一種實用的非接觸式IC卡讀寫器的設計

文章出處：http://xianjuhong.com 作者：李科讓   人氣： 發(fā)表時間：2011年10月17日

    IC卡按數(shù)據(jù)傳送的形式可分為有接觸型IC卡和非接觸型IC卡二種：當前廣泛使用的是接觸型IC乍，在這種卡片上IC芯片有8個觸點可與外界接觸。非接觸瓔IC卡的集成電路不向外引出觸點，它除r包占有存儲器卡、邏輯加密卡、CPU卡3種#的電路外，還帶有射頻收發(fā)電路及相關(guān)電路，讀寫器對卡的讀寫為非接觸式，因而稱這種IC卡為非接觸式或感應IC卡。非接觸式IC卡又稱射頻卡(RF卡)，RF卡是世界上最近幾年發(fā)展起來的一項新的技術(shù)，已成功地將射頻識別技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)合起來，解決了無源IC(卡中無電源)和免接觸這一難題，是電子器件領(lǐng)域的一大突破。

    與接觸式IC卡相比較，非接觸式IC卡具有可靠性高、操作方便、快捷、防沖突、加密性好、適合于多種應用等優(yōu)點，一經(jīng)問世，便立即為世人關(guān)注，并以驚人的速度得到推廣，大有替代各種磁卡和接觸式IC卡的應用。

    1 讀寫器的硬件構(gòu)成

    非接觸式IC卡讀寫器的硬件由單片機、鍵盤、顯示器、非接觸式IC卡讀寫部件、接收和發(fā)送天線、電源、時鐘及與上位機(PC機)的通信接口等構(gòu)成，如圖1所示。上述部件與器件以周密的邏輯設計通過程序控制完成對非接觸式IC卡片的讀寫，并可通過串行通信接口與PC機的串行通信接幾(420m1或corn2)進行通信，以便完成對非接觸式IC卡片的某些方面應用的管理。 

圖1非接觸式IC卡讀寫器硬件框圖

    1．1基于讀寫器的單片機 

    非接觸式IC卡讀寫器應具有讀寫非接觸式IC卡的能力。為此，選用ATMEL公司的AT89C52單片機作為控制核心。

    AT89C52是一種內(nèi)含8KB EPROM、256寧節(jié)的RAM并能與MCS一51系列的指令系統(tǒng)和管腳完全兼窬的低電壓、高性能CMOS 8位微控制器。其性能：32條I／0線、3個16位定時器／計數(shù)器、8個二級中斷源結(jié)構(gòu)、1個全雙工串行口。片內(nèi)帶有振蕩器和時鐘電路且設有穩(wěn)態(tài)邏輯，在低到零頻率下仍有靜態(tài)邏輯。支持2種軟件ar選的省電模式、在閑置模式下CPU停止工作，但RAM、定時器／計數(shù)器、申行口和中斷系統(tǒng)仍在工作；在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止使用其它芯片功能，直到下一個硬件復位為止。

    以這種高性能的微控制器為核心，配合以相應的組合邏輯設計，構(gòu)成主控單元。

    1．2系統(tǒng)的RAM設計

    選用總線器件24LC65作為系統(tǒng)的存儲器fRAM)。24LC65是MICrochip公司的64KB CMOS、“靈巧”串行的E干ROM．其8引腳的DIP封裝，使系統(tǒng)PCB設計簡潔。同時，也可使系統(tǒng)具有掉電保護功能與單片機的連接如圖2所示。

    1．3鍵盤、顯示器電路設計

    采用10個共陰極的LED數(shù)碼塊以醒目、簡潔地顯示非接觸式IC卡片的數(shù)據(jù)信息。也可顯示從鍵盤輸入的需寫人非接觸式lc卡片的數(shù)據(jù)信息。圖3為采用行列(矩陣)式鍵盤和動態(tài)掃描方式進行鍵盤識別及數(shù)據(jù)品示的電路框圖。這種設計可減少硬件開銷、降低成本。 

    1．4系統(tǒng)復位和電源報警電路

    系統(tǒng)工作時，會經(jīng)常進入復位狀態(tài)。為保證系統(tǒng)町靠復位，選用iMP709為系統(tǒng)提供所需的RESET和RESET復位電平，具體電路設計如圖4所示。 

圖4 系統(tǒng)復位和電棖撤警電路

    用于電源報警。③手動復位輸入功能可消除抖動。與采用分立元件或單一功能芯片組合的電路相比，大大減少了系統(tǒng)電路的復雜性和元什數(shù)量，顯著地提高r系統(tǒng)可靠性和精確度，當電源波動或跌落時，南R1、R2分壓產(chǎn)生的，J限電平使iMP709的ID(5腳)端輸出低電乎。此低電平與AT89C52的INTO(中斷0)相連產(chǎn)生中斷，發(fā)出報警指令，產(chǎn)生聲音(蜂鳴器)報警。

    2 射頻感應部件的設計

    射頻感應部分可分為射頻感應部件和天線二部分設計，具體設計如圖5所示 

圖5射頻感應鄙件設計

    2．1射頻器件GB9簡介

    GB9是一個具有讀和寫非接觸式IC卡功能的射頻感應器件，其工作電壓范圍比較寬(5～12V)，射頻上作頻率額為125kHz．讀寫R片的數(shù)據(jù)為9．6K Baud串行ASCII(讀、寫卡片數(shù)據(jù)不受方向限制)。所需讀或?qū)懣ㄆ臄?shù)據(jù)分別由AI’89C52的串千亍通信口的數(shù)據(jù)接收端(Rxt))和發(fā)送端(TXD)接收和發(fā)送。讀到卡片數(shù)據(jù)時，其P LED端產(chǎn)生的電平可使AT89C52的1NTl引腳發(fā)生中斷并由中斷處理程序?qū)⒋藬?shù)據(jù)作相應處理。AT89C52將鍵盤鍵入的數(shù)據(jù)由其串行通信幾(TXD)傳送到GP9的DATA IN(7腳)，由天線發(fā)出，并寫入該感應部件天線距離范圍內(nèi)的非接觸式IC卡片中。

    2．2射頻器件GB9的天線設計

    射頻器件GB9的天線設計亦是非常重耍的一個環(huán)節(jié)。在非接觸式IC卡讀、寫器設計中，射頻器件GB9的天線是一個低Q值的線圈，其電感量可用wL／R來計算，大體上為17¨H(筆者自己設計的天線瀆、寫卡片距離可達14cm)。因此，設計一個好的天線對提高非接觸式IC卡讀寫器的讀、寫可靠性是至關(guān)重要的。

    3 軟件設計流程框圖

    非接觸式IC卡讀寫器的軟件采用積木式模塊設計。其主要模塊程序由鍵盤掃描、LED動態(tài)顯示、讀寫器及與上位機(PC機)通信等組成，軟件設計主程序流程框如圖6所示。 

圖6土程序流程框圖

    本設計在實際應用中證明：此系統(tǒng)讀寫非接觸式IC卡片迅速、方便、可靠、穩(wěn)定，深受用戶歡迎。有足夠的優(yōu)勢取代目前仍使用磋}和接觸式IC卡讀寫器的應用，具有巨大的市場競爭力和廣闊的發(fā)展前景。