一種實用的非接觸式IC卡讀寫器的設計
文章出處：http://www.xujuanpiju.com 作者：李科讓 人氣： 發表時間：2011年10月17日
IC卡按數據傳送的形式可分為有接觸型IC卡和非接觸型IC卡二種：當前廣泛使用的是接觸型IC乍，在這種卡片上IC芯片有8個觸點可與外界接觸。非接觸瓔IC卡的集成電路不向外引出觸點，它除r包占有存儲器卡、邏輯加密卡、CPU卡3種#的電路外，還帶有射頻收發電路及相關電路，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展起來的一項新的技術，已成功地將射頻識別技術和IC卡技術結合起來，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、適合于多種應用等優點，一經問世，便立即為世人關注，并以驚人的速度得到推廣，大有替代各種磁卡和接觸式IC卡的應用。
1 讀寫器的硬件構成
非接觸式IC卡讀寫器的硬件由單片機、鍵盤、顯示器、非接觸式IC卡讀寫部件、接收和發送天線、電源、時鐘及與上位機(PC機)的通信接口等構成，如圖1所示。上述部件與器件以周密的邏輯設計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機的串行通信接幾(420m1或corn2)進行通信，以便完成對非接觸式IC卡片的某些方面應用的管理。
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
非接觸式IC卡讀寫器應具有讀寫非接觸式IC卡的能力。為此，選用ATMEL公司的AT89C52單片機作為控制核心。
AT89C52是一種內含8KB EPROM、256寧節的RAM并能與MCS一51系列的指令系統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／計數器、8個二級中斷源結構、1個全雙工串行口。片內帶有振蕩器和時鐘電路且設有穩態邏輯，在低到零頻率下仍有靜態邏輯。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／計數器、申行口和中斷系統仍在工作；在掉電模式下，保存RAM的內容并且凍結振蕩器，禁止使用其它芯片功能，直到下一個硬件復位為止。
以這種高性能的微控制器為核心，配合以相應的組合邏輯設計，構成主控單元。
1．2系統的RAM設計
選用總線器件24LC65作為系統的存儲器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PCB設計簡潔。同時，也可使系統具有掉電保護功能與單片機的連接如圖2所示。
1．3鍵盤、顯示器電路設計
采用10個共陰極的LED數碼塊以醒目、簡潔地顯示非接觸式IC卡片的數據信息。也可顯示從鍵盤輸入的需寫人非接觸式lc卡片的數據信息。圖3為采用行列(矩陣)式鍵盤和動態掃描方式進行鍵盤識別及數據品示的電路框圖。這種設計可減少硬件開銷、降低成本。
1．4系統復位和電源報警電路
系統工作時，會經常進入復位狀態。為保證系統町靠復位，選用iMP709為系統提供所需的RESET和RESET復位電平，具體電路設計如圖4所示。
圖4 系統復位和電棖撤警電路
用于電源報警。③手動復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，大大減少了系統電路的復雜性和元什數量，顯著地提高r系統可靠性和精確度，當電源波動或跌落時，南R1、R2分壓產生的，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)相連產生中斷，發出報警指令，產生聲音(蜂鳴器)報警。
2 射頻感應部件的設計
射頻感應部分可分為射頻感應部件和天線二部分設計，具體設計如圖5所示
圖5射頻感應鄙件設計
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片的數據為9．6K Baud串行ASCII(讀、寫卡片數據不受方向限制)。所需讀或寫卡片的數據分別由AI’89C52的串千亍通信口的數據接收端(Rxt))和發送端(TXD)接收和發送。讀到卡片數據時，其P LED端產生的電平可使AT89C52的1NTl引腳發生中斷并由中斷處理程序將此數據作相應處理。AT89C52將鍵盤鍵入的數據由其串行通信幾(TXD)傳送到GP9的DATA IN(7腳)，由天線發出，并寫入該感應部件天線距離范圍內的非接觸式IC卡片中。
2．2射頻器件GB9的天線設計
射頻器件GB9的天線設計亦是非常重耍的一個環節。在非接觸式IC卡讀、寫器設計中，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來計算，大體上為17¨H(筆者自己設計的天線瀆、寫卡片距離可達14cm)。因此，設計一個好的天線對提高非接觸式IC卡讀寫器的讀、寫可靠性是至關重要的。
3 軟件設計流程框圖
非接觸式IC卡讀寫器的軟件采用積木式模塊設計。其主要模塊程序由鍵盤掃描、LED動態顯示、讀寫器及與上位機(PC機)通信等組成，軟件設計主程序流程框如圖6所示。
圖6土程序流程框圖
本設計在實際應用中證明：此系統讀寫非接觸式IC卡片迅速、方便、可靠、穩定，深受用戶歡迎。有足夠的優勢取代目前仍使用磋}和接觸式IC卡讀寫器的應用，具有巨大的市場競爭力和廣闊的發展前景。
