非接触式IC卡读卡器硬件的设计

摘要：本文以AT89C52单片机作为微控制器，基于MFRC500模块设计了非接触式IC卡读卡器。　阐述了该读卡器的相应的硬件设计。

关键词：AT89C52 MFRC500 IC卡 读卡器

非接触式IC卡是IC卡领域的一项新兴技术，它是射频识别技术和IC卡技术相结合的产物。由于非接触式IC卡具有操作快捷、抗干扰性强、工作距离远、安全性高、便于“一卡多用”等特点，在自动收费、身份识别和电子钱包等领域具有接触式IC卡所无法比拟的优越性，具有广阔的市场前景。非接触式IC卡读卡器是非接触式IC卡应用系统的关键设备之一。本文以MF　RC500为核心，结合AT89C52等设计了一套单片机控制非接触式IC卡操作的硬件结构，它可以应用于门禁控制、电子消费场合，如食堂售饭、公交和地铁电子售票等场合。

读卡器的硬件设计

一、单片机选择

AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含4K　bytes的可反复擦写的Flash只读程序内存和128bytes的随机存取数据存储器，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MCS-51指令系统，片内置用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可以提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用各种控制领域。

二、电源

一个系统电源的设计，要考虑到整个系统中各部分硬件的电压需求，电流需求等综合因素。本硬件系统中，各个设备都是+5V供电，所以可以只设计一个+5V的电源产生电路。

元件7805的作用是对外界输入的稍微大于5V的电压进行稳压作用，输出端OUT输出稳定的+5V电压以供各个设备使用使用。电路中用到了很多电容，它们都是起到滤波的作用，滤除系统需要的稳定直流电压外的其它成分。220uf的电容主要起到减少电压纹波的作用，0.1uf的电容起到滤除电压中的高频谐波的作用。

三、读卡芯片的选择

MFRC500是Philips公司开发的非接触式智能卡读卡器芯片系列中的一种，是13.56MHz非接触式CI卡中高集成度读卡器中的一员，它与MFRC531、MFRC530和SLRC400的引脚都是兼容的。

MF　RC500的数字接口

MF　RC500支持直接与各种微处理器相连，它的总线控制有三种类型：独立读写选通、共享读写选通和带信号交换的共享读写选通。其中前两种又都可以分为独立地址、数据总线型和地址线、数据线复用型，第三种只有复用形式。本读卡器采用的是独立读写选通，地址线和数据线复用的连接方式这样的好处是可以提高对各个端口的利用率，实现更多的功能。

采用这种方式时读入寄存器的值时，首先置端口的状态为输出，送出需要读取的寄存器地址，锁存地址，取出地址，设置端口的状态为输入，片选信号置0选中MF　RC500，设置成读取状态，从端口获得读到的数，设置成非读取状态，片选信号置1不再选中芯片。

MF　RC500的寄存器设计

MF　RC500总共有64个寄存器，地址从0x00到0x3F，它的寄存器的分类采用页面机制，共分为8个页面，每个页面有8个寄存器，每个页面代表了一类寄存器。

其中每个页面的第一个寄存器都是页面寄存器，它们的地址是0x00，0x08，0x10，0x18，0x20，0x28，0x30，0x38，是用来选择寄存器页面的。page6中的除0x30寄存器外，其余均是为将来扩展而预留的寄存器，Page7中是测试使用的寄存器。

四、EEPROM的存储结构

在读卡器的软件设计中，需要向MFRC500中写入密钥，这就需要用到它的EEPROM。MFRC500的EEPROM大小为512个字节，分为32块（第0块～第31块），每块的大小均为16个字节，其中不同的块，作用不同，读写访问权限也不同。第0块中存放着MFRC500的产品序列号等内容，每个芯片的序列号都是独有的。用户对这个块只能读取不能写入和修改。第1～2块中存放的文件会使MFRC500在初始化阶段时用此文件自动执行寄存器的初始化。第3～7块中存放的初始化文件可以使用户在执行切Loadconfig命令时对MFRC500进行初始化。用户可以读取和修改初始化文件的值，而且这些块还可以存储用户用于其他用途的数据。

五、读写器天线

读写器天线用于产生磁通量，而磁通量用于向非接触式IC卡提供电源并在读写器与非接触式IC卡之间传输信息。因此，对读写器天线的构造就有三个基本要求：

l）使天线线圈的电流最大，用于产生最大的磁通量。

2）功率匹配，以最大程度地利用产生磁通量的可用能量。

3）足够的带宽，以无失真地传送用数据调制的载波信号。品质因数Q和谐振频率是读写器天线的特征值，由于品质因数Q会影响天读写距离，所以是天线设计中的一个重要参数，它可以通过电感线圈的电抗与电阻的比值计算出来，公式如下：　较高的品质因数，会得到较高的读写器天线电压，其由可增加应答器即IC卡的能量传输。与之相反，天线的传输带宽与品质因数Q值成反比。选择的品质因数过高，会导致带宽缩小，从而明显地减弱应答器接收到的调制边带。此外，无源非接触式IC卡其能量是通过天线感应来的，而且由于受到卡形状的限制，卡中不可能封装很大的天线，使得接收的能量较小，从而决定了读写器天线读写距离很短，一般在100mm以内。

六、液晶显示器

系统中采用LCD1602作为显示器件输出信息。与传统的LED数码管显示器件相比，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等优点，而且不需要外加驱动电路，现在液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的显示器件了。LCD1602可以显示2行×16个字符，具有8位数据总线D0-D7，和RS、R/W、E三个控制端口，工作电压为5V，并且带有字符对比度调节和背光设置。

结束语

电子技术和通信技术的发展使人们越来越依赖于电子设备给人们提供的方便。基于非接触式IC卡的单片机控制系统就是众多IC运用场合中的一员。非接触式IC卡技术先进，具有接触式IC卡、磁卡等其他卡类不可比拟的优势，应用范围广泛，能够在大多数场合代替接触式IC卡的使用。如：公交IC卡，考勤与门禁控制卡，校园一卡通以及第二代身份证等等，因而，非接触式IC卡读写器的设计也有着显著的价值。

参考文献：

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