射频卡实验装置设计.docx

1、I江淮学院本科毕业论文（设计）题目射频卡实验装置设计学生姓名学号24124047系别理工部专业电气工程及其自动化入学时间2012年9月导师姓名职称/学位讲师/硕士毕业论文（设计）提交时间二一六年四月安徽大学江淮学院教学科研部制II射频卡卡实验装置设计摘要射频识别技术是最近几年发展起来的一门新的自动识别技术。它是利用射频方式实现非接触式智能卡和读写器之间进行无线双向通信，完成对象识别和数据交换。同时，其可实现多目标识别、运动目标识别。非接触式射频卡技术的出现和发展必将进一步推动人类支付体系的革命性变革。随着我国“金卡工程”的深入实施，非接触式射频卡技术越来越广泛的应用于各种行业中，特别是商业金融

2、自动化，交通物流、工业自动化、以及军事国防等领域。本课题在深入研究了射频卡的相关理论和技术基础上，设计了基于MFRC500射频基站芯片和AT89S52单片机的射频卡读写器。本文首先介绍了射频识别系统的组成及其关键技术以及PHILIPS公司的MIFARE卡的特点、工作原理、内部结构、内部EEPROM存储器的访问控制方式等。然后详细介绍了射频卡读写器软硬件设计。硬件部分设计主要包括MCU控制模块设计、射频模块设计、串行通信电路设计及声音提示模块设计等。软件设计包括射频基站芯片RC500的基本操作程序设计，射频卡的访问程序设计及射频卡读写器与上位机之间通信程序设计等。最后介绍了设计中遗留的技术问题和

3、解决方案关键词射频识别；射频卡；MIFARE卡；MFRC500；AT89S52IIITITLERADIOFREQUENCYCARDEXPERIMENTDEVICEDESIGNABSTRACTTHETECHNOLOGYOFRADIOFREQUENCYIDENTIFICATIONISANEWAUTOIDENTIFICATIONTECHNOLOGYINRECENTYEARSITCANREALIZERADIOINTERCOMMUNICATIONBETWEENCONTACTLESSSMARTCARDANDREADERWRITER,TOCOMPLETEOBJECTIDENTIFICATIONANDDATA

4、EXCHANGEBYRADIOWAYATTHESAMETIME,ITCANREALIZETHEMULTIOBJECTIVEIDENTIFICATIONANDTHEMOVEMENTTARGETIDENTIFICATIONTHEAPPEARANCEANDDEVELOPMENTOFTHECONTACTLESSRADIOFREQUENCYCARDWILLCERTAINLYFUTTHERTOIMPELTHEREVOLUTIONARYTRANSFORMATIONOFTHEHUMANPAYMENTSYSTEMWITHOURCOUNTRYS“GOLDENCARDPROJECT”STARTING,THETECH

5、NOLOGYOFTHERADIOFREQUENCYIDENTIFICATIONWILLMOREANDMOREAPPLYINTHEEACHPROFESSION,ESPECIALLYINCOMMERCIALFINANCEAUTOMATION,INDUSTRIALAUTOMATION,TRANSPORTATION,MILITARYNATIONALDEFENCE,ANDSOONBASEDONTHERESERCHOFTHERELATEDTHEORYANDTHETECHNOLOGYOFTHERADIOFREQUENCYCARD,THISPAPERINTRODUCESTHEDESIGNOFTHERADIOF

6、REQUENCYCARDREADERBASEDONMFRC500RADIOFREQUENCYSTATIONCHIPANDAT89S52MCUFIRSTLY,THEPAPERINTRODUCESTHEMAKEUPANDIMPORTANTTECHNOLOGYOFTHERADIOFREQUENCYIDENTIFICATIONSYSTEM,ANDTHEPHILIPSMIFARECARDLNCLUDINGITSCHARACTERISTICS,WORKPRINCIPLE,INTERNALSTRUCTURE,OPERATIONOFINTERNALEEPROMMEMORY,ETETHEN,ITINTRODUC

7、ESTHEHARDWAREANDSOFTWAREDESIGNOFTHERADIOFREQUENCYCARDREADERINDETAILTHEHARDWAREDESIGNMAINLYINCLUDESMCUCONTROLMODULEDESIGN,RADIOFREQUENCYMODULEDESIGN,SERIALCOMMUNICATIINMODULEDESIGN,ANDVOCALANNOUCEMENTMODULEDESIGN,ETETHESOFTWAREDESIGNCOVERSTHEBASIEOPERATIONPROGRAMDESIGNOFTHERADIOFREQUENCYSTATIONCHIPRC

8、500,THEOPERATIONPROGRAMDESIGNOFTHERADIOFREQUENCYCARDANDTHECOMMUNICATIONPROGRAMDESIGNCONCERNINGTHERADIOFREQUENCYCARDREADERANDTHEMASTERCOMPUTER，ETEFINALLY,INTRODUCEDTHEUNRESOLVEDQUESTIONANDTHESCHEMEOFTHERFICCARDREADERSYSTERMKEYWORDSRFIDRADIOFREQUENCYMIFARECARDMFRC500AT89S52IV目录第一章绪论111课题研究背景和意义112国内外情

9、况113本文主要研究内容及章节安排2第二章射频识别技术221RFID系统2211RFID系统的组成32111射频标签32112读写器42113数据管理系统5212应用支撑软件522射频卡读写器工作原理523RFID的研究情况及应用情况6第三章射频卡631射频卡的种类以及性能分析6311射频卡的分类标准6312射频卡的国际标准7313射频卡选型的基本原则732MIFARE射频卡7321MIFARE卡的工作原理8322MIFARE卡的结构8323MIFARE卡内部的EEPROM存储器的操作流程图9第四章读卡器硬件系统的设计原理1041MCU控制模块1142射频基站模块1243声音提示模块1344天

10、线部分14第五章读卡器软件系统设计原理1551RC500的基本操作15511访问RC500的寄存器15V512MFRC500的命令集1652射频卡操作程序设计16521请求操作17522反碰撞操作17523卡选择操作18524认证操作18525读操作18526写操作18527值操作1853下位机通信程序设计1854上位机通信程序设计20541MSCOMM控件简介20542PC机串行通信程序20第六章结论和展望2161系统评价2162遗留问题与改进方案21结束语22主要参考文献23致谢241第一章绪论11课题研究背景和意义信息化是经济和社会发展的趋势，也是我国产业优化升级，实现工业化和现代化过程

11、的重要一环。智能卡应用系统是社会信息化的一个重要方面。射频卡是新一代的数据卡磁卡后，用双向数据交换技术和射频设备进行数据交换，具有智能读写与加密通信的功能，与传统的接触IC卡，磁卡相比，射频卡具有非接触，无磨损，读写频率高，操作方便，安全防冲突，使用寿命长等优点1。射频识别简称RFID技术是20世纪90年代开始兴起的一种非接触的自动识别技术，利用无线射频的方式进行非接触式通信，从而实现对被识别物体的自动识别2。射频卡也称为非接触式IC卡，是世界上近几年发展起来的一门新技术，在卡片靠近读写器表面时就可完成对卡中数据的读写操作，其成功地讲射频识别技术与IC卡技术结合起来，解决了无源（卡中无电源）与

12、免接触这一难题，称为电子器件领域的一大突破。与接触式IC卡相比较，射频卡拥有以下优点可靠性高，射频卡和读写器之间无机械接触，避免由于接触读写而引发的各种故障，操作方便，快捷，由于使用射频通信技术，读写器在一定范围内就可以对卡片进行读写，无需插拔卡动作；射频卡使用时没有方向性，卡片可以任意方向掠过读写器表面，读写时间短，大大提高了每次使用的速度；安全防冲突，射频卡的序列号是唯一的，制造厂家在产品出厂前已将此列号固化，不可更改，世界上没有任何两张卡的序列号相同。由于射频卡具有以上无可比拟的优点，所以被广泛地应用到公共交通收费，金融贸易，考勤，安防和一卡通等领域。综上所述，射频卡有着诸多优点和广泛的

13、应用领域，应尽快将其应用到实际中。典型的射频卡应用系统有射频卡，射频卡读写器和应用系统组成，其中射频卡读写器是连接射频卡和应用系统的桥梁，是射频卡应用系统中的关键部件，因此开发出一款性能优异的射频卡读写器是十分必要的。12国内外情况射频识别技术在国外发展非常迅速，射频识别产品种类繁多，应用广泛。从全球的范围看，美国已经在RFID标准的建立，相关软件硬件技术的开发，应用领域走在世界的前列。在射频识别技术的应用方面，欧洲与美国基本处于同一阶段。日本虽然已经提出UID标准，但主要得到的是本国厂商的支持，如果成为国际标准还有很长的路要走，RFID技术的重要性在韩国得到了加强，政府给予了高度重视3。国内

14、由于涉足RFID较晚，因而在该领域落后于发达国家，特别是RFID芯2片的设计生产方面还比较落后。我国很多企业对RFID的认识不够充分，基础设施的缺失也为RFID在我国的发展设置了障碍。在我国，卡片的应用系统起步较晚。它以金融领域应用起步，主要以银行卡为主，其原理为磁条卡。而非银行卡的发展远远超过银行卡发展规模，其发展主要集中在移动通讯、石化、社会保障、医疗、电信、身份识别等相关领域，卡片类型也由早期的磁卡、条形码卡向接触式IC卡和射频卡转换4。由于我国在RFID领域主要技术设备依赖进口，国内技术也相对比较落后，为了更好的推动我国射频技术的发展，国家有关部门正在出台各项计划，集聚国内优势力量进行

15、RFID的跟踪研究，技术研发、标准制定和示范推广。并且对RFID领域大力投入，相信随着国家的高度重视，未来射频技术必将渗入到我们生活的各个角落。13本文主要研究内容及章节安排本文主要内容是对射频识别技术的理论进行深入了解后，设计了一个射频卡读写器。本文主要探讨了MIFARE射频卡，射频卡读写器的硬件电路设计和软件程序设计。第二章，重点介绍了射频识别系统的基本理论组成和关键技术。第三章，重点介绍了MIFARE卡的特点、工作原理、内部结构、以及如何访问其内部的EEPROM存储器。第四章，主要讨论了射频卡读写器的实现，详细介绍了硬件电路设计。介绍了硬件整体开发方案和各部分硬件的设计原理。第五章，主要

16、讨论了射频卡读写器的实现，详细介绍了硬件电路设计。介绍了软件开发程序及上机操作。第六章，介绍了本课题所做的主要工作以及需要改进的地方。第二章射频识别技术21RFID系统通常情况下，RFID的应用系统主要由读写器和RFID卡两部分组成。其中，读写器一般作为计算机终端，用来实现对RFID卡的数据读写和存储，它是由控制单元、高频通讯模块和天线组成。而RFID卡则是一种无源的应答器，主要是由一块集成电路芯片及其外接天线组成，其中RFID卡芯片通常集成有射频前端、逻辑控制、存储器等电路，有的甚至将天线一起集成在同一芯片上。从概念上来讲，RFID类似于条形码扫描、对于条形码技术来说，它是将已经编码的条形码

17、附于目标物，并使用读写器通过光信号将条形码信息传送给读写3器，而RFID技术则是使用读写器和粘贴于目标物上的射频标签，利用射频信号将物品信息从射频标签传给读写器。211RFID系统的组成一般来说，射频识别系统包括射频标签、读写器和数据管理系统三部分，是利用无线电波或微波能量进行非接触双向通信，实现目标识别和数据交换功能的自动识别系统。射频识别系统的组成结构如图21所示5。中射频标签与读写器之间通过祸合元件实现射频信号的空间祸合。在祸合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据的交换。图21射频识别系统的组成结构图2111射频标签射频标签又称电子标签、应答器、数据载体，是RFID系统的真正的数据

18、载体。电子标签由芯片与天线组成，每个标签具有唯一的电子编码。标签附着在物体上以标识目标对象。受无线电射频信号照射时，能反射回携带有数字字母编码信息的无线电射频信号，供阅读器处理识别。依据射频标签供电方式的不同，射频标签可以分为有源射频标签和无源射频标签。有源射频标签内装有电池，无源射频标签内没有电池。有源射频标签的工作电源由内部电池供给，同时标签电池的能量供应也部分转化为射频标签与读写器通信所需要的能量，无源射频标签的能量由读写器发出的射频信号提供。无源射频标签的通信距离比有源的通信距离近，但其结构简单，成本低，寿命长，近年发展很快。标签的发展趋势未来标签可能有如下的发展趋势（1）无源系统是未

19、来的主流趋势，如果有源系统的成本降低，其应用也会越来越广泛；（2）性能更加优越，作用距离更远，读写性能更加完善，高度移动物品识数据管理系统接口电路控制模块射频模块天线天线电源控制器调制编码器时钟存储器4别，多标签快速读写，标签一致性更好，环境适应性更好，体积更小；（3）标签功能多元化，如带有蜂鸣器或传感器的标签等；（4）专用标签的研发与应用，如高温、高湿，磕碰等环境下使用的标签6；2112读写器读写器又称读出装置，扫描器，阅读器负责读取或写入标签信息的设备，读写器可以是单独的个体，也可以作为部件嵌入到其他系统中。阅读器在RFID系统中起到举足轻重的作用。阅读器的频率决定了RFID系统的工作频段

20、，阅读器的功率直接影响RFID的工作距离与阅读效果的好坏。1阅读器的作用阅读器位于应用系统与标签之间，用于实现对标签中数据的读写功能。主要完成以下功能1）阅读器与标签之间的通信功能目前技术条件下可实现阅读器和标签之间的双向通信2）阅读器与标签之间的通信功能3）能够在阅读区内实现多标签同时识读，具备防冲撞功能4）能够检验读写过程中的错误信息5）对于有源系统，能够识别标签电池的相关信息，如电量等2阅读器的基本构成阅读器的基本构成分为两个部分硬件部分和软件部分。软件部分负责对阅读器接收到的指令进行响应和对标签发出相应的动作指令；与应用系统软件进行通信；执行防碰撞算法等。硬件部分通常由两个基本功能模块

21、组成，即控制系统和高频接口（接口器，发送器）。控制系统也称为读写模块，其主要任务是1）执行从应用系统软件发来的动作指令；2）控制与射频电子标签的通信过程；3）信号的编码与解码；4）对阅读器和标签之间传送的数据进行加密与解密；5）进行阅读器和标签之间的身份验证；高频接口也称为射频模块，其主要任务是1）产生高频发射能量，激活射频电子标签并为其提供能量；2）对发射信号进行调制，用于将数据传输给射频电子标签；3）接收并解调来自射频电子标签的射频信号。3阅读器的发展趋势根据目前的技术形态和未来的应用需求，阅读器的发展可能存在着如下的发展趋势51）阅读器模块化，甚至可以把不同协议集成在一个阅读器模块上，目

22、前已经出现了这种多协议的阅读器；2）采用相位控制技术的职能多天线接口；3）多种数据通信接口，适应不同的应用系统需求，接口之间可以转换。目前市场上的产品，大多具有RS239USB风单一接口方式，还可以提供其它用户可选的接口方式，将来这些配置可能会是一种标准配置4）阅读器小型化，便携化，嵌入化；5）更多新技术的应用，如智能信道分配技术，扩频技术，碼分多址技术等。2113数据管理系统数据管理系统主要完成数据信息的存储、管理以及对射频标签进行读写控制。数据管理系统可以是市面上现有的各种大小不一的数据库系统，也可以是面向待定行业的、高度专业化的管理数据库。212应用支撑软件RFID应用支撑软件除了标签和

23、阅读器上运行的软件外，介于阅读器与企业应用之间的中间件是其中的一个重要组成部分。该中间件为企业应用替工一系列计算功能，在电子产品编码（EPC）规范中被称为SAVANT。其主要任务是对阅读器读取的标签数据进行过滤、汇集和计算，减少从阅读器传往企业应用的数据量。同SAVANT还提供与其他RFID支撑系统进行互操作的功能。SAVANT定义了阅读器和应用两个接口。22射频卡读写器工作原理如果一个应用系统（应用软件）要从一个非接触的数据载体（应答器）中读数据或写入数据到一个非接触的数据载体中去，则它需要一个非接触的读写器作为接口。从应用软件的角度来看，对数据载体的访问应是尽可能地透明。非接触式IC卡本身

24、是无源卡，当读写器对卡进行读写操作时，读写器大厨的信号由两部分叠加组成一部分是电源信号，该信号由卡接收后，与本身的LC产生一个瞬间能量来供给芯片工作。另一部分则是指令和数据信号，指挥芯片完成数据的读取、修改、储存等，并返回信号给读写器。对一个非接触的数据载体的读、写操作是严格按照“主从原则”来进行的。这意味着，读写器和应答器的所有动作均有应用软件来控制。因此在一个分层系统结构中，应用软件是作为主动方，而读写器则作为从方只对应用软件的读写指令作出反应。为了执行应用软件发出的一条指令，读写器会与一个应答器建立通信。而相对于应答器，此时的读写器是主动方，应答器只响应读写器所发出的指令，从不自主活动。

25、623RFID的研究情况及应用情况RFID是芯片技术、无线电技术和计算机技术的结合，因此RFID体现了这些技术的优点，也必然要收到这些技术的制约目前RFID在应用中受到的限制主要表现在以下方面1）易受周围开放的电磁环境影响。2）在对电磁波传播有影响的物体上使用效果不理想，主要是在电子波无法穿透过的物体和吸收电磁波的物体上使用效果不好，在某些情况下甚至完全不能工作。3）识读效果受发射电波能量的限制。在实际应用中，RFID标签识读的准确性并不能达到百分之百，单位时间内可识读的标签数量也是有限的。4）识读设备之间易产生相互影响，设备（如天线放置及天线方向）安装如不合理，使用效果会受到严重影响，甚至完

26、全失效。正是由于RFID技术的不成熟，因此关于RFID技术的研究如火如荼，如关于阅读器与标签、天线的研究等等。近年来，RFID技术在国内外发展很快，被广泛应用于工业自动化，商业自动化、交通运输控制管理、空间定位与追踪、系统安防等众多方面。90年代中期用该技术生产的装置被开始应用在英国、法国、加拿大、芬兰、及捷克等国的公共交通系统上。随着其应用范围的不断扩大，再加上应用装置的增加，与RFID相关的行业得到了长足的发展7。目前RFID典型应用包括在物流领域用于仓库管理、生产线自动化、日用品销售；在交通运输领域用于集装箱与包裹管理、公交收费、高速公路收费与停车收费；在农牧渔业用于羊群、鱼类、水果等的

27、管理以及宠物野生动物跟踪；在医疗行业用于药品生产、病人看护、医疗垃圾跟踪；在制造业用于零件与库存的可视化管理；RFID还可以应用于图书与文档管理、门禁管理、定位与物体跟踪、环境感知和支票防伪等多种应用领域。第三章射频卡31射频卡的种类以及性能分析311射频卡的分类标准1）按照载波频率分为高频射频卡是指载波频率大于9MHZ的射频卡，低于这个频率为低频射频卡。当前实际应用的主要是低频射频卡。2）按照芯片可分为只读卡，存储卡，逻辑加密卡以及CPU卡。3）按照工作距离可分为邻近式射频卡（工作距离小于10米）；远距射频卡7312射频卡的国际标准当前根据射频卡的不同工作距离，存在三种标准9工作距离在1CM

28、以内的射频卡的国际标准为150535。工作距离在10CM以内的射频卡的国际标准有ISO14443，又可细分为ISO14443，主要生产厂商为PHLIPS、SEIMENS等；ISO14443B，SONY公司的产品目前尚无对应的国际标准，但其希望能成为ISO14443C标准。满足ISO14443标准的射频卡的工作频率都为1356MHZ8，对于工作频率为125KHZ的射频卡目前没有国际标准。工作距离在1M以内射频卡的国际标准为ISO15693。313射频卡选型的基本原则随着射频卡技术的逐渐成熟，射频卡一定会在更多的领域得到成功应用。在射频卡的应用过程中，射频卡的选型是进行应用设计的重要一步，选型的合

29、适与否可以直接决定应用系统的成败。射频卡选型的基本原则可以概括如下1）满足需要原则。射频卡的选型应把满足实际应用为基本原则，以门禁系统为例，一般选择只读射频卡即可满足要求，则没必要选择可读写的射频卡。2）经济原则。当前射频产品的价格差异很大，不同产品的最大差价可以达到几十倍，而且一个射频卡应用系统主要是面向大量用户的，所以总的成本差距更大，在选型中既要考虑到卡片的性质也要充分考虑到射频卡的价格。3）保密性。在射频卡的实际应用中，不同的领域对操作的安全性要求是不同的。对于一些收费系统，例如水、电、气的收费，公交车收费系统，城市一卡通等，对安全性要求很高，则要尽可能的选择安全性高的产品。对另一类系

30、统，像门禁系统、用于标识的电子标签、考勤系统则可以考虑使用安全性能不是很突出的产品。4系统实现上的方便性。射频卡的数据交换不同于传统的接触式IC卡，它对读写设备的稳定性、抗干扰性要求很高。所以在射频卡选型时，一般要考虑该产品是否具有与之相配套的读写基站芯片，采用读写基站芯片则可以方便、高效的组成射频读写电路。32MIFARE射频卡MIFARE射频卡是当今世界上占有率第一的射频卡，以其优良的稳定性和可靠性，以及一卡多用的特性，得到最广泛的应用。MIFARE射频卡采用先进的芯片制造工艺制作，符合国际标准ISO14443A，卡片上需电源，与射频卡读写器非接触的进行数据和能量交换，操作距离可达到10C

31、M，工作频率为1356MHZ，数据传输率为106KBS，具有防冲突机制，支持多卡同时操作，对卡的操作时间小于10MS；内部具有SK位的EEPROM，可分为16个扇区，每个扇区包含4个数8据块，每块包含16个字节，对MIFARE卡操作时以块为单位进行，不同块可以配置不同操作，数据可以存储10年以上，可以改写10万次，可以读无数次；安全方面射频卡与读写器之间采用三次相互认证，数据经加密后再进行通信，每个扇区拥有两套独立的密码，每张MIFARE卡的序列号全球唯一。综合考虑这几种MIFARE卡的性能，价格使用普及度等因素，选择MIFARE卡作为本系统的电子标签类型。321MIFARE卡的工作原理MIF

32、ARE卡由天线和ASC（专用集成电路）组成，天线是只有几组绕线的线圈，卡上的ASIC由一个高速的RF接口，一个控制单元和一个8K位EEPROM组成工作原理读写器向射频卡发送一组固定频率的电磁波，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器发送的频率相同，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振从而使电容内有电荷，在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子。泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储，当所积累的电荷达到2V时，此电容可作为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接收读写器的数据10。322MIFARE卡的结构MIFARE卡主要由射频接口电路，数字控制部分及EEPROM存储器组成

33、，其结构如图31所示1）射频接口电路在射频接口电路中，主要包括有波形转换模块。它可以接收读写器发出的频率为1356MHZ的无线电波一方面送调制解调模块、另一方面进行波形转换，将正弦波转化为方波，然后对其整流滤波，由电压调节模块对电压进行进一步的处理，包括稳压等，最终输出供给卡片上的各电路11。POR模块主要是对卡片上的各个电路进行POWERONRESET（上电复位），使各电路同步启动工作。3）数字控制部分9图31MIFARE卡的结构框图323MIFARE卡内部的EEPROM存储器的操作流程图流程图如下所示射频接口电路反碰撞模块认证模块控制和算术逻辑单元EEPROM接口电路CRYPTO数据加密单

34、元EEPROM存储器10是否是图32MIFARE卡的EEPROM存储区的操作流程图第四章读卡器硬件系统的设计原理射频卡读写器的设计分为硬件电路设计和软件程序设计，硬件电路设计是射频卡读写器的核心，也是软件程序设计的基础。硬件电路主要包括MCU控制模块，射频基站模块，串行通行模块，声音提示模块，复位电路和天线部分等。硬件电路设计射频卡读写器的硬件电路主要由几大模块组成，硬件电路模块如图41所示，开始上电复位识别选中认证结束存储器操作值块读、写、增值、减值、取值、传输改变扇区停止11图41硬件电路模块图41MCU控制模块MCU控制模块是射频卡读写器的控制核心，主要负责对射频基站模块的初始化工作，对

35、串行通信模块进行初始化，控制通信模块完成与上位机进行串行数据通信，接收上位机的命令，通过控制射频模块完成对射频卡进行各种操作。选用ATMEL公司的AT89S52单片机12，该单片机与INTEL公司的80S52在引脚，硬件组成，工作特性和指令系统等方面完全兼容。AT89S52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8KBYTES的可反复擦写的FLASH只读程序存储器和256BYTES的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS51指令系统，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，AT89S52单片机在电子行业中有着广泛的应用。A

36、T89S52有40个引脚，32个外部双向输入输出（IO）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89S52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和FLASH存储器结合在一起，特别是可反复擦写的FLASH存储器可有效降低开发成本。AT89S52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。AT89S52引脚图如下所示。复位电路MCU控制模块射频基站模块声音提示模块串行通信模块12图42AT89S52单片机引脚图AT89S52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8KBYTES的可

37、反复擦写的FLASH只读程序和256BYTES的随机存储数据（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS51指令系统，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元AT89S52单片机在电子行业中有着广泛的应用。42射频基站模块射频基站模块是射频卡读写器的关键部件，通过该模块与射频卡进行数据通信。射频基站模块的主要部件就是射频基站芯片，选用PHILIPS公司的射频基站芯片MFRC500其功能框图如图43所示13。13图43MFRC500功能框图MFRC500芯片的引脚图MFRC500拥有32个引脚，采用SO32封装图44MFRC500引脚示意图43声音提示模块

38、对射频卡进行各种操作时，如果操作成功，射频卡读写器发出声音提示操作成功。发声的器件选用蜂鸣器，该器件使用方便，价格便宜。单片机的I/O口驱动能力有限，不能直接驱动蜂鸣器发声，通过三极管来驱动蜂鸣器，用AT89S52单片机引脚的P11来控制蜂鸣器的发声，电路如图45所示数据线并行微控制器接口地址线控制线CRYPTOL加密与密钥存储器状态和控制数据处理单元模拟电路MIFARECLASSICMIFAREPROISO14443A14图45蜂鸣器驱动电路图44天线部分天线部分主要包括EMC低通滤波器，接收电路，天线匹配电路和天线线圈。如图46所示图46天线电路原理图15第五章读卡器软件系统设计原理51R

39、C500的基本操作511访问RC500的寄存器MCU通过对MFRC500的控制，实现射频卡的读写操作。MCU对MFRC500的控制有三种方式；（1）执行命令来初始化函数和控制数据操作；（2）通过设置配置位来设置电气和函数的行为。（3）读状态标识监控RC500的状态；这三种方式本质都是通过读写RC500的寄存器来实现。执行命令即是将命令代码写入RC500的命令寄存器，通过RC500的RFID缓冲区来传递参数和交换数据设置配置位即是设置RC500的寄存器的相应位；监控RC500的状态是通过读RC500的寄存器来实现的。无论页是否被选中，页寄存器总是可以被访问。采用了分页寻址方式来确定寄存器的地址，

40、采用KEILC语言实现对寄存器的访问，程序如下DEFINEGETREGPAGEADDR0X80|ADDR3往一个地址写一个数据VOIDWRITERAWIOUNSIGNEDCHARADDRESS，UNSIGNEDCHARVALUEXBYTEADDRESSVALUE；向某个寄存器中写入值VOIDWRITEIOUNSIGNEDCHARADDRESS，UNSIGNEDCHARVALUEWRITERAWIO（0X00，GETREGPAGE（ADDRESS）；/向页寄存器中写入要访问寄存器的/地址高3位A5，A4，A3WRITERAWIOADDRESS，VALUE；/往相应寄存器中写入值从一个地址读出一个

41、数据UNSIGNEDCHARREADRAWIOUNSIGNEDCHARADDRESSRETURNXBYTEADDRESS；从指定的寄存器中读取数据16UNSIGNEDCHARREADIOUNSIGNEDCHARADDRESSWRITERAWLO0X00，GETREGPAGADDRESS；/向页寄存器中写入要访问寄存器的/地址高3位A5，A4，A3RETURNREADRAWIOADDRESS；/从寄存器中读取数据512MFRC500的命令集MFRC500的行为是通过其内部状态机执行特定的命令来实现的。通过将命令代码写入命令寄存器来开始这些命令。执行命令所需要的参数和数据主要通过MFRC500内部

42、的FIFO缓冲区来实现交换。具体的实现（1）如果某条命令执行时，需要输入数据，那么它会将FIFO缓冲区中找到的数据作为输入数据（2）如果某条命令执行时，需要几个参数，那么只有通过FIFO缓冲区得到正确数据的参数后，该命令才可以开始。（3）在命令开始时，FIFO缓冲区并不自动清空。所以可以将命令参数和数据写入FIFO缓冲区后，开始命令。52射频卡操作程序设计对MIFARE射频卡的操作分为请求，反碰撞，选择，读，写增值，存取和传输，对射频卡操作的流程图如图51所示15。具体描述如下。17图51MIFARE卡操作流程图521请求操作当有MIFARE卡进入读写器天线作用范围内，读写器发出REQUEST

43、命令。数为CHARMF500PICCCOMMOMREQUESTUNSIGNEDCHARREQ_MODE,UNSIGNEDCH522反碰撞操作。在请求操作之后，要进行的是反碰撞操作，得到一张卡的序列号。当有多张MIFARE卡同时处于读写器天线作用范围内，读写器与一张MIFARE卡进行通信，取得其序列号。由MIFARE卡的序列号全球唯一，不可能重复，保证下一步只对MIFARE卡操作，反碰撞函数为CHARMF500PICCCASCANTICOLLUNSIGNEDCHARSELEET_CODE,UNSIGNEDCHARBCNT,UNSIGNEDCHARSNR522反碰撞操作在请求操作之后，要进行的是反

44、碰撞操作，得到一张卡的序列号。当有多张MIFARE卡同时处于读写器天线作用范围内，读写器与一张MIFARE卡进行通信，取得其序列号。由MIFARE卡的序列号全球唯一，不可能重复，保证下一步只对MIFARE卡操作，反碰撞函数为复位请求标准/所有反碰撞选择卡三次相互认证终止读写加减存取传输18CHARMF500PICCCASCANTICOLLUNSIGNEDCHARSELEET_CODE,UNSIGNEDCHARBCNT,UNSIGNEDCHARSNR523卡选择操作在MIFARE卡成功完成请求、碰撞操作后，进行的操作是卡选择。对指定序列号的卡，进行选择操作，选中的卡可以进一步同RC500进行通信

45、，其余的卡恢复到初始状态卡选择操作函数CHARMF500PICCCASCSELEETUNSIGNEDCHARSELEET_MODE,UNSIGNEDCHARSNR,UNSIGNEDCHARSAK524认证操作为了访问MIFARE卡的EEPROM存储器中存放的数据，必须进行认证操作。相关函数为MF500PICCAUTHUNSIGNEDCHARAUTH_MODE,UNSIGNEDCHARKEY_SECTOR,UNSIGNEDCHARBLOCK525读操作经过认证过程，MIFARE卡的访问控制条件为允许读时，可以从MIFARE卡中读出EEPROM的值。每次读出6字节一块的数据。读操作函数MF500P

46、ICCREADUNSIGNEDCHARADDR,UNSIGNEDCHAR_DATA526写操作经过认证，MIFARE卡的访问控制条件为允许写时，可以通过写操作将数据写入到MIFARE卡的EEPROM中。每次写入16字节一整块数据。写操作函数MFPICCWRITEUNSIGNEDCHAR_DATA527值操作当MIFARE的块的属性设定为值块时，可以进行值操作，值操作包括增加、减少、取值、传输。值操作函数为MFPICCVALUEUNSIGNEDCHARDD_MODE,UNSIGNEDCHARADDR,UNSIGNEDCHARVALUE,UNSIGNEDCHARTRANS_ADDR53下位机通信程

47、序设计读写器从射频卡读取的数据要送上位机作进一步处理，读写器要接收上位机的命令，这就需要进行通信。利用AT89S52单片机上带的通用异步接收发送器来进行串行通信。串行通信程序使用KEILC语言编写，程序如下VOIDISR_UARTVOIDINTERRUPT4USING119UNSIGNEDCHARLEN,I；UNSIGNEDINTJ0；IFRILENSBUF；RI0；FOR（I0；ILEN；I）WHILE（RL）J；IF（J1000）BREAK/T超时/ENDWHILEIFJ1000REVBUFFERISBUFRI0；J0；/ENDIFELSEBREAK；/ENDELSE/ENDFORIFIL

48、ENREN0；CMDVALID1；/ENDIF/ENDIF（RL）ELSEIF（RITIT10；LENREVBUFFER0；FOR（I0；ILEN1；I）SBUFREVBUFFER1；WHILE（TI）；TI0；/ENDFORREN1；/ENDELSEIF20/ENDISR_UART54上位机通信程序设计与下位机进行数据通信，主要利用了MICROSOFT公司提供的MSCOMM控件，接收下位机发送来的数据信息，发送命令给下位机16。541MSCOMM控件简介MSCOMM控件（MICROSOFTCOMMUNICATIONCONTROL）是MICROSOFT公司提供的简化WINDOWS下串行通信编程

49、的ACTIVEX控件，为应用程序提供了通过串行接口收发数据的简便方法17。MSCOMM控件通过串行端口传输和接收数据，为应用程序提供串行通信功能。542PC机串行通信程序（1）初始化MSCOMM控件（2）通过MSCOOM控件接收数据1事件驱动方式182查询方式（3）通过MSCOMM控件发送数据PC机经常要发送命令给下位机读写器，发送命令存于TXDATA数组中，通过MSCOMM控件发送数据的程序如下VOIDCMIFAREBASIEOPERATIONONREQUEST（）BYTETXDATA3；TXDATA00X02；TXDATA10X02；SWITCH（M_RADIO）CASE0TXDATA20X52；BREAK；CASE1TXDATA20X26；BREAK；DEFAULT/ENDSWITCHCBYTEARRAYARRAY；ARRAYREMOVEII21ARRAYSETSIZE3FORINTI；I3；IARRAYSETATI，TXDATAI；M_COMMSETOUTPUTCOLEVARIANTARRAY；/发送数据第六章结论和展望61系统评价通过对文献资料的查阅和相关技术手册的研读，较全面的掌握了RFID系统的