ic卡公交收費機設計(二)

1、IC卡公交收費機設計（二）——MIFARE 1卡硬件接口電路設計,電子與信息工程學院,課 程 目 標,MIFARE 1卡接口電路分析 MIFARE 1卡請求應答與防沖突功能調試,項目開發(fā)——IC卡公交收費系統(tǒng),系統(tǒng)需求分析：具備小額電子錢包功能，定額方式收費操作方便快捷工作距離<50cm具備顯示余額、異常報警（非法卡或余額不足）可將當班收款額上傳總站數據庫公交公司可調整定額額度卡遺失可掛失抗干擾能力強,項目

2、實現之第二步——硬件實現,MCU,MIFARE卡讀寫模塊,EEPROM存儲器,RS232接口,顯示,報警,,,,,,,天線,卡,Mifare 1非接觸式IC卡,基本性能指標：卡內器件： 無線智能卡芯片Mifare MF1 IC S50 +天線線圈標準： 遵從ISO/IEC 14443 Type A 標準工作頻率： 13.56MHz數據傳送速率： 106kbit/s （9.4μs/bit）,Mifare卡與讀寫

3、器之間的信號,,Mifare卡的信號調制方式,,Type A與Type B調制程度的比較,TYPE A：100%ASK,,TYPE B：10%ASK,從讀寫器到卡的調制與編碼,載波:fc=13.56MHz數據傳輸速率：13.56MHz/128=106kbit/s（9.4μs/bit）調制方式：TYPE A用100%ASK， TYPE B用10%ASK， 編碼方式：TYPE A用改進的MILLER編碼， TYPE B用NRZ編碼

4、（不歸零制數位編碼）,從卡到讀寫器的調制與編碼,副載波:fc/16 =847.5kHz 數據傳輸速率：106kbit/s調制方式：副載波調制編碼方式：TYPE A用MANCHESTER-ASK， TYPE B用BPSK-NRZ(二進制相移鍵控數位編碼),非接觸式IC卡系統(tǒng)構成,非接觸式IC卡：數據載體，應答器非接觸式IC卡讀寫器：卡接口設備，閱讀器，尋呼器,,非接觸式IC卡的基本構成,非接觸式IC 卡：芯片+天線+卡基,,,,非

5、接觸式IC卡系統(tǒng)構成,非接觸式IC卡：數據載體，應答器非接觸式IC卡讀寫器：卡接口設備，閱讀器，尋呼器,,非接觸式IC卡與讀寫器接口電路,,（1）讀寫器發(fā)射激勵信號（一組固定頻率的電磁波），數字信息調制在該射頻信號上。（2）IC卡進入讀寫器工作區(qū)內，被讀寫器信號激勵。在電磁波的激勵下，卡內的LC串聯諧振電路產生共振，從而使電容內有了電荷，當所積累的電荷達到2V時，此電容可以作為電源為其他電路提供工作電壓，供卡內集成電路工作所需。（諧

6、振、整流、濾波、穩(wěn)壓）。（3）同時卡內的電路對接收到的諧振信號進行解調，還原數字信息，對信息進行分析處理，判斷發(fā)自讀寫器的命令，如需在EEPROM中寫入或修改內容，還需將2V電壓提升到15V左右，以滿足寫入EEPROM的電壓要求。（4）IC卡對讀寫器的命令進行處理后，發(fā)射應答信息（將應答信息調制到射頻信號上）給讀寫器。（5）讀寫器接收IC卡的射頻信號并進行解調還原出應答信息。,Mifare 核心讀寫模塊MCM,功能：讀寫器MCU與

7、MIFARE卡之間的接口，負責讀寫卡，其基本功能包括產生發(fā)送/接收射頻信號、調制/解調、防沖突處理和安全管理。工作頻率：13.56MHz。通信速率：106Kbps 工作距離：MCM200——25mm，MCM500——100mm防沖突：真正的防沖突功能。安全性與可靠性：每個扇區(qū)設有3套密碼及其認證和密碼存儲器 ，模塊與卡片通信時，數據加密 ，多種通信校驗機制接口：標準MIFARE并行接口,MCM與MCU接口電路,,直接用數據總

8、線傳送地址和數據：MODE、USEALE接高電平，ALE對接；A0~A3懸空P3.3驅動-CS，即P3.3為低時選中（激活）MCM200模塊MCM200的-IRQ接P3.2；可用查詢或中斷方式接收MCM發(fā)送的數據,初始化與防沖突 （AntiCollion）,如果有2張或2張以上的IC卡進入讀寫器的工作范圍，稱之為沖突（或碰撞Collion），此時就需要解決如何對多張IC卡逐一處理的問題——防沖突 AntiCollion。防沖突方案

9、： 位幀防沖突（Bit AntiCollision） 動態(tài)時隙-ALOHA法（Slotted-ALOHA法）,AntiCollision 防沖突,如果有多于一張的Mifare 1卡處在MCM天線的有效工作范圍（距離）內，則發(fā)生了沖突。AntiCollision操作使MCM能在多張Mifare 1卡中選擇某一張卡。 AntiCollision操作由一個AntiCollision Loop（防沖突循環(huán)，內部處理）來實

10、現。設置STACON寄存器中的AC位啟動AntiCollision循環(huán)。MCM發(fā)送AntiCollision命令（93H+20H），每張?zhí)炀€范圍內的MIFARE 1卡接收AntiCollision命令后，都將回送自己的SN作為應答。由于每張卡的SN各不相同，MCM接收到的信息（即SN）至少有1位即是0又是1（即該位的前、后半部都有負載波調制），防沖突循環(huán)找到第1個沖突位將其置1（排除該位為0的卡），然后查第2個，依次排除，最后不再有

11、沖突的SN即為最后讀取的SN。,MIFARE 1卡防沖突特性,利用每張卡全球唯一的SN實現二進制樹狀搜索防沖突算法。例：SN1：420A7E00SN2：420A7E01SN3：421A7E01,,,沖突1選擇SN2、SN3,沖突2選擇SN3,,POWER OFF狀態(tài),IDLE狀態(tài),READY狀態(tài),ACTIVE狀態(tài),HALT狀態(tài),,,,,RESET,REQUEST 命令,,,,ANTICOLLISION命令啟動防沖突循環(huán)讀

12、取卡回送的UID（SN）,HALT命令,SELECT UID命令,,,,應用：AUTENTICATION/READ/WRITE/INC/DEC命令,,,,WAKE UP 命令,MIFARE 卡防沖突流程,MIFARE 1卡特點：支持多卡同時操作,卡芯片與讀寫芯片中都內嵌防沖突模塊，可實現真正的（硬件）防沖突，可高速識別天線范圍內的多張卡，適應多人同時刷卡。,Select Tag 選擇卡片操作,Select Tag操作將選中AntiC

13、ollision操作所讀取的SN對應的卡，使該卡進入激活狀態(tài)，只有該卡才能進行后續(xù)的認證及訪問操作。 MCM發(fā)送Select命令（93H+70H+SN及校驗碼）卡接收該命令后將MCM發(fā)送的SN與自己的序列號比較，若一致則該卡被激活（ACTIVE），其他卡則仍留在READY狀態(tài)。被選擇（激活）的卡將回送其容量（SIZE）字節(jié)作為應答。,防沖突測試 （1）分別讀出并記錄二張MIFARE 1卡（分別記為1#卡、2#卡）的序列號，及其

14、扇區(qū)0塊1的內容，記錄在報告上。 （2）將二張MIFARE 1卡同時放置在讀寫器天線有效工作范圍內，在RFDEMO軟件中執(zhí)行讀操作，根據讀出的SN找出被選中的卡（例如為1#卡）。 （3）在RFDEMO軟件中執(zhí)行寫操作，修改扇區(qū)0塊1的內容并將數據記錄在報告上。 （4）將被選中的卡撤離讀寫器天線有效工作范圍，讀出另一張卡（例如2#卡）的扇區(qū)0塊1的內容，并將數據記錄在報告上。 （5）取走（4）中的卡，重新讀出并記錄

15、被選中的卡的扇區(qū)0塊1的數據，并記錄在報告上。 （6）比較上述實驗數據，說明MIFARE1卡是否具備防沖突功能。,小結：MIFARE 1卡特點,真正的防沖突： 卡芯片與讀寫芯片中都內嵌防沖突模塊，可實現真正的（硬件）防沖突，可高速識別天線范圍內的多張卡。,進階項目,將2張以上的MIFARE1卡置入天線工作范圍內，運行程序，該程序是否能實現防沖突功能？設卡的扇區(qū)1塊0用于存儲公交預付金額（存儲格式自擬），請修改程序以實現公交收費。