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1、 南 京 工 程 学 院毕业设计说明书(论文)作 者： 陈志清 学 号： 240102513 系 部： 专 业： 电子信息 题 目： 基于单片机的IC卡读卡器下位机设计 指导者： 徐伟业 讲师 评阅者： 2014 年 6 月 南 京Microcontroller-based lower computer design of IC card readerA Dissertation Submitted toNanjing Institute of TechnologyFor the Academic Degree of Bachelor of ScienceByZhiqing ChenSuper
2、vised byLecturer Wei-ye Xu School of Communication EngineeringNanjing Institute of TechnologyJune 2014 摘 要信息领域发展的一个分支智能卡即IC（IntegratedCircuit）卡。本文介绍一种基于AT89C52单片机的射频IC卡读写器系统，该系统主要由AT89C52单片机、射频IC卡读写模块、天线及RS485通讯接口组成。非接触式IC卡又称射频IC卡。是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与IC卡技术结合起来，解决了无源(卡中无源)和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突
3、破。具有操作快捷、抗干扰性强、工作距离远、安全性高、便于“一卡多用”等特点，在自动收费、身份识别和电子钱包等领域具有接触式IC卡所无法比拟的优越性，具有广阔的市场前景。非接触式IC卡读卡器是非接触式IC卡应用系统的关键设备之一。本文首先对非接触式IC卡进行了综合概述，详细介绍了其种类、特点、关键技术等，并介绍了非接触式IC卡的关键技术：射频识别技术。读卡器的硬件设计包括电源供应电路、LED状态显示电路、蜂鸣器驱动电路、RS232通信电路、MCU的连接、MFRC500接口电路和读卡器天线这几部分的设计，以及MFRC500与MCU接口电路设计、与电源接口电路设计和与天线射频接口电路设计三个部分。随
4、着射频技术的推广，IC卡已经广泛应用于公共交通终端、手持终端、非接触式PC终端等各个非接触式通信场合。 Abstract：A branch ofthe field of informationdevelopments is IC .This paper describes a radio frequency based on AT89C52 microcontroller IC card reader system, the system consists of AT89C52 microcontroller, RF IC card reader modules, antennas and R
5、S485 communication interface.Non-contact IC card, also known as IC card RF. In recent years developed a new technology, it will be the success of radio frequency identification technology and IC card technology together to solve the passive (passive card) and free access to this difficult problem, t
6、he field of electronic devices is a major breakthrough. Operation with fast, strong anti-interference, distance work, safe, easy, a multi-purpose card and so on, in the automatic toll collection, identification and electronic purse and other fields of contactless IC card can not match the superiorit
7、y of have broad market prospects. Non-contact IC card reader non-contact IC card application system, one of the key equipment.In this paper, first non-contact IC card are summarized on the characteristics of the types of key technology. And introduced the non-contact IC card technology: radio freque
8、ncy identification technology. Reader hardware design, including power supply circuit, LED status display circuit, buzzer driver circuit, RS232 communication circuit, MCU connection, MFRC500 reader antenna interface circuit and the design of these parts, as well as with the MCU interface circuit MFR
9、C500 design, and Power Interface Circuit Design and RF antenna interface circuit design is in three parts. With RF technology promotion, IC card has been widely used in public transport terminals, handheld terminals, non-contact PC terminals and other non-contact communication applications.Keywords:
10、 Contactless IC Card；Read-Write Device；MF-RC500；Radio Frequency Identification；目 录第一章 绪论1.1 毕业设计任务分析 1.2 课题研究的背景和意义7 1.3 目前国内外研究现状8 1.4 本课题设计的主要工作和任务9第二章 非接触式IC卡综述10 2.1非接触式IC卡主要特点10 2.2 非接触式IC卡几种类别102.3非接触式IC卡关键技术11第三章 读卡器系统方案设计与实现14 3.1读卡器基本原理14 3.2 各模块方案选择15 3.3总体方案确定21第四章 非接触式IC卡技术23 4.1射频识别技术23
11、 4.2 主程序的设计23第五章系统硬件设计与实现14 5.1 显示模块14 5.2 MF-RC500读写模块155.2.1 MF-RC500介绍155.2.2 天线模块的设计175.2.3 MF-RC500与AT89S52连接图20第五章 系统调试34第六章 总结与展望36致 谢37参 考 文 献38附录A 总电路图40附录B 读/写卡源程序41第一章 绪论1.1 毕业设计分析本次我的设计任务是基于非接触式IC卡的读写器的硬件部分。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。非接触式IC卡是根据射频电磁感应原理产生的。已的读写操作只需将卡片放在读写器附近一定的距
12、离之内就能实现数据交换，无需任何接触，使用中非常方便、快捷，不易损坏。因此，在公交、门禁、校园、企事业等人事管理、娱乐场所等方面有广泛的应用前景。系统硬件主要包括微型单片机AT89C51、MFRC500、时钟电路、匹配电路及接口等外围电路。非接触式IC卡读写器以射频识别技术为核心，读写器内主要使用了1片Mifare卡专用的读写处理芯片MMM微模块。已是一个小型的最大操作即离达20-30mm的Mifare读/写设各的核心器件，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。读写器工作时，不断地向外发出一组固定频率的电磁波(13. 6MHz)，当有卡靠近时，卡片内有一个LG串联谐振电路，
13、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2V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与保存。1.2 课题研究的背景和意义IC卡是集成电路卡(IntegratedCircuitCard)的英文简称，在有些国家也称之为智能卡、微芯片卡等，IC卡是在较为原始的磁卡的基础上发展起来的，它的最初专利权，这就是早期的IC卡1。1976年法国布尔(Bull)公司研制出世界第一枚IC卡，设想是由日本人提出来
14、的。1969年12月，日本的有村国孝提出一种制造安全可靠法国的罗兰莫雷诺(RolandMoreno)发明了带集成电路芯片的塑料卡片，并取得了的信用卡方法，并于1970年获得专利，那时叫ID卡(IdentificationCard)。 法国的罗兰莫雷诺(RolandMoreno)发明了带集成电路芯片的塑料卡片，并取得了专利权，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2。 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
15、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3。 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4。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
16、等领域5。目前非接触式IC卡有很多不同的标准，如IS014443A和IS014443B等，符合不同标准的卡片在不同的领域内相互渗透和竞争。卡片类型的多样性决定了读卡器的多样性，而市场的多样性则决定了即使是同类型的应用，也可能使用不同类型的卡片，若读卡器只能读取某一种类型的卡片，那么在处理这个应用时，必将需要多台读卡器，造成资源的重复浪费，这样的读卡器必将不能适应市场的需求，这就对读卡器的读卡能力提出了更高的要求6。设计出一种能读取多种类型卡始大量应用于各种“一卡通”系统中，这些应用对读卡器的功能要求越来越高除了传统的对卡号的读取之外，需要能够对卡片进行更高层的数据操作，与PC设备之间能进行信息
17、交流。为了适应这种发展趋势，非接触式IC卡的读卡器的开发与设计也迅速发展起来7。该读写器完成以后，既可独立使用，完成基本功能，外扩简单接口后，就能构成IC卡考勤、门禁、售饭一卡通等系统，在公交、校园、娱乐场所等方面有广泛的应用前景。1.3 目前国内外研究现状智能卡的发展历史并不久远，而且全球各地发展不均衡，其中欧洲发展得最早、最好。智能IC卡源于七十年代的欧洲和日本，后来由法国人提出的将处理器置入IC卡卡片中的思想得到了广泛接受，由于其具有完善的密码功能从而有效的解决了智能卡的舞弊行为。随后智能卡在1977-1998年间得到了迅速发展。九十年代初期，智能卡开始应用于GSM数字移动通讯、有线电视
18、的收费等领域。在美国，智能卡发展相对迟缓，但随着智能卡在欧洲的成功使用，其在美国产生巨大影响，尽管如此，美国在智能卡技术等领域仍处于世界领先地位8。 据Innovation国际发明组织统计，2005年10月到2006年9月全世界IC卡硬件产业中，IC卡及其读写设备数量分别为42000万张和877000台，其中法国分别占98%和71%，处于世界领先地位9。目前，法国生产制造的IC卡不仅在数量上领先各国，其应用领域也灵活多样，如在金融、电信、医疗和交通运输等各个领域都有IC卡的应用，其中电子金融卡等己经达到经济生产规模。我国对IC卡行业的发展始于1994年，当时的中央领导特别是江泽民同志高度重视I
19、C卡行业，高瞻远瞩，指示要发展我国自己的IC卡事业，建立“金卡工程”10。虽然至今也只有短短的十几年左右时间，但是己经取得了不小的成就。我国自1994年实施“金卡”工程以来，推动了金融电子化、商业和流通领域电子化的步伐，使我国银行业务得到迅速发展，并逐渐波及医疗、交通、社会保险、税务等领域。在我国，智能卡在各种应用领域全面开花，目前超过10个政府部门和行业推广应用了智能卡1112。近年来，我国的发卡量年增长率达到30%至40%,已成为世界智能卡应用发展最快的国家之一目前在我国，随着金卡工程建设的不断深入发展，IC卡系统已在众多领域获得广泛应用，并取得了初步的社会效益。随着政府管理和支持力度的加
20、大、技术研发水平的提升，IC卡市场竞争格局将发生深刻的变化。随着政府智能卡项目的启动，国内企业技术实力和工艺流程的优化，使得国外品牌市场份额受到很大程度的限制，而国内品牌将会有快速的发展。今后的几年，用向纵深发展的时期。我国IC卡系统市场格局必将由无序走向有序，市场竞争必将由有限走向无限，IC卡系统市场将逐步走向成熟。但是对于尖端的CPU卡及非接触式IC智能射频卡的制卡技术及其相应的读/写卡设备技术，仍处于落后状态。这极大地制约了IC卡行业的发展，特别是在要求有极高安全性和保密性的金融行业中，制约了我国金卡工程的实施和发展13。1.4 本课题设计的主要工作和任务非接触式IC卡代表了IC卡发展的
21、方向，同接触式IC卡相比其独有的优点使其能够在绝大多数场合代替接触式IC卡的使用，而在非接触式IC卡应用系统中非接触式IC卡读卡器是关键设备。根据课题设计要求，本课题将开发一种基于飞利浦公司MF-RC500读卡芯片的非接触式IC卡读卡器，其具有以下特点：能识别TYPEA型卡片，读取卡号，并有防冲突功能；能对TYPEA的卡片进行高层操作；可以使用RS232通信接口输出来与上位机之间通信；可根据实际需求将其作为门禁系统中的读卡器，或者一卡通系统中的读卡器。本设计完成后所要达到的主要指标有：(1) 显示系统：液晶屏显示，能显示系统时钟和卡片信息等；(2) 按键操作：能实现对系统的设置和卡上数据的操作
22、；(3) 机器读卡速度：0.5秒可完成一次打卡过程，读卡距离为5至10厘米；(4) 保密性和防伪性：能辨认卡的密码，非授权范围内的卡作报警处理；(5) 存储容量：每台读写器最多可存储2000条记录。第二章 非接触式IC卡综述2.1 非接触式IC卡主要特点非接触式IC卡无机械触点，通过无线方式与读写设备进行通讯，与接触式IC卡相比具有以下特点：（1）可靠性高：非接触式IC卡与读卡器之间无机械接触，避免了由于接触读写而产生的各种故障，此外，非接触式卡表面无裸露的芯片，无须担心芯片脱落、静电击穿、弯曲损坏等问题，既便于卡片的印刷，又提高了卡片的使用可靠性。同时，由于读卡器可以置于障碍物的后面而不影响
23、它与卡的通讯，可以防止在接触式IC卡的使用过程中对读卡器进行恶意破坏现象的出现。（2）抗干扰性强：非接触式IC卡具有防冲突机制，在多张卡片同时进入读卡器工作范围时能够防止卡片之间出现数据干扰，允许多张卡片同时操作，相对接触式IC卡增加了“并行”处理能力。（3）防冲突：非接触式卡中有快速防冲突机制，能防止卡片之间出现数据干扰，因此，读写器可以“同时”处理多张非接触式IC卡。这提高了应用的并行性，无形中提高了系统工作速度。（4）操作方便快捷：因为是非接触通讯，读写器在15cm范围内就可以对卡片操作，所以不必插拔卡，非常方便用户使用。使用时，卡可以放在钱包、衣服口袋、公文包中无需取出，大大提高了效率
24、。（5）可适合于多种应用：非接触式IC卡的存储结构的特点使其可以一卡多用，而且能用于不同的系统，用户可以根据不同的应用设置不同的密码和访问条件。（6）加密型好：非接触式IC卡的序列号是唯一的，制造商在产品出厂前将此序列号固化于卡内芯片中，不可再更改，使用时非接触式IC卡于读卡器要进行三次相互认证，通讯过程中所有的数据都加密，而且，卡内各个扇区都有自己的操作密码和访问条件。2.2 非接触式IC卡几种类别非接触式IC卡的种类繁多，按照片内IC可分为：l 存储卡卡中的集成电路具有加密逻辑和EEPROM；l 逻辑加密卡-采用密码控制逻辑来控制对EEPROM存储器的访问和改写；l CPU卡也称智能卡，卡
25、内的集成电路中带有微处理器CPU、存储单元（包括随机存储器RAM、程序存储器ROM(FLASH)、用户数据存储器EEPROM）以及芯片操作系统COS。按照工作频率可分为：l 低频卡卡与读卡器间通信使用的频段为低频段，如30kHz300kHz；l 高频卡卡与读卡器间通信使用的频段为高频段，如3MHz30MHz。按照读写方式：l 只读卡IDl 读写卡带EEPROM按照卡内芯片的供电方式可分为：l 有源卡卡内带电池；l 无源卡卡内为设备，工作时由读写设备通过无线方式供电。2.3 非接触式IC卡关键技术非接触式IC卡的工作特点使其在设计和制造过程中存在一些技术难点，主要集中在芯片制造和卡片封装上，这些
26、关键技术是：1、射频技术非接触式IC卡是射频技术和IC卡技术相结合的产物，射频技术主要解决了以下问题： l 必须保证有良好的抗干扰性能，而且还设有防冲突电路；l 卡内有经特殊设计的天线，并埋装在卡内；l 无源设计，由非接触式IC卡读卡器向射频卡发一组固定频率的电磁波，通过卡内电路产生芯片工作所需直流电压； l 由于允许多卡同时操作，要求卡内射频部分具有高抗干扰性，卡内设有“防冲突”电路以解决多张卡片互相干扰的问题。2、低功耗技术无论是按有源方式还是按无源方式设计的非接触式IC卡，一个最基本的要求都需要降低功耗，以提高卡片的寿命和扩大应用场合，可以说降低功耗，同保证一定的距离是同等的重要。卡内芯
27、片一般采取低压低功耗CMOS工艺制造，并在电路设计中采用“休眠模式”等技术以降低功耗。3、封装技术由于非接触式IC卡中需要封装天线、芯片和片外电容等部件，为确保卡片的大小、厚度、柔韧性，需要特殊的封装技术。4、安全技术除了非接触式IC卡的通讯安全技术外，还要以卡用芯片的物理安全技术和卡片制造的安全技术这二个方面再和前者构成其强大的安全体系。非接触式IC卡以卡用芯片的物理安全技术、卡片制造的安全技术和卡的通讯安全技术这三个方面的内容构成其强大的安全技术。l 卡用芯片的物理安全技术通过设置高/低电压检测器、熔丝、低频时钟探测器、存储器逻辑保护、存储器物理保护层、金属化结构等措施防止对芯片存储器和其
28、他逻辑电路的分析，并防止再激活芯片的测试功能。l 卡片制造的安全技术将荧光安全图象印刷、微线条、激光雕刻签名和图象、安全背景图象等技术用于IC卡塑封表面的印制和防伪识伪。l 卡的通讯安全技术通过三次相互认证、设置存储区密码和访问条件、传输数据加密、每个芯片设置唯一序列号以及在芯片运送过程中设置传输代码防止对数据的非法截取分析、对存储区的非法访问和对芯片的非法个人化。第三章 读卡器系统方案设计与实现2.1 读卡器基本原理非接触式IC卡读写器的核心是射频识别技术为，读写器内部主要使用的是专用读写处理芯片，它是读/写操作的核心器件，其功能主要包括调制和解调、产生射频信号、安全管理与防碰撞机制。它的内
29、部结构分为接口区和射频区：接口区有和单片机相连的端口，还有和射频区相连的收/发器、防碰撞模块、数据缓冲器以及控制单元；射频区内包括电源供电电路和调制解调器，直接和天线连接。这是与智能IC卡实现无线通信的重要模块，也是读写器读写智能IC卡的核心接口芯片。读写器工作的时候，不断向外部发出一组具有固定频率的电磁波，当卡靠近的时候，卡片中具有一个LG串联谐振电路，其频率和读写器的发射频率相同，在电磁波的激励作用下，LG谐振电路产生相应的共振，从而让电容充电拥有了电荷。在电容的另一端，连接着一个单向导电的电子泵，可以把电容内的电荷运送到另一个电容内保存。当电容器充电达到一定电压值时，该电容就可以被当作电
30、源，卡片上的其他电路的工作电压可以由此来提供，将卡片内的数据发射出去或者接收读写器发出的数据并保存7。读卡器的工作过程如下:(1) 读卡器经天线向外发送载波信号；(2) 卡进入读卡器的工作范围之内后，卡内的天线与电容组成的谐振回路就会接收读卡器发射的信号，射频接口模块就会将信号转换成电源或电压、复位的信号，从而使的卡片被激活；(3) 存储器中信息被存取控制模块调制至载波上，由卡上的天线发送给读卡器； 2.2 总体方案论证2.2.1 各模块方案选择与论证(1)控制器的选择采用ATMEL公司的AT89S52作为系统主要控制器。AT89S52单片机算术或运算功能较强、具有灵活的软件编程、自由空间大，
31、可以用软件编程实现逻辑控制和多种算法，并且因为它的功耗低、技术成熟、体积小和成本低的特点，所以它在各个领域应用得到了广泛的应用。AT89S52是我们熟悉的控制器，编程比较熟悉，易于掌握。 (2)RFID读卡芯片的选择NXP公司(原飞利浦半导体公司)是较早进入RFID芯片行业的国际性半导体的公司，具有比较全面的射频读写芯片上的产品。MF-RC500芯片就是NXP公司生产的。MF RC500是13.56MHz非接触式通信中高集成读卡IC读写芯片之一，包括了全部的主动非接触式通信方式与协议，MF-RC500支持ISO 14443A&B的所有层中的通信方案；内部的收发器部分可以驱动近耦合设计天线可以不
32、需要其他的电路；数字部分能处理完整的ISO14443帧数据还有错误检测；具有合适的并行接口，可以直接与8位的微处理器相连，并且支持SPI兼容接口。由于MF-RC500能够满足设计需求，而且应用范围比其他的芯片更广，资料齐备，于是选择MF-RC500作为本设计的射频接口芯片。(3)显示模块的选择运用液晶显示屏来显示各种信息。它有轻薄短小、低耗电量、平面直角显示和影像稳定不闪烁等多种优势，并且符合本系统显示信息量多的需求，利用LCD自带的字符库，进行编程就可以实现所需信息的显示，其不必利用控制芯片创建字符库，既节省了资源，又省去了该部分的大量编程任务。为了使人机界面更加友好，操作更加方便，采用LC
33、D液晶显示。(4)系统时钟和存储芯片的选择刷卡时同时要记录刷卡时间，运用外接时钟芯片的办法，为系统提供了准确可靠的时钟，用3V备用的电池确保在系统掉电的时候也能够正常运走。在这选择使用体积较小、接口较简单的时钟芯片DS12029。 用AT24C64作数据存储器。AT24C64是串行E2PROM的存储器，支持I2C总线数据的传输协议，8K的存储容量，使用两根线和CPU构成了串行接口。由于本设计采用的AT89S52单片机不具备I2C总线接口，因此采用软件法加以解决。2.2.2 总体方案决定根据上述分析，系统设计方案如下：本IC卡读写器拟以ATMEL公司的AT89S52单片机作为微控制器，采用MF-
34、RC500芯片作为射频卡读/写模块，采用DS1202作为系统时钟，采用LCD显示，并以MAX232接口和计算机通信，组成一套功能齐全的非接触IC卡读写系统。当IC卡在天线区域经过时，单片机自动需求对IC卡进行读写，再把读/写卡的时间一起存到存储器中10。系统框图如图2.1所示。 图2.1 IC卡读写器系统结构框图第四章 非接触式IC卡技术非接触式IC卡是射频识别技术与IC卡技术相结合的产物，它与接触式IC卡的最大区别是它没有机械触点，通过无线方式与读写设备进行通信，它成功解决了卡内无源和免接触这一难题。4.1 射频识别技术射频识别（英文：RadioFrequencyIDentification
35、，缩写：RFID）是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。射频识别技术是非接触式智能卡系统的基础，是在射频技术、通信技术和计算机术等现代信息技术发展的基础上于20世纪80年代中期问世的。与传统的条码或磁条识别技术比，射频识别技术具有非接触、作用距离远、精度高、信息的收集和处理快捷等一系的优点，在工业自动化、商品控制、交通运输控管等众多领域得到广泛的发展。RFID技术的基本工作原理并不复杂：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被
36、动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签），解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。一套完整的RFID系统， 是由阅读器（Reader）与电子标签（TAG）也就是所谓的应答器（Transponder）及应用软件系统三个部份所组成，其工作原理是Reader发射一特定频率的无线电波能量给Transponder，用以驱动Transponder电路将内部的数据送出，此时Reader便依序接收解读数据， 送给应用程序做相应的处理。射频识别技术是自动识别技术中的一种。自动识别技术(AutomatciEuqipmnet dInetifiactio
37、n，简称AEI)是目前国际上发展很快的一项新技术。该项技术的基本思是通过采用一些先进的技术手段，实现人们对各类物体或设备(人员、物品)在不同态(移动、静止或恶劣环境)下的自动识别和管理。依据射频识别技术实现的射频卡系统，可按照以下5种方式分类:(1) 根据射频卡供电方式可分为有源卡系统及无源卡系统;(2)根据射频卡工作方式的不同可分成三种:可读写卡(RW)、一次写入多次读出(WORM)和只读卡(RO)系统:(3) 根据整个系统工作频率的不同可分为高频、中频及低频系统;(4)根据调制方式的不同可分为主动式和被动式系统;(5)根据读取卡片数据的技术实现手段，可将其分为广播发射式、倍频式和反射调制式
38、三大不同系统。射频识别系统一般由两部分组成：应答器：应答器应放在识别的物体上；阅读器：阅读器可以是读或读/写装置，取决于所使用的结构和技术。1、非接触IC卡工作过程为 (1) 读写器不断向周围发出一组固定频率的无线电磁波，非接触式IC卡的典型工作频率是13.56MHz。 (2) 非接触卡片内有一个LC串联谐振电路,当它进入读写终端的工作区域内,而且频率与读写终端发送的频率相同,这样,在电磁激励下，LC谐振电路产生共振。(3) 共振使卡内的电容有了负荷，在电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储，当所积累的电荷达到2V时此电容可作为电源为集成电路提供工作电压。
39、(4) CMOS集成电路中的有关控制逻辑电路对接收到的信号进行解码。 (5) 根据解码信息判断读写终端发来的命令要求，若是读取信息则控制逻辑电路从存储器中读取有关信息；若是修改信息则有关控制逻辑启动电压泵将2V工作电压提升到15V，以便对存储器（EEPROM）中内容进行重新写入编程。 (6) 当电容放电时，非接触卡内的发射电路就将从存储其中读取的数据信息及相关信息发送给读写终端。 (7) 读写终端对接收到的信息进行处理。 射频识别系统使用的频段可以分为低频和高频两类，当工作频率越高，它们之间的通讯速度就越快，系统的工作时间就越短。2、射频技术在非接触式IC卡中的实现 非接触IC卡又称为射频IC
40、卡，其关键技术是射频识别技术。要在IC卡中实现射频技术需要解决的技术难题如下: （1）安全机制问题：因为射频技术的特点,所以IC卡中得的数据在通信过程中被截取的可能性很大，所以需要防止保密信息的泄漏。作为安全性的解决办法之一，射频信号传输的是通过加密处理的数据，必须有同样的解密算法才能破解其中的信息，并且在实现通讯之前必须先进行读卡机具和卡的相互认证才可继续进行通讯。 (2)防冲突机制：如果在操作过程中同时出现多张卡，如何防止卡之间的数据干扰，保证读/写卡操作的正确完成。非接触卡在出现多卡进入读卡机具作用范围时，通过基于BIT冲突检测协议（Type A），或者则是字节、帧及命令（Type B）
41、完成防冲突（Type A型和Type B型卡的区别在后面进行阐述）。 （3）通讯的调制解调方式：为了实现IC卡与终端之间的正确的通讯，必须为其数据的传输制定相应的协议，才能在IC卡和终端之间进行正确的交流。而作为将模拟信号转换为数字信号进行传送的调制解调方式对通讯的完成是非常的关键的，非接触式IC卡通过两种方式进行调制解调，这也是Type A和Type B型卡的区别之一。 （4）电源及电源功耗的设计：射频IC卡的工作能源是通过射频收发电路由空间电磁波提供的。电磁波能量的大小决定了卡上IC的功耗，也决定了IC芯片的功能。所以其在功耗参数上则要求尽量的小，这样射频信号的能量才能满足IC卡的工作要求
42、。要克服这个问题只有从两个方面来解决，首先是在芯片的制作材料上进行技术革新，降低芯片的功耗。另一个方法就是提高射频能量，从射频欧中获取足够的电能保证卡上IC卡片正常工作。 4.2非接触式IC卡射频技术发展非接触式IC卡在目前的应用中，由于本身射频技术和卡芯片 技术的限制，卡片需要较低的功耗。从而导致无法在卡片上实现CPU的嵌入，所以非接触式IC卡多为ASIC卡，ASIC的加密采用的是逻辑电路加密的方法，其灵活和可靠性都不是很高。所以，这直接导致了非接触卡在金融系统和电子商务应用上的限制。所以在以后的发展中，射频卡的发展方向则是基于在其中实现CPU，以达到扩展其应用领域的目的。前面曾经提到过，由
43、于射频卡的能量供给都是由射频信号提供的，所以射频功率的大小决定了射频卡的功耗。而卡片上集成CPU需要占用更多的功耗，于是，解决能量供给的问题就是射频技术发展所需要解决的问题。提高射频信号的功率，以提供足够的能量保障卡芯片和CPU的正常工作，这也是解决接触式IC卡和非接触式IC卡兼容问题的最为经济和现实的途径。目前市场上最常见的非接触式IC卡是非接触式逻辑加密卡，这类IC卡凭借其良好的性能和较高的性价比得到了广大用户的青睐，并已被广泛应用于公交、医疗、校园一卡通，门禁等领域。由于非接触式逻辑加密卡芯片采用的是流密码技术，密钥长度也不是很长（比较典型的密码长度是Mifare的48 bit），因此逻
44、辑加密卡芯片普遍存在着一定的安全隐患，有被黑客破解的可能。在金融、身份识别、电子护照等对安全要求比较高的领域目前更倾向于使用内嵌微处理器的非接触式CPU卡芯片。CPU卡芯片内部都有双重安全机制，第一重是芯片本身集成的加密算法模块，芯片设计公司通常都会将经实践检验最安全的几种加密算法集成入芯片，目前比较常见的安全算法有RSA，3-DES等。国内芯片设计公司还会引入国密算法（SSF33，SCB2，SM2，SM3等）来加强芯片的安全性。国密算法是不对外公开的，因此国密算法一般比其他公开算法的加密算法具有更高的安全性。第二重保护则是CPU卡芯片特有的COS（Card Operation System）
45、系统，COS可以为芯片设立多个相互独立的密码，密钥以目录为单位存放，每个目录下的密钥相互之间独立，并且有防火墙功能（不同目录下密钥不会互相影响）。同时COS内部还设立密码最大重试次数以防止恶意攻击。由此可见，非接触式CPU卡比非接触式逻辑加密卡具有更高的安全性。第五章系统硬件设计与实现5.1 显示模块 本系统的人机接口部分采用LCD显示，LCD型号为12864，带中文字库的128X64是一种具有2线或3线串行、4位/8位并行的多种接口方式，内部包括国标一级、二级简体的中文字库的点阵图形显示模块；它的分辨率为12864, 内部置有128个16*8点ASCII字符集和8192个16*16点汉字。该
46、模块方便、简单的操作指令与灵活的接口方式令，可以构成全中文人与机交互的图形界面。显著特点之一为低电压低功耗。选用由该模块构成的显示方案和同类型的图形点显示模块相比较，无论显示程序或者硬件电路结构都要简洁很多，而且此模块的成本略低。字符显示是通过将字符显示编码写入该字符显示RAM实现的。根据写入内容的不同，可分别在液晶屏上显示CGROM（中文字库）、CGRAM（自定义字形）和HCGROM（ASCII码字库）的内容。三种不同的字符/字体选择代码范围：0000H0006H（分别为0000,0002,0004,0006共4种）显示自定义的字体，02H7FH显示半宽ASCII字符，A1A0HF7FFH显示8192种GB2312中文字符字形。字符显示在液晶显示模块RAM地址为80H9FH。字符显示的RAM的地址和字符显示区域32是一对一的关系11。 LCD与单片机的连结图如图3.1所示。图3.1 LCD显示电路5.2 MF-RC500读写模块5.2.1 MF-RC500介绍PHILIPS公司的MF-RC500是用在13.56MHz的非接触式通信中且高集成读卡IC系列的其中之一。该读卡IC系列运用先进的调制与解调的概念，