非接触式IC卡读写芯片资料.docx

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非接触式IC卡读写芯片资料

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5—10mm）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13.56MHz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ISO14443A、ISO14443B与ISO15693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

MFRC522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；5mm×5mm×0.85mm（HVQFN32）的超小体积；2.5～3.6V的低I电压低功耗设计。

支持ISO14443TypeA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ISO14443212kbit/s和424kbit/s的更高传输速率的通信；

支持MIFAREClassic加密；

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/IEC14443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

CLRC63201T

ISO/IEC14443A;ISO/IEC14443B;ISO/IEC15693

Parallel;SPI

3.3;5

SO32

CLRC66301HN

ISO/IEC14443A;ISO/IEC14443B;ISO/IEC15693;FeliCacompliant;ICODEEPCUID;EPCOTP;ISO/IEC18000-3mode3;EPCClass-1HF;ISO/IEC18092PassiveInitiator

UART;I2C;SPI

3.3;5

HVQFN32

CLRC66302HN

ISO/IEC14443A;ISO/IEC14443B;ISO/IEC15693;FeliCacompliant;ICODEEPCUID;EPCOTP;ISO/IEC18000-3mode3;EPCClass-1HF;ISO/IEC18092PassiveInitiator

UART;

I2C;

SPI

3.3;5

HVQFN32

MFRC50001T

ISO/IEC14443A

Parallel;

5

SO32

MFRC52201HN1

ISO/IEC14443A

RS-232C;I2C;SPI

3.3

HVQFN32

MFRC52202HN1

ISO/IEC14443A

RS-232C;I2C;SPI

3.3

HVQFN32

MFRC52301HN1

ISO/IEC14443A;ISO/IEC14443B

RS-232C;I2C;SPI

3.3

HVQFN32

MFRC52302HN1

ISO/IEC14443A;ISO/IEC14443B

RS-232C;I2C;SPI

3.3

HVQFN32

MFRC53001T

ISO/IEC14443A

Parallel;SPI

3.3;5

SO32

MFRC53101T

ISO/IEC14443A;ISO/IEC14443B

Parallel;SPI

3.3;5

SO32

MFRC63001HN

HVQFN32

MFRC63002HN

ISO/IEC14443A

UART;I2C;SPI

HVQFN32

MFRC63102HN

ISO/IEC14443A;ISO/IEC14443B

UART;I2C;SPI

HVQFN32

MFRX85201HD

ISO/IEC14443A;ISO/IEC14443B

ISO7816;T=1

3.3

HLQFN48R

PR5331C3HN

ISO/IEC14443A;ISO/IEC14443B;FeliCacompliant;

USB;UART

3.3

HVQFN40

PR601HL

LQFP100

PRH601HL

LQFP100

SLRC40001T

ISO/IEC15693

Parallel;SPI

5

SO32

SLRC61002HN

ISO/IEC15693

RS-232C;I2C;SPI

3.3;5

HVQFN32

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I～IV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（RadioFrequencycard），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125kHz，高频卡的工作频率为13．56MHz。

兼容ISO14443A的非接触式IC卡的工作频率为13．56MHz，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RS232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（RadioFrequency）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13．56MHz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。

　　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

　　2．1微控制器

　　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（InSystemProgram-ming）。

　　2．2RC500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13．56MHz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13．56MHz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MIFAREStandard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13．56MHz，它可以在有效的发射空间内形成一个13．56MHz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。

　　2．3FT245BM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USB2．0规范的所有协议和功能。

FT245BM工作时需要一个6MHz外部晶振，通过片内的时钟倍频电路可以为SIE提供一个48MHz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12MHz的工作时钟。

　　2．4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P3．0和P3．1相连；TXE为发送缓冲区空信号，与P3．4相连；RXF为接收缓冲区满信号，与P3．5相连。

要从读写器发送数据到PC机，只需当TXE为低时将WR由高变低即可将数据写入缓冲区，模块可以自动处理。

当PC机通过USB向读写器发送数据时，RXF会变低通知单片机有数据要接收，通过将RD由低变高即可读到数据。

单片机可以通过中断方式接收来自FT245BM的数据，由于两个外部中断都被占用，所以用定时／计数器扩展了一个INT接口。

FT245BM的外部连接一个串行的E2PROM（93C46），用于存放USB器件标识码、读写器标识符和说明、设备序列号等信息。

　　RC500内部包含256个可寻址寄存器，其数据总线与AT89S52的数据总线相连；其复位控制输入信号与AT89S52的P1．6相连，单片机可以控制RC500复位；RC500的输出中断请求与单片机的外部中断INT1相连，以随时接收RC500传过来的数据。

　　3软件的实现

　　3．1读写器中单片机的软件

　　读写器内软件的功能包括等待刷卡、接收并处理接收到的PC传来的数据包、存储刷卡记录、LCD显示相关信息等。

软件包括主程序、IC卡读写／密码验证等操作、时间显示以及与PC通信中断服务程序。

主程序和通信中断服务程序的流程图如图4所示。

　　3．2PC端的软件

　　读写器通过USB接口与PC相连，PC端必须安装并运行FT245．BM的驱动程序和读写器应用程序。

通过使用FTDI公司提供的虚拟串口驱动程序，对应用程序，外设看起来如同一个标准的COM口。

设置波特率的命令可以忽略，因为无论波特率如何设定，设备总是以它所能达到的最大速度进行传输。

同时无需关心USB接口的枚举、端点、管道、事务和传输方式等复杂的问题。