一个电 容内，当所积累的电荷达到 2v 时，此电容可作为电源为其他的器件提供工作电压，将卡 内的数据通过电磁波发送出去。当天线接收到含有卡片信息的载波后，经过滤波得到的 mcu (at89s52) mf rc500

59、液晶屏 天线 通信 模块 pc 机 携带卡片信息的有用信号，该模拟信号经 mf rc500 处理后得到表示 mifare1 卡信息的数 字信号送入单片机中。 图 3.2 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。 3.3 硬件电路硬件电路组成组成 3.3.1 人机接口电路设计（显示器）人机接口电路设计（显示器） 在本设计中，液晶显示屏主要功能是显示标签的信息，如标签的序列号等。液晶显 示屏有很多不同的种类,显示屏与单片机之间需要有驱动电路,本设计中选择的 lcd1602 液晶显示屏。液晶显示屏也

60、单片机的接口电路如图 3.3 所示。 vss vdd vee rs rw e d0 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 p1.0p1.7 p2.4 p2.5 lcd1602 图 3.3 单片机与显示器接口电路 读写器pcd应答器picc r l c l 能量 数据 3.3.2 mf rc500 应用电路设计应用电路设计 mf rc500 为 32 脚 so 封装,使用了 3 个独立的电源以实现在 emc 特性和信号解耦方 面达到最佳性能。除了模拟电源和数字电源外,mf rc500 还对天线驱动电路单独设有电 源, 以此提高天线的驱动能力。mf rc500 具有出色的 rf 性能,并且模拟