非接觸式IC讀卡器的設計

武鉑睿,胡瑞明（鶴壁汽車工程職業學院,河南 鶴壁 458030）

非接觸式IC讀卡器的設計

武鉑睿,胡瑞明
（鶴壁汽車工程職業學院,河南 鶴壁 458030）

本設計基于Silicon公司的混合信號微控制器C8051F340，控制Philips公司的高集成度讀卡器芯片MFRC531，設計實現了遵循ISO/ IEC 14443A&B 協議的讀卡器模塊。介紹了系統組成，控制器C8051F340通過USB接口與PC進行通信，并描述了射頻讀卡芯片MFRC531和相應天線及其匹配電路的設計。

非接觸式；讀卡器；MFRC531；C8051F340；USB

1 引言

隨著射頻技術和IC卡技術的不斷更新，非接觸式IC卡得到了快速發展。它把射頻技術和IC卡技術成功的結合，使IC卡無需接觸，只要靠近讀卡器天線上方發射區就可完成IC卡的讀寫操作。非接觸式IC卡具有可靠性高、自動分辨能力強、操作方便、快捷、加密性能好等特點,因此被廣泛應用于各個領域。

2 設計工作原理

本文設計的是基于Silicon公司微控器C8051F340控制Philips公司MFRC531讀卡芯片的非接觸式IC讀卡器，適用于支持ISO14443A&B協議的所有非接觸式卡。MFRC531 通過發射天線發送13.56MH的射頻信號，非接觸卡進入天線發射區產生感應電流，從而被激活；非接觸卡通過卡內置天線將自身信息發射出去；系統接收天線接收到從非接觸卡發送來的載波信號，經MFRC531芯片調制解調后送到微處理器C8051F340進行相關處理，經USB接口與PC通信。反之，PC上的操作命令通過USB接口傳送到微控制器C8051F340,經相關處理后將命令送到MFRC531，再經天線將命令發出。

3 系統硬件電路

3.1 主控器芯片C8051F340

C8051F340是一款集成了高速USB FLASH和混合信號的片上系統型MCU。該器件使用Silicon Labs的專利CIP-51高速微控制器內核，與MCS-51指令集完全兼容。該控制器具有很多優點：

（1）USB控制器：符合USB規范2.0版，支持全速(12Mbps)或低速(1.5Mbps)兩種工作方式，內部集成了鐘恢復電路，支持8個端點，1KB USB緩存。

（2）高速8051微控制器內核：流水線指令結構，70%的指令的執行時間為一個或兩個系統時鐘周期，有48MIPS和25MIPS兩種版本，擴展的中斷系統。

（3）數字外設：40/25個端口I/O；均耐5V電壓，大灌電流，4個通用16位計數器/定時器，16位可編程計數器/定時器陣列（PCA），有5個捕捉/比較模塊，外部存儲器接口（EMIF）。

（4）精確校準的12MHz內部振蕩器和4倍時鐘乘法器。

（5）多達64KB的片內FLASH存儲器、多達4352字節片內RAM（256+4KB）。

讀卡器利用USB與 PC 機通信，PC機上的應用軟件來控制單片機實現讀寫非接觸式 IC 卡的功能，且通過USB接口供電。

3.2 射頻讀寫芯片MFRC531

MFRC531是一款由Philips公司開發的應用于13.56MHz非接觸式智能卡讀寫芯片。該芯片運用了許多先進的射頻和IC卡技術，功能更加強大，操作更加簡單、快捷，主要有如下特性：

非接觸通信模式最高支持到424KHz。

引腳可同時兼容MFRC530、MFRC500和SLRC40。可以完美兼容MIFARE Classic協議。

并行微處理器自帶中斷請求線和內部地址鎖存功能。

支持IS014443A&B。

本設計MFRC531與單片機C8051F340之間采用8位并行獨立讀/寫的接口進行數據交換、采用復用地址總線的方式，這樣可以大大提高對非接觸卡的處理速度，且可以提高對各個端口的利用率。

通過單片機發送過來的控制命令實現ISO14443A&B協議的所有操作。

3.3 天線

本設計通過芯片MFRC531的調制功能，將已有的數據命令調制成要發送的13.56MHz信號，再由TX1，TX2引腳將電磁波的形式發出去；射頻卡從電磁波中得到信號和能量，將響應信息發射出去；讀卡器的天線獲得的射頻卡響應信號，并送到芯片的RX引腳；MFRC531對此信號解調、處理后將數據發送到并行接口由主控芯片C8051F340讀取。

4 結論

實驗證明，該設計合理,通過USB與PC通信及取電及其方便，MFRC531采用8位并行接口與微控制器C8051F340通信具有較高的傳輸速率，經調試出的天線讀寫非接觸卡的距離可達10cm等特點,可以滿足多種自動識別及智能充值系統,應用及其廣泛。

[1]鄧偉，劉暾東，鄭中杰.基于MFRC522射頻模塊在門禁系統中的應用[J].單片機與嵌入式系統應用，2012(12)：38-41.

[2]嚴雄武,梁楚樵.MIFARE非接觸式IC卡讀卡器的設計構架研究[N].武漢理工大學學報，2004(12)：89-91.

[3]孔曉紅，徐君鵬，苗青林，粱永增.基于射頻技術的食品安全信息追溯[J].湖南農機，2011(03)：106-107.

武鉑睿(1987-)，男，河南鶴壁人，助教，鶴壁汽車工程職業學院教師，研究方向：電子信息及汽車電子。