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）

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）

本设计基于Silicon公司的混合信号微控制器C8051F340，控制Philips公司的高集成度读卡器芯片MFRC531，设计实现了遵循ISO/ 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MFRC531和相应天线及其匹配电路的设计。

非接触式；读卡器；MFRC531；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Philips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C8051F340

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-51高速微控制器内核，与MCS-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，1KB USB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RAM（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位并行独立读/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。

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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。