本设计主要是完成IC卡读写器的设计-电子信息工程毕业论文

本设计主要是完成IC卡读写器的设计-电子信息工程毕业论文1 概述1.1 课题研究的背景随着社会的进步和现代化程度的不断提高，人类所拥有的信息种类和数量都在成倍增加，人们每天都要处理许多与个人有关的信息，如购物、，这样就需要携带多种票证、现金、单据，给人们带来极大的不便和不安全感。

于是，人们开始寻求一种具有支付、查询、密码查验等多功能及携带方便、安全可靠的“卡”。

IC卡就是随着计算机技术、微电子技术和信息化技术的发展应运而生的一种现代社会重要的信息载体和交易工具。

1972年，法国人罗兰·莫雷诺(Roland Moreno)第一次将可进行编程设置的IC芯片放在卡片中，使卡片具有了存储、加密及数据处理能力等功能，这就是早期的IC卡。

1976年法国布尔(Bull)公司研制出世界第一枚IC卡。

早期的IC卡系统是接触式的，它有其本身不可克服的缺点，如接触磨损、交易速率慢、难以维护、基础设施投入大等。

随着信息业和服务业的全球化，在一些场合，对信息载体的便携性、安全性及易用性等方面提出更高的要求，于是非接触式IC卡以其无机械磨损、容易维护、方便使用等优点，成为IC卡中潜力最大的新军而备受国内外业界的瞩目。

非接触式IC卡系统是当今世界先进的射频技术和IC卡技术相结合的产物，是世界上最近几年发展起来的一项新技术，它成功地将射频识别技术和IC技术结合起来，解决了无源和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破，使卡片在靠近读写器表面时即可完成卡中数据的读写操作。

非接触式IC卡一经问世，便立即引起广泛的关注。

非接触式IC卡操作方便、抗干扰性高、可靠性高、安全性高的特点，使得它在一些接触式IC卡不适用或者无法使用的场所，具有无可比拟的优势，被广泛应用于公交、收费、门禁系统、考勤系统等领域。

1.2课题的意义随着社会的进步和现代化程度的不断提高，人类所拥有的信息种类和数量都在成倍地增长，而这些信息管理十分不便。

IC卡因具有信息容量大、信息稳定、体积小、不易损坏等优点而在实际生活中应用范围非常广泛，如餐卡、公交卡、银行卡、停车卡等。

国外的IC卡性能比较好，安全性比较可靠，但价格比较高，而国内的IC 卡价格比较便宜，但性能存在一些不足。

基于这些原因我们希望完成针对IC卡读写的设备设计的项目。

本项目采用Philips公司的MFRC500原装芯片设计读写卡电路，设备使用方便、成本低廉、贴近生活、实用性强。

1.3 本课题设计的主要工作和任务本设计主要是完成IC卡读写器的设计，主要实现以STC89C52为主控制器芯片，通过MFRC500阅读器芯片能够对M1卡进行序列号的读取，对数据块的读写，能够通过按键进行数据的增值减值的操作，将读取到的数据在LCD1602上显示的功能。

本设计的主要任务有：1.IC卡和读写芯片的选型。

2.明白MFRC500芯片的工作原理。

3.了解M1卡的工作原理。

4.天线电路的设计。

5.实现MFRC500和M1卡的通信，能够对M1卡进行读写和增值减值的操作。

经实际操作验证，系统可以较好的工作。

本文结构如下：1. 介绍课题研究的背景和意义，讲了IC卡的发展过程；2. 系统方案的选取与确定，分析单片机功能并选择合适单片机。

详细介绍了智能IC卡读写器的硬件系统的构成，硬件系统主要包括电源电路，单片机控制电路，MFRC500阅读器电路，天线部分电路，键盘控制电路及LCD1602显示电路等；3.系统软件设计部分,介绍了系统软件设计的主要思路和流程图；4.实验板安装调试与测试过程,主要介绍硬件电路的安装和调试和测试过程；5.结束语,对系统进行总结，对未来进行展望。

2系统方案选取与确定智能IC卡读写器的系统方案设计主要分为两个主要的部分：一是系统的硬件设计要确定电路中每个器件的选择，和整个系统的总体硬件方案；二是系统的软件设计方案，主要是包括软件设计的流程图和部分功能的程序。

在该硬件系统设计中系统的元器件要通过不断的查阅资料，学习与本设计相关的知识等，并且反复对系统的硬件设计方案进行论证，通过学习小组的讨论和老师的论证，最终确定了系统的设计方案，下面将详细讲述各部分的器件的选材及在本设计中的具体应用。

2.1 IC卡选型目前经常接触到的IC卡有两种：接触式和非接触式的IC卡。

接触式的IC卡通过机械触点从读写器获取能量和交换数据；非接触式IC卡通过线圈射频感应从读写器获取能量和交换数据，所以又称射频卡。

日前在社会上常见的是接触式IC卡，它具有存储量大，可实现一卡多用等功能。

但是，这类卡的读写操作速度较慢，操作也不方便，每次读写时必须把卡插入到读写器中才能完成数据交换，这样在读写卡片频繁的场合就很不方便，而且读写器的触点和卡片上IC卡的触脚暴露在外，容易损坏和搞脏而造成接触不良。

非接触式智能卡又称射频卡，是近几年发展起来的新技术。

它是根据射频电磁感应原理产生的，它的操作只需将卡放在读写器一定距离内就能实现数据交换。

它成功地将射频识别技术和IC卡技术结合起来，将具有微处理器的集成电路芯片和天线封装于塑料基片之中。

读写器采用兆频段及磁感应技术，通过无线方式对卡片中的信息进行读写并采用高速率的半双工通信协议。

其优点是应用范围广、操作方便。

因此，在公交、门禁、娱乐场所等方面有广泛的应用前景。

目前我国引进的射频卡主要以PHILIPS公司的MIFARE卡为主。

本系统中使用的是PHILIPS公司的MF1 IC S50，其属于TYPEA型卡，下面对其做一些简述：Mifare1 IC卡的核心是PHILIPS公司MF1 IC S50系列微模块，它确定了卡片的特性以及卡片读写器的诸多性能。

Mifare1 IC智能卡内建有高速的MCU，卡片上除了IC微晶片及一副高效率天线外，无任何其他元件；卡片上无源，工作时的电源能量由读写器天线发送无线电载波信号耦合到卡片上天线而产生电能；它与读写器通信使用握手式半双工通信协议。

M1卡如图2-1所示：图2-1Mifare1 S50 卡2.1.1读卡模块介绍非接触式IC卡读写模块以射频识别技术为核心，读写模块主要使用专用的读写处理芯片，它是读/写操作的核心器件，其功能包括调制、解调、产生射频信号、安全管理和防碰撞机制。

其内部结构分为射频区和接口区：射频区内含调制解调器和电源供电电路，直接与天线连接；接口区有与单片机相连的端口，还具有与射频区相连的收/发器、数据缓冲器、防碰撞模块和控制单元。

这是与智能IC卡实现无线通信的核心模块，也是读写器读写智能IC卡的关键接口芯片。

其工作时，不断地向外发出一组固定频率的电磁波，当有卡靠近时，卡片内有一个LG串联谐振电路，其频率与读写器的发射频率相同，这样在电磁波的激励下，LG谐振电路产生共振，从而使电容充电有了电荷。

在这个电容另一端，接有一个单向导电的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储。

当电容器充电达到一定电压值时，此电容就作为电源为卡片上的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发出的数据并保存。

其工作过程如下:第一，读卡模块将载波信号经天线向外发送；第二，卡进入工作区域后，卡内天线和电容组成的谐振回路接收读卡模块发射的载波信号，射频接口模块将其转换成电源电压、复位信号，使卡片激活；第三，存取控制模块将存储器中信息调制到载波上，经卡上天线送给读卡模块；第四，读卡模块对接收到的信号进行解调、解码后送给单片机处理；第五，单片机根据卡号的合法性，针对不同应用做出相应的处理和控制。

2.1.2 Mifare 1 S50非接触IC卡介绍主要指标●容量为8K位EEPROM,分为16个扇区，每个扇区为4块，每块16个字节,以块为存取单位；●每个扇区有独立的一组密码及访问控制；●每张卡有唯一序列号，为32位；●具有防冲突机制，支持多卡操作；●无电源，自带天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路；●数据保存期为10年，可改写10万次，读无限次；●工作温度：-20℃~50℃(湿度为90%)；●工作频率：13.56MHZ；●通信速率：106 KBPS；●读写距离：10 cm以内（与读写器有关）。

存储结构1、M1卡分为16个扇区，每个扇区由4块（块0、块1、块2、块3）组成，（我们也将16个扇区的64个块按绝对地址编号为0~63，存贮结构如下图所示：块0 数据块0扇区0 块1 数据块 1块2 数据块 2块3 密码A 存取控制密码控制块 3B块0 数据块 4扇区1 块1 数据块 5块2 数据块 6控制块7块3 密码A 存取控制密码B∶∶∶0 数据块60扇区1 数据块61152 数据块62控制块633 密码A 存取控制密码B2、第0扇区的块0（即绝对地址0块），它用于存放厂商代码，已经固化，不可更改。

3、每个扇区的块0、块1、块2为数据块，可用于存贮数据。

数据块可作两种应用：★用作一般的数据保存，可以进行读、写操作；★用作数据值，可以进行初始化值、加值、减值、读值操作。

4、每个扇区的块3为控制块，包括了密码A、存取控制、密码B。

具体结构如下：A0 A1 A2 A3 A4 A5 FF 07 80 69 B0 B1 B2 B3密码A（6字节）存取控制（4字节）密码B（6字节）5、每个扇区的密码和存取控制都是独立的，可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。

存取控制为4个字节，共32位，扇区中的每个块（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，在存取控制中每个块都有相应的三个控制位,定义如下：块0：C10 C20 C30块1：C11 C21 C31块2：C12 C22 C32块3：C13 C23 C33三个控制位以正和反两种形式存在于存取控制字节中，决定了该块的访问权限（如进行减值操作必须验证KEY A，进行加值操作必须验证KEY B，等等）。

三个控制位在存取控制字节中的位置，以块0为例：对块0的控制：bit 7 6 5 4 3 2 1 0字节6 C20_b C10_b字节7 C1C30_b字节8 C3C20 0字节9( 注：C10_b表示C10取反)存取控制（4字节，其中字节9为备用字节）结构如下所示：bit 7 6 5 4 3 2 1 0字节6 C23_b C22_b C21_b C20_b C13_b C12_b C11_b C10_b字节7 C13C12 C11C1C33_b C32_b C31_b C30_b字节8 C33 C32C31C3C23C22C21C2字节9(注：_b表示取反)6、数据块（块0、块1、块2）的存取控制如下：控制位（X=0..2）访问条件（对数据块0、1、2）C1X C2X C3X Read Write Increment Decrement, transfer,Restore0 0 0 KeyA|B KeyA|BKeyA|BKeyA|B0 1 0 KeyA|NeverNeverNeverB1 0 0 KeyA|B KeyBNeverNever1 1 0 KeyA|B KeyBKeyBKeyA|B0 0 1 KeyA|B NeverNeverKeyA|B0 1 1 KeyB KeyBNeverNever1 0 1 KeyB NeverNeverNever1 1 1 Never NeverNeverNever例如：当块0的存取控制位C10 C20 C30=1 0 0时，验证密码A或密码B正确后可读，验证密码B正确后可写；不能进行加值、减值操作。