摘要：本设计介绍了非接触式IC卡读写系统，主要是以AT89C51单片机对该系统进行控制，以射频识别技术为核心，读写器内主要使用了1片Mifare卡专用的读写处理芯片(MF RC530)，读卡器就可以读到卡中的数据，读卡器读到Mifare射频卡中的数据后,系统单片机要将所读数据及刷卡的时间一起存入扩展的24C64存储器，并在LED显示器上显示卡的数据。
关键词：单片机 AT89C51 非接触式IC卡 读写器
一、前言
随着金融行业的不断发展，社会经济的日新月异，特别是公共交通行业，无线通信领域，卫生保健行业，封闭式场所管理，身份识别，电话通信，大楼保安系统等等，人们已愈来愈多地开始接受和使用IC智能卡。特别是银行服务系统，IC智能卡替代古老的磁卡而服务于大众已日渐成熟。并且“一卡通”，一卡多用，给我们的生活质量带来了很大的提高。IC智能卡自动电表抄表系统，煤气/自来水抄表系统，公交/地铁自动售票/检票系统，移动通信手机中IC 智能SIM卡等等，IC智能卡已愈来愈贴近我们的生活，成为我们生活的一步分。“刷卡”已成为人们日常生活中不可或缺的一部分。
二、工作原理
图1 非接触式IC卡读写系统的工作原理图
非接触式IC卡读写系统的工作原理图如图1所示系统中的主机协议实现了计算机主机与读写器之间的通信，IC卡协议在射频天线辐射场激活IC卡集成天线范围内实现了读写器与IC卡之间的通信。通信方式均为半双工点对点系统，收发共用一个频率，其工作原理为：首先由读写器接到上位计算机的命令后，读写器将要发送的信号经编码后加载在频率为13．56MHz的载波信号上经射频天线向外发送，进入读写器工作区域的IC卡接收此脉冲信号，一方面卡内芯片中的射频接口模块由此信号获得电源电压、复位信号、时钟信号；同时卡内芯片中的有关电路对此信号进行调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。若为读命令，控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后由IC卡集成天线发送给读写器，读写器对接收的信号进行解调、解码、解密后送至后台计算机处理。若为修改信息的命令，有关控制逻辑引起的内部电荷泵提升工作电压，提供擦写EEPROM时所需的高压，以便对EEPROM 的内容进行改写。若经判断其对应的密码和权限不符，则返回出错信息。于是便实现了主机、读写器、IC卡之间的信息传递。
读写器工作时，与读卡芯片(MF RC530)相连的天线线圈[3]不断地向外发出一组固定频率的电磁波(13.56MHz)，当有卡靠近时，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器的发射频率相同，这样在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容充电有了电荷。在这个电容另一端，接有一个单向导电的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储。当电容器充电达到2V时，此电容就作为电源为卡片上的其他电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接收读写器发来的数据与保存。
三、射频卡的系统组成
非接触式IC卡应用系统由Mifare卡、发卡器、读卡器和PC管理机组成。其中Mifare卡存放身份号(PIN)等相关数据，由发卡器将密码和数据一次性写入完成。发卡器实际上是一种通用写卡器，直接与PC机的RS-232串行口相连或经过RS-485网络间接与PC机相连，由系统管理员管理，通过PC机设置或选择好要写入的数据，发出写卡命令完成对Mifare卡的数据及密码的写入。与读卡器不同，发卡器往往处于被动地位，不主动读写进入射频能量范围内的射频卡，必须接收PC机的命令才操作，即必须联机才能工作;而读卡器往往可以脱离PC管理机工作。读卡器是主动操作的，只要有非接触式IC卡进入读卡器天线射频能量范围，读卡器便可读写卡中相关指定扇区的数据。
射频卡应用系统组成框图如图2所示，从图可以看出，系统主要由MCU、时钟芯片、MF RC530、看门狗以及RS232通信模块组成。系统的工作方式主要是，先由MCU控制MF RC530驱动天线对Mifare卡，也就是应答器(PICC)，进行射频卡应用系统组成框图如图2所示，从图可以看出，系统主要由MCU、时钟芯片、
图2 射频卡应用系统组成框图
MF RC530、看门狗以及RS232通信模块组成。系统的工作方式主要是，先由MCU控制MF RC530驱动天线对Mifare卡，也就是应答器(PICC)，进行读写操作。最后，与PC机之间进行通信，把数据传给上位机。MCU采用89C51， 是因为89C51开发简单， 运行稳定。24C64是串口操作方式， 是一种性价比较高的存储芯片。为了防止系统“死机”，使用MAX706P作看门狗定时器，与上位机的通信采用RS-232通信模式。
读卡器用AT89C51单片机作主控制器;MF RC530射频芯片作为单片机与射频卡通讯的中介;MC14499作显示驱动器驱动LED数码显示器，键盘与LED显示器作为人机交互接口;AT24C64串行E2PROM作数据存储器;MAX232作串口信号转换C9012三极管作提示报警信号驱动，有卡进入并读卡成功指示灯闪一下，喇叭叫一声。Mifare射频卡进入距离射频天线100mm内，读卡器就可以读到卡中的数据。读卡器读到Mifare射频卡中的数据后,系统单片机要将所读数据及刷卡的时间一起存入扩展的24C64，并在LED显示器上显示卡数据。没有卡进入读卡器工作范围时，系统读出实时时钟芯片中的时间，在显示器上显示当前时间。读卡出错，显示出错标志。
四、总结
非接触式IC卡是根据射频电磁感应原理产生的。它的读写操作只需将卡片放在读写器附近一定的距离之内就能实现数据交换，无需任何接触，使用非常方便、快捷，不易损坏。因此，在公交、门禁、校园、企事业等人事管理、娱乐场所等方面有广泛的应用前景。
参考文献:
[1]张培仁,刘振安,丁化成.单片微机应用与实践［M］.合肥:中国科学技术大学出版社,1993
[2]杨义先,等编著.智能卡安全与应用[M].北京:人民邮电出版社,2002
[3]李建忠编著.单片机原理及应用[M].西安电子科技大学出版社,2002,2
[4]吴秀清,周荷琴编著.微型计算机原理与接口技术[M].中国科学技术大学出社,2003