基于單片機的ic卡讀寫器設計畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 信號，射頻接口模塊就會將信號轉換成電源或電壓、復位的信號，從而使的卡片被激活；(3) 存儲器中信息被存取控制模塊調制至載波上，由卡上的天線發送給讀卡器； 總體方案論證 各模塊方案選擇與論證(1)控制器的選擇采用ATMEL公司的AT89S52作為系統主要控制器。AT89S52單片機算術或運算功能較強、具有靈活的軟件編程、自由空間大，可以用軟件編程實現邏輯控制和多種算法，并且因為它的功耗低、技術成熟、體積小和成本低的特點，所以它在各個領域應用得到了廣泛的應用。AT89S52是我們熟悉的控制器，編程比較熟悉，易于掌握。 (2)RFID讀卡芯片的選擇NXP公司(原飛利浦半導體公司)是較早進入RFID芯片行業的國際性半導體的公司，具有比較全面的射頻讀寫芯片上的產品。MFRC500芯片就是NXP公司生產的。MF ，包括了全部的主動非接觸式通信方式與協議，MFRC500支持ISO 14443Aamp。B的所有層中的通信方案；內部的收發器部分可以驅動近耦合設計天線可以不需要其他的電路；數字部分能處理完整的ISO14443幀數據還有錯誤檢測；具有合適的并行接口，可以直接與8位的微處理器相連，并且支持SPI兼容接口。由于MFRC500能夠滿足設計需求，而且應用范圍比其他的芯片更廣，資料齊備，于是選擇MFRC500作為本設計的射頻接口芯片。(3)顯示模塊的選擇運用液晶顯示屏來顯示各種信息。它有輕薄短小、低耗電量、平面直角顯示和影像穩定不閃爍等多種優勢，并且符合本系統顯示信息量多的需求，利用LCD自帶的字符庫，進行編程就可以實現所需信息的顯示，其不必利用控制芯片創建字符庫，既節省了資源，又省去了該部分的大量編程任務。為了使人機界面更加友好，操作更加方便，采用LCD液晶顯示。(4)系統時鐘和存儲芯片的選擇刷卡時同時要記錄刷卡時間，運用外接時鐘芯片的辦法，為系統提供了準確可靠的時鐘，用3V備用的電池確保在系統掉電的時候也能夠正常運走。在這選擇使用體積較小、接口較簡單的時鐘芯片DS1202[9]。 用AT24C64作數據存儲器。AT24C64是串行E2PROM的存儲器，支持I2C總線數據的傳輸協議，8K的存儲容量，使用兩根線和CPU構成了串行接口。由于本設計采用的AT89S52單片機不具備I2C總線接口，因此采用軟件法加以解決。 總體方案決定根據上述分析，系統設計方案如下：本IC卡讀寫器擬以ATMEL公司的AT89S52單片機作為微控制器，采用MFRC500芯片作為射頻卡讀/寫模塊，采用DS1202作為系統時鐘，采用LCD顯示，并以MAX232接口和計算機通信，組成一套功能齊全的非接觸IC卡讀寫系統。當IC卡在天線區域經過時，單片機自動需求對IC卡進行讀寫，再把讀/寫卡的時間一起存到存儲器中[10]。 IC卡讀寫器系統結構框圖第四章 非接觸式IC卡技術非接觸式IC卡是射頻識別技術與IC卡技術相結合的產物，它與接觸式IC卡的最大區別是它沒有機械觸點，通過無線方式與讀寫設備進行通信，它成功解決了卡內無源和免接觸這一難題。 射頻識別技術射頻識別（英文：RadioFrequencyIDentification，縮寫：RFID）是一種無線通信技術，可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸。射頻識別技術是非接觸式智能卡系統的基礎，是在射頻技術、通信技術和計算機術等現代信息技術發展的基礎上于20世紀80年代中期問世的。與傳統的條碼或磁條識別技術比，射頻識別技術具有非接觸、作用距離遠、精度高、信息的收集和處理快捷等一系的優點，在工業自動化、商品控制、交通運輸控管等眾多領域得到廣泛的發展。RFID技術的基本工作原理并不復雜：標簽進入磁場后，接收解讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息（Passive Tag，無源標簽或被動標簽），或者由標簽主動發送某一頻率的信號（Active Tag，有源標簽或主動標簽），解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進行有關數據處理。一套完整的RFID系統， 是由閱讀器（Reader）與電子標簽（TAG）也就是所謂的應答器（Transponder）及應用軟件系統三個部份所組成，其工作原理是Reader發射一特定頻率的無線電波能量給Transponder，用以驅動Transponder電路將內部的數據送出，此時Reader便依序接收解讀數據， 送給應用程序做相應的處理。射頻識別技術是自動識別技術中的一種。自動識別技術(AutomatciEuqipmnet dInetifiaction，簡稱AEI)是目前國際上發展很快的一項新技術。該項技術的基本思是通過采用一些先進的技術手段，實現人們對各類物體或設備(人員、物品)在不同態(移動、靜止或惡劣環境)下的自動識別和管理。依據射頻識別技術實現的射頻卡系統，可按照以下5種方式分類:(1) 根據射頻卡供電方式可分為有源卡系統及無源卡系統。(2)根據射頻卡工作方式的不同可分成三種:可讀寫卡(RW)、一次寫入多次讀出(WORM)和只讀卡(RO)系統:(3) 根據整個系統工作頻率的不同可分為高頻、中頻及低頻系統。(4)根據調制方式的不同可分為主動式和被動式系統。(5)根據讀取卡片數據的技術實現手段，可將其分為廣播發射式、倍頻式和反射調制式三大不同系統。射頻識別系統一般由兩部分組成：應答器：應答器應放在識別的物體上；閱讀器：閱讀器可以是讀或讀/寫裝置，取決于所使用的結構和技術。非接觸IC卡工作過程為 　　(1) 讀寫器不斷向周圍發出一組固定頻率的無線電磁波。 　 (2) 非接觸卡片內有一個LC串聯諧振電路,當它進入讀寫終端的工作區域內,而且頻率與讀寫終端發送的頻率相同,這樣,在電磁激勵下，LC諧振電路產生共振。　　(3) 共振使卡內的電容有了負荷，在電容的另一端，接有一個單向導通的電子泵，將電容內的電荷送到另一個電容內存儲，當所積累的電荷達到2V時此電容可作為電源為集成電路提供工作電壓。 　 (4) CMOS集成電路中的有關控制邏輯電路對接收到的信號進行解碼。 　 (5) 根據解碼信息判斷讀寫終端發來的命令要求，若是讀取信息則控制邏輯電路從存儲器中讀取有關信息；若是修改信息則有關控制邏輯啟動電壓泵將2V工作電壓提升到15V，以便對存儲器（EEPROM）中內容進行重新寫入編程。 　 (6) 當電容放電時，非接觸卡內的發射電路就將從存儲其中讀取的數據信息及相關信息發送給讀寫終端。 　　(7) 讀寫終端對接收到的信息進行處理。 射頻識別系統使用的頻段可以分為低頻和高頻兩類，當工作頻率越高，它們之間的通訊速度就越快，系統的工作時間就越短。射頻技術在非接觸式IC卡中的實現 非接觸IC卡又稱為射頻IC卡，其關鍵技術是射頻識別技術。要在IC卡中實現射頻技術需要解決的技術難題如下: （1）安全機制問題：因為射頻技術的特點,所以IC卡中得的數據在通信過程中被截取的可能性很大，所以需要防止保密信息的泄漏。作為安全性的解決辦法之一，射頻信號傳輸的是通過加密處理的數據，必須有同樣的解密算法才能破解其中的信息，并且在實現通訊之前必須先進行讀卡機具和卡的相互認證才可繼續進行通訊。 (2)防沖突機制：如果在操作過程中同時出現多張卡，如何防止卡之間的數據干擾，保證讀/寫卡操作的正確完成。非接觸卡在出現多卡進入讀卡機具作用范圍時，通過基于BIT沖突檢測協議（Type A），或者則是字節、幀及命令（Type B）完成防沖突（Type A型和Type B型卡的區別在后面進行闡述）。 　 （3）通訊的調制解調方式：為了實現IC卡與終端之間的正確的通訊，必須為其數據的傳輸制定相應的協議，才能在IC卡和終端之間進行正確的交流。而作為將模擬信號轉換為數字信號進行傳送的調制解調方式對通訊的完成是非常的關鍵的，非接觸式IC卡通過兩種方式進行調制解調，這也是Type A和Type B型卡的區別之一。 （4）電源及電源功耗的設計：射頻IC卡的工作能源是通過射頻收發電路由空間電磁波提供的。電磁波能量的大小決定了卡上IC的功耗，也決定了IC芯片的功能。所以其在功耗參數上則要求盡量的小，這樣射頻信號的能量才能滿足IC卡的工作要求。要克服這個問題只有從兩個方面來解決，首先是在芯片的制作材料上進行技術革新，降低芯片的功耗。另一個方法就是提高射頻能量，從射頻歐中獲取足夠的電能保證卡上IC卡片正常工作。 非接觸式IC卡在目前的應用中，由于本身射頻技術和卡芯片 技術的限制，卡片需要較低的功耗。從而導致無法在卡片上實現CPU的嵌入，所以非接觸式IC卡多為ASIC卡，ASIC的加密采用的是邏輯電路加密的方法，其靈活和可靠性都不是很高。所以，這直接導致了非接觸卡在金融系統和電子商務應用上的限制。所以在以后的發展中，射頻卡的發展方向則是基于在其中實現CPU，以達到擴展其應用領域的目的。　　前面曾經提到過，由于射頻卡的能量供給都是由射頻信號提供的，所以射頻功率的大小決定了射頻卡的功耗。而卡片上集成CPU需要占用更多的功耗，于是，解決能量供給的問題就是射頻技術發展所需要解決的問題。提高射頻信號的功率，以提供足夠的能量保障卡芯片和CPU的正常工作，這也是解決接觸式IC卡和非接觸式IC卡兼容問題的最為經濟和現實的途徑。目前市場上最常見的非接觸式IC卡是非接觸式邏輯加密卡，這類IC卡憑借其良好的性能和較高的性價比得到了廣大用戶的青睞，并已被廣泛應用于公交、醫療、校園一卡通，門禁等領域。由于非接觸式邏輯加密卡芯片采用的是流密碼技術，密鑰長度也不是很長（比較典型的密碼長度是Mifare的48 bit），因此邏輯加密卡芯片普遍存在著一定的安全隱患，有被黑客破解的可能。在金融、身份識別、電子護照等對安全要求比較高的領域目前更傾向于使用內嵌微處理器的非接觸式CPU卡芯片。CPU卡芯片內部都有雙重安全機制，第一重是芯片本身集成的加密算法模塊，芯片設計公司通常都會將經實踐檢驗最安全的幾種加密算法集成入芯片，目前比較常見的安全算法有RSA，3DES等。國內芯片設計公司還會引入國密算法（SSF33，SCB2，SM2，SM3等）來加強芯片的安全性。國密算法是不對外公開的，因此國密算法一般比其他公開算法的加密算法具有更高的安全性。第二重保護則是CPU卡芯片特有的COS（Card Operation System）系統，COS可以為芯片設立多個相互獨立的密碼，密鑰以目錄為單位存放，每個目錄下的密鑰相互之間獨立，并且有防火墻功能（不同目錄下密鑰不會互相影響）。同時COS內部還設立密碼最大重試次數以防止惡意攻擊。由此可見，非接觸式CPU卡比非接觸式邏輯加密卡具有更高的安全性。第五章系統硬件設計與實現 顯示模塊 本系統的人機接口部分采用LCD顯示，LCD型號為12864，帶中文字庫的128X64是一種具有2線或3線串行、4位/8位并行的多種接口方式，內部包括國標一級、二級簡體的中文字庫的點陣圖形顯示模塊；它的分辨率為12864, 內部置有128個16*8點ASCII字符集和8192個16*16點漢字。該模塊方便、簡單的操作指令與靈活的接口方式令，可以構