IC卡公交收费机设计2

SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073IC卡公交收费机设计（二）————————MIFARE1卡硬件接口电路设计电子与信息工程学院电子与信息工程学院电子与信息工程学院电子与信息工程学院SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073课程目标�MIFARE1MIFARE1MIFARE1MIFARE1卡接口电路分析卡接口电路分析卡接口电路分析卡接口电路分析�MIFARE1MIFARE1MIFARE1MIFARE1卡卡卡卡请求应答与防冲突功能调请求应答与防冲突功能调请求应答与防冲突功能调请求应答与防冲突功能调试试试试SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073项目开发——IC卡公交收费系统�系统需求分析：1.具备小额电子钱包功能，定额方式收费2.操作方便快捷3.工作距离50cm4.具备显示余额、异常报警（非法卡或余额不足）5.可将当班收款额上传总站数据库6.公交公司可调整定额额度7.卡遗失可挂失8.抗干扰能力强SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073项目实现之第二步——硬件实现MCUMCUMCUMCUMIFAREMIFAREMIFAREMIFARE卡读写模块EEPROMEEPROMEEPROMEEPROM存储器RS232RS232RS232RS232接口显示报警天线卡SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073Mifare1非接触式IC卡基本性能指标：�卡内器件：无线智能卡芯片MifareMF1ICS50+天线线圈�标准：遵从ISO/IEC14443TypeA标准�工作频率：13.56MHz�数据传送速率：106kbit/s（9.4μs/bit）SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073Mifare卡与读写器之间的信号SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073Mifare卡的信号调制方式TypeA与TypeB调制程度的比较TYPEA：100%ASKTYPEB：10%ASKSmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073从读写器到卡的调制与编码�载波:fc=13.56MHz�数据传输速率：13.56MHz/128=106kbit/s（9.4μs/bit）�调制方式：TYPEA用100%ASK，TYPEB用10%ASK，�编码方式：TYPEA用改进的MILLER编码，TYPEB用NRZ编码（不归零制数位编码）SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073从卡到读写器的调制与编码�副载波:fc/16=847.5kHz�数据传输速率：106kbit/s�调制方式：副载波调制�编码方式：TYPEA用MANCHESTER-ASK，TYPEB用BPSK-NRZ(二进制相移键控数位编码)SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073非接触式IC卡系统构成�非接触式IC卡：数据载体，应答器�非接触式IC卡读写器：卡接口设备，阅读器，寻呼器非接触式IC卡读写器非接触式IC卡数据时序能量耦合元件（线圈、微波天线）SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073非接触式IC卡的基本构成�非接触式IC卡：芯片+天线+卡基耦合元件外壳芯片SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073非接触式IC卡系统构成�非接触式IC卡：数据载体，应答器�非接触式IC卡读写器：卡接口设备，阅读器，寻呼器非接触式IC卡读写器非接触式IC卡数据时序能量耦合元件（线圈、微波天线）SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073非接触式IC卡与读写器接口电路电压调节解调器读写器PCD卡PICCCLOCKVDDGND数据输出数据输入卡内嵌天线读写器天线SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073（1）读写器发射激励信号（一组固定频率的电磁波），数字信息调制在该射频信号上。（2）IC卡进入读写器工作区内，被读写器信号激励。在电磁波的激励下，卡内的LC串联谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷，当所积累的电荷达到2V时，此电容可以作为电源为其他电路提供工作电压，供卡内集成电路工作所需。（谐振、整流、滤波、稳压）。（3）同时卡内的电路对接收到的谐振信号进行解调，还原数字信息，对信息进行分析处理，判断发自读写器的命令，如需在EEPROM中写入或修改内容，还需将2V电压提升到15V左右，以满足写入EEPROM的电压要求。（4）IC卡对读写器的命令进行处理后，发射应答信息（将应答信息调制到射频信号上）给读写器。（5）读写器接收IC卡的射频信号并进行解调还原出应答信息。SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073Mifare核心读写模块MCM�功能：读写器MCU与MIFARE卡之间的接口，负责读写卡，其基本功能包括产生发送/接收射频信号、调制/解调、防冲突处理和安全管理。�工作频率：13.56MHz。通信速率：106Kbps�工作距离：MCM200——25mm，MCM500——100mm�防冲突：真正的防冲突功能。�安全性与可靠性：每个扇区设有3套密码及其认证和密码存储器，模块与卡片通信时，数据加密，多种通信校验机制�接口：标准MIFARE并行接口SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073MCM与MCU接口电路MCU控制器MCS-51MCM模块-CSP3.3-RD-WRH-RD-WRMODEHUSEALEALEP3.2ALE-IRQP0.0~P0.7D0~D7�直接用数据总线传送地址和数据：MODE、USEALE接高电平，ALE对接；A0~A3悬空�P3.3驱动-CS，即P3.3为低时选中（激活）MCM200模块�MCM200的-IRQ接P3.2；可用查询或中断方式接收MCM发送的数据SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073初始化与防冲突（AntiCollion）�如果有2张或2张以上的IC卡进入读写器的工作范围，称之为冲突（或碰撞Collion），此时就需要解决如何对多张IC卡逐一处理的问题——防冲突AntiCollion。�防冲突方案：位帧防冲突（BitAntiCollision）动态时隙-ALOHA法（Slotted-ALOHA法）SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073AntiCollision防冲突�如果有多于一张的Mifare1卡处在MCM天线的有效工作范围（距离）内，则发生了冲突。AntiCollision操作使MCM能在多张Mifare1卡中选择某一张卡。�AntiCollision操作由一个AntiCollisionLoop（防冲突循环，内部处理）来实现。设置STACON寄存器中的AC位启动AntiCollision循环。�MCM发送AntiCollision命令（93H+20H），每张天线范围内的MIFARE1卡接收AntiCollision命令后，都将回送自己的SN作为应答。�由于每张卡的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（即该位的前、后半部都有负载波调制），防冲突循环找到第1个冲突位将其置1（排除该位为0的卡），然后查第2个，依次排除，最后不再有冲突的SN即为最后读取的SN。SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073MIFARE1卡防冲突特性�利用每张卡全球唯一的SN实现二进制树状搜索防冲突算法。例：SN1：420A7E00SN2：420A7E01SN3：421A7E01冲突1选择SN2、SN3冲突2选择SN3SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073POWEROFF状态IDLE状态READY状态ACTIVE状态HALT状态RESETREQUEST命令ANTICOLLISION命令启动防冲突循环读取卡回送的UID（SN）HALT命令SELECTUID命令应用：AUTENTICATION/READ/WRITE/INC/DEC命令WAKEUP命令MIFAREMIFAREMIFAREMIFAREMIFAREMIFAREMIFAREMIFARE卡卡防冲突流程防冲突流程SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073MIFARE1卡特点：支持多卡同时操作�卡芯片与读写芯片中都内嵌防冲突模块，可实现真正的（硬件）防冲突，可高速识别天线范围内的多张卡，适应多人同时刷卡。SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073SelectTag选择卡片操作�SelectTag操作将选中AntiCollision操作所读取的SN对应的卡，使该卡进入激活状态，只有该卡才能进行后续的认证及访问操作。�MCM发送Select命令（93H+70H+SN及校验码）�卡接收该命令后将MCM发送的SN与自己的序列号比较，若一致则该卡被激活（ACTIVE），其他卡则仍留在READY状态。被选择（激活）的卡将回送其容量（SIZE）字节作为应答。SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073�防冲突测试（1）分别读出并记录二张MIFARE1卡（分别记为1#卡、2#卡）的序列号，及其扇区0块1的内容，记录在报告上。（2）将二张MIFARE1卡同时放置在读写器天线有效工作范围内，在RFDEMO软件中执行读操作，根据读出的SN找出被选中的卡（例如为1#卡）。（3）在RFDEMO软件中执行写操作，修改扇区0块1的内容并将数据记录在报告上。（4）将被选中的卡撤离读写器天线有效工作范围，读出另一张卡（例如2#卡）的扇区0块1的内容，并将数据记录在报告上。（5）取走（4）中的卡，重新读出并记录被选中的卡的扇区0块1的数据，并记录在报告上。（6）比较上述实验数据，说明MIFARE1卡是否具备防冲突功能。SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073小结：MIFARE1卡特点�真正的防冲突：卡芯片与读写芯片中都内嵌防冲突模块，可实现真正的（硬件）防冲突，可高速识别天线范围内的多张卡。SmartCardSmartCardZZIA-0506073ZZIA-0506073进阶项目�将2张以上的MIFARE1卡置入天线工作范围内，运行程序，该程序是否能实现防冲突功能？�设卡的扇区1块0用于存储公交预付金额（存储格式自拟），请修改程序以实现公交收费。