基于STC11F32單片機的RFID讀寫器設(shè)計

1、基于單片機的rfid讀寫器設(shè)計摘 要射頻識別（radiofrequency identification ，rfid）,又稱電子標簽（e-tag），是一種利用射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)信息的技術(shù)。隨著技術(shù)的進步，rfid應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大，現(xiàn)已涉及到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€方面，并將成為未來信息社會建設(shè)的一項基礎(chǔ)技術(shù)。因此，研究、設(shè)計和開發(fā)rfid系統(tǒng)具有十分重要的理論意義和實際意義。論文系統(tǒng)地論述了射頻識別系統(tǒng)和讀卡器的理論分析，研究了射頻識別系統(tǒng)中的許多關(guān)鍵技術(shù)，并提出了射頻識別讀卡器的設(shè)計方案。本文首先分析了射頻識別技術(shù)的基本原理、研究方向和應(yīng)用情況。在充分研究了射頻卡的基本原理、技術(shù)特

2、點、國際相關(guān)標準后，進而提出了基于stc11f32單片機的射頻讀卡器系統(tǒng)設(shè)計的方法。設(shè)計采用mfrc522射頻讀寫模塊在stc11f32單片機的控制下實現(xiàn)對mifare卡的讀寫訪問操作。硬件部分設(shè)計主要包括單片機控制電路設(shè)計，射頻模塊設(shè)計，天線電路設(shè)計，串行通信電路設(shè)計，聲音提示及顯示電路設(shè)計等，其中詳細討論了讀卡器的軟件設(shè)計方法。軟件設(shè)計包括單片機處理程序，射頻基站芯片rc522的基本操作、mifare卡操作程序設(shè)計、聲音提示及顯示部分程序等。論文中系統(tǒng)地討論了軟件實現(xiàn)讀卡器與mifare卡之間通信所要求的請求應(yīng)答、防沖撞、選卡片、認證、讀寫等功能模塊的實現(xiàn)原理。關(guān)鍵詞：射頻識別，讀卡器，i

3、c卡，stc11f32，mfrc522abstractradio frequency identification (radio frequency identification, rfid), also known as electronic tags (e-tag), is an rf signal automatic target recognition and access to relevant information technology. with the advances in technology, rfid applications widening, has been i

4、nvolved in all aspects of peoples daily lives, and will become a basic technology of the future information society. therefore, research, design and development of rfid systems has important theoretical and practical significance.discusses the theoretical analysis of radio frequency identification s

5、ystem and card reader to the paper system, many of the key technology of radio frequency identification system, and the design of radio frequency identification reader.this paper firstly analyzes the basic principle of radio frequency identification technology, the research direction and application

6、. in the full study of rf card basic principle, technical characteristics, relevant international standards, and then put forward based on stc11f32 single chip rf card reader system design method. the design adopts mfrc522radio frequency read write module in stc11f32under the control of a single-chi

7、p microcomputer to realize mifare card read and write access operations.the hardware part of the design including the mcu control circuit design, design of the rf module, antenna circuit design, circuit design of the serial communication, voice prompts and display circuit design, including detailed

8、discussion of the reader software design methods. software design, including the microcontroller handler, the basic operation of the rf base station chip rc522, mifare card operating procedures, voice prompts and display part of the program. the paper discussed the request response communication bet

9、ween the software implementation of the reader with mifare card required, anti-collision, election card, certification, read and write function module principle. key words:rfid, reader, ic card, stc11f32, mfrc522目 錄1 緒論5 1.1課題研究的背景與意義 1.2 rfid讀卡器國內(nèi)外現(xiàn)狀及前景2 射頻識別系統(tǒng)技術(shù)及相關(guān)理論7 2.1射頻識別系統(tǒng)原理 2.2射頻識別系統(tǒng)組成 2.3射頻

10、識別系統(tǒng)的分類 2.4 非接觸式ic卡 - s502.5讀卡器的工作原理3 非接觸式ic卡國際標準103.1 typea的初始化和防沖突4 讀卡器系統(tǒng)硬件設(shè)計14 4.1 mcu控制部分 4.2射頻部分 4.3天線設(shè)計 4.4聲音提示及顯示部分5 讀卡器系統(tǒng)軟件驅(qū)動程序設(shè)計16 5.1 rc522命令集的實現(xiàn)5.2 mifare卡操作程序設(shè)計5.3 軟硬件的聯(lián)合測試運行總結(jié)24致謝25參考文獻26附錄27第一章 緒 論1.1課題研究的背景與意義射頻識別技術(shù)是二十世紀九十年代興起的一種天線的、非接觸方式的自動識別技術(shù)，是近幾年發(fā)展起來的前沿科技項目。該技術(shù)主要是利用射頻信號通過空間耦合實現(xiàn)無接觸

11、信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的。射頻識別技術(shù)的顯著優(yōu)點在于非接觸性，因此完成識別工作時無需人工干預(yù)，能夠?qū)崿F(xiàn)識別自動化且不易損壞；可識別高速運動并可同時識別多個射頻標簽，操作快捷方便；射頻標簽不怕油漬、灰塵污染等惡劣環(huán)境，且可以穿透非金屬物體進行識別，抗干擾能力強。reid技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術(shù)相結(jié)合，可實現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品跟蹤與信息共享。研究rfid技術(shù),發(fā)展rfid產(chǎn)業(yè)對提升社會信息化水平、促進經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、提高人民生活質(zhì)量、增強公共安全與國防安全等方面產(chǎn)生深遠影響，具有戰(zhàn)略性的重大意義。因此，rfid技術(shù)已在世界各地得到廣泛的應(yīng)用，以美國、日本和歐洲的發(fā)達國家對該技術(shù)應(yīng)用研究已

12、達到相當(dāng)高的水平，而我國處于豈不狀態(tài)，大多采用了引進的技術(shù)成果。所以研究該技術(shù)已成為我國當(dāng)今社會發(fā)展的必然趨勢。另外rfid技術(shù)是一個嶄新的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，它不僅涵蓋了微波技術(shù)與電磁學(xué)理論，而且包括通信原理及半導(dǎo)體集成電路技術(shù)，是一個多學(xué)科綜合的新興學(xué)科。因此對rfid技術(shù)的認識和應(yīng)用研究具有深遠的理論意義?，F(xiàn)在，射頻識別技術(shù)作為一種新型的自動識別技術(shù)，也將在中國很快地普及。典型的射頻識別應(yīng)用系統(tǒng)由非接觸式ic卡、非接觸式ic卡讀卡器和應(yīng)用系統(tǒng)組成，其中非接觸式ic卡讀卡器是連接非接觸式ic卡和應(yīng)用系統(tǒng)的橋梁，是射頻識別應(yīng)用系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，而且現(xiàn)在的發(fā)展趨勢要求射頻識別系統(tǒng)要有更高的安全性，因

13、此設(shè)計一款安全有效地讀卡器有著重要的商業(yè)價值意義。1.2 rfid讀卡器國內(nèi)外現(xiàn)狀及前景rfid相比傳統(tǒng)的識別系統(tǒng)具有信息量大，通過無線通信方式可重復(fù)讀寫數(shù)據(jù)，保密性極好，環(huán)境適應(yīng)能力強，使用壽命更長。隨著技術(shù)的進步，rfid應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大，現(xiàn)已涉及到人們的日常生活的各個方面，并將成為未來信息社會建設(shè)的一項基礎(chǔ)技術(shù)。目前第二代身份證、公共交通等都廣泛采用了這項技術(shù)，超市如沃爾瑪采用電子標簽管理商品?，F(xiàn)射頻識別技術(shù)在中國還處于一個迅猛發(fā)展的階段，前景十分廣闊，相信隨著技術(shù)越來越成熟，射頻識別技術(shù)與其它技術(shù)一樣走進我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€角落，使我們的生活更加方便快捷。rfid技術(shù)在國外的發(fā)展較早也較

14、快，在美國、英國、德國、瑞典、日本等國家目前都有成熟且先進的rfid系統(tǒng)。其中低頻近距離rfid系統(tǒng)主要集中在125khz 、13.56mhz，高頻遠距離rfid系統(tǒng)主要集中在uhf頻段915mhz、2.45ghz、5.8ghz，uhf頻段遠距離系統(tǒng)在北美得到了很好的發(fā)展，在歐洲有源2.45ghz得到了較多的應(yīng)用，5.8ghz在日本和歐洲均有較為成熟的有源rfid系統(tǒng)。國內(nèi)rfid讀卡器按照應(yīng)用場合的不同出現(xiàn)全面發(fā)展的態(tài)勢，有讀寫器模塊便攜式讀寫器、超高頻（uhf）讀寫器、高頻讀寫器、雙頻標簽讀寫微波讀寫器、低頻讀寫器等各種各樣的產(chǎn)品供應(yīng)，這些產(chǎn)品有適合遠距離讀寫、有近距離讀寫的。他們都有一個

15、共同的特點，同質(zhì)化嚴重，各產(chǎn)品之間的差別不大，性能也相近，基本上采用讀卡器芯片加單片機的結(jié)構(gòu)，而核心技術(shù)并不在自己手中，缺乏成套系統(tǒng)的自主知識產(chǎn)權(quán)。目前，rfid典型應(yīng)用領(lǐng)域包括：（1）車輛道路交通自動收費管理（2）旅客航空行包自動識別、分揀轉(zhuǎn)運管理（3）車輛出入控制（4）rfid金融卡（5）產(chǎn)品加工過程自動控制（6）物流倉庫自動管理（7）門禁管理（8）圖書館圖書管理（9）防偽技術(shù)。隨著技術(shù)的進步，讀卡器會朝著多功能如條碼識別、無線數(shù)據(jù)傳輸、以太網(wǎng)傳輸?shù)确较虬l(fā)展，讀卡器的成本也會越來越低，同時閱讀器將實現(xiàn)多制式多頻段兼容，多功能、多制式、小型化、模塊化、嵌入式方向是讀卡器發(fā)展的趨勢。/ 1.3

16、 本課題主要研究內(nèi)容及論文主要內(nèi)容/在本課題主要研究內(nèi)容中說明一下你所負責(zé)研究的重點內(nèi)容，即軟件設(shè)計第二章 射頻識別系統(tǒng)技術(shù)及相關(guān)理論2.1射頻識別系統(tǒng)原理從信息傳遞的基本原理來說，射頻識別技術(shù)在低頻段基于變壓器耦合模型（初級與次級之間的能量傳遞及信號傳遞），在高頻段基于雷達探測目標的空間耦合模型（雷達發(fā)射的電磁波信號碰到目標后攜帶目標信息返回雷達接收機）。射頻標簽與讀卡器之間的電磁耦合包含兩種情況：一種情況是電感耦合。在電感耦合方式中讀卡器的天線相當(dāng)于變壓器的初級線圈，射頻標簽的天線相當(dāng)于變壓器的次級，因而也稱電感耦合方式為變壓器方式。電感耦合方式通過空間磁場實現(xiàn)耦合，耦合磁場在讀卡器線圈（

17、初級）與射頻識別標簽（次級）之間構(gòu)成閉合電路。電感耦合方式是低頻段近距離無接觸射頻識別的耦合方式。另一種是電磁耦合方式，在電磁耦合方式中，讀卡器的天線將讀卡器產(chǎn)生的射頻信號以電磁波方式定向發(fā)送到空間范圍內(nèi)，形成讀卡器的有效閱讀區(qū)域，位于讀卡器有效閱讀區(qū)域中射頻標簽從讀卡器天線發(fā)出得電磁場中提取工作電源，并通過射頻標簽的內(nèi)部電路及標簽天線將標簽內(nèi)存的數(shù)據(jù)信息傳送到讀卡器。電磁耦合與電感耦合的差別在于電磁耦合方式中得讀卡器將射頻信號以電磁波的形式發(fā)送出去；在電感耦合方式中，讀卡器將射頻信號束縛在讀卡器電感線圈的周圍，通過交變閉合的線圈磁場，溝通讀卡器與射頻標簽天線之間的射頻通道，而沒有向空間輻射電

18、磁能量。2.2射頻識別系統(tǒng)組成射頻識別系統(tǒng)一般由以下三部分組成：讀寫器（reader）一臺典型的讀寫器應(yīng)包含射頻信號發(fā)射單元器，高頻接收單元金額控制單元，此外，許多讀寫器還都有附加的接口（rs232、usb）,以便將獲得的數(shù)據(jù)傳輸給另外系統(tǒng)作進一步的處理或存儲。標簽（tag）rfid標簽是一種以無線方式傳送數(shù)據(jù)的信息載體形勢，它具有數(shù)據(jù)處理及安全認證等特有的優(yōu)點。rfid標簽是射頻識別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體，主要有天線、諧振電容以及ic芯片組成，其種類可以分為無源標簽和有源標簽兩種。射頻標簽與讀卡器之間采用雙向驗證機制，即讀卡器驗證射頻標簽的合法性，同時射頻標簽也驗證讀卡器的合法性；處理前，標簽要

19、與讀卡器進行三次互相認證，而且在通訊過程中所有數(shù)據(jù)都加密。此外，標簽中各個扇區(qū)都有自己的操作密碼和訪問條件。天線（antenna）射頻識別系統(tǒng)中的天線用于產(chǎn)生磁通量，而磁通量用于向無源標簽提供能量并在讀卡器和標簽之間傳送信息。13.56 mhz射頻天線及其匹配電路共有三塊：天線線圈、匹配電路（lc諧振電路）和emc濾波電路。在天線的匹配設(shè)計中必須保證產(chǎn)生一個盡可能強的電磁場，以使卡片能夠獲得足夠的能量給自己供電，而且考慮到調(diào)諧電路的帶通特性，天線的輸出能量必須保證足夠的通帶范圍來傳送調(diào)制后的信號。2.3 射頻識別系統(tǒng)的分類按照讀寫距離來劃分，rfid系統(tǒng)可分為接觸式和非接觸式，而非接觸式又分為

20、近距離（密耦合）、中距離（遙耦合）和遠距離。按照工作頻段來劃分，rfid系統(tǒng)可分為低頻、中高頻、超高頻和微波頻段。2.4 非接觸式ic卡-s50mifare1 ic智能（射頻）卡的核心是nxp公司的mifare1 ic s50(-01，-02，-03，-04)系列微晶片，他確定了卡片的也行以及卡片讀寫器的諸多性能。mifare1 ic智能卡采用先進的芯片制造工藝制作，內(nèi)建有高速的cmos eeprom，mcu等?？ㄆ铣宋⒕耙桓备咝侍炀€外，無任何其他元件?？ㄆ蠠o源（無任何電池），工作時的電源能量由卡片讀寫器天線發(fā)送電載波信號耦合到卡片上天線而產(chǎn)生電能，一般可達2v以上，供卡片上得ic

21、工作。工作頻率為13.56mhz。mifare1射頻卡所具有的獨特的mifara re(射頻)非接觸式接口標準已被指定為國際標準：iso/iec 14443 typea標準。mifare1 ic s50是多應(yīng)用的智能卡，它使用起來方便、高速、安全，經(jīng)常應(yīng)用在支付領(lǐng)域，它與讀寫器通信使用握手式半雙工通信協(xié)議；卡片上有高速的crc協(xié)處理器，符合ccitt標準，卡片制造是具有唯一的卡片序列號，沒有重復(fù)的相同的兩張mifare卡片。卡片上內(nèi)奸8k(bit)eeprom存儲容量并劃分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)劃分為4個數(shù)據(jù)存儲塊，每個扇區(qū)可由多種方式的密碼來管理?？ㄆ线€內(nèi)建有增值/減值的專項的數(shù)學(xué)運算電路

22、，非常適合公交、地鐵等行業(yè)的檢票收費系統(tǒng)。典型的檢票交易時間最長不超過100ms。卡片上的數(shù)據(jù)讀寫可超過10萬次以上；數(shù)據(jù)保存期可達10年以上。本文設(shè)計的讀卡器正是用于讀寫mifare1 ic s50卡的應(yīng)用系統(tǒng)，可以對mifare 1 ic s50進行讀寫操作、電子錢包操作、密碼操作以及認證方式設(shè)置等操作。2.5讀卡器的工作原理mcu通過對讀卡器芯片內(nèi)寄存器的讀寫來控制讀卡器芯片，讀卡器芯片搜到mcu發(fā)來的命令后，按照非接觸式射頻卡協(xié)議格式，通過天線及其匹配電路向附近發(fā)出一組固定頻率的調(diào)制信號（13.56mhz）進行尋卡，若此范圍內(nèi)有卡片存在，卡片內(nèi)部的lc諧振電路（諧振頻率與讀卡器發(fā)送的電

23、磁波頻率相同）在電磁波的激勵下，產(chǎn)生共振，在卡片內(nèi)部電壓泵的作用下不斷為其另一端的電容充電，獲得能量，當(dāng)該電壓達到2v時，即可作為電源為卡片的其他電路提供工作電壓。當(dāng)有卡片在讀卡器的有效工作范圍內(nèi)時，mcu向卡片發(fā)出尋卡命令，卡片將回復(fù)卡片類型，建立卡片與讀卡器的第一步聯(lián)系，若同時有多張卡片在天線的工作范圍內(nèi)，讀卡器通過啟動防沖撞機制，根據(jù)卡片序列號選定一張卡片，被選中的卡片再與讀卡器進行密碼校驗，確保讀卡器對卡片有操作權(quán)限以及卡片的合法性，而未被選中的則仍然處在閑置狀態(tài)，等待下一次尋卡命令。密碼驗證通過后就可以對卡片進行讀寫等應(yīng)用操作。第三章 非接觸式ic卡國際標準非接觸式ic卡以作用距離的

24、不同而分為三個不同的標準。密耦合ic卡標準iso/iec10536主要是在1992年到1995年間發(fā)展的。近耦合和疏耦合ic卡標準的制定工作國際標準iso/iec 14443和iso/iec 15693大約是1995年開始著手進行的，兩項標準在2000年后才開始有效完成。遠耦合卡暫未出統(tǒng)一技術(shù)標準。非接觸式ic讀卡器對應(yīng)的國際標準近耦合ic卡的作用距離在10cm左右，目前絕大部分的民用系統(tǒng)都采用的是近耦合ic卡，因此本章著重介紹該標準內(nèi)容。近耦合卡采用的國際標準iso/iec 14443標準分為四個部分： iso/iec14443-1物理特性 iso/iec14443-1射頻能量和信號接口，

25、iso/iec14443-3初始化和防沖突 iso/iec14443-4傳輸協(xié)議，下面將著重介紹iso/iec14443-3初始化和防沖突。iso/iec14443-3初始化和防沖突這部分描述了在一個pcd設(shè)備的射頻區(qū)域里查詢picc卡，字節(jié)和幀的格式，初始化請求命令和請求命令的響應(yīng)的內(nèi)容，在記賬卡中對一張卡的檢測和通訊的方法（即防沖突）和其他一些需要初始化的參數(shù)。這里只介紹typea3.1 typea的初始化和防沖突3.1.1幀的格式和時序pcd或picc發(fā)送的幀都包含一個幀頭和幀尾和中間的數(shù)據(jù)信息或錯誤檢測位。pcd或picc之間采用半雙工的通信方式，幀與幀之間的延時時間也在標準里做了具體

26、的規(guī)定。 幀分為短幀(數(shù)據(jù)長度只有一個字節(jié))和標準幀（數(shù)據(jù)長度大于1個字節(jié)） 以及基于位數(shù)據(jù)傳送的防沖突幀。3.1.2命令集pcd設(shè)備間隔一定時間就發(fā)送請求命令（reqa）,reqa命令組成如下：reqa編碼 reqa幀包括以下內(nèi)容：l 通信起始位sl 7位數(shù)據(jù)，低位先發(fā)送，reqa的命令代碼是0x26l 通信結(jié)束位epicc接收到reqa命令后，在pcd能量場內(nèi)的所有picc同步發(fā)出atqa應(yīng)答。編碼如下表所示：atqa的編碼: b8b7表示uid比特幀的大小。uid比特幀的定義將在售后介紹。uid的長度不是固定的，可以由1,2,或3部分組成，對應(yīng)于atqa的b8b7位分別為00、01和10

27、.b5b1中有且只有1位置為1，表示采用的是比特幀防沖突方式。rfu為保留位，均置為0.pcd接收atqa應(yīng)答，picc和pcd進入防沖突循環(huán)，pcd的anticollision和select命令用于防沖突循環(huán)。命令組成式如表所示：bcc在uid cln為40bit才有，是前5個字節(jié)的異或，此時為select命令（nvb=70）；不足40個bit時，則為anticolision命令。sel表示cln的層疊級數(shù)，其編碼如下表所示：sel的編碼 如果picc已經(jīng)發(fā)送了完整的uid，則該卡將是從準備狀態(tài)轉(zhuǎn)為活動狀態(tài)，并在其sak的響應(yīng)里表明uid是完整的。否則，picc仍保持準備狀態(tài)，則pcd設(shè)備將

28、初始化一個新的增加了層疊級別的防沖突循環(huán)。一個select的時序目的是取得一張picc卡的uid，并選擇該卡來做將來的通信對象。pcd發(fā)送select命令后，與40位uid cln匹配的picc，以sak作為應(yīng)答。sak的編碼如表所示。 sak編碼 其中，b3(層疊位)表示uid是否完整，0表示完整，即picc的uid已被pcd所確認。位1表示還有部分uid cln（n=2或3）未經(jīng)確認。rfu全置為0。 3.1.3 防沖突流程pcd初始化和防沖突流程如下圖所示，包括以下步驟：pcd指定防沖突命令sel的代碼為93、95或97，分別對應(yīng)于uid cl1、uid cl2或uid cl3。pcd指

29、定nvb的值為20，此值表示pcd不發(fā)出uid cln的任一部分，而迫使所有在場的picc發(fā)回完整的uid cln作為應(yīng)答。pcd發(fā)送sel和nvb。所有在場的picc發(fā)回完整的uid cln作為應(yīng)答。假如多余1張picc發(fā)回應(yīng)答，則發(fā)生了沖突，假如不發(fā)生沖突，可跳過610。pcd應(yīng)認出發(fā)生第1個沖突的位置。pcd指示nvb值說明uid cln的有效位數(shù)目，這些有效位是接收到的uid cln發(fā)生沖突之前的部分，后面再由pcd加一位0或一位1，一般加1。pcd發(fā)送sel、nvb和有效數(shù)據(jù)位。只有這樣的picc，他們的uid cln部分與pcd發(fā)送的有效數(shù)據(jù)位內(nèi)容相等，才發(fā)送出uid cln的其余

30、位。 假如還有沖突發(fā)生，重復(fù)69。最大循環(huán)次數(shù)為32. 假如沒有再發(fā)生沖突，pcd指定nvb為70，此值表示pcd將發(fā)送完整的uid cln。 pcd發(fā)送sel 和nvb，接著發(fā)送40位uid cln，后面是crc校驗碼。 與40位的uid cln匹配的picc，以sak作為應(yīng)答。 如果uid是完整的，picc將發(fā)送帶有層疊為0的sak，同時從準備狀態(tài)轉(zhuǎn)換到活動狀態(tài)。 如果pcd檢查層疊位為1的sak，將cl加1，并再次進入防沖突循環(huán)。第四章 讀卡器系統(tǒng)硬件設(shè)計 /系統(tǒng)硬件電路分為控制電路,讀寫驅(qū)動電路和液晶顯示電路等。rfid卡讀寫設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)包括以下幾個部分（參見圖3）：圖34.1 mc

31、u控制部分mcu是讀寫設(shè)備的數(shù)據(jù)處理控制核心。它不僅要控制射頻處理模塊完成對rfid卡的讀寫，還要負責(zé)通過通信接口與主機或應(yīng)用系統(tǒng)進行通信以及鍵盤、顯示設(shè)備等其他外部設(shè)備的控制。單片機選用的是stc11f32是宏晶科技公司生產(chǎn)的單時鐘機器周期(1t)的單片機，是高速、低功耗、具有超強抗干擾能力的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快812倍。內(nèi)部集成高可靠復(fù)位電路，可用在高速通信、智能控制、強干擾等場合；內(nèi)部有32 kb的flash、29kb的eeprom和1 280字節(jié)的sram；ea、ale、psen和rst引腳可以定義為通用io，即4個p4引腳；編程支持isp下載功

32、能，使用起來比較方便。4.2 射頻部分射頻部分是非接觸式ic卡讀寫器的關(guān)鍵部件，通過該部分與非接觸式ic卡進行數(shù)據(jù)通信。射頻部分的主要部件就是射頻基站芯片，這里選用的是mfrc522。mf rc522 是應(yīng)用于 13.56mhz 非接觸式通信中高集成度讀寫卡系列芯片中的一員。是 nxp 公司針對“三表”應(yīng)用推出的一款低電壓、低成本、體積小的非接觸式讀寫卡芯片，是智能儀表和便攜式手持設(shè)備研發(fā)的較好選擇。 mf rc522 利用了先進的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在13.56mhz 下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。支持iso14443a的多層應(yīng)用。其內(nèi)部發(fā)送器部分可驅(qū)動讀寫器天線與 iso

33、14443a/mifare卡和應(yīng)答機的通信，無需其它的電路。接收器部分提供一個堅固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于處理 iso14443a 兼容的應(yīng)答器信號。數(shù)字部分處理 iso14443a 幀和錯誤檢測（奇偶crc）。 此外，它還支持快速 crypto1 加密算法， 用于驗證 mifare 系列產(chǎn)品。 mfrc522支持 mifare更高速的非接觸式通信，雙向數(shù)據(jù)傳輸速率高達 424kbit/s。 作為 13.56mhz 高集成度讀寫卡系列芯片家族的新成員，mf rc522與 mf rc500 和mf rc530 有不少相似之處，同時也具備諸多特點和差異。它與主機間的通信采用連線較少的串行通信，

34、且可根據(jù)不同的用戶需求，選取 spi、i2c 或串行 uart(類似 rs232)模式之一，有利于減少連線，縮小 pcb板體積，降低成本。l mfrc522支持spi、i2c、uart接口；l 64字節(jié)發(fā)送和接收的fifo緩存；l 4頁，每頁16個寄存器，共64個寄存器；l 具有硬件掉電、軟件掉電、發(fā)送掉電三種節(jié)電模式；l 支持 iso/iec 14443 typea和 mifare通信協(xié)議；4.3 天線設(shè)計天線的作用就是產(chǎn)生磁通量，為卡片提供電源，在讀寫設(shè)備和卡片之間傳送信息，天線的有效電磁場范圍就是系統(tǒng)的工作區(qū)域。4.4 聲音提示及顯示部分非接觸式ic卡讀寫器進行讀寫 操作時發(fā)出提示音，發(fā)

35、聲的器件選用蜂鳴器，該器件使用方便、價格便宜。單片機的io口驅(qū)動能力有限，不能直接驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲，通過三極管來驅(qū)動蜂鳴器。顯示部分采用lcd12864液晶顯示模塊。第五章 讀卡器系統(tǒng)軟件驅(qū)動程序設(shè)計讀卡器硬件必須在軟件的控制下進行工作，第四章主要描述讀卡器系統(tǒng)軟件設(shè)計的原理，讀卡器和mifare1卡的通信的流程，系統(tǒng)的初始化、防碰撞、身份驗證和讀寫操作等模塊。所有驅(qū)動程序是在philips公司的基準程序基礎(chǔ)上進行的開發(fā)，開發(fā)環(huán)境采用keil c51.程序的每一部分按模塊化設(shè)計成一個文件，單獨調(diào)試通過后，再在keil c51環(huán)境下加入到工程文件中會變成hex文件，寫入stc11f32單片機芯片中

36、進行調(diào)試運行。相對于philips公司生產(chǎn)的其他14443基站芯片(如rc500、rc530等)，rc522簡化了內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，去掉了片內(nèi)e2prom。從而大大縮減了芯片命令集。另外，對載波調(diào)制電路，發(fā)送電路和解調(diào)、解碼電路的控制也相應(yīng)簡化，去掉了校準接收電路i時鐘、q時鐘、校準發(fā)送與接收時鐘相位等繁瑣的操作。一般而言，單片機與rc522的通信流程如圖4-1所示。圖4-1根據(jù)rc522和mifare卡問傳送的控制流數(shù)據(jù)的不同，通信過程中可能會出現(xiàn)不同的狀態(tài)。對各種狀態(tài)須作不同處理，這正是軟件系統(tǒng)開發(fā)的難度所在。下面給出rc522命令集中2個最基本命令(tranceive和mfauthe-nt)

37、執(zhí)行過程中可能遇到的通信狀態(tài)及處理。這兩個命令分別實現(xiàn)向mifare卡發(fā)送/接收數(shù)據(jù)和加密認證功能。實際上，通過它們即可完成對mifare卡的所有操作，包括request、anticollision、select、read、write等。 5.1 rc522命令集的實現(xiàn)rc522主要的狀態(tài)指示寄存器包括comirqreg、er-rorreg、status2reg和fifolevelreg等。軟件處理的思路：通過comirgreg得到rc522內(nèi)部中斷狀態(tài);由中斷判斷rc522與mifare卡的通信流程信息，從而決定是否進行下一流程處理;若中斷指示有錯誤發(fā)生，則需進一步讀取errorreg的內(nèi)容

38、，據(jù)此返回錯誤字。5.1.1 tranceive命令tranceive命令的具體執(zhí)行過程;讀取rc522 fifo中的所有數(shù)據(jù)，經(jīng)基帶編碼和數(shù)字載波調(diào)制后通過通信接口以射頻形式發(fā)送到mifare卡;發(fā)送完畢后通過通信接口檢測有無mifare卡發(fā)送的射頻信號回應(yīng)，并將收到的信號解調(diào)、解碼后放入fifo中。分析以上ttanceive命令執(zhí)行過程，可以得到處理該命令的算法流程圖，如圖4-2所示。 圖4-2為了處理mifare卡在讀卡器產(chǎn)生的電磁場中激勵后，未完成處理義從激勵場中拿開的情況，軟件中啟用了rc522芯片內(nèi)部的定時器。若超過設(shè)定的時間未得到卡片應(yīng)答，則中止與卡的通信，返回“卡無反應(yīng)”的錯誤

39、信息。從圖4-2中可以看出tranceive命令的核心處理方法：根據(jù)相關(guān)通信狀態(tài)指示寄存器的內(nèi)容返回各種錯誤狀態(tài)字，若有位沖突錯誤，則進一步返回位沖突位置。tranceive命令不處理面向比特的幀，這種幀只可能在mifare卡防沖突循環(huán)中出現(xiàn)。為了保持tranceive命令對各種mi-fare卡命令的普適性，該命令只完成幀的發(fā)送和接收，不對幀信息作處理，所有位沖突處理留在函數(shù)外進行。需要注意的是，tranceive命令不能自動中止，在任何情況下從該命令返回時必須先執(zhí)行idle指令使rc522轉(zhuǎn)入空閑態(tài)。5.1.2 mfauthent命令rc522簡化了與mifare卡的加密認證操作，用一個mf

40、authent命令代替了原來rc500需要的authentl和authent2兩條命令。mfauthent命令執(zhí)行的最終目的在于開啟rc522的加密認證單元。該指令執(zhí)行成功后，rc522芯片與mifare卡間的通信信息將首先加密，然后再通過射頻接口發(fā)送。從本質(zhì)上講，mfauthent是一條變相的tranceive命令，其算法流程圖與圖4一致。但rc522芯片內(nèi)部已經(jīng)對通信過程中的各種通信狀態(tài)作了相應(yīng)處理，且該命令執(zhí)行完后自動中止，因此用戶只須檢測定時器狀態(tài)和錯誤寄存器狀態(tài)來判斷執(zhí)行情況。實際上，mfauthent只可能有一種錯誤狀態(tài)(rc522與mi-fare卡通信幀格式錯誤)，此時該命令不能

41、打開加密認證單元，用戶必須重新執(zhí)行認證操作。mfauthent執(zhí)行過程中rc522將依次從fifo中讀取1字節(jié)認證模式、l字節(jié)要認證的e2prom塊號、6字節(jié)密鑰和4字節(jié)射頻卡uid號等信息，在命令執(zhí)行前必須保證這12字節(jié)數(shù)據(jù)完整地保存在fifo中。認證模式有a密鑰認證和b密鑰認證兩種，一般選用a密鑰認證。一次mfautllent認證只能保證對mifare卡的一個扇區(qū)中的4個數(shù)據(jù)塊解密，若要操作其他扇區(qū)的數(shù)據(jù)用戶還須另外啟動對該扇區(qū)的認證操作。5.2 mifare卡操作程序設(shè)計對mifare卡的操作分為請求、反碰撞、選擇、認證、讀、寫、增值、減值、存取和傳輸，對mifare卡的操作流程圖如圖所

42、示，具體描述如下：1請求操作當(dāng)有mifare卡進入讀寫器天線作用范圍內(nèi)，讀寫器發(fā)出request命令?？ㄉ系腶tr將啟動，將卡上的第0扇區(qū)的第0塊上得卡片類型號（tagtype）共2個字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)給讀寫器，建立卡與讀寫器的第一步通信聯(lián)絡(luò)。如果不進行請求操作，接下去的操作無法進行。請求函數(shù)如下：char pcdrequest(unsigned char data req_code,unsigned char *ptagtype)req_mode是輸入?yún)?shù)，request all時輸入命令代碼52h，request idle時輸入?yún)?shù)26h.ptagtype是輸出，返回2個字節(jié)的卡類型號。操作成功返

43、回值為0 。2 反碰撞操作在請求操作之后，要進行的是反碰撞操作，得到一張卡的序列號。當(dāng)多張mifare卡同時處于讀寫器天線作用范圍內(nèi)，讀寫器與一張mifare卡進行通信，取得徐序列號。由于mifare卡的序列號全球唯一，不可能重復(fù)，保證下一步只對一張mifare卡操作。反碰撞函數(shù)如下：char pcdanticoll(unsigned char *psnr)psnr是輸入，存放序列號（4byte）的內(nèi)存單元首地址。操作成功時函數(shù)返回值為0.3卡選擇操作在mifare卡成功完成請求，反碰撞操作后，進行的操作是卡選擇。對指定序列號的卡進行選擇操作，選中的卡可以進一步同rc522進行通信，其余的卡恢

44、復(fù)到初始狀態(tài)?？ㄟx擇操作函數(shù)：char pcdselect(unsigned char *psnr)psnr是輸入，mifare卡的序列號。操作成功時函數(shù)返回值為0.4 認證操作為了訪問mifare卡的eeprom存儲器中存放的數(shù)據(jù)，必須進行認證操作。認證的過程從rc522內(nèi)部開始。用戶首先要將正確的密鑰放入rc522的密鑰緩沖區(qū)中，然后比較rc522的密鑰緩沖區(qū)中存放的密鑰與mifare卡尾塊中存放的密鑰是否相同，相同可以對mifare卡進行下一步操作，不相同不允許對mifare進行下一步操作。認證的程序流程一般分為三步：（1）為了進行認證操作，密鑰必須轉(zhuǎn)化為標準的格式，然后存入rc522的

45、內(nèi)部密鑰緩沖區(qū)中，將6字節(jié)的未編碼的密鑰轉(zhuǎn)化成12字節(jié)的編碼密鑰，有米要編碼函數(shù)char changecodekey( )實現(xiàn)；（2）講已轉(zhuǎn)換格式后的密鑰送到rc522的fifo中，有函數(shù)char pcdauthkey( )實現(xiàn)；（3）用存放rc522的fifo 中得密鑰和卡上的密鑰進行驗證，由函數(shù)char pcdauthstate( )完成。相關(guān)函數(shù)如下：char changecodekey(unsigned char *puncode,unsigned char *pcoded )puncode 輸入函數(shù)，6字節(jié)未轉(zhuǎn)換的密鑰。pcoded輸出函數(shù)，12字節(jié)轉(zhuǎn)換后的密鑰。char pcdau

46、thkey(unsigned char *pkeys)pkeys 輸入函數(shù),轉(zhuǎn)換后的密鑰。char pcdauthstate(unsigned char data auth_mode,unsigned char data addr,unsigned char *pkey,unsigned char *psnr)auth_mode輸入函數(shù)，0x60：驗證a密鑰，0x61:驗證b密鑰。以上函數(shù)返回值類型均為char。操作正確時返回 0.5.讀操作經(jīng)過認證操作，mifare卡的訪問控制條件為允許讀時，可以從mifare卡中讀出其eeprom的值。每次讀出16字節(jié)一塊的數(shù)據(jù)。讀操作函數(shù)：char pc

47、dread(unsigned char data addr,unsigned char *pdata)該函數(shù)從指定的塊中讀取16字節(jié)的數(shù)據(jù)。addr輸入塊號，取值范圍063.pdata輸出16字節(jié)來自mifare卡的數(shù)據(jù)。操作成功返回0.6 寫操作經(jīng)過認證，mifare卡的訪問控制條件為允許寫時，可以通過寫操作將數(shù)據(jù)寫入到mifare卡的eeprom中。每次寫入16字節(jié)一整塊數(shù)據(jù)。寫操作函數(shù):char pcdwrite(unsigned char data addr,unsigned char *pdata)該函數(shù)可以將16字節(jié)的數(shù)據(jù)寫入到指定的塊中。發(fā)送完該命令后等待卡的響應(yīng)信號，收到響應(yīng)信

48、號后，mfrc522發(fā)送16字節(jié)的數(shù)據(jù)，再次等待響應(yīng)信號。addr輸入塊號，取值范圍063.pdata輸入16字節(jié)的數(shù)據(jù)。操作成功返回0.7 值操作當(dāng)mifare的塊的屬性設(shè)定為值塊時，可以進行值操作，值操作包括增加、減少取值、傳輸。增加操作：讀取mifare卡指定塊的值，檢查值的合法性，增加指定的值，將結(jié)果存放到mifare卡的內(nèi)部中間寄存器中。減少操作：讀取mifare卡指定塊的值，檢查值的合法性，減少指定的值，將結(jié)果存放到mifare卡的內(nèi)部中間寄存器中。取值操作：讀取mifare卡指定塊的值，檢查值的合法性，將值存放到mifare卡的內(nèi)部中間寄存器中。傳輸操作：將mifare卡內(nèi)部中間

49、寄存器的內(nèi)容傳送到mifare卡的eeprom中。該函數(shù)是在增值操作、簡直操作或取值操作后調(diào)用的。值操作函數(shù)：char pcdvalue(unsigned dd_mode,usigned char addr,unsigned char *pvalue)dd_mode輸入選擇操作，即picc_inc事增值操作，picc_dec是簡直操作，picc_rest是去值操作。addr是錢包的絕對值塊號，取值范圍0-63.value輸入4字節(jié)增（減）值首地址，16進制數(shù)，低位在前。函數(shù)操作成功返回0.5.3 軟硬件的聯(lián)合測試運行所有函數(shù)均在一個工程文件中，工程中包含了3個主要c51文件，分別是main.c

50、、rc522和ks0108.c。分別包含了主函數(shù)、mf rc522處理函數(shù)和顯示程序。每個c文件都對應(yīng)的有一個頭文件，頭文件里定義了各個c文件中用到的相關(guān)參數(shù)。整個工程編譯成一個hex二進制代碼文件，利用單片機的燒錄軟件把hex文件送入stc11f32單片機內(nèi)部rom。然后把單片機加電、復(fù)位，自動運行程序，把卡靠近讀卡器天線，看系統(tǒng)是否獲得卡的序列號，如果獲得成功，說明系統(tǒng)初始化等工作正常，如果失敗則尋找原因，再次調(diào)試。在調(diào)試的過程中，一定要仔細分析問題，確保硬件能正常工作時，不斷調(diào)試程序，直至成功，最終實現(xiàn)了系統(tǒng)初始化、mf rc522初始化、讀取序列號、請求應(yīng)答握手過程、防沖突操作、選擇和

51、認證操作、讀寫操作的整個過程。總結(jié)在整個系統(tǒng)設(shè)計的過程中，通過對文獻資料的查閱和相關(guān)技術(shù)手冊的研讀，我比較全面的掌握了rfid系統(tǒng)的基本原理和實現(xiàn)方法，特別是對于非接觸式ic卡類型的rfid系統(tǒng)。rfid識別技術(shù)作為當(dāng)前發(fā)展迅速，應(yīng)用日趨廣泛的技術(shù)形勢，正在改變著我們周圍的世界，改變著我們的生活方式。研究rfid識別技術(shù)是促進識別技術(shù)及其應(yīng)用的必然要求，作為讀卡設(shè)備為了適應(yīng)日益豐富的需求，其性能能夠以及功能也在不斷的進步中。本文的讀卡器是具體應(yīng)用需求的一次嘗試，做了以下工作：對rfid技術(shù)原理、能量的傳輸以及數(shù)據(jù)的傳輸、電子標簽以及讀卡器的構(gòu)造做了較全面的研究，分析了單片機在rfid讀卡器上的

52、優(yōu)勢及可行性。完成了讀寫器的軟件設(shè)計，包括對rc522的基本操作函數(shù)的編寫、對非接觸式ic卡各種操作的程序的編寫。經(jīng)過整個系統(tǒng)的調(diào)試與實驗，本文涉及的讀寫器能夠?qū)ifare 1 s50卡進行尋卡、防碰撞、認證、讀寫數(shù)據(jù)、讀寫值等各種操作，由于天線尺寸的限制，操作距離約為50mm。在此讀寫器上進行了安全認證機制的設(shè)計 以及實驗，對于開發(fā)安全有效的rfid系統(tǒng)提供可靠的實驗平臺。致謝光陰似箭，歲月如梭，短暫而充實的四年大學(xué)生活即將接近尾聲。本文是大學(xué)四年來最后一個學(xué)期的學(xué)習(xí)任務(wù)，伴隨著時間的流逝，論文也到了敲定之際，在此，我想表達一下我的感激之情。在論文完成之際，首先要感謝我的導(dǎo)師潘盛輝老師。本

53、文從前期選題，到整個設(shè)計制作過程，到最后論文的完成，都是在導(dǎo)師的細心指導(dǎo)和嚴格要求下進行的。潘老師學(xué)識淵博、治學(xué)嚴謹、思維敏捷。他不僅在學(xué)習(xí)上給了我很多幫助和啟發(fā)，而且讓我學(xué)會做人做事以及做學(xué)問的態(tài)度和方法，將使我受益終身。再次，向?qū)煴硎局孕牡母兄x和深深地敬意！同時，我要感謝我們學(xué)院給我們授課的各位老師，正是由于他們的傳道、授業(yè)、解惑，讓我學(xué)到了許多知識，并從他們身上學(xué)到了如何求知治學(xué)、如何為人處事。我也要感謝我的母校廣西工學(xué)院，是她提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和生活環(huán)境，讓我的大學(xué)生活豐富多姿，為我的人生留下精彩的一筆。衷心感謝測控082班的同學(xué)們，我們一起學(xué)習(xí)、一起研究，共同進步，平日里大家關(guān)于

54、畢業(yè)設(shè)計的討論給了我很多啟發(fā)，我在此深表謝意；最后再次向四年來關(guān)心和幫助我的老師和同學(xué)表示衷心的感謝。參考文獻1趙軍輝,射頻識別技術(shù)與應(yīng)用，機械工業(yè)出版社，2008年5月2周曉光，王曉華，射頻識別（rfid）技術(shù)原理與應(yīng)用實例。人民郵電出版社，2006年5月3康東.李勇鵬 射頻識別（rfid）核心技術(shù)與典型應(yīng)用開發(fā)實例 20084嚴光文,張其善;射頻識別卡讀寫模塊的設(shè)計j;北京航空航天大學(xué)學(xué)報;2003年02期5 游戰(zhàn)清 ,李蘇建 無線射頻識別技術(shù)(rfid)理論與應(yīng)用m北京：電子工業(yè)出版社。20046 李朝清.單片機原理及接口技術(shù). 北京航空航天大學(xué)出版社.19947 stc11/10xx系列單片機器件手冊 20108慈新新，王蘇濱，王碩。無線射頻識別（