MFRC500射频卡识别电路的设计

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2工作电压:5.5V到3.3V(5V单片机)/3.8V到2.0V(3V单片机)
3工作频率范围:0到40MHZ,相当于普通8051的0到80MHZ,实际工作频率可达48MHZ。
4用户应用程序空间:4K/8K/13K/16K/32K/64K字节。
5片上集成1280字节或512字节RAM.
6通用i/o口40,复位后为P1/P2/P3/P4/是双向口/弱上拉(普通8051传统i/o口):p0口是开漏输出,作为总线扩展用时,不用加上拉电阻,作为i/o口用时,需加上拉电阻。
4) 安全性好。MIFARE 卡的序列号是全球唯一的,不可以更改;读写时卡与读写器之间采用三次双向认证机制,互相验证使用的合法性,而且在通讯过程中所有的数据都加密传输;此外,卡片各个分区都有自己的读写密码和访问机制,卡内数据的安全得到了有效的保证。
5)适合于一卡多用。MIFARE 卡的存贮结构及特点(大容量--16分区、1024字节),能应用于不同的场合或系统,尤其适用于学校、企事业单位、智能小区的停车场管理、身份识别、门禁控制、考勤签到、食堂就餐、娱乐消费、图书管理等多方面的综合应用,有很强的系统应用扩展性,可以真正做到“一卡多用”。
6.1论文的主要研究成果13
MFRC50射频卡识别电路的设计
摘要:随着经济建设的不断发展,社会经济活动的日益增长,对于公共交通行业、无线通信领域、卫生保健行业、封闭式场所管理、身份识别、电话通信、大楼保安系统等,人们亦愈来愈多地开始接受和使用IC智能卡。特别是银行服务系统,IC智能卡替代流行多年的磁卡而服务于大众已日渐成熟。并且“一卡通”,一卡多用,给我们生活质量带来了很大的提高。IC智能卡自动电表抄表系统、煤气/自来水抄表系统、公交/地铁自动售票/检票系统、移动通信手机中IC智能SIM卡等,已愈来愈贴近我们的生活,成为我们生活的一部分。“刷卡”已成为人们日常生活中不可或缺的一部分
Never
KeyB
1
0
1
Never
Never
KeyA|B
KeyB
Never
Never
1
1
1
Never
Never
KeyA|B
Never
Never
Never
例如:当块3的存取控制位C13 C23 C33=1 0 0时,表示:
密码A:不可读,验证KEYA或KEYB正确后,可写(更改)。
存取控制:验证KEYA或KEYB正确后,可读、可写。
Never
KeyA|B
Never
KeyA|B
Never
1
0
0
Never
KeyB
KeyA|B
Never
Never
KeyB
1
1
0
Never
Never
KeyA|B
Never
Never
Never
0
0
1
Never
KeyA|B
KeyA|B
KeyA|B
KeyA|B
KeyA|B
0
1
1
Never
KeyB
KeyA|B
KeyB
密码B:验证KEYA或KEYB正确后,可读、可写。
2.3
射频卡的电气部分由天线、1 个高速(106 KB 波特率) 的RF 接口、1 个控制单元和1 个8K 位EEPROM 组成。其工作原理如下:读写器向射频卡发一组固定频率的电磁波,卡片内有1 个LC 串联谐振电路,其频率与读写器发射的频率相同,在电磁波的激励下,LC 谐振电路产生共振,从而使电容内有了电荷,在这个电容的另一端,接有1 个单向导通的电子泵,将电容内的电荷送到另一个电容内储存,当所积累的电荷达到2V 时,此电容可作为电源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。
验证密码B正确后可写;不能进行加值、减值操作。
7、控制块块3的存取控制与数据块(块0、1、2)不同,它的存取控制如下:
密码A
存取控制
密码B
C13
C23
C33
Read
Write
Read
Write
Read
Write
0
0
0
Never
KeyA|B
KeyA|B
Never
KeyA|B
KeyA|B
0
1
0
Never
C2X
C3X
Read
Write
Increment
Decrement, transfer,
Restore
0
0
0
KeyA|B
KeyA|B
KeyA|B
KeyA|B
0
1
0
KeyA|B
Never
Never
Never
1
0
0
KeyA|B
KeyB
Never
Never
1
1
0
KeyA|B
KeyB
KeyB
KeyA|B
0
0
3.2射频部分7
3.3串行通信电路7
3.4声音提示部分8
3.5天线电路9
3.6Protel DXP 电路设计10
4软件的设计11
4.1Mifare1 卡操作流程11
4.2模块的主要操作11
4.3模块部分程序11
5系统调试12
5.1硬件电路调试12
5.2软件调试12
5.3软硬件综合调试12
6总结和展望13
2)抗干扰能力强。MIFARE 卡中有快速防冲突机制,在多卡同时进入读写范围内时,能有效防止卡片之间出现数据干扰,读写设备可一一对卡进行处理,提高了应用的并行性及系统工作的速度。
3)可靠性高。MIFARE 卡与读写器之间没有机械接触,避免了由于接触读写而产生的各种故障;而且卡中的芯片和感应天线完全密封在标准的PVC中,进一步提高了应用的可靠性和卡的使用寿命。
7.isp(在系统可编程)/iap(在应用可编程),无需专用编程器,无需专用仿真器可通用过串口(RXD/P3.0,TXD/P3.1)直接下载用户程序,数秒即可完成一片
2
块3
密码A 存取控制 密码B
控制块
3
块0
数据块
4
扇区1
块1
数据块
5
块2
数据块
6
块3
密码A 存取控制 密码B
控制块
7



0
数据块
60
扇区15
1
数据块
61
2
数据块
62
3
密码A 存取控制 密码B
控制块
63
2、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。
C12_b
C11_b
C10_b
字节7
C13
C12
C11
C10
C33_b
C32_b
C31_b
C30_b
字节8
C33
C32
C31
C30
C23
C22
C21
C20
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
非接触式IC卡读卡器的硬件电路由几部分组成,硬件电路框如图所示。下面将分别介绍各个部分的设计。
图3-1硬件电路框
3.1 MCU
MCU控制部分是非接触式IC卡读卡器的控制核心,主要负责对射频基站部分的初始化工作,对串行通讯部分进行初始化,控制通讯部分完成于上位机进行串行数据的通讯,接受上位机的命令,通过控制射频部分完成对IC卡进行各种操作。
Mifare卡是一种智能卡(smart card),内建有中央微处理机(MCU)和ASIC等,使卡在安全保密性、认证逻辑、算术运算等微操作控制有序进行。Mifare卡读写器的设计一般用PHILIPS公司生产的读写模块MCM200或MCM500。
我们所用的为PHILIPS公司Mifare1卡。M1卡为8K位的非接触式IC卡。
非接触式IC卡读写器是非接触式IC卡应用系统的关键设备之一,随着全球信息化的发展,IC卡在全球的应用越来越广泛,他具有安全性高、可靠性强、存储量大、便于携带等特点,在用户多需求的理念促使下,IC技术走向一卡多用的阶段。文中介绍的非接触式射频卡读写器是基于单片机STC89C52RD与Philips公司的MF RC500嵌入式读写芯片设计开发的。它能完成对Mifare1卡所有读写及控制操作,并且还可以方便的嵌入到其他系统(如:门禁,公交)中,成为用户系统的一部分。
2 Mifare1
2.1
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
工作温度:-20℃~50℃
工作频率:13.56MHZ
1.2
IC卡按卡与外界数据传送的形式不同,分为接触式IC卡和非接触式IC卡。接触式IC卡通过8个触点从读写器获取能量和交换数据;非接触式IC卡通过射频感应从读写器获取能量和交换数据,所以非接触式IC卡又叫射频卡。现在常见的是接触式IC卡,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正确地插入到读写器的口槽才能完成数据交换。这样,在公交、考勤等需要频繁读写卡的场合就很不方便,而且IC卡的触点暴露在外,容易损坏和搞脏而造成接触不良。非接触式IC卡是根据电磁感应原理产生的。它的读写操作只需将卡片放在读写器附近一定的距离之内就能实现数据交换,无需任何接触,使用非常方便、快捷,不易损坏。因此,在公交、门禁、校园、企事业人事管理等方面有广泛的应用前景。目前我国引进的射频IC卡主要有PHILIPS公司的Mifare卡和ATMEL公司的Temic卡。而PHILIPS公司的Mifare卡现在是市场的主流产品,应用越来越广。其典型型号为Mifare1 S50,它有8K字节E2PROM用于存放数据,分成16个区,每个区都有自己独立的密码,完善的安全机制使之具有一卡多用的特性。
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:
毕业设计(论文)
论文题目:MFRC500射频卡识别电路的设计
系别:
专业:
班级:
学号:
学生姓名:
指导教师:
1.2Mifare One非接触IC射频卡种类2
2Mifare1 射频卡的结构和工作原理3
2.1Mifare1电气特性3
2.2结构和组成3
2.3工作原理4
3读写硬件电路的设计6
3.1MCU控制部分6
单片机选用STC89C52RC,该单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰,高速,低功耗的单片机,指令代码完全兼容传统8051单片机,支持ISP(在系统编程)/LAP(在应用可编程),可通过串口(P3.0、P3.1)直接下载程序。
STC89C52RC主要工作特性
1增强型stc89c52单片机,6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可任意选择,指令代码完全兼容传统8051
关键词:MF RC500Mifare技术射频IC卡 读写器
1
1.1
MIFARE 卡是目前世界上使用量最大、技术最成熟、性能最稳定、内存容量最大的一种感应式智能IC卡。其除了保留接触式IC卡的原有优点外,还具有以下优点:
1) 操作简单、快捷。由于采用射频无线通讯,使用时无须插拔卡及不受方向和正反面的限制,所以非常方便用户使用,完成一次读写操作仅需0.1秒,大大提高了每次使用的速度,既适用于一般场合,又适用于快速、高流量的场所。
1
KeyA|B
Never
Never
KeyA|B
0
1
1
KeyB
KeyB
Never
Never
1
0
1
KeyB
Never
Never
Never
1
1
1
Never
Never
Never
Never
(KeyA|B表示密码A或密码B,Never表示任何条件下不能实现)
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;
通信速率:106KBPS
读写距离:100mm以内(与读写器有关)
数据保存期为10年,可改写10万次,读不限次
2.2
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1Fra bibliotek数据块
1
块2
数据块
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:
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:
对块0的控制:
bit 7 6 5 4 3 2 10
字节6
C20_b
C10_b
字节7
C10
C30_b
字节8
C30
C20
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 65 4 3 2 10
字节6
C23_b
C22_b
C21_b
C20_b
C13_b
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