非接觸式IC卡讀卡器模塊實(shí)驗(yàn)
文章出處：http://botanicstilllife.com 作者：北京達(dá)盛科技有限公司 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年09月01日
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
1、掌握 8255 可編程并行口的應(yīng)用
2、掌握非接觸式IC卡讀卡器及M1 卡原理及編程方法
3、掌握液晶顯示模塊與單片機(jī)接口及編程方法
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備
EL-MUT-III 型單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱、8051CPU 模塊、非接觸式IC 卡模塊。
三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
用非接觸式IC卡讀卡器模塊對(duì)M1卡進(jìn)行讀/寫操作。
四、實(shí)驗(yàn)原理
上電后首先用程序?qū)ψx卡器芯片（以下簡稱PCD）進(jìn)行寄存器初始化，完成后進(jìn)入尋卡狀態(tài)，通過天線發(fā)出尋卡信號(hào)。當(dāng)有IC 卡（以下簡稱PICC，實(shí)驗(yàn)程序所使用的卡為MF1 S50 卡）進(jìn)入天線有效操作區(qū)，并且得到能量后，返回給PCD 卡類型值。下一步PCD 對(duì)卡進(jìn)行防沖突操作，PICC 得到防沖突操作信號(hào)后，返回給PCD 卡序列號(hào)。PCD 接收到序列號(hào)后，程序?qū)π蛄刑?hào)有效性判定。當(dāng)確認(rèn)PICC 序列號(hào)有效后，PCD 發(fā)送選卡命令，選卡命中包含送出所選卡序列號(hào)，這樣保證進(jìn)行下一步操作的卡唯一。PCD 裝載密匙，所裝載密匙與所要操作的PICC 扇區(qū)密匙一致，同一個(gè)扇有兩組密匙，密匙A、B。如進(jìn)行A 密匙認(rèn)證則，裝載的密匙為A 密匙，進(jìn)行B 密匙認(rèn)證，則需裝載B 密匙。裝載密匙成功后，開始三遍認(rèn)證操作。
如下圖所示為三遍認(rèn)證的令牌原理框圖：
認(rèn)證過程是這樣進(jìn)行的：
（A）環(huán)：由 Mifare 1 卡片向讀寫器 發(fā)送一個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù) RB；
（B）環(huán)：由讀寫器收到RB 后向Mifare 1 卡片發(fā)送一個(gè)令牌數(shù)據(jù)TOKEN AB，其中包含了讀寫器發(fā)出的一個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù) RA；
（C）環(huán)：Mifare 1 卡片收到 TOKEN AB 后，對(duì)TOKEN AB 的加密的部分進(jìn)行解密，并校驗(yàn)第一次由（A）環(huán)中Mifare 1 卡片發(fā)出去的隨機(jī)數(shù)RB 是否與（B）環(huán)中接收到的TOKEN AB 中的RB 相一致；
（D） 環(huán) ： 如果（C）環(huán)校驗(yàn)是正確的，則Mifare 1 卡片向讀寫器 發(fā)送令牌TOKEN BA 給讀寫器；
（E）環(huán)：讀寫器收到令牌TOKEN BA 后，讀寫器將對(duì)令牌TOKEN BA 中的RB（隨機(jī)數(shù)）進(jìn)行解密；并校驗(yàn)第一次由（B）環(huán)中讀寫器發(fā)出去的隨機(jī)數(shù)RA 是否與（D）環(huán)中接收到的 TOKEN BA 中的RA 相一致；
如果上述的每一個(gè)環(huán)都為“真”，都能正確通過驗(yàn)證，則整個(gè)的認(rèn)證過程將成功。
讀寫器將能對(duì)剛剛認(rèn)證通過的卡片上的這個(gè)扇區(qū)可以進(jìn)入下一步的操作（READ/WRITE 等操作）?？ㄆ械钠渌葏^(qū)由于有其各自的密碼，因此不能對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的操作。如想對(duì)其他扇區(qū)進(jìn)行操作，必須完成上述的認(rèn)證過程。
認(rèn)證過程中的任何一環(huán)出現(xiàn)差錯(cuò)，整個(gè)認(rèn)證將告失敗。必須從新開始。如果事先不知卡片上的密碼，則由于密碼的變化可以極其復(fù)雜，因此靠猜測密碼而想打開卡片上的一個(gè)扇區(qū)的可能性幾乎為零。
這里提醒一下程序員和卡片的使用者，必須牢記卡片中的 16 個(gè)扇區(qū)的每一個(gè)密碼，否則，遺忘某一扇區(qū)的密碼，將使該扇區(qū)中的數(shù)據(jù)不能讀寫。沒有任何辦法可以挽救這種低級(jí)錯(cuò)誤。但是，卡片上的其他扇區(qū)可以照樣使用。
上述的敘述已經(jīng)可以充分地說明了 Mifare 1 卡片的高度安全性，保密性，及卡片的應(yīng)用場合多樣性，一卡多用（一卡通）。
詳細(xì)操作流程參閱：FM1702 手冊，MF1 S50 手冊，14443 協(xié)議。
五、實(shí)驗(yàn)原理圖：
1、實(shí)驗(yàn)連線：
8255 的片選CS8255 與CS2 相連；PA0~PA7 分別與DB0~DB7 相連；PC0 與REQ 相連；PC7 與BUSY 相連。讀卡模塊片選CS500 接CS0,或用跳線短接模塊上CS0，EST 接CPU 板的TXD，CPU板的RXD 接實(shí)驗(yàn)箱K1,K1 高電平控制讀卡,低電平控制寫卡。P0.0~P0.7 分別接LED1~LED8，用來動(dòng)態(tài)觀察程序執(zhí)行到的具體位置，此8 條線可不接。LED1 尋卡成功，LED2 防沖突成功，LED3 選卡成功，LED4 裝載密匙成功，LED5驗(yàn)證AUTHENT1 成功，LED6 驗(yàn)證AUTHENT2 成功，LED7 讀卡成功，LED8 寫卡成功。
2、全速運(yùn)行實(shí)驗(yàn)程序：OK_STD.ASM
3、M1 卡于讀卡模塊天線上方逐漸向下水平靠近讀卡模塊，觀察LCD 顯示內(nèi)容。
4、改變K1 狀態(tài)，再次重復(fù)步驟3。
七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果
當(dāng) K1 打到高電平時(shí)，LCD 上第一行顯示：CARD_SN：+ M1 卡序列號(hào)，第二行顯示讀操作：READ_CARD：第三、四行顯示從M1 卡讀出來的16 個(gè)8 位16 進(jìn)制數(shù)據(jù)。當(dāng)K1 打到低電平時(shí)，LCD 上第一行顯示：CARD_SN：+ M1 卡序列號(hào)，第二行顯示讀操作：WRITE_CARD：第三、四行顯示寫入M1 卡的16 個(gè)8 位16 進(jìn)制數(shù)據(jù)。
八、程序框圖
