基于ＭＳＰ４３０單片機的實用射頻卡讀卡電路設計

摘 要：以射頻識別技術的實際應用為背景，采用低功耗RF射頻感應式收發模塊MTP-K4，結合低功耗FLASH型16位RISC指令集MSP430單片機，設計一個射頻卡讀卡電路。給出各部分的硬件電路設計原理圖，描述各個功能的實現方法，同時給出部分程序代碼。采用本電路設計的門禁系統保密性強，并具有遠程監控的特點。

關鍵詞：射頻卡；MSP430；MTP-K4；門禁系統

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)10-171-03

Design of RFID Card Reader Circuit Based onMSP430

LIU Jiping，TAN Yaohui

(Hunan Industry Polytechnic，College Changsha，410208，China)

Abstract： With the practical application of RFID technology as background，uses the low cost proximity reader MTP-K4，combines with 16-bit low cost microcontroller MSP430 which has RISC instruction set and Flash EEPROM to design RFID card reader circuit.The designing principle schematics of each hardware part are given，the implementing methods of each function are described，and part source code is given.The access control system based on this circuit have feature of stronger confidential and remote supervision.

Keywords：RF card;MSP430;MTP-K4;access control system

非接觸式IC卡又稱射頻卡，封裝在一個標準的PVC卡片內，芯片及天線無任何外露部分。是世界上最近幾年發展起來的一項新技術，結束無源(卡中無電源)和免接觸這一難題，是電子器件領域的一大突破。卡片在一定距離范圍（通常為5~10 mm）靠近讀寫器表面，通過無線電波的傳遞來完成數據的讀寫操作。非接觸式IC卡具有可靠性高、操作方便、安全防沖突的特點，越來越多地被應用于各種場合。目前，射頻卡按工作頻率分為2種：13．6 MHz與125 kHz。本文中介紹的電路適用于工作頻率為125 kHz射頻卡的信息讀取。

目前，隨著技術的發展和應用的需求，IC卡（又稱智能卡）在人們的日常生活中已經得到了廣泛應用。通常，IC卡可以分為接觸式IC卡和非接觸式IC卡2類。接觸式IC卡是卡與讀卡器直接物理接觸進行數據交換，部分金屬電路是裸露在外面的，如手機卡、公共IC電話號等。非接觸式IC卡又叫射頻卡，由IC芯片、感應天線組成，他成功的將射頻識別技術和IC卡技術結合起來，射頻與讀卡器之間通過射頻信號進行數據交換，不需物理接觸，電路是封裝在內部的，如公交車的收費卡等。非接觸式IC卡與接觸式IC卡相比，具有可靠性高，使用方便，不怕雨水、靜電以及沒有接觸劃傷等優點，因此，得到了更廣泛的應用。

射頻卡與讀卡器之間的射頻信號調制方式常見的有FSK（調頻）、PSK（調相）、BIPH（雙相）、Manchester（曼徹斯特）。

1 讀寫器設計

1.1 MTP-K4讀卡器電路

在實際應用硬件電路中，讀寫器一般由天線、基站芯片、MCU組成。其中，基站芯片主要實現高頻接口模塊的功能，用于完成數據的調制、發射和射頻的接收以及數據的解調任務。

射頻卡的讀寫以無線電波的方式進行，當卡片移到電磁場的有效作用范圍時，卡片里的線圈將感應到讀寫器模塊天線發送的電磁波，從而獲得電源并在電磁感應的作用下得到觸發，進行調制數據傳送。本文采用MTP-4K射頻收發模塊，他采用5 V電源供電，125 kHz的工作頻率，能識別EM4001/4102 或兼容卡，通過韋根26位/RS 232 TTL （ASCII）輸出數據。MTP-K4總共有9個引腳，引腳3接高為RS 232 TTL（ASCII）輸出格式，接低為韋根26位輸出格式。讀卡器電路圖如圖１所示。

本系統采用標準韋根26位輸出格式：

Wiegand輸出[WB]Pin3接Low 

Pin1 Antenna 0To External Antenna 

Pin2 Antenna 1To External Antenna（L：680uH）

Pin3 Strap to +0V

Pin4 BEEP/LED2.7 kHz Logic 

Pin5 One Output

Pin6 Zero Output

Pin7 /ResetLow Active

Pin8 Ground0V

Pin9 VCC+4.6 through +5.5V

圖1 MTP-K4讀卡器電路圖[FL)]

12345678910111213[]14151617181920212223242526

[BHDG5mm]P(1)EEEEEEEEEEEE[]OOOOOOOOOOOOP(2)

[BHDG5mm，K84.5mm。2]EVEN Parity(E)[]EVEN Parity(E)ODD Parity(O)

[FL（K2]

P(1)=Parity Start Bit，第1位為2~13位的偶校驗位。

P(2)=Parity Stop Bit，第26位為14~25位的奇校驗位。

（１） 輸出資料為卡片號碼（62E3086CED）的后3個Bytes：08H，6CH，EDH。

Wiegand26輸出時，將去除原卡片號碼的高16 b的數據，從剩余卡片號碼的最高位開始輸出。

（２） Bit0 =1：D0=1，D1=0

Bit23=0：D0=0，D1=1

（３） 輸出波形如圖2所示。

圖2 韋根26位輸出波形圖

1.2 射頻卡

射頻卡有很多種分類方法，其中按芯片可分為3類：只讀卡，讀寫卡和CPU卡。

本文采用的是只讀卡（又稱為ID卡）EM4100，他靠讀寫器感應供電并讀出存儲在芯片E2PROM中的惟一卡號，卡號在封裝前一次寫入，封卡后不能更改。

EM4100ID卡的主要特點：載波頻率RF為125 kHz；感應距離為2～15 cm；數據存儲容量共64位，其中包括9個起始位，40個數據位（前8位為版本或制造商信息，后32位為用戶信息），10個行校驗位，4個列校驗位，1個結束停止位；數據的傳送速率有64 b/s，32 b/s和16 b/s三種。

在讀寫器工作狀態下，當ID卡進入讀寫器產生的射頻場內時，依次將卡內64位數據循環輸出，直到ID卡離開讀寫器失電為止。

2 射頻卡讀卡電路設計

本系統采用低功耗的MSP430單片機作為主控制器，MSP430是TI（德州儀器）的一款超低功耗FLASH型16位RISC指令集單片機，他具有強大的處理能力、豐富的片上外圍模塊和方便高效的開發方式。射頻卡讀卡電路如圖3所示。

MTP-K4讀卡器的數據從第5，6腳輸出到MSP430，MSP430對數據進行卡片號碼獲得、數據加密等處理，同時對讀到的射頻卡卡號與預先存儲在MSP430存儲器中的卡號進行比較，判斷射頻卡是否為合法卡并通過P3.6輸出提示信息。在沒有讀卡期間，MSP430定時從P3.7腳發出復位信號對MTP-K4進行復位，保證電路沒有死機現象。

3 系統軟件設計

簡單地說微處理器對MTP-K4 的控制事實上就是對非接觸式智能射頻卡的控制。當有卡刷入時，單片機從讀卡器芯片讀入卡號，判斷他是否為合法卡，然后根據結果發出控制信號。韋根通信方式讀卡程序如下：



圖3 射頻卡讀卡電路圖

4 結 語

本文采用低功耗MSP430單片機和EM4100只讀卡構成的讀卡電路，簡單、實用，成本低廉的特點，可實現卡號永不重復、具有卡號復制困難、安全級別高，為信息查詢、參數設置的實現提供了電路支持。

參 考 文 獻

［1］顏重光.BL75R06近距離非接觸射頻識別IC卡芯片［J］.電子設計應用，2007，60（4）：128-129.

［2］Klause Finke1er．射傾識別(RFID)技術［M］.北京：電子工業出版社，2001.



［3］北京遠興時代科技有限公司.MTP-125K4 Series Low Cost Proximity Reader.



［4］秦龍.MSP430單片機常用模塊與綜合系統實例精華［M］.北京：電子工業出版社，2007.

［5］余永權.FLASH單片機原理及應用[M].北京：電子工業出版社，1997.

［6］趙亮.單片機C語言編程與實例[M].北京：人民郵電出版社，2003.

［7］李朝青.單片機及DSP外圍數字IC技術手冊[Z].北京：北京航空航天大學出版社，2002.

［8］陳潤泰，許琨.檢測技術與智能儀表[M]．長沙：中南工業大學出版社，2001.

［9］沈德金.MCS-51系列單片機接口電路與應用實例[M].北京:北京航空航天大學出版社，1990.

［10］胡漢才.單片機原理及其接口技術[M]．北京：清華大學出版社，1996.

作者簡介 劉繼平 男，1953年出生，河北大名人，湖南工業職業技術學院副院長，副教授。研究方向為自動控制技術。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。