RFID打卡器和射频卡设计报告

序号：_______第四届电子设计竞赛设计报告参赛题目RFID打卡器和射频卡设计队伍名称逐梦远航2011 年06月11日【摘要】：随着科学技术的发展和现代生活的需要，电子钱包的使用越来越频繁，特别是非接触式IC卡的使用。

本文主要介绍RFID读卡器的设计。

本设计大体分为个工作过程：(1)下位机通过菜单选择脱机工作或联机工作。

(2)使用MFRC500对S50射频卡进行读取。

(3)上位机发送命令控制下位机及接收下位机反馈回来的数据。

(4)下位机使用12864液晶显示器显示必要的菜单和数据。

【关键词】: RFID、读卡器、S50射频卡、下位机、上位机ABSTRAC【ABSTRAC】:As science and technology development and the needs ofmodern life, electornic wallet is being used more and more frequent, especially the non-contact IC card. This paper describes the design of RFID reader. The design can be divided into working processes: (1) lower computer through the menu choose to work offline or online. (2) the use of MFRC500 RF card reader for S50. (3) control the host computer to send commands and receive the next crew came back the next crew feedback data.(4) 12864 lower computer use LCD menu and show the necessary data. 【Key words】:RFID、Card Reader、S50 RF Card、MCU、PC第一章前言 (1)第二章方案论证与比较 (2)2.1 微控制器选择 (2)2.2 显示模块选择 (2)2.3 读卡器模块方案选择 (2)2.4 天线方案选择 (3)第三章系统方案设计 (4)3.1 总体系统设计 (4)3.2 系统各部分方案 (4)3.2.1 主控模块 (4)3.2.2 读卡部分模块 (4)3.2.3 显示警告模块 (4)3.2.4 通信下载模块 (4)第四章硬件设计 (5)4.1 下位机部分 (5)4.1.1 主控电路 (5)4.1.2 显示模块 (6)4.1.3 通信下载模块 (6)4.1.4 电源模块 (7)4.2 MFRC500模块电路 (7)4.3 RFID读卡器天线 (8)第五章软件设计 (9)5.1 下位机软件设计 (9)5.1.1主函数部分 (9)5.1.2 串口通信部分 (10)5.1.3 MFRC模块功能 (10)5.1.4 液晶显示程序 (11)5.2 上位机设计 (12)5.2.1 MFC核心代码 (12)5.2.2 上位机主窗口设置 (14)第六章系统功能、调试与指标参数 (15)6.1 系统功能 (15)6.2 系统调试 (15)6.2.1 硬件部分调试 (15)6.2.2 下位机调试 (16)6.2.3 上位机调试 (17)6.3 系统指标参数 (17)6.3.1 工作频率 (17)6.3.2 识别距离 (17)6.3.3 天线计算 (18)6.3.4 输出阻抗 (19)第七章设计总结 (20)参考文献： (21)附录A.电路原理图 (22)附录B.源程序 (24)第一章前言随着科学技术的发展和电子商务的需要，电子钱包的技术也在不断地改进和提高。

根据不同的环境和要求，又制造出不同需要的IC 卡，主要分为接触式IC卡和非接触式IC卡。

由于非接触式IC卡的成本和便利，越来越多的非接触式IC卡被应用到生活当中。

随着电子商务的发展，电子钱包被广泛地应用到生活的方方面面，例如：学校一卡通、公交储蓄卡、小区管理、企业管理等。

在众多的应用场合中，各种各样的恶劣环境都可能存在，所以非接触式IC卡的优点就越显得突出：无需插拔、免接触、密封性好、能适应各种恶劣环境、操作方便快捷。

随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成程度也越来越高，单片机已可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器/计数器、串行口等多种功能模块，这就很容易将复杂的计算和控制交由MCU(Micro Control Unit)来处理，组成射频卡的读卡系统。

本设计中，MCU采用STC12C5A60S2，读卡模块部分采用MFRC500集成芯片，用于测试的射频卡是Miafre 1 S50，数据采用12864LCD显示，使用串口与上位机(PC)进行通信。

本设计的主要特点包括：（一）对S50射频卡进行识别并读取数据。

（二）配合上位机进行联机操作。

（三）设计模块化，便于修改、升级。

第二章方案论证与比较2.1 微控制器选择选择一：STC12C5A60S2是STC的增强型8051CPU，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051，便于开发。

工作频率范围0~35MHz，由于是单时钟/机器周期，指令执行速度提升为普通8051的8~12倍。

拥有62K可编程Flash存储器，以及1280Byte SRAM空间。

使用独立的波特率发生器来产生UART串口需要的时钟频率，同时将定时器1释放供精确延时使用。

选择二：普通8051CPU，如STC89C52只有8K的Flash存储器以及512Byte RAM空间，时钟采用12分频，指令的执行速度与STC12C5A60S2相比要慢很多。

在本设计中，需较大的Flash空间来烧写程序以及保存数据；同时，需要更高的执行速度来处理MFRC500返回的数据，且能及时接收处理上位机下发的控制指令。

综上所述，本设计采用STC12C5A60S作为主要的控制器。

2.2 显示模块选择选择一：LED数码管，成本低，电路搭建简便；但功耗较大，显示范围仅有“0~F”，。

选择二：12864液晶显示模块内置字库，接口简单，支持字符汉字及自定义图标显示，具有反白效果，可视范围大，可实现更丰富的窗口设计。

综上，在本设计中，采用LCD12864作为显示模块。

2.3 读卡器模块方案选择目前，主要有两种方案可供选择，一是使用分立元件搭建读卡模块，二是使用集成芯片来搭建读卡模块。

射频卡采用曼彻斯特码，使用分立元件搭建读卡模块后，编码解码的工作就交由处理器来进行处理，当中要求开发者对曼彻斯特编码有比较深入的认识了解。

而使用集成芯片，如本设计采用的MFRC500，可以将编码解码任务交付集成芯片来完成，并且该芯片还自带了调制解调电路。

因为集成芯片的高度集成，可以大大缩减读卡器的开发周期以及开发难度，故在本设计中，采用集成芯片方案作为读卡器模块的首选方案。

2.4 天线方案选择因为本设计中，采用的载波频率为13.56MHz，所以天线可以使用PCB导体的形式存在，而不需要另外绕制天线线圈，但需要对天线进行计算。

在MFRC500的使用手册中，有相应的计算公式以及匹配电容的配对表，可以通过查表的方式对天线进行绘制。

第三章系统方案设计3.1 总体系统设计本系统由主控模块对数据进行处理，读卡模块对IC卡进行通信，显示警告模块对异常情况进行分类指示，最后通过上位机模块跟PC建立连接，并进行IC 卡操作与信息交换。

3.2 系统各部分方案3.2.1 主控模块由主控芯片STC12C5A60S2 、震荡电路及复位电路组成。

3.2.2 读卡部分模块使用产于Philips公司的RC500，应用于13.56MHZ非接触式通信中高集成读卡IC，支持ISO14443层，直接匹配天线，接口使用并行口和复用的地址和数据总线。

3.2.3 显示警告模块由LCD12864、点触按键和蜂鸣器构成。

液晶与按键配合，使用反白功能实现菜单动态的效果；LCD12864与CPU直接8-位并行连接；蜂鸣器经NPN三极管触发发出一定频率警报声。

3.2.4 通信下载模块由MAX232组成的串口电路可以实现TTL与RS232C电平间转换（RS232C 电平通信距离更远），组成可靠的串口通信，使核心板与上位机具有良好的交互通道，同时还为STC单片机提供了ISP下载功能第四章硬件设计4.1 下位机部分4.1.1 主控电路图5-1 主控电路4.1.2 显示模块图5-2 显示模块接口电路4.1.3 通信下载模块图5-3 通信下载电路4.1.4 电源模块图5-4 稳压电源电路4.2 MFRC500模块电路图5-5 MFRC500模块电路4.3 RFID读卡器天线图5-6 天线PCB第五章软件设计5.1 下位机软件设计5.1.1主函数部分流程图如下：int main (void){char idata ssst;System_init();ssst=M500PcdConfig(); // 配置RC500// must be call in the initialisationif(ssst!=MI_OK) // 若初始化不成功，则灯连续闪烁{while(1){Beep(1);LED_flash(1);}}M500PcdMfOutSelect(mfout);// 选择内部信号到管脚MFOUT 输出，以便调试// mfout=2表示按Miller编码的内部调制信号M500PcdRfReset(0); // Tx2RF-En, Tx1RF-En disableBeep(1);Main_Menu(); //★★进入主面板while(1){key_temp = key_scan();switch(key_temp){case KEY_OK: EventOk();break;case KEY_UP: Mmenu++;Main_Menu();break;case KEY_DOWN: Mmenu--;Main_Menu();break;default: break;}}}5.1.2 串口通信部分void UART_INIT() //串口初始化void Sent_Byte(unsigned char Sdata) //发送一个字节void Sent_String(unsigned char *pt_send) //发送一个字符串void PrintSN_UART(unsigned char *SN,unsigned char size) // 打印卡的序列号void PrintTypes_UART(unsigned char *Types) // 打印卡的型号void PrintSize_UART(unsigned char Size) // 打印卡的容量5.1.3 MFRC模块功能使用定时器0进行精确延时，以满足RC500模块严格的时序要求/*--------------------------------------- RC500模块写命令字------------------------------------*/ char M500PcdCmd(unsigned char cmd,volatile unsigned char* send,volatile unsigned char* rcv,volatile MfCmdInfo *info)/*------------------------------------ RC500配置---------------------------------------*/char M500PcdConfig(void)/*-------------------------------------对卡轮询-----------------------------------------*/char M500PiccRequest(unsigned char req_code, unsigned char *atq)/*--------------------------------------冲突处理---------------------------------------*/char M500PiccAnticoll(unsigned char bcnt,unsigned char *snr)/*-------------------------------------------选卡操作---------------------------------------------*/char M500PiccSelect(unsigned char *snr, unsigned char *sak)/*-------------------------------------------读取卡基本信息------------------------------*/void ReadCardInformation(uchar *card_types,uchar *card_sn,uchar *card_size,uchar *SendBuf)/*----------------------------------读取卡中对应块数据----------------------------------*/void ReadCardBlockdata(uchar *card_types,uchar *card_sn,uchar *card_size,uchar *Blockdata,uchar BlockNum,uchar *SendBuf)/*--------------------------------往卡中对应块写入数据----------------------------------*/void WriteCardBlockdata(uchar *card_types,uchar *card_sn,uchar *card_size,uchar *Blockdata,uchar BlockNum)5.1.4 液晶显示程序/*---------------------------------LCD12864初始化-------------------------------*/void init_lcd (void)/*--------------------------------显示汉字或字符--------------------------------------*/void chn_disp (uchar code *chn)/*---------------------------------清DDRAM-------------------------------------------*/void clrram (void)/*-----------------------------LCD12864命令字和数据写入---------------------------------*/void wr_lcd (uchar dat_comm,uchar content)/*-------------------------------任意坐标显示符号或者汉子--------------------------------------------*/void LcdDisp(uchar row,uchar column,uchar *temp,uchar length)/*-----------------------------------任意坐标长度实现反白效果-------------------------------------------*/void ConDisp(uchar color,uchar row,uchar column,uchar length)5.2 上位机设计5.2.1 MFC核心代码/*----------------串口初始化----------------------*/void CSerial_FinalDlg::OnComopen(){// TODO: Add your control notification handler code herePort = GetDlgItemInt(IDC_COMNUM);int Bnd = GetDlgItemInt(IDC_COMBND);switch(Bnd){case 9600 : Bnd = 0x0c;break;case 57600: Bnd = 0x0f;break;case 115200: Bnd = 0x10;break;default: Bnd = 0x0c;break;}if(SIO_OK!=sio_open(Port)){MessageBox("打开串口失败！");}else{sio_ioctl(Port,Bnd,DA TABITS|STOPBITS|PARITY);sio_cnt_irq(Port,CntIrq,1);MessageBox("打开串口成功！");}}/*---------------------串口接收线程----------------------*/void CSerial_FinalDlg::OnPcomm(){int Str_Len = 0;int time_out=0;CString temp;do{memset(Buf_Rec,'\0',200);Str_Len = sio_read(Port,Buf_Rec,100); //读取串口数据至Buf_Rec[200]中if((Str_Len!=Buf_Rec[0])&&(time_out==0)) //判断所接收的数据个数是否与发送吻合{// MessageBox("接收错误！");sio_putch(Port,REC_NO); //不吻合，则向下位机发送接收错误命令}time_out++;}while((Str_Len!=Buf_Rec[0])&&(time_out<3));if(Str_Len==Buf_Rec[0]){sio_putch(Port,REC_OK); //吻合，则向下位机发送接收成功命令if(Buf_Rec[1]==RC500_INFO) //对相应命令字解析后触发动作{InfoDisp(Buf_Rec); //显示卡的信息//MessageBox("查询完毕！");}else if(Buf_Rec[1]==RC500_RD_BLOCK){BlockRead(Buf_Rec); //显示返回数据块的信息}//else//{// sio_putch(Port,REC_NO); //无效命令，则向下位机发送接收错误命令// MessageBox("无效命令！");// }}}5.2.2 上位机主窗口设置图5-1 窗口设置第六章系统功能、调试与指标参数6.1 系统功能主控芯片对串口、RC500、液晶初始化，接着通过按键及液晶选择面板菜单进入相应模式，如“测试模式”：旨在测量卡的接受范围；“脱机模式”：控制RC500跟IC卡建立通信交换信息，结果异常或者成功，蜂鸣器都会做出相应指示，数据返回处理显示与LCD1286上；“联机模式”：通过串口与PC机建立连接，上位机通过一定的通信协议进行数据交换并处理，最后显示与窗口中。