基于MF RC632芯片的专用读卡器设计及实现

　　利用射频识别技术(Radio Frequncy Identification)开发的非接触式IC识别器，与传统的接触式IC卡、磁卡相比较，在系统寿命、防监听、防解密等性能上具有很大的上风。本文先容利用MCU P89LPC932、MF RC632、Mifare卡等构建的非接触式专用IC读写器，充分利用了MF RC632的射频识别读写器芯片的功能。所使用的器件大部分都是PHILPS公司的器件，具有典型性和一定的通用性，因此稍加改动即可应用到其他系统中，而且在该读写器基础上能很轻易地开发出适用于各种自动识别系统的非接触式IC识别器。

　　1 系统硬件结构及工作原理

　　1.1 系统结构及特点

　　系统主要由核心控制单元MCU P89LPC932、与Mi-fare One卡通讯的MF RC632、与PC机通讯的RS232、提供时间基准的实时时钟芯片PCF8563和存储系统设置数据的存储器AT45DB021组成。整个系统所用的器件都是比较常用的器件，具有典型性和通用性。此外，在系统方案设计中，将整个系统分为主站和基站，而主站和基站的硬件和软件均无区别只是设置不同。因此只要在设备安装后通过PC机就可设置其权限，易于安装、调试、维修和扩展。

　　1.2 系统硬件及工作原理

　　系统硬件框图如图1所示。主板上电后，读取存储器中的系统设置，然后根据其中的设置初始化整个系统，包括本设备的ID号、主站、从站、开机时间、关机时间、数据的存储方式等。本系统除可以作为一个通用的Mifare卡的读写器外，还可作为一种练习器材，作为一种专用的练习评估工具。例如，将该设备安装在跑道的四周，并将Mifare One卡安装在测试者的鞋上。由于每个练习者都有自己的ID号，当他从起跑线起跑时，安装在起跑线的专用读卡器就会将练习者的设备ID号和当时的时间写进测试者的Mifare One卡中，当经过下一个基站时读卡器会将测试者的设备ID和当时的时间写进测试者的Mifare One卡中，同时会将测试者的ID号、姓名等个人信息包括经过上个测试基站时间都读进设备中保存。由于Mifare One卡共有16个扇区，每个扇区又分为四块、每块又有16个字节，因此，除了保证系统使用的扇区空间外，用户可以使用的有48×16字节。而通过Mifare One卡存储的数据均不大，只占用一块存储区，换句话说，Mifare One卡的数据存储区可以存储48次，当超过48次时就从前面覆盖数据。所以，在Mifare One卡中存储的永远是最后经过最近48个基站的信息。在练习结束后，就可以通过主站将各个基站的数据收集起来以评估测试者的信息。而主站和基站之间的通讯方式也是多样的：当主站和基站的间隔比较近时，可以采用RS232、RS485；为进步通讯质量则可以采用产业总线的方式，如CAN总线、FC总线或One Wire总线等；当间隔比较远时，可采用无线通讯的方式，如GSM等。此外，各个基站还可以通过打印机将数据输出[1-2]。

　　2 关键器件和关键技术

　　2.1 读卡器核心CPU P89LPC932

　　P89LPC932是飞利浦公司生产的一款单片封装的微控制器，适合于要求高集成度、低本钱的场合，可以满足多方面的性能要求。它采用了高性能的处理器结构，指令执行时间只需2～4个时钟周期，是标准80C51器件的六倍；集成了很多系统级的功能。其功能框图如图2所示。

　　2.2 Mifare MF RC632高集成度非接触通讯读卡IC

　　Mifare MF RC632是飞利浦公司推出的适用于工作频率为13.56MHz的非接触式智能卡和标签，并且支持这个频段范围内多种ISO非接触式标准，其中包括ISO1443和ISO15693。MF RC632通过改变包括公共交通、公路征税、存取控制计划和供给链治理等不同读取应用的射频信号振幅，使系统集成商能够方便灵活地开发出可互操纵的RFID系统。

　　该新型读取IC应用了一种特别的调制解调概念，这种技术可以改变射频信号的振幅，能够识别基于RFID的各种智能卡、标识和标签，并支持ISO1443和ISO15693标准，其设计与飞利浦现有的读取IC管脚到管脚兼容，这些Ic包括：Mifare智能卡读取ICMF RC632、TYPE-B卡片读取IC MF RC531和I.CODE智能标记读取IC SL RC400。该IC卡并行接口可直接连接到任何8位微处理器，给读卡器／终真个设计提供了极大的灵活性。此外，它所提供的SPI总线对一些I／O资源有限的设计提供了有效的解决方式。

　　2.3 实时时钟芯片PCF8563

　　PCF8563是一款低功耗、可编程为时钟输出、中断输出和低电压检测功能的CMOS芯片，所有地址和数据都通过串行I2C总线传输，最高速率可达400kbps，内置的字地址寄存器在每次读写结束后自动加1。主要特点如下：

　　提供基于32.768Hz晶振的年、月、日、时、分、秒和世纪标记；提供从1V～5V的宽操纵电压范围从；低保持电流，在25°C、3V供电的情况下只有0.25μA；400kHz的I2C总线作为外部接口；可编程作为外部设备的时钟源，时钟有：32.768kHz、1024Hz、32Hz和1Hz四种；有报警和定时器功能；低电压检测；内部提供晶振电容和上电复位电路；I2C总线；集电极开路输出[5]。

　　3 设计方案实现

　　3.1 硬件部分

　　(1) 系统供电电路

　　由于本系统的终极设计目标是做出一台手持设备，所以在供电上选用电池供电。为减少整个电路板上的电源消耗，除了在器件选择上选用低功耗器件外，在电源设计上也使用了一些简单的电路来实现电源治理。如图3所示，整个供电电路分为三个部分，电池电压通过接插件BATTER输进，经过D3后将6V左右的电压降为5.3V。5.3V电压经过VT4后输出5V左右电压供给板上的5V电路，VT4由系统的控制核心CPU控制。5.3V电压经过电源模块后给供电电路。AS1117构成3.3V供电电路为电路板上的控制核心P89LPC932供电。3.3V电压经过VT2后输出3V左右的供电电压，为板上的其他3V左右的电路供电。除了系统的控制核心采用这种方式供电外，其他电路的供电完全由系统的控制核心P89LPC932通过软件来控制，大大减少了系统的功耗，进步了电源使用效率。

　　(2) 系统的控制核心

　　其电路如图4所示。