IC卡公交收費(fèi)機(jī)設(shè)計(jì)(二)

IC卡公交收費(fèi)機(jī)設(shè)計(jì)（二）

——MIFARE1卡硬件接口

電路設(shè)計(jì)課程目標(biāo)MIFARE1卡接口電路分析

MIFARE1卡請求應(yīng)答與防沖突功能調(diào)試

項(xiàng)目開發(fā)——IC卡公交收費(fèi)系統(tǒng)系統(tǒng)需求分析：具備小額電子錢包功能，定額方式收費(fèi)操作方便快捷工作距離<50cm具備顯示余額、異常報(bào)警（非法卡或余額不足）可將當(dāng)班收款額上傳總站數(shù)據(jù)庫公交公司可調(diào)整定額額度卡遺失可掛失抗干擾能力強(qiáng)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)之第二步——硬件實(shí)現(xiàn)MCUMIFARE卡讀寫模塊EEPROM存儲器RS232接口顯示報(bào)警天線卡Mifare1非接觸式IC卡

基本性能指標(biāo)：卡內(nèi)器件：無線智能卡芯片MifareMF1ICS50+天線線圈標(biāo)準(zhǔn)：遵從ISO/IEC14443TypeA標(biāo)準(zhǔn)工作頻率：13.56MHz數(shù)據(jù)傳送速率：106kbit/s（9.4μs/bit）Mifare卡與讀寫器之間的信號

Mifare卡的信號調(diào)制方式

TypeA與TypeB調(diào)制程度的比較

TYPEA：100%ASKTYPEB：10%ASK從讀寫器到卡的調(diào)制與編碼載波:fc=13.56MHz數(shù)據(jù)傳輸速率：13.56MHz/128=106kbit/s（9.4μs/bit）調(diào)制方式：TYPEA用100%ASK，TYPEB用10%ASK，編碼方式：TYPEA用改進(jìn)的MILLER編碼，TYPEB用NRZ編碼（不歸零制數(shù)位編碼）從卡到讀寫器的調(diào)制與編碼副載波:fc/16=847.5kHz數(shù)據(jù)傳輸速率：106kbit/s調(diào)制方式：副載波調(diào)制編碼方式：TYPEA用MANCHESTER-ASK，TYPEB用BPSK-NRZ(二進(jìn)制相移鍵控?cái)?shù)位編碼)非接觸式IC卡系統(tǒng)構(gòu)成非接觸式IC卡：數(shù)據(jù)載體，應(yīng)答器非接觸式IC卡讀寫器：卡接口設(shè)備，閱讀器，尋呼器

非接觸式IC卡的基本構(gòu)成

非接觸式IC卡：芯片+天線+卡基非接觸式IC卡系統(tǒng)構(gòu)成非接觸式IC卡：數(shù)據(jù)載體，應(yīng)答器非接觸式IC卡讀寫器：卡接口設(shè)備，閱讀器，尋呼器非接觸式IC卡與讀寫器接口電路（1）讀寫器發(fā)射激勵信號（一組固定頻率的電磁波），數(shù)字信息調(diào)制在該射頻信號上。（2）IC卡進(jìn)入讀寫器工作區(qū)內(nèi)，被讀寫器信號激勵。在電磁波的激勵下，卡內(nèi)的LC串聯(lián)諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V時(shí)，此電容可以作為電源為其他電路提供工作電壓，供卡內(nèi)集成電路工作所需。（諧振、整流、濾波、穩(wěn)壓）。（3）同時(shí)卡內(nèi)的電路對接收到的諧振信號進(jìn)行解調(diào)，還原數(shù)字信息，對信息進(jìn)行分析處理，判斷發(fā)自讀寫器的命令，如需在EEPROM中寫入或修改內(nèi)容，還需將2V電壓提升到15V左右，以滿足寫入EEPROM的電壓要求。（4）IC卡對讀寫器的命令進(jìn)行處理后，發(fā)射應(yīng)答信息（將應(yīng)答信息調(diào)制到射頻信號上）給讀寫器。（5）讀寫器接收IC卡的射頻信號并進(jìn)行解調(diào)還原出應(yīng)答信息。

Mifare核心讀寫模塊MCM功能：讀寫器MCU與MIFARE卡之間的接口，負(fù)責(zé)讀寫卡，其基本功能包括產(chǎn)生發(fā)送/接收射頻信號、調(diào)制/解調(diào)、防沖突處理和安全管理。工作頻率：13.56MHz。通信速率：106Kbps

工作距離：MCM200——25mm，MCM500——100mm防沖突：真正的防沖突功能。安全性與可靠性：每個扇區(qū)設(shè)有3套密碼及其認(rèn)證和密碼存儲器，模塊與卡片通信時(shí)，數(shù)據(jù)加密，多種通信校驗(yàn)機(jī)制接口：標(biāo)準(zhǔn)MIFARE并行接口MCM與MCU接口電路

直接用數(shù)據(jù)總線傳送地址和數(shù)據(jù)：MODE、USEALE接高電平，ALE對接；A0~A3懸空P3.3驅(qū)動-CS，即P3.3為低時(shí)選中（激活）MCM200模塊MCM200的-IRQ接P3.2；可用查詢或中斷方式接收MCM發(fā)送的數(shù)據(jù)

初始化與防沖突

（AntiCollion）如果有2張或2張以上的IC卡進(jìn)入讀寫器的工作范圍，稱之為沖突（或碰撞Collion），此時(shí)就需要解決如何對多張IC卡逐一處理的問題——防沖突AntiCollion。防沖突方案：位幀防沖突（BitAntiCollision）動態(tài)時(shí)隙-ALOHA法（Slotted-ALOHA法）AntiCollision防沖突如果有多于一張的Mifare1卡處在MCM天線的有效工作范圍（距離）內(nèi)，則發(fā)生了沖突。AntiCollision操作使MCM能在多張Mifare1卡中選擇某一張卡。

AntiCollision操作由一個AntiCollisionLoop（防沖突循環(huán)，內(nèi)部處理）來實(shí)現(xiàn)。設(shè)置STACON寄存器中的AC位啟動AntiCollision循環(huán)。MCM發(fā)送AntiCollision命令（93H+20H），每張?zhí)炀€范圍內(nèi)的MIFARE1卡接收AntiCollision命令后，都將回送自己的SN作為應(yīng)答。由于每張卡的SN各不相同，MCM接收到的信息（即SN）至少有1位即是0又是1（即該位的前、后半部都有負(fù)載波調(diào)制），防沖突循環(huán)找到第1個沖突位將其置1（排除該位為0的卡），然后查第2個，依次排除，最后不再有沖突的SN即為最后讀取的SN。MIFARE1卡防沖突特性利用每張卡全球唯一的SN實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制樹狀搜索防沖突算法。例：SN1：420A7E00SN2：420A7E01SN3：421A7E01沖突1選擇SN2、SN3沖突2選擇SN3POWEROFF狀態(tài)IDLE狀態(tài)READY狀態(tài)ACTIVE狀態(tài)HALT狀態(tài)RESETREQUEST命令A(yù)NTICOLLISION命令啟動防沖突循環(huán)讀取卡回送的UID（SN）HALT命令SELECTUID命令應(yīng)用：AUTENTICATION/READ/WRITE/INC/DEC命令WAKEUP命令MIFARE卡防沖突流程MIFARE1卡特點(diǎn)：支持多卡同時(shí)操作卡芯片與讀寫芯片中都內(nèi)嵌防沖突模塊，可實(shí)現(xiàn)真正的（硬件）防沖突，可高速識別天線范圍內(nèi)的多張卡，適應(yīng)多人同時(shí)刷卡。SelectTag選擇卡片操作

SelectTag操作將選中AntiCollision操作所讀取的SN對應(yīng)的卡，使該卡進(jìn)入激活狀態(tài)，只有該卡才能進(jìn)行后續(xù)的認(rèn)證及訪問操作。

MCM發(fā)送Select命令（93H+70H+SN及校驗(yàn)碼）卡接收該命令后將MCM發(fā)送的SN與自己的序列號比較，若一致則該卡被激活（ACTIVE），其他卡則仍留在READY狀態(tài)。被選擇（激活）的卡將回送其容量（SIZE）字節(jié)作為應(yīng)答。防沖突測試（1）分別讀出并記錄二張MIFARE1卡（分別記為1#卡、2#卡）的序列號，及其扇區(qū)0塊1的內(nèi)容，記錄在報(bào)告上。（2）將二張MIFARE1卡同時(shí)放置在讀寫器天線有效工作范圍內(nèi)，在RFDEMO軟件中執(zhí)行讀操作，根據(jù)讀出的SN找出被選中的卡（例如為1#卡）。（3）在RFDEMO軟件中執(zhí)行寫操作，修改扇區(qū)0塊1的內(nèi)容并將數(shù)據(jù)記錄在報(bào)告上。（4）將被選中的卡撤離讀寫器天線有效工作范圍，讀出另一張卡（例如2#卡）的扇區(qū)0塊1的內(nèi)容，并將數(shù)據(jù)記錄在報(bào)告上。（5）取走（4）中的卡，重新讀出并記錄被選中的卡的扇區(qū)0塊1的數(shù)據(jù)，并記錄在報(bào)告上。（6）比較上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，說明MIFARE1卡是否具備