非接触式IC卡读写芯片

1、非接触式IC卡读写芯片简介非接触式IC卡又称射频卡，由IC芯片、感应天线组成，封装在一个标准的PVC卡片内，芯片及天线无任何外露部分。非接触式IC卡是世界上最近几年发展起来的一项新技术,它成功的将射频识别技术和IC卡技术结合起来,结束了无源(卡中无电源)和免接触这一难题,是电子器件领域的一大突破.卡片在一定距离范围内(通常为510mm)靠近读写器表面，通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。对非接触式IC卡的读写操作是通过读写器来完成的，读写器是主控机与非接触式IC卡间进行信息传输和存储甚至运算处理的中间媒介，也叫接口设备、卡接收设备、耦合设备或终端。非接触式IC卡读写芯片原理非接触式IC卡卡

2、片的电气部分由一个元件和AISC组成，没有其他的外部器件，卡片中的天线是只有线圈，很适合封状到ISO卡片中。以Mifare为例，读卡器向IC卡发一组固定频率的电磁波，卡内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器的频率相同，这样便产生电磁共振，从而使电容内有了电荷，在电容的另一端接有一个单向通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存，当储存积累的电荷达到2V时，此电源可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。其中Mifare的逻辑框图如下图所示。非接触式读写器包含流向相反的两个信号通道：上部的发送通道和下部的接收通道。发送通道首先由频率稳定的石英晶体振荡器产生相应工作频率

3、载波信号，该信号将在调制级由已在ASIC段按曼彻斯特或变型密勒或NRZ规则编码的拟发送信息序列进行幅移键控（ASK）调制，最后经功率输出级放大后，由天线发送。接收通道则首先滤除输入信号中的干扰和噪声。从高强度的发射驱动信号中提取非接触式IC卡的微弱应答信号，继而放大解调后送ASIC进一步处理。两个通道传输数据的示意图如下图所示。特性非接触式识别技术带给我们一个便利接入存储于电子媒体中数据的方式，以13.56 MHz 智能卡读卡器芯片与模块为例：形成 MIFARE 接口平台不可或缺的一部份，目前为非接触式与双接口智能卡机制的业界标准符合包括 ISO 14443 A、ISO 14443 B 与 I

4、SO 15693 等国际化标准相当容易导入设计运作范围达 100mm提供 RF 数据通信加密选择通过 MIFARE 演示系统协助，相当容易进行新型应用的开发典型器件MF RC522特性内置对卡片或标签的信号进行解调和译码的高集成度的模拟电路；采用少量外部元件，即可将输出驱动级接天线； 5mm5mm0.85mm(HVQFN32)的超小体积； 2.53.6V的低I电压低功耗设计。支持ISO 14443 TypeA和Mifare通信协议，可读写与该二标准的非接触式IC卡和应答器；支持ISO 14443 212kbit/s和424kbit/s的更高传输速率的通信；支持MIFARE Classic加密；

5、支持防碰撞操作；支持3种与主机通讯接口： 10Mbit/s的SPI接口 I2C接口，快速模式的速率为400kbit/s，高速模式的速率为3400kbit/s 串行UART，传输速率高达1228.8kbit/s，帧取决于RS232接口，电压电平取决于供的管脚电压64字节的发送和接收FIFO缓冲区；CRC协处理器，其16位长的CRC计算多项式固定为：x16+x12+x5+1，符合ISO14443和CCITT协议；灵活的中断模式：发送结束中断、接收接收中断、命令执行完毕中断，等等；可编程定时器：可以用做马表、看门狗计数器等；内部振荡器，连接27.12MHz的外部晶体振荡器；具备硬件掉电、软件掉电和发

6、送器掉电3种节电模式；采用相互独立的多组电源供电，以避免模块间相互干扰，提高工作的稳定性；具备内部自测试功能应用MIFARE 读卡器适用于各种基于ISO/IEC 14443标准并且要求低成本、小尺寸、高性能以及单电源的非接触式通信的应用场合。芯片型号RF协议主机接口共作电压(V)封装CLRC63201TISO/IEC 14443A; ISO/IEC 14443B; ISO/IEC 15693Parallel; SPI3.3; 5SO32CLRC66301HNISO/IEC 14443A; ISO/IEC 14443B; ISO/IEC 15693; FeliCa compliant; ICOD

7、E EPC UID; EPC OTP; ISO/IEC 18000-3 mode 3; EPC Class-1 HF; ISO/IEC 18092 Passive InitiatorUART; I2C; SPI3.3; 5HVQFN32CLRC66302HNISO/IEC 14443A; ISO/IEC 14443B; ISO/IEC 15693; FeliCa compliant; ICODE EPC UID; EPC OTP; ISO/IEC 18000-3 mode 3; EPC Class-1 HF; ISO/IEC 18092 Passive InitiatorUART; I2C;

8、SPI3.3; 5HVQFN32MFRC50001TISO/IEC 14443AParallel;5SO32MFRC52201HN1ISO/IEC 14443ARS-232C; I2C; SPI3.3HVQFN32MFRC52202HN1ISO/IEC 14443ARS-232C; I2C; SPI3.3HVQFN32MFRC52301HN1ISO/IEC 14443A; ISO/IEC 14443BRS-232C; I2C; SPI3.3HVQFN32MFRC52302HN1ISO/IEC 14443A; ISO/IEC 14443BRS-232C; I2C; SPI3.3HVQFN32MF

9、RC53001TISO/IEC 14443AParallel; SPI3.3; 5SO32MFRC53101TISO/IEC 14443A; ISO/IEC 14443BParallel; SPI3.3; 5SO32MFRC63001HNHVQFN32MFRC63002HNISO/IEC 14443AUART; I2C; SPIHVQFN32MFRC63102HNISO/IEC 14443A; ISO/IEC 14443BUART; I2C; SPIHVQFN32MFRX85201HDISO/IEC 14443A; ISO/IEC 14443BISO7816; T=13.3HLQFN48RPR

10、5331C3HNISO/IEC 14443A; ISO/IEC 14443B; FeliCa compliant;USB; UART3.3HVQFN40PR601HLLQFP100PRH601HLLQFP100SLRC40001TISO/IEC 15693Parallel; SPI5SO32SLRC61002HNISO/IEC 15693RS-232C; I2C; SPI3.3; 5HVQFN32非接触式IC卡读写芯片选型表二、 MC14499 简介MC14499是Motorola公司生产的串行输入BCD十进制输出的CMOS集成块，它内含BCD译码器和串行接口，可以与任何CPU接口连接，在比较

11、复杂的单片机控制系统中，MC14499具有占用I/O少、控制显示器多、功耗低、使用方便等优点，因而得到广泛的应用。但其缺点是用它来实现显示系统比较复杂，并且成本太高。随着技术的飞速发展和微处理性能价格比的较高，人们可以采用高性价比的MCU来代换它，这也许是一个趋势，如用力源PS7219代换MAX7219等。笔者用AT90S1200来代换CM14499，取得了非常好的效果。AT90S1200是一种性能非常优异的RISC单片机，它可以与主CPU并行工作，而且功耗也特别你，在性能上完全与MC14499兼容，由其组成的显示系统非常简单。另外，它的一个最突出的优点是操作灵活，并可在MC14499接口的基

12、础上增加SPI接口、I2C及单线传输等功能。MC14499片内主要包括移位寄存器、锁存器、多路输出、译码驱动器及振荡器，由多路输出从锁存器中取出的BCD码数据经段译码器译码后送至八段输出脚，片内振荡信号经四分频后接至IIV四条位控制线对显示器进行轮流扫描，以实现动态扫描显示。MC14499一次可接收20位串行输入数据，MC14499的前四位为4个LED显示器的小数点选择位，后16位是4个LED显示器的BCD码输入数据，高位在前，低位在后，当EN由高变低时，MC14499的寄存器开始接收串行数据。MC14499采用双列直播式18脚DIP封装形式。图1所示是它的引脚排列示意图。便携式非接触式IC卡

13、读写器的设计作者：王文强 文章来源：EDNCHINA 点击数： 0 更新时间：2009-12-8 引 言经过多年的发展和推广，IC卡已经广泛地应用于金融、电信、国防和公共事业等领域。IC卡按卡与外界数据传送的形式来分，有接触式IC卡和非接触式IC卡两种。当前使用广泛的是接触型IC卡，在这种卡片上，IC芯片有8个触点可与外界接触。非接触式IC卡又称射频卡(Radio Frequencycard)，它与读卡设备之间无需接触，采用无线耦合和电磁感应方式与读卡设备之间进行通信。与接触式IC卡和磁卡相比，非接触式IC 卡具有操作方便、读写卡的速度快、防水、防污染、寿命长、能够适应各种恶劣环境等优点。按照

14、工作频率，非接触式IC卡可以分为低频卡和高频卡两类，低频卡的工作频率为125 kHz，高频卡的工作频率为1356 MHz。兼容ISO14443A的非接触式IC卡的工作频率为1356 MHz，卡内无需电池，其工作电源由空间电磁感应所产生的感应电池提供。Philips公司的。Mifare系列非接触式IC卡兼容ISO14443A规范，具有高强度加密机制，性能优良，应用广泛。读写器是所有IC卡应用系统的必须基础设备，目前市场上的绝大多数读写器都要与PC机连接才能正常使用，而且与PC机的接口一般为传统的RS 232接口。在此将讨论采用USB技术的便携式非接触式IC卡读写器的实现方法。1 便携式USB读写

15、器的硬件原理这里所设计的便携式带USB接口的IC卡读写器由微控制器(MCU)、射频发射和接收处理单元、USB接口电路、电源电路、液晶显示(LCD)模块、实时时钟以及外部Flash存储器组成。它的结构如图1所示。读写器以8位单片机AT89S52作为主控制单元。读写器的射频(Radio Frequency)发射和接收处理单元是单片机与非接触式IC卡之间的“桥梁”，它一方面可以将单片机发送给IC卡的指令和数据调制在1356 MHz的振荡信号上，通过高频天线发射出去；另一方面接收来自IC卡的应答信息，并将其解调成数字信号传送给单片机，实现单片机与IC卡之间的双向通信，它与单片机之间采用并行接口方式连接

16、。FT245BM是USB接口单元的主要元件，它是单片机与PC机之间的通信“桥梁”，其内部包含一个串行接口引擎(SIE)，实现数据的并行转串行和串行转并行过程。DS12C887为系统提供实时时钟，液晶显示模块HY12864E平时显示时间，读卡时显示所读到的内容。上述元器件以周密的逻辑设计配合，通过程序控制完成对非接触式IC卡的读写。由于内置了锂离子电池及其充电电路，因此读写器可以脱机使用，大大增加了灵活性。脱机使用时，读卡的同时将读卡记录存储在读写器的闪存中。并可以通过USB接口与PC机进行通信，以进行PC机对读写器的控制操作如发送数据到IC卡、调阅读卡记录等。2 读写器的硬件电路21 微控制器

17、微控制器采用AT89S52芯片，该器件使用Atmel公司的高密度非易失性存储器制造技术，可以通过一根并口线方便地进行在系统编程(In System Program-ming)。22 RC500芯片介绍RC500是Philips公司为Mifare卡设计的专用读卡芯片，它是应用于1356 MHz非接触式通信中高集成度IC系列中的一员。该系列利用先进的调制和解调概念，完全集成了在1356 MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。并行微控制器接口自动检测连接的8位并行接口的类型，它包含一个易用的双向FIFO缓冲区和一个可配置的中断输出。这样就为连接各种MCU提供了很大的灵活性。数据处理部分执行数

18、据的并行一串行转换。它支持的帧包括CRC和奇偶校验，以完全透明的方式进行操作，因而支持ISO14443A的所有层。状态和控制部分允许对器件进行配置以适应环境的影响，并使性能调节到最佳状态。当与MIFARE Standard产品和MIFARE产品通信时，使用高速CRYPT01流密码单元和一个可靠的非易失性密钥存储器。模拟电路包含一个具有极低阻抗桥驱动器输出的发送部分。接收器可以检测到并解码非常弱的应答信号。RC500的工作频率为1356 MHz，它可以在有效的发射空间内形成一个1356 MHz的交流电磁场，为处于发射区域的非接触式IC卡提供能量，同时卡或RC500需要传送的数据信息也被调制在这个

19、频率上。RC500与非接触式IC卡之间能量的传递和数据双向传输的过程是初级和次级两个线圈之间的耦合过程，从读写器发射给卡的数据信息在调制前采用米勒(Miller)编码，而从卡到读写器的数据信息采用曼彻斯特(Manchester)编码。 23 FT245BM芯片介绍FT245BM是一种单片的USB到并行的双向接口芯片。它与单片机之间利用8个双向数据线和4个握手协议实现并行接口。其片内的串行接口引擎和USB协议引擎可以完成USB 20规范的所有协议和功能。FT245BM工作时需要一个6 MHz外部晶振，通过片内的时钟倍频电路可以为SIE提供一个48 MHz的工作时钟，同时还为片内的微控制器接口单元、串行存储器接口单元提供一个12 MHz的工作时钟。24 硬件电路带USB接口的非接触式IC卡读写器的硬件电路原理图的主体部分如图3所示。FT245BM的并行数据总线和AT89S52的P0口相连；它的读写控制信号(RD，WR)分别与AT89S52的P30和P31相连；TXE为发送缓冲区空信号，与P34相连；RXF为接收缓冲区满信号，与P35相连。要从读写器发送数据到PC