基于新型非接觸IC卡T5557讀寫器設計

文章出處：http://xianjuhong.com 作者：武漢理工大學 自動化學院   人氣： 發(fā)表時間：2011年10月20日

引言 非接觸卡根據(jù)射頻電磁感應原理產(chǎn)生的， 使用時無需任何接觸、快捷、不易損壞，因此廣泛的應用于各個領域。T5557 卡是美國ATMEL 公司新出品的一款感應卡，T5557是兼容e555x的RFID芯片,但又具有與e555x系列芯片不同的新性能，還有擴展模式。具有很大的應用前景。  一T5557/U2270B的特性及讀寫器的原理  （一）非接觸式T5557卡的基本性能以及其新性能 T5557是一種調(diào)諧頻率可從100 kHz 到150kHz的非接觸卡類。它有密碼設置和寫保護，其讀方式用戶可設置，可以防沖突；T5557還可內(nèi)置電容可掩膜選擇，也可外配電容；它具有唯一64 位序列號，所以具有可追溯性。T5557含有 330 位的EEPROM 存儲體，分成10 塊，每塊33 位，包括LOCK 位都是可編程的。頁0的塊0 包含模式/配置數(shù)據(jù)[1]，是控制模塊，用來控制卡的各種操作特性，如同步信號，編碼方式，波特率，數(shù)據(jù)流長度，加密和口令喚醒等功能的啟用關閉等，在規(guī)則讀時不被傳送。頁0 的塊7 可以被使用作為寫保護的密碼。每塊的0 位是本塊的鎖位，一旦上鎖，本塊數(shù)據(jù)只讀，不能再被改寫。頁1 包含可追溯性數(shù)據(jù)，只讀。T5557與e5550系列的區(qū)別在于T5557增加了擴張功能。以下首先主要說明T5557的擴展功能。  1． T5557 的擴展模式[1]  一般的，block0 的bit1~bit4(Master key)被設置到”6”或”9”，和X-mode 位一起會使能擴展模式。  a) Master key=“9”：測試模式被激活，擴展模式也被使能。  b) Master key=“6”：任何測試模式都被禁止，但擴展模式仍然被使能。  c) Master key=“其它值”：擴展模式被禁止，即使X-mode 位被設置了。  1.1比特率產(chǎn)生器  擴展模式下，比特率是二進制可編程的，可以被控制在適合下列公式的RF/2 到RF/128 之間的任何值。比特率＝RF/(2n+2)  1.2 一次可編程選擇  如果OTP 位被設置，所有的塊被寫保護，另外此時若Master key=”6”，T5557 的操作模式會永遠被鎖（OTP），如果Master key=”9”，允許重新配置T5557 卡。  1.3反相數(shù)據(jù)輸出  T5557 在它的擴展模式支持反相數(shù)據(jù)輸出選擇。如果反相數(shù)據(jù)被使能，這個功能支持所有的基本編碼類型。  （二） U2270B基站讀寫器的性能及特點  U2270B的載波頻率fosc為100KHz~150KHz，其調(diào)制方式為曼徹斯特碼和雙相位碼。U2270B的電源供給可為5V的穩(wěn)壓電源或者是12V的汽車蓄電池。它可以為RF場提供能量，其中在短距離運用時，外圍驅(qū)動電路簡單。U2270B還具有信號微調(diào)能力，而且其讀寫距離可達7－10cm。U2270B 還具有電壓輸出功能可以給微處理器或其他外圍電路供電。  U2270B 具有省電模式和STANDBY控制可選, 所以設計基站電路時可以按照功能的不同要求, 設計基站的外圍電路。  （三）總體結構設計     非接觸式IC卡是一種接口電路，它通過卡上配置的發(fā)射機應答器震蕩線圈與讀寫器震蕩線圈的耦合取得能量。通過必要的軟件配合，保證卡與讀寫器間實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交換。  以Atmel公司的89S52單片機作為主控模塊，與系列射頻卡讀寫模塊U2270B電路共同構成了一個射頻卡讀寫器系統(tǒng)。At89s52單片機是一種低功耗，高性能的CMOS 8位單片機[2]。它:繼承了MCS-51系列單片機的優(yōu)點。并且在指令和管腳封裝上與其他內(nèi)核的51系列單片機相兼容，同時片內(nèi)具有WATCHDOG功能,當程序由于某種干擾而死機時，系統(tǒng)可以可靠復位，保證系統(tǒng)的正常運行。同時支持ISP在線下載。其中讀寫器的原理圖如圖1所示。                              圖1 讀寫器的原理圖                           Fig 1 the fig of read/write base station  二．讀卡器與卡T5557的通訊及軟件編程  數(shù)據(jù)被寫到卡T5557是通過用短的gap 來中斷RF 場來實現(xiàn)的，兩個gap 之間時間編碼的0/1 信息要被傳送。以下采用T5557的擴展模式對卡進行讀寫軟件編程。                                     （一）非接觸IC卡的寫操作 在擴展模式下，為快速的寫操作。采取的是快寫方式Start gap 為10~50FC，與普通模  式的間隔一樣。Write gap為10~20FC。寫數(shù)據(jù)0/1，正常的是12 個場時鐘為“0”,27 個場時鐘為1，無gap32 個時鐘周期則T5557 退出寫模式[1]。在軟件編程中，采用定時器/計數(shù)器1的中斷來實現(xiàn)gap中斷RF場的準確定時計數(shù)。其中有四種寫命令， 其軟件流程圖如圖2所示。  在非擴展模式下，數(shù)據(jù)被寫到卡T5557與E5550 的寫模式是一致的。Gap 的持續(xù)時間通常是50～100us, Start gap 一般為10~50場周期，16~31 個場周期表示“0”，48~63個場周期表示“1”，前一次gap 以后64 個場時鐘周期沒有gap 產(chǎn)生，T5557 退出寫模式。如果接收的位數(shù)正確，卡開始執(zhí)行命令，如發(fā)現(xiàn)錯誤，T5557 退出寫。  對比普通模式和擴展模式，擴展模式的寫數(shù)據(jù)要比普通模式的寫數(shù)據(jù)要節(jié)省一半的時間。節(jié)約了寫卡的時間從而提高了工作的效率。                           圖2   寫卡流程圖                           Fig 2  the flow fig of write card  （二）非接觸IC卡的讀操作 在擴展模式下，T5557 序列開始標記是一種特殊的阻尼模式，可以用來同步讀卡器。序列開始標記由兩位組成（01or10），如果在擴展模式，配置位29 被設置，序列開始標記會被插入每個要傳送的塊之前[1]。注意：相鄰的序列開始標記是相反的。在對T5557的讀卡過程中首先要讀取序列開始標記01或10后在對數(shù)據(jù)進行讀取。而T5557 的序列終結符在非擴展模式下是和E5550 兼容的，由4 個“1”位周期組成。  采用曼徹斯特碼讀取T5557的數(shù)據(jù)。位數(shù)據(jù)1對應著電平上跳，位數(shù)據(jù)0對應著電平下跳[1]。在編程序時，在位傳送周期P的1/4和位傳送周期P的3/4處讀取電平的狀態(tài)，從而確定數(shù)據(jù)位0/1。所以要準確定時計數(shù)，在的軟件編程中采用外部中斷0和外部中斷1來準確定時計數(shù)。  在此過程中要注意位傳送周期P的大小。根據(jù)資料的計算公式，以載波頻率fosc=125KHz，位傳送率為RF/32（由BLOCLK0來配置）來計算位傳送周期P=1/（125KHz*32） [1]=256us。理論上為256us，但實際在讀取過程中會有些偏差，我們通過多次實驗測量位傳送周期P，總結得出位周期的比理論上的P偏小，平均值為230 ，P的最大值為260，P最小值為190（當然我們不同的讀卡器可能對此P的大小有所影響）。把位傳送周期限制在一個范圍，從而更準確的讀取位是0還是1。否則無法正確的讀取卡上的數(shù)據(jù)。程序框圖如圖3所示。                            圖3  讀卡流程圖                            Fig 3 the flow fig of read card  三． 結語  T5557相比較于E555x增加了擴展模塊并且兼容了E555x的基本功能，又在此基礎上增加了擴展功能。在T5557的擴展模式下，節(jié)省了對卡的讀寫時間，極大的提高了效率。e5550與T5557在價格上差別不大，因此T5557的應用前景非常的樂觀。 T5557卡以及讀寫器以成功應用于智能非接觸式IC水表,并嚴格通過穩(wěn)定性測試。