感應式IC卡讀寫(xiě)模塊PicoRead RF的設計與研究

目前廣泛使用的非接觸讀卡芯片主要是Philips公司的RC500，RC531和RC632，以及TI公司的部分非接觸讀卡芯片，但是由于這些芯片功能不強，具有較大的偏向性。文中介紹了InsideContactless公司推出的PicoReadRF芯片較好地解決了上述問(wèn)題。在介紹PicoReadRF芯片的特點(diǎn)、工作原理和內部結構的基礎上，對軟件實(shí)現的流程進(jìn)行了詳細說(shuō)明。

　　1 PicoReadRF的特點(diǎn)

　　PicoReadRF芯片為一款標準的13．56MHz非接觸讀卡芯片，采用該芯片設計的非接觸讀卡器滿(mǎn)足ISO14443，ISO15693，SonyFelica等協(xié)議，它支持非接觸卡片(或者非接觸標簽)發(fā)送數據和能量，并從非接觸卡片(或者非接觸標簽)中獲取相關(guān)數據。

　　PicoReadRF芯片可支持ISO15693規范，ISO14443TypeA，TrypeB規范，SonyFelica協(xié)議，以及其他的傳輸速度為26～848kB／s的非接觸協(xié)議；并支持數據和能量的非接觸傳輸；支持SPI協(xié)議和并口傳輸協(xié)議；其操作距離可達10cm，并具有卡檢測和感應區載波信號檢測機制，實(shí)行1Byte-2級FIFO管理，非常適用于NFC手機之類(lèi)的應用場(chǎng)合，以及PayPass讀卡器的設計。

　　2 PiCOReadRF的硬件設計與工作原理

　　非接觸IC卡與讀卡器之間數據傳輸的過(guò)程和原理如下：當卡片在一定距離靠近讀卡器表面時(shí)，非接觸性IC卡與讀卡器之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波來(lái)完成讀寫(xiě)操作。非接觸IC卡本身是無(wú)源卡，當讀卡器對卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)，讀卡器發(fā)出兩部分信號：一部分是電源信號，該信號由卡接收后，與本身的器件一起產(chǎn)生瞬間能量來(lái)供給芯片工作；另一部分則是指令和數據信號，指揮芯片完成數據的讀取、修改、儲存等，并返回信號給讀卡器完成一次讀寫(xiě)操作。

　　文中所設計的IC卡讀卡器由微控制器(MCU)、射頻發(fā)射和接收處理單元、接口電路、時(shí)鐘電路、液晶顯示(LCD)模塊、時(shí)鐘以及存儲器組成。本設計采用PicoReadRF芯片作為讀卡器中的射頻發(fā)射和接收處理單元讀寫(xiě)芯片。結構如圖1所示。

　　讀卡器中的微控制器為主控制單元。PicoReadRF芯片作為讀卡器中的射頻發(fā)射和接收處理單元讀寫(xiě)芯片。它是微控制器與非接觸式IC卡之間的“橋梁”，它一方面可以將微控制器發(fā)送給IC卡的指令和數據調制在13．56MHz的振蕩信號上，通過(guò)高頻天線(xiàn)發(fā)射出去；另一方面接收來(lái)自IC卡的應答信息，并將其解調成數字信號傳給微控制器，實(shí)現微控制器與IC卡之間的雙向通信。

　　接口電路是微控制器與PC機之間的通信“橋梁”，可以實(shí)現讀卡器和PC機之間的串行或并行通信。時(shí)鐘電路為系統提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘，液晶顯示模塊平時(shí)顯示時(shí)間，讀卡時(shí)顯示所讀到的內容。上述幾個(gè)模塊以邏輯設計配合，通過(guò)程序控制完成對非接觸式IC卡的讀寫(xiě)。

　　3 PiCOReadRF的軟件設計

　　PicoReadRF應用于非接觸支付環(huán)境時(shí)，大致的控制流程，如圖3所示。

　　PicoReadRF的軟件設計和指令控制分以下3個(gè)階段：

　　(1)寄存器構造階段(ConfigurationMode)，主要完成系統的初始化。當卡片靠近讀卡器表面時(shí)，讀卡器發(fā)出電源信號，并產(chǎn)生能量供給芯片工作，此時(shí)芯片進(jìn)入寄存器構造階段：主要完成芯片復位、初始化以及本次交易所使用非接觸協(xié)議的相關(guān)參數配置，以實(shí)現對應的非接觸通信協(xié)議。相應參數設置成功后，讀卡器的液晶屏會(huì )顯示“系統初始化成功”。

　　(2)數據發(fā)送階段(Emission)，當成功進(jìn)行初始化之后，讀卡器識別出在作用范圍內有IC卡的存在，通過(guò)微控制器發(fā)出控制指令，將芯片設置為數據發(fā)送模式，并檢測FIFO數據緩存器的狀態(tài)，從而保證數據可以順序讀入和讀出。接下來(lái)就可以進(jìn)行數據的發(fā)送，發(fā)送完畢后，微控制器會(huì )發(fā)出指令判斷是否有多余數據，若有，則重復上述操作，繼續傳輸，若無(wú)，則進(jìn)入數據接收階段。在數據發(fā)送階段，除完成幀數據的發(fā)送以外，還需對相關(guān)奇偶位、CRC校驗值進(jìn)行配置。

　　(3)數據接收階段(Reception)，微控制器發(fā)出控制指令，將芯片設置為數據接收模式，并指揮芯片完成數據的接收，接收完畢，返回信號給讀卡器完成一次讀寫(xiě)操作。若未接受完畢，則返回初始狀態(tài)重新上述操作。數據接收階段除完成幀數據的接收以外，還會(huì )進(jìn)行奇偶校驗和CRC校驗。

　　4 結束語(yǔ)

　　對PicoReadRF的特點(diǎn)和應用進(jìn)行了描述，并就如何在硬件和軟件上實(shí)現PicoReadRF的非接觸應用做了介紹。InsideContactless公司推出的這款非接觸芯片性能穩定、支持的非接觸協(xié)議多，同時(shí)較其他的非接觸芯片在價(jià)格上有一定的優(yōu)勢，因此在設計非接觸讀卡設備(NFC手機、PayPass讀卡器等)時(shí)是一種較好的選擇。

感應式IC卡讀寫(xiě)模塊PicoRead RF的設計與研究