[組圖]基于RI-R6C-001A IC與ISO15693標準的讀卡器設計

文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者：鄭創(chuàng )立    人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年10月28日

１　概述

ＩＣ卡的發(fā)展經(jīng)歷了從存儲卡到智能卡、從接觸式卡到非接觸式卡、以及從近距離到遠距離的過(guò)程。對于接觸卡（ＩＳＯ／ＩＥＣ７８１６標準定義），讀卡機必須和卡的觸點(diǎn)接觸才能與卡進(jìn)行信息交換，因此存在磨損嚴重、易受污染、壽命短、操作費時(shí)等缺點(diǎn)。為解決上述問(wèn)題，人們開(kāi)始采用非接觸式卡技術(shù)。

非接觸式卡又稱(chēng)射頻卡或感應卡。它采用無(wú)線(xiàn)電調制方式和讀卡機進(jìn)行信息交換。射頻識別ＲＦＩＤ技術(shù)是從九十年代興起的一項自動(dòng)識別技術(shù)。它利用無(wú)線(xiàn)射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達到識別目的并可進(jìn)行數據交換。

    ＲＦＩＤ與磁卡、ＩＣ卡等接觸式識別技術(shù)不同，ＲＦＩＤ系統的電子標簽和讀寫(xiě)器之間無(wú)須物理接觸就可完成識別，因此它具有多目標識別、運動(dòng)目標識別的特點(diǎn)。

目前ＩＳＯ／ＩＥＣ１０５３６定義的卡稱(chēng)為密耦合卡；ＩＳＯ／ＩＥＣ １４４４３定義的卡則是近耦合卡（ＰＩＣＣ），對應的讀卡機簡(jiǎn)寫(xiě)為ＰＣＤ；而ＩＳＯ／ＩＥＣ１５６９３對應的卡是遙耦合卡（ＶＩＣＣ），對應的讀卡機簡(jiǎn)寫(xiě)為ＶＣＤ。ＶＩＣＣ比ＰＩＣＣ具有更遠的讀卡距離（為１ｍ左右），二者均采用１３．５６ＭＨｚ工作頻率，并都具有防沖突機制。

２　硬件設計

圖１所示是一個(gè)射頻讀寫(xiě)系統的工作原理圖，它主要由ＡＳＩＣ和ＶＩＣＣ兩部分組成。

２．１ ＡＳＩＣ電路的工作原理

對于圖１所示的射頻讀寫(xiě)系統，ＩＳＯ／ＩＥＣ １５６９３－２所規定的ＶＣＤ與ＶＩＣＣ通信物理層協(xié)議全部可由ＡＳＩＣ芯片ＲＩ－Ｒ６Ｃ００１來(lái)實(shí)現，用戶(hù)通過(guò)同步串行接口（ＳＰＩ），并遵照ＡＳＣＩ的通信要求就可實(shí)現ＶＩＣＣ的讀寫(xiě)操作。ＭＣＵ和ＡＳＩＣ的通信接口有三根線(xiàn)：ＳＣＬＯＣＫ、ＤＩＮ、ＤＯＵＴ，分別代表時(shí)鐘線(xiàn)、數據輸入線(xiàn)、數據輸出線(xiàn)。時(shí)鐘線(xiàn)是雙向的，發(fā)送數據時(shí)由ＭＣＵ控制，接收數據時(shí)則由ＡＳＩＣ控制， ＡＳＩＣ在時(shí)鐘的上升沿鎖存數據。ＤＯＵＴ除了具有在接收數據期間的數據輸出功能外，還有表征ＡＳＩＣ內部ＦＩＦＯ的功能。ＤＯＵＴ帶有內部下拉，平時(shí)為低電平。輸入數據過(guò)程中，當ＡＳＩＣ的１６位ＦＩＦＯ寄存器滿(mǎn)時(shí)，ＤＯＵＴ線(xiàn)會(huì )自動(dòng)跳變?yōu)楦唠娖?，直到ＦＩＦＯ寄存器為空，ＤＯＵＴ線(xiàn)又會(huì )跳變?yōu)榈碗娖?。在ＤＯＵＴ為高電平期間，輸入數據無(wú)效。除了通信線(xiàn)外，系統還有一條Ｍ＿ＥＲＲ線(xiàn)，用于在同時(shí)讀多張卡的時(shí)候表征數據的沖突情況。同樣，Ｍ＿ＥＲＲ線(xiàn)也有內部下拉，平時(shí)為低電平，沖突時(shí)此線(xiàn)會(huì )升為高電平。

對ＡＳＩＣ的操作有三種模式：普通模式、寄存器模式和直接模式。直接模式下，ＭＣＵ要直接面向射頻信號處理，比較復雜，所以此種模式一般不用。普通模式和寄存器模式均為標準的數字信號操作，其區別在于規定芯片操作的一些參數不同（例如規定所采用的射頻協(xié)議、調制方式及傳輸速率是在命令序列中規定，還是由寄存器來(lái)設定的）。普通模式每條指令均含有該指令使用的參數，而寄存器模式指令序列中并不含這些參數，而是由預先寫(xiě)入的寄存器中的數值來(lái)決定。若使ＲＩ－Ｒ６Ｃ－００１Ａ芯片正常工作，ＡＳＩＣ上電后必須首先初始化時(shí)間寄存器。

    ２．２ ＶＩＣＣ－Ｔａｇ－ｉｔ應答器

ＶＩＣＣ－Ｔａｇ－ｉｔ應答器完全兼容于ＩＳＯ／ＩＥＣ１５６９３標準協(xié)議。ＶＩＣＣ－Ｔａｇ－ｉｔ應答器內有國際統一且不重復的８字節（６４ｂｉｔ）唯一識別內碼（Ｕｎｉｑｕｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ，簡(jiǎn)稱(chēng)ＵＩＤ）。圖２是ＵＩＤ唯一識別內碼的格式示意圖，其中第１～４８ｂｉｔ共６字節為生產(chǎn)廠(chǎng)商的產(chǎn)品編碼；第４９～５６ｂｉｔ的１個(gè)字節為廠(chǎng)商代碼（ＩＳＯ／ＩＥＣ７８１６－６／ＡＭ１），最高字節固定為“ＥＯ”；８位ＡＦＩ（應用識別號）和８位ＤＳＦＩＤ（數據存儲格式）用來(lái)對卡和特定應用的特征進(jìn)行標識?？▋扔校玻耄猓椋?ＥＥＰＲＯＭ，分成６４個(gè)塊，每塊３２個(gè)ｂｉｔ。每個(gè)塊均可以鎖定，以保護數據不被修改。ＡＦＩ、ＤＳＦＩＤ和３２個(gè)塊均可讀可寫(xiě)，用以存儲用戶(hù)數據。ＶＩＣＣ－Ｔａｇ－ｉｔ采用１３．５６ＭＨｚ的載波頻率，工作于“ＲＥＡＤＥＲ ＴＡＬＫＳ ＦＩＲＳＴ”模式，即一問(wèn)一答的模式?？▋扔蟹罌_突機制，可以同時(shí)讀取多張卡而不會(huì )造成沖突。特別應當指出：ＶＩＣＣ－Ｔａｇ－ｉｔ內沒(méi)有邏輯加密電路，無(wú)法實(shí)現密碼功能，也正是這一點(diǎn)限制了ＶＩＣＣ－Ｔａｇ－ｉｔ在其它保密性要求較高領(lǐng)域的應用。

３　通信協(xié)議

發(fā)給ＡＳＩＣ的命令序列必須符合ＡＳＩＣ通信協(xié)議和ＩＳＯ／ＩＥＣ１５６９３－３規范。

３．１ 命令結構

圖３所示是該系統的命令序列時(shí)序圖。在普通模式下，該系統的命令序列結構如下：

起始位（Ｓ１）：收發(fā)器和微處理器之間的通信開(kāi)始位，當ＳＣＬＯＣＫ位保持高電平時(shí)，將在ＤＩＮ產(chǎn)生一個(gè)上升沿（參見(jiàn)圖３）。

命令字節：用于規定ＡＳＩＣ與ＶＩＣＣ通訊時(shí)的有關(guān)參數。如果該端為３０Ｈ則表示該系統支持的射頻協(xié)議是ＩＳＯ１５６９３（２５６選１），采用ＦＭ調制方式，調制率１０％，返回數據波特率為６．６７ｋｂ／ｓ。注意：命令字節的發(fā)送順序是高位在先，即：ＭＳＢ ＦＩＲＳＴ。

數據：數據域內容由１５６９３－３規定這個(gè)數據一般發(fā)送到ＴＡＧ。

結束位（ＥＳ１）：收發(fā)器和微處理器之間的通信結束位，當ＳＣＬＯＣＫ位保持高電平時(shí)，將在ＤＩＮ產(chǎn)生一個(gè)下降沿（見(jiàn)圖３）。

通常在寄存器模式下，命令字節是１位，且該位為１。

ＩＳＯ１５６９３－３命令的一般格式如下：

在ＩＳＯ１５６９３命令序列中，ＦＬＡＧＳ用于規定命令內容中某些可選域的存在。由于Ｓ１和ＥＳ１在ＡＳＩＣ命令序列中已經(jīng)存在，所以只須把ＩＳＯ１５６９３命令序列中ＦＬＡＧＳ、命令序號、命令內容、ＣＲＣ１６等域的內容取出并填入ＡＳＩＣ序列中的數據域然后打包即可。數據域的發(fā)送順序為低位在先，即：ＬＳＢ ＦＩＲＳＴ。

３．２ 響應結構

圖４所示是ＶＩＣＣ的響應時(shí)序。ＶＩＣＣ響應的一般格式是：

其中起始位Ｓ２用于表示ＶＩＣＣ響應數據的開(kāi)始，其定義是當ＳＣＬＯＣＫ為高電平時(shí)，ＤＯＵＴ產(chǎn)生一個(gè)上升沿（參見(jiàn)圖４）。而結束位ＥＳ２則表示ＶＩＣＣ響應數據的結束。它被定義為當ＳＣＬＯＣＫ為高電平時(shí)，ＤＯＵＴ產(chǎn)生一個(gè)下降沿（如圖４）。

４　結束語(yǔ)

考慮到命令字節（８位）發(fā)送的順序是ＭＳＢ ＦＩＲＳＴ，其它數據均是ＬＳＢ ＦＩＲＳＴ；而且“Ｓ１ ０１１１１０１１ ０００００００１ １１０００ＥＳ１”是時(shí)間寄存器的初始化序列；同時(shí)，在命令發(fā)送過(guò)程中，雙向時(shí)鐘ＳＣＬＯＣＫ線(xiàn)由ＭＣＵ控制，因此，在接收ＶＩＣＣ響應之前必須進(jìn)行時(shí)鐘線(xiàn)的切換，以將控制權交由ＡＳＩＣ控制。對于ＦＩＦＯ管理，發(fā)送每一位時(shí)都要檢測ＤＯＵＴ的電平，ＤＯＵＴ為高時(shí)停止發(fā)送，直到ＤＯＵＴ恢復到低電平為止。發(fā)送命令字節后，應適當延時(shí)，以利于ＡＳＩＣ正確動(dòng)作，同時(shí)應考慮電路的抗干擾能力。對于ＩＳＯ１５６９３－３規定的ＦＬＡＧＳ、命令序列號、命令內容等字節，還應進(jìn)行ＣＲＣ１６校驗。關(guān)于反碰撞問(wèn)題，可采用“二進(jìn)制搜索”算法并選用曼徹斯特編碼。為實(shí)現這種算法，需要一組命令并由應答器處理，同時(shí)應答器要擁有唯一的序列號（ＵＩＤ），例如磁場(chǎng)中有兩張卡，其ＵＩＤ分別是：“Ｅ００７０００００２３４Ｄ１Ｅ１”和“Ｅ００７０００００２３４Ｄ２Ｄ８”，那么，用命令來(lái)查詢(xún)當前磁場(chǎng)范圍內卡的卡號，就能很好的解決碰撞問(wèn)題。