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一種實(shí)用的非接觸式IC卡讀寫器的設(shè)計(jì)

文章出處:http://botanicstilllife.com 作者:李科讓   人氣: 發(fā)表時間:2011年10月17日

[文章內(nèi)容簡介]:介紹了非接觸式IC卡的特點(diǎn),提出了一種非接觸式Ic卡讀寫器的設(shè)計(jì)方法。

    IC卡按數(shù)據(jù)傳送的形式可分為有接觸型IC卡和非接觸型IC卡二種:當(dāng)前廣泛使用的是接觸型IC乍,在這種卡片上IC芯片有8個觸點(diǎn)可與外界接觸。非接觸瓔IC卡的集成電路不向外引出觸點(diǎn),它除r包占有存儲器卡、邏輯加密卡、CPU卡3種#的電路外,還帶有射頻收發(fā)電路及相關(guān)電路,讀寫器對卡的讀寫為非接觸式,因而稱這種IC卡為非接觸式或感應(yīng)IC卡。非接觸式IC卡又稱射頻卡(RF卡),RF卡是世界上最近幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)新的技術(shù),已成功地將射頻識別技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)合起來,解決了無源IC(卡中無電源)和免接觸這一難題,是電子器件領(lǐng)域的一大突破。

    與接觸式IC卡相比較,非接觸式IC卡具有可靠性高、操作方便、快捷、防沖突、加密性好、適合于多種應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn),一經(jīng)問世,便立即為世人關(guān)注,并以驚人的速度得到推廣,大有替代各種磁卡和接觸式IC卡的應(yīng)用。

    1 讀寫器的硬件構(gòu)成

    非接觸式IC卡讀寫器的硬件由單片機(jī)、鍵盤、顯示器、非接觸式IC卡讀寫部件、接收和發(fā)送天線、電源、時鐘及與上位機(jī)(PC機(jī))的通信接口等構(gòu)成,如圖1所示。上述部件與器件以周密的邏輯設(shè)計(jì)通過程序控制完成對非接觸式IC卡片的讀寫,并可通過串行通信接口與PC機(jī)的串行通信接幾(420m1或corn2)進(jìn)行通信,以便完成對非接觸式IC卡片的某些方面應(yīng)用的管理。 


圖1非接觸式IC卡讀寫器硬件框圖

    1.1基于讀寫器的單片機(jī) 

    非接觸式IC卡讀寫器應(yīng)具有讀寫非接觸式IC卡的能力。為此,選用ATMEL公司的AT89C52單片機(jī)作為控制核心。

    AT89C52是一種內(nèi)含8KB EPROM、256寧節(jié)的RAM并能與MCS一51系列的指令系統(tǒng)和管腳完全兼窬的低電壓、高性能CMOS 8位微控制器。其性能:32條I/0線、3個16位定時器/計(jì)數(shù)器、8個二級中斷源結(jié)構(gòu)、1個全雙工串行口。片內(nèi)帶有振蕩器和時鐘電路且設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯,在低到零頻率下仍有靜態(tài)邏輯。支持2種軟件ar選的省電模式、在閑置模式下CPU停止工作,但RAM、定時器/計(jì)數(shù)器、申行口和中斷系統(tǒng)仍在工作;在掉電模式下,保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器,禁止使用其它芯片功能,直到下一個硬件復(fù)位為止。

    以這種高性能的微控制器為核心,配合以相應(yīng)的組合邏輯設(shè)計(jì),構(gòu)成主控單元。

    1.2系統(tǒng)的RAM設(shè)計(jì)

    選用總線器件24LC65作為系統(tǒng)的存儲器fRAM)。24LC65是MICrochip公司的64KB CMOS、“靈巧”串行的E干ROM.其8引腳的DIP封裝,使系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)簡潔。同時,也可使系統(tǒng)具有掉電保護(hù)功能與單片機(jī)的連接如圖2所示。

    1.3鍵盤、顯示器電路設(shè)計(jì)

    采用10個共陰極的LED數(shù)碼塊以醒目、簡潔地顯示非接觸式IC卡片的數(shù)據(jù)信息。也可顯示從鍵盤輸入的需寫人非接觸式lc卡片的數(shù)據(jù)信息。圖3為采用行列(矩陣)式鍵盤和動態(tài)掃描方式進(jìn)行鍵盤識別及數(shù)據(jù)品示的電路框圖。這種設(shè)計(jì)可減少硬件開銷、降低成本。 

    1.4系統(tǒng)復(fù)位和電源報警電路

    系統(tǒng)工作時,會經(jīng)常進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。為保證系統(tǒng)町靠復(fù)位,選用iMP709為系統(tǒng)提供所需的RESET和RESET復(fù)位電平,具體電路設(shè)計(jì)如圖4所示。 


圖4 系統(tǒng)復(fù)位和電棖撤警電路

    用于電源報警。③手動復(fù)位輸入功能可消除抖動。與采用分立元件或單一功能芯片組合的電路相比,大大減少了系統(tǒng)電路的復(fù)雜性和元什數(shù)量,顯著地提高r系統(tǒng)可靠性和精確度,當(dāng)電源波動或跌落時,南R1、R2分壓產(chǎn)生的,J限電平使iMP709的ID(5腳)端輸出低電乎。此低電平與AT89C52的INTO(中斷0)相連產(chǎn)生中斷,發(fā)出報警指令,產(chǎn)生聲音(蜂鳴器)報警。

    2 射頻感應(yīng)部件的設(shè)計(jì)

    射頻感應(yīng)部分可分為射頻感應(yīng)部件和天線二部分設(shè)計(jì),具體設(shè)計(jì)如圖5所示 


圖5射頻感應(yīng)鄙件設(shè)計(jì)

    2.1射頻器件GB9簡介

    GB9是一個具有讀和寫非接觸式IC卡功能的射頻感應(yīng)器件,其工作電壓范圍比較寬(5~12V),射頻上作頻率額為125kHz.讀寫R片的數(shù)據(jù)為9.6K Baud串行ASCII(讀、寫卡片數(shù)據(jù)不受方向限制)。所需讀或?qū)懣ㄆ臄?shù)據(jù)分別由AI’89C52的串千亍通信口的數(shù)據(jù)接收端(Rxt))和發(fā)送端(TXD)接收和發(fā)送。讀到卡片數(shù)據(jù)時,其P LED端產(chǎn)生的電平可使AT89C52的1NTl引腳發(fā)生中斷并由中斷處理程序?qū)⒋藬?shù)據(jù)作相應(yīng)處理。AT89C52將鍵盤鍵入的數(shù)據(jù)由其串行通信幾(TXD)傳送到GP9的DATA IN(7腳),由天線發(fā)出,并寫入該感應(yīng)部件天線距離范圍內(nèi)的非接觸式IC卡片中。

    2.2射頻器件GB9的天線設(shè)計(jì)

    射頻器件GB9的天線設(shè)計(jì)亦是非常重耍的一個環(huán)節(jié)。在非接觸式IC卡讀、寫器設(shè)計(jì)中,射頻器件GB9的天線是一個低Q值的線圈,其電感量可用wL/R來計(jì)算,大體上為17¨H(筆者自己設(shè)計(jì)的天線瀆、寫卡片距離可達(dá)14cm)。因此,設(shè)計(jì)一個好的天線對提高非接觸式IC卡讀寫器的讀、寫可靠性是至關(guān)重要的。

    3 軟件設(shè)計(jì)流程框圖

    非接觸式IC卡讀寫器的軟件采用積木式模塊設(shè)計(jì)。其主要模塊程序由鍵盤掃描、LED動態(tài)顯示、讀寫器及與上位機(jī)(PC機(jī))通信等組成,軟件設(shè)計(jì)主程序流程框如圖6所示。 


圖6土程序流程框圖

    本設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中證明:此系統(tǒng)讀寫非接觸式IC卡片迅速、方便、可靠、穩(wěn)定,深受用戶歡迎。有足夠的優(yōu)勢取代目前仍使用磋}和接觸式IC卡讀寫器的應(yīng)用,具有巨大的市場競爭力和廣闊的發(fā)展前景。

本文關(guān)鍵詞:讀寫器,非接觸式IC卡
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