基于MF RC500的Mifare射频卡读写器设计

0 引 言 

    射频识别(Radio Frequency Identification。以下简称RFID技术，是利用无线射频方式进行非接触双向通信并交换数据，以达到识别目的。与传统的条码或磁条识别技术相比，RFID技术具有非接触、精度高、作用距离远、可动态识别多个数据及应用环境适应性较好等优点。在工业自动化、仓储管理、门禁控制等众多领域得到广泛的应用与发展。本文基于MF RC500设计了RFID技术的Mifarel卡读写器。该读写器能完成对Mifarel卡的读、写及控制操作。具有响应速度快、读卡距离远、通信稳定等优点。

1 Mifare1卡特点及原理

    射频卡属于非接触IC卡，它避免了普通IC卡与读卡器之间的物理接触，减少了卡的磨损。识别工作无须人工干预。可工作于各种恶劣环境。当前世界上非接触式IC智能射频卡的核心是Philips公司的Mifare1 IC s5o(一01，一02，一03，一04)系列微模块。已被定制为国际标准：ISO／IEC 14443 TYPE A标准。目前。许多较大的IC卡制造商的非接触式卡制造均以Mifare技术为标准。Mifarel卡上有8Kb EEPROM存储容量。并划分为16个扇区。每个扇区划分为4个数据存储块。

    各扇区的密码和存取控制都是独立的。可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。因此一张卡能同时运用在16个不同的系统中。并可以根据每个系统的实际情况决定各区的密码及数据形式。Mifarel卡上具有先进的数据通信加密并双向验证密码系统。具有防重叠功能。能在同一时间内处理重叠在读写器天线的有效工作距离内的多张重叠的卡片。卡片上还内建有增值、减值的专项数学运算电路。非常适合公交、地铁等行业的检票、收票系统。卡片上的数据读写可超过10万次以上，数据保存期可达1O年以上。且卡片抗静电保护能力可达2kV以上。

    Mifare1卡中包含一块ASIC微晶片和一个高频天线，卡片上无源(无电池)。其基本工作原理是：读写器中的Mifare基站向Mifarel卡发一组固定频率(13．56MHz)的电磁波，卡片内有一个LC串联谐振电路。其频率与基站发射的频率相同。在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，使卡片内具有电荷，当所积累的电荷达到2V时。卡片中芯片将卡内数据发射出去或接收基站对卡片的操作。射频卡的标准操作距离为lOOmm，与卡片读写器的通信速率高达106Kb／s。

2 读写器芯片特性和功能简介

    MF RC5o0是应用于13．56MHz非接触式通信中高集成射频识别系统中的一员。该系统利用先进的调制和解调概念，完全集成了在13．56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。MF RC5o0支持ISO14443A所有的层，内部的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动近操作距离的天线(距离可达100mm)；接收器部分提供一个坚固有效的解调和解码电路．用于ISO14443兼容的应答器信号；数字部分处理ISO14443A帧和错误检测(奇偶与CRC)。此外，它还支持快速CRYPTO1加密算法，用于验证Mi．fare卡系列产品。方便的并行接口可直接连接到任何8位微处理器．为读卡器或终端的设计提供了极大的灵活性 。

3 RFID读写器的设计

3．1 系统硬件设计 

    3．1．1 读卡器硬件系统框图 

    基于MF RC500的RFID技术Mifare卡读写器系统，其系统结构框图如图1所示。 

    硬件主要由STC89C52RC单片机、MF RC500、以及232通信等接口模块组成。读卡器用sTC89C52RC单片机作主控制器．单片机控制MF RC500驱动天线对Mifare卡进行读写操作。74HC595作显示驱动器驱动LED数码显示器，PS／2总线作为通用编码键盘接口，键盘与LED显示器作为人机交互接口．MAX232作串口信号转换。由于主控芯片STC89C52RC有8K的FLASH．并且内含2K的EEPROM，可方便反复擦写、修改程序。同时，由于外部不用扩展程序存储器，可以简化电路设计．减小读卡器的尺寸．同时有较多的I／O口提供给系统使用。

    3．1．2 读写器的原理图设计 

    读写器电路是由STC89C52RC型单片机控制专用读写芯片(MF RC500)组成。系统的工作方式是先由MCU控制MF RC500驱动天线对Mifare卡进行读写操作，然后与PC通信，把数据传给上位机。其主要原理如图2～图5所示。

    读写模块MF RC500是整个读写器的核心，它完成读写Mifare卡的所有必需功能，包括RF信号的产生、调制、解调、安全认证和防重叠等。作为单片机与射频卡通讯的中介，MF RC500与Mifarel卡由射频场来建立无线链接并完成数据交换。其原理如图2所示。 

    MCU是通过对读写模块MF RC500内核特殊的内存寄存器的读写来控制MF RC500。MF RC500射频模块的DO—D7(数据端口1和单片机数据端口P0口直接连接进行数据传送，中断请求口IRQ和单片机的中断0f INT0)连接，即单片机利用MF RC500提供中断信息对其进行控制。读写器的控制单片机原理如图3所示。 

    天线部分电路如图4所示。天线拾取的信号经过天线匹配电路送到RX脚，MF RC500的内部接收器对信号进行检测和解调并根据寄存器的设定进行处理，然后数据发送到并行接口，由MCU进行读取。 

    MF RC500通过TX1和TX2提供13．56 MHz的能量载波驱动天线。根据寄存器的设定对发送数据进行调制来得到发送的信号。Mifarel卡采用RF场的负载调制进行响应。