RFID技术与应用试验指导书

1、« RFID技术与应用实验指导书何 宁编桂林电子科技大学信息与通信学院2014年12月IC卡是集成电路卡(integrated circuit card)的简称，也叫IC智能卡，它是将一个集成电路芯片镶 嵌于塑料基片中，封装成标准尺寸大小卡的形式而得名。在20世纪70年代就有IC卡产品问世，它是微电子技术和计算机技术相结合的产品，主要用于金融、交通、医疗、身份证明等多个行业。IC卡芯片具有写入数据和存储数据的能力，卡中存储器的内容可根据需要有条件地供外部读取，或供内部信息处理和判定使用。根据卡中所镶嵌的集成电路不同 IC卡可分为存储器卡、逻辑加密卡和CPU 卡三种。按卡与外界数据传送

2、形式不同，IC卡可划分为接触式和非接触式两种。IC卡具有以下特点：(1) 高稳定性：数据在IC芯片中保存时间可达几十年以上。(2) 高可靠性：数据读写次数可达10万次以上。(3) 高安全性：卡中信息不易被读出和改写。(4) 低功耗：工作电压在 5V以下，瞬间工作电流为毫安级。(5) 数据读写速度快：卡与读写设备的数据交换时间小于1秒。实验-接触式IC卡读写及控制测试一、实验目的1、熟悉接触式IC卡的结构和读写方式；2、学习和掌握接触式IC卡的基本读写操作功能及识别控制原理；3、理解接触式IC卡双向数据的通信过程。二、实验内容及要求1、进行卡中信息的查询、修改等读写操作。2、进行身份识别、交易及

3、并口输出控制外设操作。3、进行读写卡波形测试和芯片存储器代码测试。三、实验原理接触式IC卡读写控制系统由读写器、计算机和数据输出显示电路三大部分构成。读/写卡器图1接触式IC卡读写控制系统实验用读卡器为 USB接口，存储芯片为西门子的 SLE4442，芯片触点为6个引脚，有电源端、地 端、串行时钟端、串行数据端(双向)、复位端和1个空脚，它是串行的 EEPROM。当卡片加电工作时, 用户可通过给定的权限对卡中信息进行读写操作，并可通过并行口对外部设备进行控制操作。单字节写操作时，读写卡机发送一个器件地址，每个芯片都具有一个能被选中的器件地址，读写卡机接收到芯片的一个确认地址(低电平)后，紧跟着

4、发送1字节的存储单元地址值，接收到芯片一个确认位（0）,然后读写卡机再发送 1字节的数据，接收到芯片的一个确认位后再发送一个停止命令，这一 过程结束后，一个字节的数据将写到芯片相应地址的单元中，单字节写操作时序如图2。读操作的过程类似于写操作，只是器件地址的最后一位为1。开 器件始 地址 写 字地址数据ACK*磷认MSB：缺高位LSB；最低位* ：时】K芯片无用冲 winrmiiML R AASS / CCBB W KK图2单字节写操作时序四、实验步骤功能测试1、启动计算机，将接触式IC卡读写器连接到计算机的 USB 口。2、将外设电路与计算机并行口（打印机接口）连接。3、运行实验程序，选择接

5、触式 IC卡实验系统，将IC卡插入读卡器中。4、选择查询功能，对卡内用户信息进行查询。5、选择修改功能，输入密码后，对卡内用户信息记录进行修改。6、 选择交易功能，输入密码后，从键盘对交易数据进行操作（如充值金额、消费金额）。7、选择控制功能，输入密码后，将键盘内容（十六进制数）从并行口输出到数码管显示。8、按“ESC”键，使十六进制数自动输出到数码管循环显示。状态测量及波形测试1、 对读卡器进行“插卡、读/写卡、拔卡”三个过程操作，观察记录读卡器两个指示灯的状态变化（指示灯颜色），并用数字万用表测试读写卡时的电源供电电压值（上、下电的稳定电压），分析读卡器的给给读卡器芯片供电过程。2、 用示

6、波器测试SCL、SDA、和RST引脚的工作波形和参数，记录 RST脉冲信号宽度，用双通道测 量观察波形之间的时序关系。3、从桌面启动ICCUR-100B程序，观察分析芯片存储器单元代码的存放情况。五、实验设备计算机一台0接触式IC卡读卡器一台数字存储示波器一台并口实验电路板一块万用表一块六、实验报告1、整理实验数据，分析说明信息代码在芯片存储器中的存放过程，撰写实验报告。2、说明IC卡的插入/退出识别和上下电的控制过程。非接触式IC卡读写及控制测试、实验目的1、熟悉非接触式ic卡的结构和读写方式；2、学习和掌握非接触式IC卡的基本读写操作功能及识别控制原理；3、理解非接触式IC卡双向数据的通信

7、过程。.、实验内容及要求1、进行卡中和计算机中信息进行查询、修改等读写操作。2、进行身份识别、交易及并口输出控制外设操作。3、进行读写卡波形测试。.、实验原理非接触式IC卡读写控制系统由读写器、计算机和数据输出显示电路三大部分构成。读/写卡器USB接口计算机并行接口A led图1非接触式IC卡读写控制系统非接触IC卡也称射频卡或 RF卡，它是通过电磁波感应原理，在读写头和IC卡之间交换数据，射频IC卡与无线电通信在原理上和功能上不完全一样。通常射频卡的通信距离都很小，只有几厘米至几 十厘米，非接触式IC卡内设置有大线线圈，其卡片厚度要比接触式IC卡厚些。由作为固定设备的读卡头产生13.56MH

8、z的电磁场，当非接触IC卡靠近电磁场时，它的线圈从电磁场中吸收能量，当能量聚集 到足够时，卡中的微电路使其工作，微电路工作时，它并不发射数据，而是利用微电路工作时会消耗电 磁能量，使电磁信号发生变化，由读卡头本身检测电磁场的变化，该电磁场的变化即为对应卡中的数据。非接触式IC卡的存储区域与接触式 IC卡的不同，它是将整个存储区划分为多个扇区，每个扇区包 含4个块，每个块有16个字节，其中每个扇区的第 3块是用于存放密钥的，IC卡存储区的信息存储分 配情况参考附录1。本实验使用的读卡器类型为MUR 100, IC卡型号为MF1S50O四、实验步骤1、 启动计算机，并进入非接触式IC卡实验系统。2

9、、选择卡操作，根据提示菜单对卡写入相关数据信息。3、对实验系统的其它功能进行实验操作，并按下列要求总结分析：简要描述系统能模块的功能分析计算IC卡扇区从第02扇区开始的存放记录条数4、 用示波器测试 FM1702N非接触式读卡芯片的 TX、RX和天线端在读卡操作过程中的波形参数。五、实验设备计算机一台非接触式IC卡读卡器一台示波器一台并口实验电路板六、实验报告1、整理试验数据，分析实验过程，说明实验系统的功能。2、对比非接触式IC卡与接触式IC卡工作特点。保留区16BTTE可用16BTKE1 iJlfiBTVE仆可用梓1 I16BTTE可用i6mEn,r Uiesn'Enj'

10、ijiesn'EE日4 iWTYEr-fll65D'E1 iJlCBTVEpTHJlGBTiE网用Yi JISSTYE可用16BITEnj' iji65nE-fll必TYEh inf ijiesn'E4 Uiesnii'f U16BHE:iJ'.i ' . i-：L55TYE学弓姓名卡中金额多少条记录2006 04 13 12 00 W-木次消责的金故'第-条记亲的开始地址:第8块附录1: IC卡存储区分配表第00扇区第。块X 口地址00*4+00=0 ffioaffi 区第01块人口 jfctt00«4-K)L=l 第

11、00扇区第02块 A 口 4:00*4+02=2 第00扇区第03块A 口地耻0X4+03=3 第 区第 0。块入 口 AAtQl*4+OO=4 笫区第M块入口地fatDlHHH* 第。1扁区第。2块入口地M1Q 1*4+02=6 11- | OS 地 I 0111-02-7第吸H区第。块入口地址02+4*00=3 笫02扇区第M块入口地fetQW*4+01=9 ,CC . - bLL. ： ,：J I 02r 1-02=10 第02扇区第03块入口地耻02*4+03=11 第03JR区第M块入口地fatOOHHXMM 第施房区第M块入口地耻。4+01二13 第03扇区第02块入口地址00*4

12、+02=11 第 03 翩区拌03块 A 口 i*W;00+4+03=15第QFfiilc 带0。块入口地hh5*4H»=60 第OF房区革0L块入口 4Atl5*4Wl=61 第OFJR区第皿块A 口地蚯15+4+02=62 弟OF扇区第伯块A 口地M： 15*4+03=63实验三：一、实验目的1、了解射频识别频率划分标准。2、理解射频识别系统工作原理。3、理解耦合天线电感和频率变化与电子标签识别距离的关系。二、实验内容1、测试耦合大线电感变化时，电子标签与发射大线的耦合距离关系。2、测试振荡频率变化时，电子标签与发射天线的耦合距离关系。三、实验原理射频识别技术（RFID ）是一种

13、新型自动识别技术 ，具有可靠性高、保密性强、方便快捷等特点，它 利用无线射频方式，通过电磁感应、无线电波或微波能量，在读写基站和应答目标之间进行非接触双向通信，以达到目标识别和数据交换的目的，这项技术简称为“电子标签”。射频识别系统通常由电子标签（射频标签）和阅读器组成，电子标签内存有一定格式的电子数据，常以此作为待识别目标的标识性信息。应用中将电子标签附着在待识别目标上，作为待识别目标的电子标记，阅读器与电子标签可按约定的通信协议互传信息，RFID标签主要分为无源标签和有源标签两类。RFID系统构成如图所示。I ransponder f I'AGRead / write hax st

14、ationRFID电路设计与测试I ransp.ICe5550e5560RF fieldiyp. 125 kHzRFID实验系统框图实验系统使用的电子标签为无源标签,当标签进入阅读器发射的电磁场区域时，标签（应答器）的接收大线将接收电磁能量转换直流给e5550供电，芯片工作后，再由标签上的大线把电子数据发送回阅读器进行解码，从而实现标电子签数据的读取。RFID广泛应用于如门禁、交通、旅游、仓储等多种目标的识别，它是短距离、微功率无线电系统，在10厘米到20米距离内实现目标识别和数据交换。RFID系统使用的主要频率有125KHz、6.78MHz、13.56MHz、27.125MHz、40.68M

15、Hz、433.92MHz、869.0MHz、915.0MHz、2.45GHz、5.8GHz 以及 24.125GHz。实验系统的中心工作频率为125KHz （长波长），发射线圈的电感与电容构成谐振回路，谐振频率可由公式f0此谐振回路也是阅读器芯片U2270 的负载阻抗，它决定载波信号耦合效率。四、实验步骤1、 开启电源，接上任一谐振线圈，适当调整W1使LED恰好不发光，调整 W2使载波频率为125KHz。2、用万用表测量压控端电压值，用示波器测试天线载波波形和频率参数。3、将电子标签靠近耦合天线，用示波器测量数据输出端接收波形和频率参数。4、上下移动电子标签在某一位置，使 LED恰好稳定点亮，

16、测量此时电子标签与阅读器耦合天线的最大 距离。5、换接不同电感量的阅读器耦合天线，按上述同样方法，上下移动电子标签，测定电子标签与阅读器 耦合天线的最大距离（LED稳定点亮）。6、 从以上实验中选择一耦合匹配较好的线圈接入电路，适当调整W1使LED恰好不发光，再调整 W2 改变压控端电压，用示波器测试天线载波频率，同时测试每一个频率点对应的压控电压值和电子标签与耦合天线的距离（LED稳定点亮），频率范围从110KHz200KHz，每隔10KHz测一点。五、实验设备稳压电源一台示波器一台万用表一块六、实验报告1、根据实验过程，分析说明不同电感量线圈与电子标签耦合距离关系。2、分析说明不同压控电压

17、产生不同载波频率与电子标签耦合距离关系。3、根据谐振回路元件参数和谐振频率计算公式，计算系统在最佳匹配时的线圈电感值。附录:U2270管脚功能说明及内部结构框图Pin DescriptionGND1J16IIIPVSS<1 input215Rl-oF,14VsInput4 ,NSLziidh>MS512丁烦CFE6Ll| I>VSIMiND710Vext< (JOI 2K9COIL 1l ipiire 2. JiihiiPmS) iiibulFiirtciiun1GND< iron ndOutputData output1 FDm iKpui4llipulOalLi mpul5MSModt： select coil 1: Common rnnde !T?i顷 i；i| lh*6Came- I'rcqucncy n;sblc7IKtNI)Dri