非接觸式IC卡模塊說(shuō)明

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10月11日

    非接觸式 IC 卡模塊由非接觸式IC 卡讀卡器芯片F(xiàn)M1702及其外圍電路組成。
 
    一、 FM1702 芯片介紹
 
    FM17XX 系列是復(fù)旦微電子股份有限公司設(shè)計(jì)的，基于ISO14443 標(biāo)準(zhǔn)的系列非接觸卡讀卡機(jī)專用芯片，采用0.6 微米CMOS EEPROM 工藝，可分別支持13.56MHz 頻率下的typeA、typeB、15693 三種非接觸通信協(xié)議，支持MIFARE和SH 標(biāo)準(zhǔn)的加密算法，可兼容Philips 的RC500、RC530、RC531、及RC632 等讀卡機(jī)芯片。芯片內(nèi)部高度集成了模擬調(diào)制解調(diào)電路，只需最少量的外圍電路就可以工作。支持6 種微處理器接口，數(shù)字電路具有TTL、CMOS 兩種電壓工作模式，適用于各類計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的讀卡器的應(yīng)用。
 
    1、產(chǎn)品特點(diǎn)
 
    ●高集成度的模擬電路只需最少量的外圍線路
    ●操作距離可達(dá)10cm
    ●支持ISO14443 typeA typeB 15693 協(xié)議
    ●包含512byte 的EEPROM
    ●支持MIFARE 和SH 標(biāo)準(zhǔn)的加密算法
    ●支持六種接口模式
    ●包含64byte 的FIFO
    ●數(shù)字電路具有TTL/CMOS 兩種電壓工作模式
    ●軟件控制的power down 模式
    ●一個(gè)可編程計(jì)時(shí)器
    ●一個(gè)中斷處理器
    ●一個(gè)串行輸出輸入口
    ●啟動(dòng)配置可編程
    ●數(shù)字模擬和發(fā)射模塊都有獨(dú)立的電源供電
    ●采用SOP32 封裝
    ●FM17XXL 的版本表示該芯片的三路電源都可適用于低電壓 

    2、各型號(hào)區(qū)別: 

    二、 FM1702 芯片功能框圖及引腳圖

    三、對(duì)非接觸式 IC 卡操作流程圖如下：

    上電后首先用程序?qū)ψx卡器芯片（以下簡(jiǎn)稱 PCD）進(jìn)行寄存器初始化，完成后進(jìn)入尋卡狀態(tài)，通過(guò)天線發(fā)出尋卡信號(hào)。當(dāng)有IC 卡（以下簡(jiǎn)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(kāi)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(guò)程是這樣進(jìn)行的：
    （A）環(huán)：由 Mifare 1 卡片向讀寫(xiě)器 發(fā)送一個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù) RB；
    （B）環(huán)：由讀寫(xiě)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(xiě)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(xiě)器發(fā)送令牌TOKENBA 給讀寫(xiě)器；
    （E）環(huán)：讀寫(xiě)器收到令牌TOKEN BA 后，讀寫(xiě)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(xiě)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(guò)驗(yàn)證，則整個(gè)的認(rèn)證過(guò)程將成功。讀寫(xiě)器將能對(duì)剛剛認(rèn)證通過(guò)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）。 

    卡片中的其他扇區(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(guò)程。認(rèn)證過(guò)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(kāi)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(cè)密碼而想打開(kāi)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(xiě)。沒(méi)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(shuō)明了 Mifare 1 卡片的高度安全性，保密性，及卡片的應(yīng)用場(chǎng)合多樣性，一卡多用（一卡通）。
 
    詳細(xì)操作流程參閱：FM1702 手冊(cè)，MF1 S50 手冊(cè)，14443 協(xié)議。
   
    四、電路原理圖

    五、模塊的基本測(cè)試方法
 
    用跳線帽短接模塊的 CS0，模式選擇Mode_Select 選擇獨(dú)立方式，即把ALE、A0、A1、A2 跳短選擇全部接Separate 端。模塊的REST 接實(shí)驗(yàn)箱的P+。
 
    把模塊插入單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱擴(kuò)展插槽，上電，打開(kāi)文件：Hardware.asm。編譯、調(diào)試，按程序中注釋棄置斷點(diǎn)，運(yùn)行程序，依次觀察前三個(gè)斷點(diǎn)處內(nèi)容。
 
    第一個(gè)斷點(diǎn)處，30H-5FH 單元內(nèi)容全部為：0FFH。
    第二個(gè)斷點(diǎn)處，A 內(nèi)容為4，正常。
    第三個(gè)斷點(diǎn)處，39H-3CH 單元內(nèi)容有變化，為讀卡芯片的序列號(hào)。每個(gè)讀卡芯片的序列號(hào)不同。
    第四個(gè)斷點(diǎn)處，L1，L2 右端測(cè)得有峰峰值為7V 左右的正弦波，并且L1 與L2 波形反向；C3，C5 右端有峰峰值為3.5V 左右的正弦波，波形反向；C12，C13 右端有峰峰值為7V 左右正弦波，波形反向。如把示波器探頭的地端與探測(cè)端相連，圈成大小與天線線圈大相等的圈，圈放于天線上方緊貼電路板，則能感應(yīng)到峰峰值為2.5V 左右的正弦波。前三個(gè)斷點(diǎn)處都正確，則說(shuō)明寄存器訪問(wèn)正常。第四個(gè)斷點(diǎn)處，所測(cè)數(shù)據(jù)為正常模塊數(shù)據(jù)。
 
    去掉斷點(diǎn)1，2，3。保留斷點(diǎn)4，設(shè)置斷點(diǎn)5，6。調(diào)試用M1卡（MF1 S50卡）。從斷點(diǎn)4運(yùn)行程序，把卡放于讀卡模塊天線線圈上方4厘米左右，反復(fù)執(zhí)行程序觀察斷點(diǎn)5處A或R6的值是否正常，保持卡在天線上方的位置不改變。如正常則繼續(xù)往下執(zhí)行程序，到斷點(diǎn)6處，觀察30H，31H內(nèi)容是否為：04H，00H。則尋卡有效。模塊可以對(duì)卡進(jìn)行正常操作?？梢允钩绦蚍磸?fù)運(yùn)行，觀察對(duì)卡操作的有效距離變化。