基于DSP的非接觸IC卡控制系統的設計
文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者： 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2012年11月27日
摘要：隨著(zhù)非接觸IC卡控制系統的應用規模不斷擴大，傳統的以單片機為核心處理器的控制系統已經(jīng)漸漸不能滿(mǎn)足大容量非接觸IC卡系統發(fā)展的要求。為了擴大非接觸IC卡控制系統的存儲容量、提高非接觸式IC卡控制系統的處理速度，文中提出一種基于DSP芯片的快速控制系統設計思想，給出了系統的實(shí)行方案。實(shí)際應用結果表明，系統運行穩定、實(shí)時(shí)性好、成本較低、方案可行。
隨著(zhù)射頻技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域越來(lái)越受到人們的重視，而作為無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域中的非接觸IC卡已經(jīng)是隨處可見(jiàn)了。如：公交車(chē)的公交卡，食堂里的飯卡，俱樂(lè )部里的健身卡等等，幾乎涉及到了我們生活中的各個(gè)領(lǐng)域。一般來(lái)說(shuō)，小規模的、成熟的非接觸IC卡系統以單片機為核心處理器，傳輸網(wǎng)絡(luò )為RS485／422或者CAN總線(xiàn)，這樣的系統結構具有控制功能強大、價(jià)格便宜、易于開(kāi)發(fā)設計等優(yōu)點(diǎn)，因此成為各種小規模非接觸IC卡系統的首選方案。但由于單片機的運算速度、存儲空間和指令系統的局限性，在大規模的非接觸IC卡的網(wǎng)絡(luò )系統中，如果繼續采用一片單片機為核心處理器，則尋址等待的時(shí)間以及數據存儲量勢必超出系統指標范圍。傳統的解決辦法是增加單片機的數量，將IC卡信息分類(lèi)存入相應的單片機中。這樣雖然可以解決上述問(wèn)題，但同時(shí)也帶來(lái)了弊端，一方面這將使得整個(gè)系統的成本增加，另一方面勢必增加了系統的復雜性以及不確定性，給使用者帶來(lái)了諸多不便。
針對以上情況，本文提出一種基于快速DSP芯片的非接觸IC卡控制系統的設計思想。此系統采用DSP芯片代替多個(gè)單片機作為核心處理器，利用DSP處理速度的優(yōu)勢，優(yōu)化了系統的整體性能，同時(shí)南于一片DSP的價(jià)格也低于多片單片機的總和，因此本系統產(chǎn)品成本也占有優(yōu)勢，在此基礎上，采用DSP芯片處理器還能夠存儲大量的IC卡權限數據。
1 系統架構
系統總體設計圖如圖1所示，本系統構成了一個(gè)典型控制網(wǎng)絡(luò )，當讀卡器MF RC2500處于檢測終端的磁場(chǎng)范圍之內時(shí)，將會(huì )接收外部信號的射頻脈沖，同時(shí)從接收到的射頻脈沖中解調出信息送到控制器TMS320F2407，控制器TMS320F2407對讀卡器MFRC500進(jìn)行讀寫(xiě)操作，將接收到信息進(jìn)行分析、處理后，經(jīng)過(guò)RS-485／422以半(全)雙工通信方式將信號送到服務(wù)器中，形成一個(gè)總線(xiàn)拓撲結構的控制網(wǎng)絡(luò )。在系統工作過(guò)程中，服務(wù)器隨時(shí)監測控制器的狀態(tài)，判斷控制器的工作情況，檢測讀卡器的狀態(tài)。服務(wù)器和控制器工作在主從方式下，由服務(wù)器發(fā)出的控制命令和控制器返回的響應信息通過(guò)八芯電纜進(jìn)行傳輸。
Philips公司的MF RC500型讀卡器是應用于13．56 MHz非接觸式通信的高度集成讀卡IC系列中的一員。該系列讀卡器利用先進(jìn)的調制和解調概念，完全集成了13．56 MHz下所有類(lèi)型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議，是本系統實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信的核心模塊。MFRC500系列模塊支持SO14443TypeA協(xié)議的1～4部分和Mifare經(jīng)典協(xié)議，內部發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅動(dòng)近操作距離的天線(xiàn)，采用CRYPO1加密算法并含有安全的非易失內部密鑰存儲器。芯片內部集成了模擬調制解調電路，只需最少量的外圍電路就可以工作，支持I2C接口，UART接口，SPI接口。特別適用于ISO14443標準下水、電、煤氣表、自動(dòng)售貨機、門(mén)禁、電梯、飲水機、電話(huà)機等計費系統或身份識別系統的讀卡器的應用。
2 硬件結構
MF RC500的并行接口可以與具備不同類(lèi)型并行接口的多種微處理器相連，每次上電復位后，MF RC500都將復位它的并行接口模式，并通過(guò)相應引腳的邏輯電平，判定當前微處理器的接口類(lèi)型，實(shí)現與微處理器的同步。本系統采用讀寫(xiě)選通分離且地址／數據總線(xiàn)復用的構建方式，連接原理圖如圖2所示。由圖2可以看出本系統采用中斷工作模式，即TMS320F2407根據MF RC500提供的中斷信息對其進(jìn)行控制。另外，根據實(shí)際情況，系統也可采用查詢(xún)方式對非接觸IC芯片的操作。
MF RC500的地址總線(xiàn)A2，A1和A0始終為011；來(lái)自TMS320F2407的復位腳負跳變將復位MF RC500，TMS320F2407的DS腳生成片選信號NCS和腳分別輸出讀控制信號NRD和寫(xiě)控制信號NWR，A4腳則生成地址鎖存信號ALE (TMS320F2407的地址線(xiàn)與數據線(xiàn)是獨立的，沒(méi)有ALE地址的操作，為了能夠訪(fǎng)問(wèn)MF RC500，這里通過(guò)對I／O引腳的輸出編程進(jìn)行實(shí)現)，TMS320F2407的中斷引腳INT0與MFRC500的中斷引腳直接相連，MF RC500的中斷輸出將觸發(fā)TMS320F2407進(jìn)入相應的中斷服務(wù)程序中去。
3 軟件設計
3．1 通信協(xié)議
TMS320F2407控制器與系統服務(wù)器通信采用全／半雙工方式，按照RS-232／RS-485規定一幀數據的格式以及電平特性，各種命令與返回狀態(tài)信息組成本系統的通訊協(xié)議?？紤]到系統擴展、集成時(shí)會(huì )帶來(lái)的問(wèn)題，設計時(shí)盡量把通訊協(xié)議標準化。在本系統軟件設計中，通信協(xié)議采用“幀頭+地址+命令+數據+校驗+幀尾”的格式。
3．2 軟件設計
系統軟件設計的主要程序包括：詢(xún)卡操作程序、通信中斷處理程序、讀寫(xiě)時(shí)鐘、選卡、讀卡程序以及與上位機通信程序等。對卡操作的過(guò)程是一個(gè)很復雜的程序執行過(guò)程，要對MF RC500內部一系列的寄存器進(jìn)行配置，而且這些操作對時(shí)序要求非常嚴格。首先系統初始化，如果有卡進(jìn)入射頻區域則芯片開(kāi)始讀卡，根據卡片信息與片內存儲信息進(jìn)行比較判斷是否為對應卡；如果不是有效卡，則程序返回；若是對應卡則判斷此卡是否需要密碼，如果不需要輸入密碼，直接讀卡內信息，卡內信息如與上位機中信息吻合就根據程序執行相關(guān)指令；需要密碼時(shí)，則等待輸入密碼后讀卡內信息，如果連續三次輸入密碼都錯誤，證明卡無(wú)效，主程序返回。主程序的流程圖如圖3所示。
4 系統性能測試結果評估
經(jīng)過(guò)理論計算和實(shí)際樣機驗證，基于TMS320F2407的非接觸IC卡系統來(lái)說(shuō)，較之于單片機為核心的系統一般有以下幾方面的優(yōu)勢：
(1)系統存儲量大，TMS320F2407的數據采用16位的模式，相對于傳統8位的單片機，在同樣片選的情況下數據是它的兩倍，而TMS320F24 07的12根I／O數字引腳經(jīng)過(guò)配置后都可以用來(lái)作為地址的片選信號。正是基于TMS320F2407的特殊存儲結構和豐富的引腳資源，使得它的存儲量遠遠大于以單片機核心的系統，完全滿(mǎn)足大容量卡數據的應用場(chǎng)合。
(2)處理速度快。系統晶振為10 MHz，經(jīng)過(guò)二分頻后就為20 MHz，經(jīng)過(guò)計算以及實(shí)際驗證，程序經(jīng)過(guò)運行后找卡時(shí)間約為0．0042s，MFRC 500格式傳輸的規定，一次刷卡傳輸數據的時(shí)間不會(huì )超過(guò)0．2 s，因此在系統定時(shí)器設置0．3的定時(shí)常數時(shí)，可以得出系統最大可容卡大約為100萬(wàn)。
5 結束語(yǔ)
本文主要介紹一種基于DSP的非接觸IC卡控制系統，給出了相應的硬件和軟件設計。本系統通用性強，適用面廣，涉及到各個(gè)領(lǐng)域中的應用，可根據實(shí)際情況在此框架中進(jìn)行修改。相對于單片機為核心的非接觸IC卡控制系統來(lái)講，具有存儲容量大，處理速度快，系統成本低的優(yōu)點(diǎn)，適應于大規模的應用場(chǎng)合。經(jīng)實(shí)際使用證明，該系統工作穩定，實(shí)時(shí)性好，抗干擾能力強，性?xún)r(jià)比高，操作靈活、方便，若投入使用將會(huì )產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益。
