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基于FM1712的通用射频卡读写模块设计

来源:电子元器件应用 /李子健 丁昕?? 2007年05月28日 ?? 收藏0

  0 引言

  射频卡(非接触IC卡)是最近几年发展起来的一项新技术,与传统的接触式IC卡磁卡相比较,利用射频识别技术(radio frequency identifica-tion)开发的非接触式IC卡成功解决了无源和免接触等难题,是电子器件领域的一大突破。其高度安全保密性以及使用简单等特点,使之在各领域的应用异军突起。本文介绍的非接触射频卡读写器就是基于单片机AT89C51CC01 (笔者应设计需要选择带独立CAN控制器的MCU)与复旦微电子股份有限公司的FM1712嵌入式读写芯片开发的。它能完成对Mifare卡的所有读写及控制操作,并可方便地嵌入到其它的系统(例如:门禁,公交,考勤等)中而成为用户系统的一部分。

  1 FM1712芯片简介

  FM1712系列是复旦微电子股份有限公司设计的非接触卡读卡机专用芯片。它采用0.6微米CMOS EEPROM工艺制造,可分别支持13.56 MHz频率下的typeA、typeB非接触式通信协议,以及Mifare标准的加密算法,并可兼容Philips的RC500、RC530、RC531读卡机芯片。FM1712内部的发射器不需要增

加有源电路就可以驱动近距离天线(可达10 cm),而其接收部分则提供了一个坚固而有效的解调和解码电路,以用于接收ISO14443兼容的应答信号。数字部分还可以处理ISO14443帧和错误检测奇偶CRC。FM1712芯片只需少量的外围电路就可以工作,它支持6种微处理器接口,其数字电路具有TTL和CMOS两种电压工作模式。

  2 系统设计

  图1所示是基于FM1712的通用射频读写系统的结构框图。该系统由AT89C51CC01、键盘、EEPROM、FM1712、LCD,以及485通信模块组成。MCU负责控制FM1712对Mifare卡(也就是应答器PICC)的读写操作,再根据得到的数据对LCD、EEPROM进行相应的操作。MCU与PC机通过CAN总线进行通信。使用时,即使PC机与MCU之间通信发生异常,MCU也可以独立工作。在与PC机通信恢复之后,MCU还可以将备份在EEP-ROM中的信息再传给PC机。AT89C5lCC01是一款单片封装的微控制器,它采用高性能的处理器结构,其指令执行时间只需2至4个时钟周期。EEPROM采用的FM24C64L是一款以I2C为操作方式的存储芯片。LCD则选择内置HD61202U控制器的点阵式液晶LM12864,因为LM12864是并口操作方式,因此使用起来比较方便。整个系统采用12 V电源供电,再由稳压芯片稳压成3.6 V。

系统的结构框图

  3 工作原理

  射频卡的电气部分由天线和1个高速(106KB/s)RF口、1个控制单元和1个8 KB的EEPROM组成。其中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以进行访问控制。每张卡都有一个唯一的32位序列号。该RF卡无电源,自带高频天线,内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路。信息存储在Mifare卡里,读写器与Mifare卡通过各自的天线建立二者之间的非接触信息传输通道。系统数据存储在无源Mifare,也就是PICC(应答器)中。图2为系统工作原理,可以看出,PCD(读写器)的主要任务是传输能量给PICC,并建立与之的通信。PICC是由一个电子数据作载体,通常由单个微型芯片以及用作天线的大面积线圈等组成;而PCD则可产生高频强电磁场,这种磁场能穿过线圈横截面和线圈周围的空间。因为FM1712提供的频率为13.56 MHz,其波长比PCD的天线和PICC之间的距离大好多倍,故可以把PICC到天线之间的电磁场当作简单的交变磁场来对待。首先让PCD天线线圈发射磁场的一小部分磁力线穿过PICC的天线线圈,接着将PICC天线线圈和电容器C构成的振荡回路调频到PCD的发射频率。回路的谐振可使PICC线圈的电压达到最大值,将该电压整流后作为数据载体(微型芯片)的电源。这样,在PICC启动之后,可与PCD之间进行数据通信。如上所述可以看出。PCD的性能与天线的参数有着直接的关系。在对天线的性能进行优化之后,PCD的读卡距离可以达到10 cm。

工作原理


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FM1712? 射频卡? IC卡?

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