基于非接触式IC卡读写器的研究

许珊　王凤桐　徐霁堂

通过对射频识别技术原理的研究，揭示了射频IC卡系统的工作原理。介绍了Type A型常用的卡片MF1 IC S50和对应读卡器的设计方法和电路（使用专用射频读卡集成芯片RC500）。实际测试证明该读写器完成了基本功能，运行稳定。

微控制器非接触式IC卡读写器MF-RC500射频识别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。

1 系统简介

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-RC500芯片作为射频卡读/写模块，采用DS1302作为系统时钟，以AT24C64作为不掉电存储器，采用LCD显示，并以RS232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，计算机可以通过串口把相关读/写卡信息读到计算机上，再进行统计、报表和打印输出等。

2 系统硬件设计

2.1 电源模块

该电源按常规设计，为系统工作提供所需电源，其输入为220V、50Hz交流电，输出电压等级为±5V，电路原理图如图1示。该部分主要采用78系列稳压器，结构简单，调整方便，输出电压纹波小。当所需电流超过稳压器标定值时，可采用外接功率管的方法来扩大输出电流。市电交流220V经变压器降压为交流6V，经过全桥整流输出直流电流，再经过1000μF的电解电容滤波，除去整流后的交流成分，送至各三端稳压器，输出需要的电压。经过各三端稳压器稳压后，在LM7805输出端输出+5V直流电压，LM7905输出的端输出-5V直流电压。

2.2 人机接口模块

本系统的人机接口部分采用LCD显示、3×2矩阵式键盘，用来实现对IC 卡的操作和系统设置等功能。LCD型号为ACM1602A，该字符型液晶显示模块由字符型液晶显示屏，具有字符发生器ROM可显示192种字符，有64个字节的自定义字符RAM，可自定义8个58点阵字符或四个511点阵字符。

2.3 系统时钟模块

刷卡时要记录刷卡的时间，用外接硬件实时时钟芯片的办法，为系统提供一个准确可靠的时钟，用3V备用电池保证在系统掉电时也能正常走时，在此选用体积小、接口简单的实时时钟芯片DS1302。

在本设计中采用单片机的P1.0-P1.2与DS1302进行数据通信，以提供系统所需的时钟，其连接方法如图2所示。

2.4 存储模块

在本设计中采用串行E2PROM芯片AT24C64作数据存储器。AT24C64是ATMEL公司生产的采用I2C总线标准常用的串行E2PROM存储芯片，其支持I2C总线数据传输协议，64K（bit）存储器容量，用两根线与CPU构成串行接口。

在系统中采用单片机的P3.3、P3.4口与AT24C64进行连接，由于本系统中采用到的AT89S52单片机不具备I2C总线接口，因此采用软件法加以解决。

2.5 MF-RC500读写模块

MF-RC500是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成读卡系列。该读卡系列内部包括并行微控制器接口、双向FIFO缓冲区、中断、数据处理单元、状态控制单元、安全和密码控制单元、模拟电路接口及天线接口。MF-RC500外部接口包括数据总线、地址总线、控制总线、电源等。MF-RC500的并行微控制器接口自动检测连接的8位并行接口的类型。它包含了一个双向FIFO缓冲区和一个可配置的中断输出，这样就为连接各种MCU提供了很大的灵活性。数据处理部分执行数据的并行-串行转换。状态和控制部分允许对器件进行配置以使性能调节到最佳状态。模拟电路包含一个具有非常低阻抗桥驱动器输出的发送部分，这使得最大操作距离可达100mm，接收器可以检测到非常弱的应答信号。

2.6 通信模块

本智能卡读写器采用RS232标准来实现读卡器和上位机之间的通信，能实现RS232通信协议的芯片很多，MAX232是一款比较优良的RS232通信芯片。选取它的主要依据在于：单5V电源供电，与读卡器里其它芯片的工作电压相同；符合所有EIA/232E标准；多路输入输出。

3 系统软件设计与实现

读卡器工作的过程是一个复杂的程序执行过程，要执行一系列的操作指令，调用多个函数。其主要包括键盘扫描、LCD显示、读写E2PROM、读/写卡及与上位机通信等。这一系列的操作必须按固定的顺序进行。在没MF1卡进入射频天线有效范围内时，在LCD液晶上显示当前时钟，当有MF1卡进入到射频天线的有效范围内时，读卡程序验证卡及密码成功后，将卡号和读卡时间作为一条记录存入E2PROM存储器中，并在LCD显示器上显示该卡的卡号等信息。读卡器的主程序流程图如图4所示。

4 结论

本文从整体的角度，对非接触式智能卡系统进行分析和研究，着重介绍了基于Philips公司MIFARE技术的非接触式智能卡读卡器的设计开发。该读卡器能够读写距离在0～100mm范围内的符合IEC/IS014443 Type A标准的非接触式智能卡。读卡器采用外接电源供电，具有蜂鸣器报警、系统时钟、LCD显示、3×2小键盘输入和采用RS232接口同上位机通信的功能，能够很好地满足实际应用的需要。经过努力，该系统设计已经完成，实际测试证明系统已能达到设计要求。

参考文献：

[1]沈宇超.射频识别技术及其发展现状[J].电子技术应用，2007，（1）：8-9.

[2]潘长东.IC卡电能表的现状与改进[J].电测与仪表，2006，（8）：15-19.

[3]Rosenthall EM.Proceedings of the fifth Canadian Mathematical Congress[J].2006.110-112.endprint

通过对射频识别技术原理的研究，揭示了射频IC卡系统的工作原理。介绍了Type A型常用的卡片MF1 IC S50和对应读卡器的设计方法和电路（使用专用射频读卡集成芯片RC500）。实际测试证明该读写器完成了基本功能，运行稳定。

微控制器非接触式IC卡读写器MF-RC500射频识别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。

1 系统简介

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-RC500芯片作为射频卡读/写模块，采用DS1302作为系统时钟，以AT24C64作为不掉电存储器，采用LCD显示，并以RS232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，计算机可以通过串口把相关读/写卡信息读到计算机上，再进行统计、报表和打印输出等。

2 系统硬件设计

2.1 电源模块

该电源按常规设计，为系统工作提供所需电源，其输入为220V、50Hz交流电，输出电压等级为±5V，电路原理图如图1示。该部分主要采用78系列稳压器，结构简单，调整方便，输出电压纹波小。当所需电流超过稳压器标定值时，可采用外接功率管的方法来扩大输出电流。市电交流220V经变压器降压为交流6V，经过全桥整流输出直流电流，再经过1000μF的电解电容滤波，除去整流后的交流成分，送至各三端稳压器，输出需要的电压。经过各三端稳压器稳压后，在LM7805输出端输出+5V直流电压，LM7905输出的端输出-5V直流电压。

2.2 人机接口模块

本系统的人机接口部分采用LCD显示、3×2矩阵式键盘，用来实现对IC 卡的操作和系统设置等功能。LCD型号为ACM1602A，该字符型液晶显示模块由字符型液晶显示屏，具有字符发生器ROM可显示192种字符，有64个字节的自定义字符RAM，可自定义8个58点阵字符或四个511点阵字符。

2.3 系统时钟模块

刷卡时要记录刷卡的时间，用外接硬件实时时钟芯片的办法，为系统提供一个准确可靠的时钟，用3V备用电池保证在系统掉电时也能正常走时，在此选用体积小、接口简单的实时时钟芯片DS1302。

在本设计中采用单片机的P1.0-P1.2与DS1302进行数据通信，以提供系统所需的时钟，其连接方法如图2所示。

2.4 存储模块

在本设计中采用串行E2PROM芯片AT24C64作数据存储器。AT24C64是ATMEL公司生产的采用I2C总线标准常用的串行E2PROM存储芯片，其支持I2C总线数据传输协议，64K（bit）存储器容量，用两根线与CPU构成串行接口。

在系统中采用单片机的P3.3、P3.4口与AT24C64进行连接，由于本系统中采用到的AT89S52单片机不具备I2C总线接口，因此采用软件法加以解决。

2.5 MF-RC500读写模块

MF-RC500是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成读卡系列。该读卡系列内部包括并行微控制器接口、双向FIFO缓冲区、中断、数据处理单元、状态控制单元、安全和密码控制单元、模拟电路接口及天线接口。MF-RC500外部接口包括数据总线、地址总线、控制总线、电源等。MF-RC500的并行微控制器接口自动检测连接的8位并行接口的类型。它包含了一个双向FIFO缓冲区和一个可配置的中断输出，这样就为连接各种MCU提供了很大的灵活性。数据处理部分执行数据的并行-串行转换。状态和控制部分允许对器件进行配置以使性能调节到最佳状态。模拟电路包含一个具有非常低阻抗桥驱动器输出的发送部分，这使得最大操作距离可达100mm，接收器可以检测到非常弱的应答信号。

2.6 通信模块

本智能卡读写器采用RS232标准来实现读卡器和上位机之间的通信，能实现RS232通信协议的芯片很多，MAX232是一款比较优良的RS232通信芯片。选取它的主要依据在于：单5V电源供电，与读卡器里其它芯片的工作电压相同；符合所有EIA/232E标准；多路输入输出。

3 系统软件设计与实现

读卡器工作的过程是一个复杂的程序执行过程，要执行一系列的操作指令，调用多个函数。其主要包括键盘扫描、LCD显示、读写E2PROM、读/写卡及与上位机通信等。这一系列的操作必须按固定的顺序进行。在没MF1卡进入射频天线有效范围内时，在LCD液晶上显示当前时钟，当有MF1卡进入到射频天线的有效范围内时，读卡程序验证卡及密码成功后，将卡号和读卡时间作为一条记录存入E2PROM存储器中，并在LCD显示器上显示该卡的卡号等信息。读卡器的主程序流程图如图4所示。

4 结论

本文从整体的角度，对非接触式智能卡系统进行分析和研究，着重介绍了基于Philips公司MIFARE技术的非接触式智能卡读卡器的设计开发。该读卡器能够读写距离在0～100mm范围内的符合IEC/IS014443 Type A标准的非接触式智能卡。读卡器采用外接电源供电，具有蜂鸣器报警、系统时钟、LCD显示、3×2小键盘输入和采用RS232接口同上位机通信的功能，能够很好地满足实际应用的需要。经过努力，该系统设计已经完成，实际测试证明系统已能达到设计要求。

参考文献：

[1]沈宇超.射频识别技术及其发展现状[J].电子技术应用，2007，（1）：8-9.

[2]潘长东.IC卡电能表的现状与改进[J].电测与仪表，2006，（8）：15-19.

[3]Rosenthall EM.Proceedings of the fifth Canadian Mathematical Congress[J].2006.110-112.endprint

通过对射频识别技术原理的研究，揭示了射频IC卡系统的工作原理。介绍了Type A型常用的卡片MF1 IC S50和对应读卡器的设计方法和电路（使用专用射频读卡集成芯片RC500）。实际测试证明该读写器完成了基本功能，运行稳定。

微控制器非接触式IC卡读写器MF-RC500射频识别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。

1 系统简介

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-RC500芯片作为射频卡读/写模块，采用DS1302作为系统时钟，以AT24C64作为不掉电存储器，采用LCD显示，并以RS232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，计算机可以通过串口把相关读/写卡信息读到计算机上，再进行统计、报表和打印输出等。

2 系统硬件设计

2.1 电源模块

该电源按常规设计，为系统工作提供所需电源，其输入为220V、50Hz交流电，输出电压等级为±5V，电路原理图如图1示。该部分主要采用78系列稳压器，结构简单，调整方便，输出电压纹波小。当所需电流超过稳压器标定值时，可采用外接功率管的方法来扩大输出电流。市电交流220V经变压器降压为交流6V，经过全桥整流输出直流电流，再经过1000μF的电解电容滤波，除去整流后的交流成分，送至各三端稳压器，输出需要的电压。经过各三端稳压器稳压后，在LM7805输出端输出+5V直流电压，LM7905输出的端输出-5V直流电压。

2.2 人机接口模块

本系统的人机接口部分采用LCD显示、3×2矩阵式键盘，用来实现对IC 卡的操作和系统设置等功能。LCD型号为ACM1602A，该字符型液晶显示模块由字符型液晶显示屏，具有字符发生器ROM可显示192种字符，有64个字节的自定义字符RAM，可自定义8个58点阵字符或四个511点阵字符。

2.3 系统时钟模块

刷卡时要记录刷卡的时间，用外接硬件实时时钟芯片的办法，为系统提供一个准确可靠的时钟，用3V备用电池保证在系统掉电时也能正常走时，在此选用体积小、接口简单的实时时钟芯片DS1302。

在本设计中采用单片机的P1.0-P1.2与DS1302进行数据通信，以提供系统所需的时钟，其连接方法如图2所示。

2.4 存储模块

在本设计中采用串行E2PROM芯片AT24C64作数据存储器。AT24C64是ATMEL公司生产的采用I2C总线标准常用的串行E2PROM存储芯片，其支持I2C总线数据传输协议，64K（bit）存储器容量，用两根线与CPU构成串行接口。

在系统中采用单片机的P3.3、P3.4口与AT24C64进行连接，由于本系统中采用到的AT89S52单片机不具备I2C总线接口，因此采用软件法加以解决。

2.5 MF-RC500读写模块

MF-RC500是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成读卡系列。该读卡系列内部包括并行微控制器接口、双向FIFO缓冲区、中断、数据处理单元、状态控制单元、安全和密码控制单元、模拟电路接口及天线接口。MF-RC500外部接口包括数据总线、地址总线、控制总线、电源等。MF-RC500的并行微控制器接口自动检测连接的8位并行接口的类型。它包含了一个双向FIFO缓冲区和一个可配置的中断输出，这样就为连接各种MCU提供了很大的灵活性。数据处理部分执行数据的并行-串行转换。状态和控制部分允许对器件进行配置以使性能调节到最佳状态。模拟电路包含一个具有非常低阻抗桥驱动器输出的发送部分，这使得最大操作距离可达100mm，接收器可以检测到非常弱的应答信号。

2.6 通信模块

本智能卡读写器采用RS232标准来实现读卡器和上位机之间的通信，能实现RS232通信协议的芯片很多，MAX232是一款比较优良的RS232通信芯片。选取它的主要依据在于：单5V电源供电，与读卡器里其它芯片的工作电压相同；符合所有EIA/232E标准；多路输入输出。

3 系统软件设计与实现

读卡器工作的过程是一个复杂的程序执行过程，要执行一系列的操作指令，调用多个函数。其主要包括键盘扫描、LCD显示、读写E2PROM、读/写卡及与上位机通信等。这一系列的操作必须按固定的顺序进行。在没MF1卡进入射频天线有效范围内时，在LCD液晶上显示当前时钟，当有MF1卡进入到射频天线的有效范围内时，读卡程序验证卡及密码成功后，将卡号和读卡时间作为一条记录存入E2PROM存储器中，并在LCD显示器上显示该卡的卡号等信息。读卡器的主程序流程图如图4所示。

4 结论

本文从整体的角度，对非接触式智能卡系统进行分析和研究，着重介绍了基于Philips公司MIFARE技术的非接触式智能卡读卡器的设计开发。该读卡器能够读写距离在0～100mm范围内的符合IEC/IS014443 Type A标准的非接触式智能卡。读卡器采用外接电源供电，具有蜂鸣器报警、系统时钟、LCD显示、3×2小键盘输入和采用RS232接口同上位机通信的功能，能够很好地满足实际应用的需要。经过努力，该系统设计已经完成，实际测试证明系统已能达到设计要求。

参考文献：

[1]沈宇超.射频识别技术及其发展现状[J].电子技术应用，2007，（1）：8-9.

[2]潘长东.IC卡电能表的现状与改进[J].电测与仪表，2006，（8）：15-19.

[3]Rosenthall EM.Proceedings of the fifth Canadian Mathematical Congress[J].2006.110-112.endprint