１６５ 幽柬工案技术 电子技术 非接触式ＩＣ读卡器的设计 武铂睿，胡瑞明 （鹤壁汽车工程职业学院，河南鹤壁４５８０３０） 摘要：本设计基于Ｓｉ１ｉｃｏｎ公司的混合信号微控制器Ｃ８０５１Ｆ３４０，控制Ｐｈｉ１ｉｐｓ公司的高集成度读卡器芯片ＭＦＲＣ５ ３１，设计实现了遵循ＩＳ０／ ＩＥＣ １４４４３Ａ＆Ｂ协议的读卡器模块。介绍了系统组成，控制器Ｃ８０５１Ｆ３４０通过ＵＳＢ接口与Ｐｃ进行通信，并描述了射频读卡芯片ＭＦＲＣ５ ３１和相应 天线及其匹配电路的设计。 关键词：非接触式；读卡器；ＭＦＲＣ５ ３１；Ｃ８０５１Ｆ３４０；ＵＳＢ １ 引言 随着射频技术和Ｉｃ卡技术的不断更新，非接触式Ｉｃ卡得到了快 速发展。它把射频技术和Ｉｃ卡技术成功的结合，使Ｉｃ卡无需接触， 只要靠近读卡器天线上方发射区就可完成Ｉｃ卡的读写操作。非接触 式Ｉｃ卡具有可靠性高、自动分辨能力强、操作方便、快捷、加密性 能好等特点，因此被广泛应用于各个领域。 ２设计工作原理 本文设计的是基于Ｓｉｌｉｃｏｎ公司微控器Ｃ８０５１Ｆ３４０控制Ｐｈｉｈ＇ｐｓ公司 ＭＦＲＣ５３１读卡芯片的非接触式Ｉｃ读卡器，适用于支持ＩＳＯ１４４４３Ａ＆Ｂ 协议的所有非接触式卡。ＭＦＲＣ５３１通过发射天线发送１３．５６ＭＨ的射 频信号，非接触卡进入天线发射区产生感应电流，从而被激活；非接 触卡通过卡内置天线将自身信息发射出去；系统接收天线接收到从非 接触卡发送来的载波信号，经ＭＦＲＣ５３１芯片调制解调后送到微处理 器Ｃ８０５１Ｆ３４０进行相关处理，经ＵＳＢ接口与ＰＣ通信。反之，ＰＣ上 的操作命令通过ＵＳＢ接口传送到微控制器Ｃ８０５１Ｆ３４０，经相关处理后 将命令送到ＭＦＲＣ５３１，再经天线将命令发出。 ３系统硬件电路 ３．１ 主控器芯片Ｇ８０５１ Ｆ３４０ Ｃ８０５１Ｆ３４０是一款集成了高速ＵＳＢ ＦＬＡＳＨ和混合信号的片上系统 型ＭＣＵ。该器件使用Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｌａｂｓ的专利ＣＩＰ一５１高速微控制器内核， 与ＭＣＳ一５１指令集完全兼容。该控制器具有很多优点： （１）ＵＳＢ控制器：符合ＵＳＢ规范２．０版，支持全速（１２Ｍｂｐｓ）或 低速（１．５Ｍｂｐｓ）两种工作方式，内部集成了钟恢复电路，支持８个端点， １ＫＢＵＳＢ缓存。 （２）高速８０５１微控制器内核：流水线指令结构，７０％的指令的 执行时间为一个或两个系统时钟周期，有４８ＭＩＰＳ和２５ＭＩＰＳ两种版本， 扩展的中断系统。 （３）数字外设：４０／２５个端口Ｉ／Ｏ；均耐５Ｖ电压，大灌电流，４ 个通用１６位计数器／定时器，１６位可编程计数器／定时器阵列（ＰＣＡ）， 有５个捕捉／比较模块，外部存储器接口（ＥＭＩＦ）。 （４）精确校准的１２ＭＨｚ内部振荡器和４倍时钟乘法器。 （５）多达６４ＫＢ的片内ＦＬＡＳＨ存储器、多达４３５２字节片内 ＲＡＮｔ（２５６＋４ＫＢ）。 读卡器利用ＵＳＢ与ＰＣ机通信，ＰＣ机上的应用软件来控制单片 机实现读写非接触式Ｉｃ卡的功能，且通过ＵＳＢ接口供电。 ３．２射频读写芯片ＭＦＲＣ５３１ ＭＦＲＣ５３１是一款由Ｐｈｉｌｉｐｓ公司开发的应用于１３．５６ＭＨｚ非接触式 智能卡读写芯片。该芯片运用了许多先进的射频和Ｉｃ卡技术，功能 更加强大，操作更加简单、快捷，主要有如下特性： 非接触通信模式最高支持到４２４ＫＨｚ。 引脚可同时兼容ＭＦＲＣ５３０、ＭＦＲＣ５００和ＳＬＲＣ４０。 可以完美兼容ＭＩＦＡＲＥ Ｃｌａｓｓｉｃ协议。 并行微处理器自带中断请求线和内部地址锁存功能。 支持ＩＳ０１４４４３Ａ＆Ｂ。 本设计ＭＦＲＣ５３１与单片机Ｃ８０５１Ｆ３４０之间采用８位并行读／ 写的接口进行数据交换、采用复用地址总线的方式，这样可以大大提 高对非接触卡的处理速度，且可以提高对各个端口的利用率。 通过单片机发送过来的控制命令实现ＩＳＯ１４４４３Ａ＆Ｂ协议的所有 操作。 ３．３天线 本设计通过芯片ＭＦＲＣ５３１的调制功能，将已有的数据命令调 制成要发送的１３．５６ＭＨｚ信号，再由ＴＸ１，ＴＸ２引脚将电磁波的形 式发出去；射频卡从电磁波中得到信号和能量，将响应信息发射出 去；读卡器的天线获得的射频卡响应信号，并送到芯片的ＲＸ引脚； ＭＦＲＣ５３１对此信号解调、处理后将数据发送到并行接口由主控芯片 Ｃ８０５１Ｆ３４０读取。 ４结论 实验证明，该设计合理，通过ＵＳＢ与ＰＣ通信及取电及其方便， ＭＦＲＣ５３１采用８位并行接口与微控制器Ｃ８０５１Ｆ３４０通信具有较高的传 输速率，经调试出的天线读写非接触卡的距离可达１０ｃｍ等特点，可 以满足多种自动识别及智能充值系统，应用及其广泛。 参考文献： 【１］邓伟，刘暾东，郑中杰．基于ＭＦＲＣ５２２射频模块在门禁系统中的 应用［Ｊ］．单片机与嵌入式系统应用，２ ０１２（１２）：３８—４１． 【２】严雄武，梁楚樵．ＭＩＦＡＲＥ非接触式Ｉｃ卡读卡器的设计构架研究 ［Ｎ］．武汉理工大学学报，２００４（１２）：８９—９１． ［３］孔晓红，徐君鹏，苗青林，粱永增．基于射频技术的食品安全信 息追溯［Ｊ】．湖南农机，２Ｏ１１（０３）：１ ０６—１０７． 作者简介：武铂睿（１９８７－），男，河南鹤壁人，助教，鹤壁汽车工程 职业学院教师，研究方向：电子信息及汽车电子。
