基于单片机的RFID读写器设计(3)

Mifare1 IC智能（射频）卡的核心是NXP公司的Mifare1 IC S50(-01，-02，-03，-04)系列微晶片，他确定了卡片的也行以及卡片读写器的诸多性能。Mifare1 IC智能卡采用先进的芯片制造工艺制作，内建有高速的CMOS EEPROM，MCU等。卡片上除了微晶片及一副高效率天线外，无任何其他元件。卡片上无源（无任何电池），工作时的电源能量由卡片读写器天线发送电载波信号耦合到卡片上天线而产生电能，一般可达2V以上，供卡片上得IC工作。工作频率为13.56MHz。Mifare1射频卡所具有的独特的MIFARA RE(射频)非接触式接口标准已被指定为国际标准：ISO/IEC 14443 TYPEA标准。

Mifare1 IC S50是多应用的智能卡，它使用起来方便、高速、安全，经常应用在支付领域，它与读写器通信使用握手式半双工通信协议；卡片上有高速的CRC协处理器，符合CCITT标准，卡片制造是具有唯一的卡片序列号，没有重复

的相同的两张Mifare卡片。卡片上内奸8K(bit)EEPROM存储容量并划分为16个扇区，每个扇区划分为4个数据存储块，每个扇区可由多种方式的密码来管理。卡片上还内建有增值/减值的专项的数学运算电路，非常适合公交、地铁等行业的检票收费系统。典型的检票交易时间最长不超过100ms。卡片上的数据读写可超过10万次以上；数据保存期可达10年以上。

本文设计的读卡器正是用于读写Mifare1 IC S50卡的应用系统，可以对Mifare 1 IC S50进行读写操作、电子钱包操作、密码操作以及认证方式设置等操作。

2.5读卡器的工作原理

MCU通过对读卡器芯片内寄存器的读写来控制读卡器芯片，读卡器芯片搜到MCU发来的命令后，按照非接触式射频卡协议格式，通过天线及其匹配电路向附近发出一组固定频率的调制信号（13.56MHZ）进行寻卡，若此范围内有卡片存在，卡片内部的LC谐振电路（谐振频率与读卡器发送的电磁波频率相同）在电磁波的激励下，产生共振，在卡片内部电压泵的作用下不断为其另一端的电容充电，获得能量，当该电压达到2V时，即可作为电源为卡片的其他电路提供工作电压。

当有卡片在读卡器的有效工作范围内时，MCU向卡片发出寻卡命令，卡片将回复卡片类型，建立卡片与读卡器的第一步联系，若同时有多张卡片在天线的工作范围内，读卡器通过启动防冲撞机制，根据卡片序列号选定一张卡片，被选中的卡片再与读卡器进行密码校验，确保读卡器对卡片有操作权限以及卡片的合法性，而未被选中的则仍然处在闲置状态，等待下一次寻卡命令。密码验证通过后就可以对卡片进行读写等应用操作。

第三章 非接触式IC卡国际标准

非接触式IC卡以作用距离的不同而分为三个不同的标准。。密耦合IC卡标准ISO/IEC10536主要是在1992年到1995年间发展的。近耦合和疏耦合IC卡标准的制定工作——国际标准ISO/IEC 14443和ISO/IEC 15693——大约是1995年开始着手进行的，两项标准在2000年后才开始有效完成。远耦合卡暂未出统一技术标准。

非接触式IC读卡器对应的国际标准

近耦合IC卡的作用距离在10CM左右，目前绝大部分的民用系统都采用的是近耦合IC卡，因此本章着重介绍该标准内容。

近耦合卡采用的国际标准ISO/IEC 14443标准分为四个部分： ISO/IEC14443-1物理特性 ISO/IEC14443-1射频能量和信号接口， ISO/IEC14443-3初始化和防冲突 ISO/IEC14443-4传输协议，下面将着重介绍ISO/IEC14443-3初始化和防冲突。

ISO/IEC14443-3初始化和防冲突这部分描述了在一个PCD设备的射频区域里查询PICC卡，字节和帧的格式，初始化请求命令和请求命令的响应的内容，在记账卡中对一张卡的检测和通讯的方法（即防冲突）和其他一些需要初始化的参数。这里只介绍TYPEA 3.1 TYPEA的初始化和防冲突

3.1.1帧的格式和时序

PCD或PICC发送的帧都包含一个帧头和帧尾和中间的数据信息或错误检测位。PCD或PICC之间采用半双工的通信方式，帧与帧之间的延时时间也在标准里做了具体的规定。

帧分为短帧(数据长度只有一个字节)和标准帧（数据长度大于1个字节）

以及基于位数据传送的防冲突帧。

3.1.2命令集

①PCD设备间隔一定时间就发送请求命令（REQA）,REQA命令组成如下： REQA编码

REQA帧包括以下内容： ? 通信起始位S

? 7位数据，低位先发送，REQA的命令代码是\? 通信结束位E

②PICC接收到REQA命令后，在PCD能量场内的所有PICC同步发出ATQA应答。编码如下表所示：

ATQA的编码:

b8b7表示UID比特帧的大小。UID比特帧的定义将在售后介绍。UID的长度不是固定的，可以由1,2,或3部分组成，对应于ATQA的B8B7位分别为00、01和10.

b5~b1中有且只有1位置为1，表示采用的是比特帧防冲突方式。RFU为保留位，均置为0.

③PCD接收ATQA应答，PICC和PCD进入防冲突循环，PCD的ANTICOLLISION和SELECT命令用于防冲突循环。命令组成式如表所示：

BCC在UID CLn为40bit才有，是前5个字节的异或，此时为SELECT命令（NVB=‘70’）；不足40个bit时，则为ANTICOLISION命令。