基于FM1702S L的射頻讀寫(xiě)器
文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者：蔣慧 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年10月16日
FM1702SL是應用于13．56MHz~接觸式通信中的高集成讀卡Ic，該芯片采用0．6 mCMOSEEPROM工藝，支持13．56MHz頻率下TYPE A非接觸通信協(xié)議，支持多種加密算法，兼容飛利浦的MF RC530(SPI接口)讀卡芯片。內部的發(fā)射器不需要增加有源電路就可以驅動(dòng)近距離的天線(xiàn)(可達10cm)。接收電路中的FM1702SL采用了正交解調電路來(lái)解調RX腳上ISO14443標準的負載波信號。
系統設計
系統框圖如圖l所示，系統由MCU、鍵盤(pán)、EEPROM、FM1702SL、液晶屏、485通信模塊組成。MCU控制FM1702對Mifare卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作，再根據得到的相應數據對液晶屏、EEPROM進(jìn)行相應的操作。MCU與PC機通過(guò)485總線(xiàn)通信，即使PC機與MCU之間通信發(fā)生異常，MCU也可以獨立工作，在與PC機通信恢復之后，MCU可以將備份在EEPROM中的信息再傳給PC機。
P89LPC93 1是一款單片封裝的微控制器。P89LPC93 1采用了高性能的處理器結構，指令執行時(shí)間只需2~4個(gè)時(shí)鐘周期。P89LPC93 1集成了許多系統級的功能，這樣可大大減少元件的數目和電路板面積，并降低系統的成本。EEPROM用的是FM24C64L，它是一款以I2C為操作方式的存儲芯片。液晶驅動(dòng)芯片是PCF8576，也是以FC為操作方式。整個(gè)系統用12V電源供電，再由穩壓芯片2576穩壓成3．6V。
工作原理
Mifare卡包含一片容量為8K位EEPROM，為16個(gè)扇區，每個(gè)扇區為4塊，每塊16個(gè)字節，以塊為存取單位，每個(gè)扇區有獨立的一組密碼及訪(fǎng)問(wèn)控制。每張卡有唯一序列號，為32位。無(wú)電源，自帶高頻天線(xiàn)，內含加密控制邏輯和通訊邏輯電路。信息存儲在Mifare卡里，讀寫(xiě)器與Mifare卡通過(guò)各自的天線(xiàn)建立起二者之間非接觸信息傳輸通道。當Mifare卡進(jìn)入系統的工作區域時(shí)，讀寫(xiě)器向Mifare卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，Mifare卡內有一個(gè)LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫(xiě)器發(fā)射的頻率相同，在電磁波的激勵下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內有了電荷，在這個(gè)電容的另一端，接有一個(gè)單向導通的電子泵，將電容內的電荷送到另一個(gè)電容內儲存，當所積累的電荷達到2V時(shí)，此電容可做為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內數據發(fā)射出去或讀取讀寫(xiě)器的數據。通過(guò)調整天線(xiàn)驅動(dòng)電壓可以改變通信的最長(cháng)距離。
FM17029L與MCU的接口電路
電路如圖2所示，MCU與FM1702SL是通過(guò)SPI總線(xiàn)通信的，采用中斷工作模式。需要注意的是在FM1702SL復位后，必須進(jìn)行一次初始化程序以便初始化SPI接口模式，而且可以同步MCU和FM1702SL的啟動(dòng)工作。
讀寫(xiě)器天線(xiàn)的設計
根據互感原理可知，半徑越大、匝數越多，讀寫(xiě)器上的天線(xiàn)和卡上的天線(xiàn)的互感系數就越大。根據國際標準的要求，卡和讀寫(xiě)器的通信距離為10cm。天線(xiàn)可等效成R、L、C并聯(lián)回路，示意圖如圖3所示，圖3中，L為天線(xiàn)的自感，R為天線(xiàn)的等效電阻，C為天線(xiàn)的分布電容。圖4為天線(xiàn)的PCB圖。
設計天線(xiàn)時(shí)還要注意天線(xiàn)的品質(zhì)因數。國際標準ISO14443規定無(wú)論TYPEA或TYPEB非接觸式Ic卡，讀寫(xiě)器和卡之間的數據傳輸速度為106kbit／s，載波的頻率fo=13．56MHz，因此，每一位的數據維持的時(shí)間tO=106／10@ ：9．44 S，TypeA類(lèi)射頻卡智能卡讀寫(xiě)器到射頻卡的信號編碼是修正米勒編碼，傳送每一位數具有t=3 s的載波中斷，因此，該信號的帶寬近似為B=I／T=I／3 s=333．333kHz，故天線(xiàn)的品質(zhì)因數Q~o／B=13．56 MHz／333．333kHz=35，天線(xiàn)的傳輸帶寬與品質(zhì)因數成反比關(guān)系。因此，過(guò)高的品質(zhì)因數會(huì )導致帶寬縮小，從而減弱讀寫(xiě)器的調制邊帶，會(huì )導致讀寫(xiě)器無(wú)法與卡通信。
讀寫(xiě)器對卡的操作流程
FM1702SL內部有8個(gè)寄存器頁(yè)，每頁(yè)有8個(gè)寄存器，每個(gè)寄存器有8位數據。這些寄存器是統一編址的，從0x00～Ox3F，MCU通過(guò)SPI接口與FM1702SL通信對這些寄存器進(jìn)行設置。例如，MCU需要讓FM1702SL執行某個(gè)命令(Transceive)時(shí)，把此命令的代碼(1E)寫(xiě)入Command寄存器就可以了。
必須注意的是，MCU對卡片的操作不是簡(jiǎn)單的一條指令所能完成的，其中必須有對FM1702SL硬件內部寄存器的設置。操作步驟如圖5所示。
(1)復位初始化FM1702SL：初始化FM1702SL的SPI接口，初始化FM 1702SL定時(shí)器，設置定時(shí)器控制寄存器，打開(kāi)TX1、TX2。
(2)Request(請求)：當一張Mifare卡片處在卡片讀寫(xiě)器的天線(xiàn)的工作范圍之內時(shí)，程序員控制讀寫(xiě)器向卡片發(fā)出REQUEST all(或REQUEST std)命令?？ㄆ腁TR將啟動(dòng)，將卡片BlockO中的卡片類(lèi)~_(TagType)號共2個(gè)字節傳送給讀寫(xiě)器，建立卡片與讀寫(xiě)器的第一步通信聯(lián)絡(luò )。如果不進(jìn)行復位請求操作，讀寫(xiě)器對卡片的其它操作將不會(huì )進(jìn)行。
(3)Anticollision Loop(防沖突機制)：如果有多張Mifare卡片處在卡片讀寫(xiě)器的天線(xiàn)的工作范圍之內時(shí)，讀寫(xiě)器將首先與每一張卡片進(jìn)行通信，取得每一張卡片的系列號。由于每一張Mifare卡片都具有其唯一的序列號，決不會(huì )相同，因此讀寫(xiě)器根據卡片的序列號來(lái)保證一次只對一張卡操作。該操作讀寫(xiě)器得到卡的返回值為卡的序列號。
(4)Seleet Tag(選擇卡片)：完成了上述二個(gè)步驟之后，讀寫(xiě)器必須對卡片進(jìn)行選擇操作。執行操作后，返回卡上的SIZE字節。
(5)Authentication(~次相互驗證)：經(jīng)過(guò)上述三個(gè)步驟，在確認已經(jīng)選擇了一張卡片時(shí)，讀寫(xiě)器在對卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作之前，必須對卡片上已經(jīng)設置的密碼進(jìn)行認證。如果匹配，才允許進(jìn)一步的讀寫(xiě)操作。
(6)讀寫(xiě)操作：對卡的最后操作是讀、寫(xiě)、增值、減值、存儲和傳送等操作。
結束語(yǔ)
Ic卡以其高度的信息集成及安全I生已經(jīng)融入當今信息技術(shù)的主流，本文介紹的讀寫(xiě)器應用的讀卡芯片FM1702SL是一款優(yōu)秀的新型國產(chǎn)芯片，經(jīng)實(shí)驗證明基于該芯片設計的Mifare卡讀寫(xiě)器工作穩定。在此讀寫(xiě)器的基礎上，只要稍加改動(dòng)就能開(kāi)發(fā)成不同的射頻識別應用系統，如考勤系統、門(mén)禁系統、公交車(chē)收費系統等。
