本發(fā)明涉及讀卡器領(lǐng)域，尤其涉及一種非接觸式ic卡讀卡器設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

智能卡的名稱來(lái)源于英文名詞“smartcard”，又稱集成電路卡，即ic卡。它將一個(gè)集成電路芯片鑲嵌于塑料基片中，封裝成卡的形式，其外形與覆蓋磁條的磁卡相似。

ic卡的概念是70年代初提出來(lái)的，法國(guó)布爾（bull）公司于1976年首先創(chuàng)造出ic卡產(chǎn)品，并將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到金融、交通、醫(yī)療、身份證明等多個(gè)行業(yè)，它將微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，提高了人們生活和工作的現(xiàn)代化程度。在此后的十幾年間，除法國(guó)的布爾公司之外，世界上先后有motorola、ti、thomson、hitachi、oki、toshiba、sharp、atmel、gemplus、schlumberger、philips等十幾家公司相繼投入了智能卡芯片和卡片成品的開發(fā)與生產(chǎn)，形成了一個(gè)世界性的新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

當(dāng)前，用于信息處理的卡片種類繁多，而且基本上都采用了較新的技術(shù)，ic卡脫穎而出的原因在于它對(duì)于磁卡、pet卡、光卡和凸字卡等其它種類的卡具有存儲(chǔ)容量大、體積小、重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，便于攜帶、安全性高、對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求不高等突出的特點(diǎn)，正是由于這些特點(diǎn)，使得ic卡從誕生至今雖然只有短短數(shù)年，但其市場(chǎng)卻遍布世界各地。在全球智能卡蓬勃發(fā)展之際，中國(guó)于1993年提出了“金卡工程”。金卡工程是以電子貨幣應(yīng)用為重點(diǎn)的各類卡基應(yīng)用系統(tǒng)工程，是為了實(shí)現(xiàn)電子貨幣大范圍流通的跨部門、跨地區(qū)和跨世紀(jì)的系統(tǒng)工程。在“金卡工程”提出至今10年來(lái)，我國(guó)ic卡應(yīng)用發(fā)展迅猛，累計(jì)發(fā)卡約10億張，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅2015年一年，我國(guó)發(fā)行使用各類ic卡約3.5億張左右。ic卡目前已在商貿(mào)、交通、電信、醫(yī)療、衛(wèi)生保健、社會(huì)保險(xiǎn)、金融、稅務(wù)、工商、公安、組織機(jī)構(gòu)代碼和城市公共事業(yè)管理等許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并取得了初步的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。它對(duì)提高現(xiàn)代化管理水平和人民的生活質(zhì)量，推動(dòng)整個(gè)社會(huì)信息化進(jìn)程具有重要作用。本發(fā)明正是在這種環(huán)境下提出的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種非接觸式ic卡讀卡器設(shè)計(jì)，本發(fā)明開發(fā)了一種讀寫距離為25mm的非接觸式ic卡讀卡器，本發(fā)明詳細(xì)地闡述了非接觸式ic卡讀卡器的硬件和軟件設(shè)計(jì)，給出了每一部分的實(shí)際電路圖和應(yīng)用程序。讀卡器的硬件設(shè)計(jì)包括電源供應(yīng)電路、蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路、rs232通信電路、mcu的連接、mfrc500接口電路和讀卡器天線這幾部分的設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)分為對(duì)mfrc500的應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)、對(duì)讀卡器其他電路的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和主程序設(shè)計(jì)三個(gè)部分，每一部分都給出了具體程序并對(duì)程序進(jìn)行了詳細(xì)的說明。本發(fā)明具有典型讀寫距離為20～25mm、配有rs232通訊接口，便于同上位機(jī)通訊、專為門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)、小巧，價(jià)格便宜等特點(diǎn)。

附圖說明

圖1：非接觸式ic卡讀卡器結(jié)構(gòu)框圖。

圖2：max232的電路連接圖。

圖3：電源供應(yīng)電路圖。

圖4：讀卡器對(duì)mifare卡片的操作流程圖。

圖5：讀卡器主程序框圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明涉及一種非接觸式ic卡讀卡器設(shè)計(jì)，本發(fā)明開發(fā)了一種讀寫距離為25mm的非接觸式ic卡讀卡器，本發(fā)明詳細(xì)地闡述了非接觸式ic卡讀卡器的硬件和軟件設(shè)計(jì)，給出了每一部分的實(shí)際電路圖和應(yīng)用程序。讀卡器的硬件設(shè)計(jì)包括電源供應(yīng)電路、蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路、rs232通信電路、mcu的連接、mfrc500接口電路和讀卡器天線這幾部分的設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)分為對(duì)mfrc500的應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)、對(duì)讀卡器其他電路的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和主程序設(shè)計(jì)三個(gè)部分，每一部分都給出了具體程序并對(duì)程序進(jìn)行了詳細(xì)的說明。本發(fā)明具有典型讀寫距離為20～25mm、配有rs232通訊接口，便于同上位機(jī)通訊、專為門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)、小巧，價(jià)格便宜等特點(diǎn)。

圖1為本發(fā)明的非接觸式ic卡讀卡器結(jié)構(gòu)框圖。非接觸式ic卡讀卡器硬件電路包括以下幾個(gè)部分：微控制器、mifare讀寫芯片、天線匹配電路、天線、rs232通信電路、復(fù)位電路、電源電路、led狀態(tài)顯示和蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路等，分布于兩塊電路板上，即控制電路板和天線電路板。

本發(fā)明cpu采用8位微處理器中選取了atmel公司生產(chǎn)的at89c51（其指令與mcs51系列兼容）。所使用的仿真器為南京wave公司生產(chǎn)的g6w型，該仿真器支持匯編語(yǔ)言、c51高級(jí)語(yǔ)言、pl/m語(yǔ)言。編程器為top2000型編程器。

本發(fā)明讀卡器采用串行接口芯片max232通過標(biāo)準(zhǔn)的db9直接與pc機(jī)相連。max232是xim公司生產(chǎn)的專用串行接口芯片，包括2路接收器和驅(qū)動(dòng)器，本發(fā)明只用其中一路發(fā)器。芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器可把輸入的+5v電源電壓變換為rs232輸出電所需的±10v電壓。所以使用此接口芯片的串行通信系統(tǒng)只需單一的+5v電在本發(fā)明中硬件上采用3線制（rxd、txd、gnd）軟握手的零modem方式，即pc機(jī)和單片機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)線（txd）與接收數(shù)據(jù)（rxd）交叉連接，二者的地線（gnd）接相連，而其它信號(hào)線如握手信號(hào)線均不用，而采用軟件握手。max232的電路連接如圖2所示。

本發(fā)明讀卡器內(nèi)所有芯片的工作電壓均為5v，讀卡器采用外接電源供電，220v市電經(jīng)變壓器降壓，再經(jīng)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓成5v后供應(yīng)讀卡器內(nèi)芯片。本讀卡器選用7805芯片進(jìn)行穩(wěn)壓，電路圖如圖3所示。

本發(fā)明電感藕合式射頻識(shí)別系統(tǒng)的讀寫器天線用于產(chǎn)生磁通量，而磁通量用于向非接觸式ic卡提供電源并在讀卡器與非接觸式ic卡之間傳輸信息。因此，對(duì)讀卡器天線的構(gòu)造就有三個(gè)基本要求：首先是使天線線圈的電流最大，用于產(chǎn)生最大的磁通量：其次是功率要匹配，以最大程度地利用產(chǎn)生磁通量的可用能量；最后是要有足夠的帶寬，以無(wú)失真地傳送用數(shù)據(jù)調(diào)制的載波信號(hào)。

本發(fā)明軟件設(shè)計(jì)分為三部分，即對(duì)mfrc500的應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)、對(duì)讀卡器其他電路的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和主程序設(shè)計(jì)。對(duì)mfrc500的應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)既是對(duì)mfcm200操作指令的程序設(shè)計(jì)；對(duì)讀卡器的其他電路的應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)包括led狀態(tài)顯示程序設(shè)計(jì)、蜂鳴器程序設(shè)計(jì)和rs232通信程序設(shè)計(jì)。

本發(fā)明讀卡器對(duì)mifare卡片的操作流程如圖4所示，復(fù)位應(yīng)答操作將通知mfrc500在天線的有效工作范圍（距離）內(nèi)尋找mifare卡片。如果有mifare卡片存在，這一操作將分別與每一張mifare卡片進(jìn)行通信，讀取mifare卡片上的卡片類型號(hào)tagtype（兩個(gè)字節(jié)），由mfrc500傳遞給mcu，進(jìn)行識(shí)別處理。如果有多余一張的mifare卡片在讀卡器天線的有效工作范圍（距離）內(nèi)，必須執(zhí)行防重疊操作，返回一張卡片的序列號(hào)，作為本次操作的對(duì)象。而其它卡片處于等待狀態(tài)。在成功執(zhí)行防重疊操作之后，或在任何時(shí)候當(dāng)程序員想實(shí)際地與己知序列號(hào)的卡片進(jìn)行通信時(shí)，必須執(zhí)行選擇卡片操作，以建立與所選卡片的通信，同時(shí)返回該卡片的size（容量）字節(jié)。為了保證對(duì)卡片操作的合法性，在對(duì)卡片進(jìn)行操作之前必須在卡片和讀卡器之間進(jìn)行認(rèn)證操作。讀卡器對(duì)任何一張mifare卡片進(jìn)行任何操作都要經(jīng)過上述幾個(gè)步驟，之后就可以具體地對(duì)卡片進(jìn)行相應(yīng)的讀、寫等操作。

本發(fā)明讀卡器主程序框圖如圖5所示。

要讓蜂鳴器發(fā)出聲音，必須要讓晶體管不斷on/off交互變化，即p2.3不斷的輸出“1”電位和“0”電位，如果p2.3輸出一直是“1”電位或一直是“0電位，則蜂鳴器將無(wú)法發(fā)出聲音。程序設(shè)計(jì)除了要讓蜂鳴器能夠發(fā)出聲音之外還要讓蜂鳴器能夠連續(xù)發(fā)出不同音長(zhǎng)及音調(diào)的聲音，使蜂鳴器能夠基于不同功能發(fā)出不同的報(bào)警信號(hào)。蜂鳴器驅(qū)動(dòng)子程序如下：

初始化寄存器程序：

registerwrite(regclockqcontrol，0x0)；//設(shè)置時(shí)鐘控制初始值

register_write(regclockqcontrol，ox40)；

registerwrite(regtxcontrol，0x58)；//設(shè)置發(fā)送控制初始值

register_write(regrxcontroll，0x73)；

registerwrite(regdeeodercontrol，ox08)；//設(shè)置譯碼控制初始值

register_write(regbitphase，0xad)；//初始化位相

register_write(regrxtl'treshold,0xff)；//初始化最小閥值

registerwrite@egrxcontrol2，oxod；//根據(jù)運(yùn)行環(huán)境的處理速率可調(diào)整該值

register_write(reifolevel，oxos)；//初始化fifo緩存

register_write(regtimerclock，ox07)；//定時(shí)器初始值裝載

register_write(regtimerreload，0xoa)；

詢問程序：

unsignedcharmf500picccommonrequest(intreq_code，int+atq)

{

regwrite(reginterrupten．0xtv)；//禁止所有中斷

regwritefreginterruptrq．0x7f)；//使能request中斷

regwrite(regcommand．pcd_idle)；//中止可能正在運(yùn)行的其它程序

regwrite(regcontrol，regread(regcontr01)iox01)；//清空fifo

regwrite(regfifodata,req_eode)；//寫入request命令代碼

regwrite(regcommand．pcd"iransceive)；//命令開始執(zhí)行

regwrite(reginterrupten,0x7f)；//禁止所有中斷

regwrite(reginterruptrq．0x7f)；//使能request中斷

mrc500_cnt---ox00；

while((!(regread(regprimarystatus)＆0x08))＆＆(mrc500_cnt<50))

{mrc500_cm+=l；}//等待命令執(zhí)行完或超時(shí)退出

if(mrc500_ent>40)//mrc500timeout(about18ms)

{

regwrite(regcommand，oxoo)；//中止程序

status=mi_accesstimeout

returnstatus；

}

status=regread(regerrorflag)＆0x07；//讀取錯(cuò)誤標(biāo)志

if(status)

{

if(status＆0x01)

status=mi．_collerr；//判斷為沖突檢測(cè)錯(cuò)誤

if(status＆0x02)

status=miparityerr；//判斷為校驗(yàn)錯(cuò)誤

if(status＆ox04)

status=mlfram玳gerr；//判斷為幀錯(cuò)誤

}

else

{

if(tegread(regfifolength)==0x02)//判斷接收到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

{

stams=mi_ok：

atq[o]=regread(regfifodata)；//讀取atq

atq[11=regread(regfifodata)；

}

else

status=mi_bitcounterr；

{

regwritefregcommand,pcd_idle)；//程序終止

returnstatus；

}

unsignedcharm500picccascanticoll(unsigncdcharbent，unsignedchar+snr)

{

unsignedcharcomplete=0：

unsignedcharstatus=mlok；

complete=0：

while((complete==0)&&(status==mi_ok))

{

nbytesreceived=0；

/*p禁止rxcrc和txcrc，校驗(yàn)使能*／

regwrite(regchannelredundancy,ox03)；

nbits=bent％8；//位個(gè)數(shù)

if(nbits)

{

regwrite(regbitframing，nbits<《4inbits)；

nbytes=bent／8+1；//字節(jié)個(gè)數(shù)

}

elsenbytes=bent：

for(i=0；i<nbytes；i++)

snrin[i]=coll_data[i]；

nvb=0x20+((bent／8)<<4|nbits；//要發(fā)送的字節(jié)數(shù)

regwrite(reginterrupten，0x70；//禁止所有中斷

regwrite(reginterruptrq，ox7f)；//復(fù)位request中斷

regwrite(regcommand，pcd_idle)；//中止可能正在運(yùn)行的程序

regwrite(regcontrol，regread(regcontr01)10x01)；//清空fifo

regwrite(regfifodata，0x93)；//寫入”sel”命令代碼

regwrite(regfifodata,nvb)；//寫入”nvb”命令代碼

for(i=0；i<nbytes；i++)//發(fā)送snr

regwrite(regflfodata，snr_in[i])；

regwrite(reginterrupten．0x84)；//timerirq和idlelrq使能

regwrite(regcommand，pcd_transceive)；//命令開始執(zhí)行

mrc500_cnt=ox00；

while((t(regread(regpfimarystatus)&0x08))&&(mrc500_cnt<200))

{mrc500_cnt+=l；)//超時(shí)或命令結(jié)束判斷

if(mrc500cnt>15)//超時(shí)判斷

{

regwrite(regcommand，pcdidie)；//中止程序

status=mi_accfstimeout；

returnstatus；

}

status=regread(regerrorflag)＆ox07；//讀取錯(cuò)誤標(biāo)志

nbytesreceived=regread(regfifolength)；／／讀取數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

for(i=0；i<nbytesreceived；i++)

if(rcgread(regfifolength)>=ox04);//判斷接收的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是否正確

{

for(status--o；status<4；status++)

siii'_]’n[status]=regread(regfifodata)；

status=mlok；

}

……}

if(status==mi—ok)

{

memcpy(snr,snr_in，4)；//保存slit

}

else

memcpy(snr,0000，4)；

／*沖突禁止后置0*／

regwrite(regdecodercontrol，regread(regdecodercontr01)&(0x20))；

regwrite(regcommand，pcd_idie)；//中止程序

return

status；

}

選擇卡片程序：

unsignedcharmf500picccaseseleet(intsnri])

{

regwrite(reginterrupten，0x7f)；//禁止所有中斷

regwrite(reginterruptrq，0x7f)；//復(fù)位request中斷

regwrite(regcommand，pcdrole)；//中止可能正在運(yùn)行的其它程序

regwrite(regcontrol，regread(regcontr01)10x01)；//清空fifo

regwrite(regfifodata，ox93)；//寫入”sel”命令代碼

regwrite(regfifodata，oxto)；//寫入”nvb”命令代碼

for(status=o；status<4；status++)

regwrite(regfifodata，snr[status])；//寫sill"到fifo

status=snr[0]“snr[1]“snr[2]“snr[3]；//計(jì)算bcc

regwrite(regfifodata，status)；//將bcc寫入fifo

regwrite(reginterrupten，0xa4)；//使能timerlrq和idlelrq

regwrite(regcommand,pcd_transceive)；//命令開始執(zhí)行

mrc500_cnt=0x00；

while((!(regread(regpfimarystatus)＆ox08))＆＆(mrc500_cnt<110))

{mrc500_cnt+=1；}//超時(shí)或命令結(jié)束判斷

if(mrc500_cnt>100)//超時(shí)判斷

{

regwrite(regcommand，pcd_idle)；//中止程序

status=miaccesstimeout．//置超時(shí)標(biāo)志

returnstatus；

}

status=regread(regerrorflag)＆ox07；//讀取錯(cuò)誤標(biāo)志

if(status)

{

if(status＆ox01)

status=mi_collerr；//1判斷為沖突檢測(cè)錯(cuò)誤

elseif(status&0x02)

status=mi_parityerr；//判斷為校驗(yàn)錯(cuò)誤

elseif(status＆ox04)

status=mi_framingerr；//判斷為幀錯(cuò)誤

}

else

{

if(regread(regfifolength)==0x01)//判斷接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是否正確

{

if(regread(regfifodata)&ox04)

status=mi_sakerr；//判斷為sak錯(cuò)誤

elsestatus=mi-ok；

}

else

status=mi_bitcounterr；//數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不符合則為計(jì)數(shù)錯(cuò)誤

}

regwrite(regcommand，pcd_idle)；//程序終止

returns

tatus；

}

認(rèn)證程序：

unsignedcharm500piceloadkey(unsignedcharkey[])

{

regwrite(reginterrupten．0x7f)；//禁止所有中斷

regwrite(reginterruptrq，0x7f)；//復(fù)位request中斷

regwrite(regcommand．pcd_idle)；//中止可能正在運(yùn)行的其它

regwrite(regcontrol，regread(regcontr01)lox01)；//清空fifo

for(status=0；status<12；status++)

regwrite(regfifodata．key[status])；//寫入key到fifo

regwrite(reginterrupten,0x84)；//使能idlelrq中斷

regwrite(regcommand．pcd_ldadkey)；//寫入loadkey命令

do

{

status=(regread(regerrorflag)&ox40)；

}

while((!(regread(regpfimarystatus)＆0x08)))；//等待命令執(zhí)行完畢

if(status)

status=ml_wrong_load_mode；//判斷錯(cuò)誤類型

else

status=mi_ok；

regwrite(regcommand，pcd_idle)；//程序終止

returns

tatus；

piccread()函數(shù)主要代碼：

unsignedcharpiccread(unsignedcharblock_add，unsignedcharvalue[])

{

regwrite(reginterrupten，01710；//禁止所有中斷

regwrite(reginterruptrq，0x7v3；//復(fù)位request中斷

regwrite(regcommand，pcd_idle)；//中止可能『f在運(yùn)行的其它程序

regwrite(regcontrol，regread(regcontrol|0x01)；//清空fifo

regwrite(regfifodata，picc_read)；//寫入read命令

regwrite(regfifodata,block_add)；//寫入block_add參數(shù)

regwritecreginterrupten，0x84)；//使能idlelrq中斷

regwrite(regcommand，pcd_transceive)；//寫入命令代碼

mrc500_cnt=0；

while((!(regread(regprimarystatus)＆0x08))＆&(mrc500_cnt<300))

{mrc500_cnt+=l；}//超時(shí)或命令結(jié)束判斷

if(mrc500cnt>200)

{

regwrite(regcommand，pcd_idle)；//超時(shí)判斷

status=miaccesstimeout；

retum

status；

}

status=regread(regerrorflag)＆010e；//讀取錯(cuò)誤標(biāo)志

if(status)

{

if(status&0x02)

status=miparityerr；elseif(status＆0x04),//判斷為校驗(yàn)錯(cuò)誤

statusz

mi_framingerr；／／判斷為幀錯(cuò)誤

elseif(status＆0,08)

status=mi_crcerr；//判斷為crc錯(cuò)誤

}

else

{

if(rcgread(regfifolength)==16)//判斷所接收到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是否正確

{

for(status=0；status<16；status++)

value[status]=regread(regfifodata)；//讀取一個(gè)block中的16個(gè)字節(jié)

status=ml-ok；

)

else

status=mi_bitcounterr；//數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不符合則為計(jì)數(shù)錯(cuò)誤

}

regwrite(regcommand,pcd_idle)；//程序終止

returnstatus；

}

蜂鳴器驅(qū)動(dòng)子程序：

參數(shù)說明：

count：發(fā)出聲音的個(gè)數(shù)

sounglong：音長(zhǎng)，聲音的長(zhǎng)短

tone：音調(diào)，聲音的高低，以khz為單位

voidbeep(unsignedcharcount,unsignedcharsoundlong,unsignedchartone)

{

ucharidatai,j,k,spfreg;

spfreg=(1000/tone)/2;//方波的半周期轉(zhuǎn)換方式，以khz為單位

for(i=0;i<count;i++)//發(fā)出聲音個(gè)數(shù)循環(huán)

{

for(j=0;j<soundlong;j++)//音長(zhǎng)循環(huán)

{

for(k=0;k<spfreg;k++)

p2_2=0;

for(k=0;k<spfreg;k++)

p2_2=1;

}

delay_50us(2000);//每發(fā)出一個(gè)聲音延遲100ms

}

}

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。