基于MF RC632芯片的专用读卡器设计及实现

　　整个系统的控制核心使用PHILPS公司生产的高速51系列产品，利用其丰富的内部资源，不仅降低了设计难度，在PCB制板上也进步了系统的可靠性。

　　(3) 射频电路

　　其电路如图5所示。在本设计中，为进步整个系统的使用范围，在芯片选择上使用功能更加强大的MFRC632，这也是整个系统的核心部分。

　　(4) 系统时钟电路

　　系统时钟电路如图6所示。在本系统中，为节约系统的I／O资源，选用了I2C总线高性能的时钟芯片，同时利用其内部的电源检测电路对系统的供电电池进行监控。

　　(5) 天线设计

　　由于MF RC632的频率是13.56MHz，属于短波段，因此可以采用小环天线。小环天线有方型、圆形、椭圆型、三角型等，本系统采用方型天线。天线的最大几何尺寸与工作波长之间没有严格的界限，一般定义为：

　　L／λ≤1／2π　　 (1)

　　上式中，L是天线的最大尺寸，λ是工作波长。对于13.6MHz的系统来说，天线的最大尺寸在50厘米左右。在天线设计中，品质因数Q是一个非常重要的参数，对于电感耦合式射频识别系统的PCD天线来说，较高的品质因数值会使天线线圈中的电流强度大一些，但由此可改善对PICC的功率传送。品质因数的计算公式为：

　　Q=(2πf0·Lcoil)／Rcoil 　　(2)

　　式中。?0是工作频率，Lcoil是天线的电感量，Rcoil是天线的电阻值。通过品质因数可以很轻易计算出天线的传输带宽：

　　B=f0／Q　　 (3)

　　从式(3)中可以看出，天线的传输带宽与品质因数成反比关系。因此，过高的品质因数会导致传输带宽缩小，从而减弱PCD的调制边带，导致PCD无法与卡通讯。一般系统的最佳品质因数为10～30，最大值不能超过60。

　　考虑上述因素和实现的方便，采用在PCB板的最外侧用方形导线缠绕形成天线。其电路原理图如图7所示，天线PCB电路如图8所示。

　　(6) 数据存储电路

　　数据存储电路如图9所示。在本系统中，为节约系统的硬件资源并增加系统的数据 存储能力，采用ATMEL公司生产的SPI总线接口的容量为264KB的Flash AT45DB021，用来存储系统设置和备份数据。

　　3.2 软件部分

　　3.2.1 对Mifare卡的操纵流程

　　整个系统的工作由对Mifare卡操纵和系统后台处理两大部分组成。由于篇幅有限，本文只对Mifare卡的操纵流程进行简单先容，其操纵流程如下：

　　(1) 复位请求

　　当一张Mifare卡片处在卡片读写器天线的工作范围之内时，程序员控制读写器向卡片发出REQUEST all(或REQUEST std)命令，卡片的ATR将启动，将卡片Block 0中的卡片类型(TagType)号共2个字节传送给读写器，建立卡片与读写器的第一步通讯联络。假如不进行复位请求操纵，读写器对卡片的其他操纵将不会进行。

　　(2) 反碰撞操纵

　　假如有多张Mifare卡片处在卡片读写器天线的工作范围之内，PCD天线将与每一张卡片进行通讯，取得每一张卡片的系列号。由于每一张Mifare卡片都具有惟一的序列号(决不会相同)，因此PCD天线将根据卡片的序列号来保证一次只对一张卡操纵。该操纵使PCD天线得到PICC的返回值作为卡的序列号。

　　(3) 卡选择操纵

　　完成上述二个步骤之后，PCD天线必须对卡片进行选择操纵。执行操纵后，返回卡上的SIZE字节。

　　(4) 认证操纵

　　经过上述三个步骤，确认已经选择了一张卡片，PCD天线在对卡进行读写操纵之前，还必须对卡片上已经设置的密码进行认证。假如匹配，才答应进行读写操纵。

　　(5) 读写操纵

　　该写操纵是对卡的最后操纵，包括读、写、增值、减值、存储和传送等操纵。

　　3.2.2 系统软件的部分代码

　　根据上面的流程，采用Keil C语言进行编程，由于篇幅有限，本文只对读卡程序的头文件的部分代码进行简单的先容，主要先容在程序中所要使用到的部分功能函数：

　　大多数射频卡的操纵流程与Mifare卡类似，所用到的操纵函数也差未几，所以，只要修改本系统所用到函数的少量代码就可应用到其他读卡器设计中。

　　4 可靠性对策

　　由于本系统是一台标准的射频读卡器设备，所以对其电磁兼容性要特别加以控制。本系统所采用的方法是，在PCB制板上除了要考虑一些能引起电池辐射干扰的信号线的走线外，还要在电路板上展铜以增加地线对信号的屏蔽能力。此外，在电路板的四周还要多打一些过孔，以增加上下两层底线的导通能力，降低两层之间的阻抗，增加系统的抗EMC能力，降低系统的EMI。

　　该读写器最突出的特点是高性能、高稳定性和强兼容性，典型的读写间隔为11厘米，在有效读写区域内无死区，读写操纵可靠。而在桌面工作环境中，卡片在有效感应区域内连续读写出错率低于0.01％，其兼容性表现在不仅能够读取标准的卡片，对于偏离标准很多的卡片也能够进行读取。同时，因本系统作为一种带有实时时钟的特殊专用读卡器，在对一些需要计时检测的领域有着广泛的用途。例如在赛鸽比赛中，只需在鸽笼的开口处装上此设备，在鸽子的身上装上Mifare卡，就可以在比赛当中迅速得到比赛成绩。该方案已在某公司的设备上获得成功，相信还可以在其他领域获得更广阔的发展。