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基于S6700芯片與ISO/IEC15693標準的讀卡器設計

時(shí)間:2024-09-15 02:59:40 理工畢業(yè)論文 我要投稿
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基于S6700芯片與ISO/IEC15693標準的讀卡器設計

摘要:采用TI公司最新的多協(xié)議收發(fā)器芯片S6700,結合MCU設計了ISO/IEC15693讀卡器,介紹S6700通信協(xié)議和ISO/IEC15693標準,給出部分子程序。S6700和MCU的接口非常簡(jiǎn)單。

1 綜述

自從20世紀70年代IC卡誕生以來(lái),在飛速發(fā)展的微電子技術(shù)的帶動(dòng)下,IC卡已經(jīng)深入到社會(huì )生活的各個(gè)角落,各種各樣的卡大大方便了人們的生活:銀行的食堂卡、信用卡,公交車(chē)使用的交通卡,就餐使用的食堂卡,出入管理使用的考勤卡,打電話(huà)使用的付費電話(huà)卡,手機中使用的SIM卡等等。

IC卡又稱(chēng)為集成電路卡?ㄆ瑑确庋b有集成電路,用以存儲和處理數據。IC卡的發(fā)展經(jīng)歷了從存儲卡到智能卡,從接觸式卡到非接觸式卡,從近距離到遠距離的過(guò)程。ISO/IEC7816標準定義的卡是接觸卡,讀卡機具必須和卡的觸點(diǎn)接觸才能和和卡進(jìn)行信息交換,所以磨損嚴重,容易受污染,使用壽命低,操作速度慢。為此,非接觸式卡技術(shù)迎刃而生。非接觸式卡又稱(chēng)射頻卡、感應卡,采用無(wú)線(xiàn)電調制方式和讀卡機具進(jìn)行信息交換。ISO/IEC10536定義的卡稱(chēng)為密耦合卡;ISO/IEC 14443定義的卡是近耦合卡(PICC),對應讀卡機具簡(jiǎn)寫(xiě)為PCD;ISO/IEC15693對應的卡是遙耦合卡(VICC),對應的讀卡機具簡(jiǎn)寫(xiě)為VCD。VICC比PICC具有更遠的讀卡距離,二者均采用13.56MHz工作頻率,均具有防沖突機制。

圖1所示的框圖簡(jiǎn)單表示了射頻卡讀寫(xiě)系統的工作原理。

2 硬件設計

2.1 S6700芯片

S6700芯片是TI公司最新開(kāi)發(fā)的針對IC卡讀寫(xiě)的多協(xié)議收發(fā)器。它提供給用戶(hù)數字接口,所以應用非常方便。ASIC能夠支持的協(xié)議包括:TI TAGIT協(xié)議、ISO/IEC 15693-2、ISO/IEC 14443-2(TYPE A)等。S6700采用SSOP20封裝, 5V供電,內部封裝有發(fā)送調制器和接收解調器,采和曼徹斯特編碼方式,典型發(fā)送功率200mW,其ESD保護符合MILSTD-883標準,有IDLE、POWER DOWN、FULL POWER三種電源管理功能。

筆者利用該ASIC結合MCU完整的實(shí)現了ISO/IEC 15693-3所規定的對VICC操作上層協(xié)議。

ISO/IEC 15693-2所規定的VCD與VICC通信物理層協(xié)議全部由ASIC實(shí)現,用戶(hù)通過(guò)同步串行接口(SPI)遵照ASCI的通信求和ASIC打交道就可以實(shí)現VICC的讀寫(xiě)操作。MCU和ASIC的通信接口有三根線(xiàn):SCLOCK、DIN、DOUT,分別代表時(shí)鐘線(xiàn)、數據輸入線(xiàn)、數據輸出線(xiàn)。時(shí)鐘線(xiàn)是雙向的,發(fā)送數據時(shí)由MCU控制,接收數據時(shí)由ASIC控制,在時(shí)鐘的上升沿ASIC鎖存數據。DOUT除了在接收數據期間的數據輸出功能外,還用來(lái)表征ASIC內部FIFO的情況。DOUT內部下拉,平時(shí)為低電平。輸入數據過(guò)程中,當ASIC的16位FIFO寄存器滿(mǎn)時(shí),DOUT線(xiàn)會(huì )自動(dòng)跳變?yōu)楦唠娖,直到FIFO寄存器空出,DOUT線(xiàn)又會(huì )跳變?yōu)榈碗娖。在DOUT為高電平期間,輸入數據無(wú)效。除了通信線(xiàn)外,M_ERR線(xiàn)用來(lái)在同時(shí)讀多張卡的時(shí)候表征數據的沖突情況。同樣,M_RR線(xiàn)內部下拉,平時(shí)為低電平,沖突時(shí)此線(xiàn)會(huì )升為高電平。

圖2

所設計的應用電路如圖2所示。圖2中包括三個(gè)部分:ASIC典型應用電路、與MCU接口電路和天線(xiàn)電路。R2、L1、C5、C6組成串聯(lián)諧振電路,匹配阻抗50Ω,可調電容C6用來(lái)準確調整電路諧振點(diǎn)在13.56MHz。如果認為ASIC 200mW輸出功率不足,也可以再加一級功放電路,以提高讀寫(xiě)距離。

對ASIC的操作有三種模式:普通模式、寄存器模式和直接模式。直接模式下,MCU要直接面向處理射頻信號,比較復雜,所以此種模式一般不用。普通模式和寄存器模式操作的均是標準的數字信號,其不同在于規定芯片操作的一些參數,例如:所采用的射頻協(xié)議、調制方式及傳輸速率是由命令序列中規定的還是由寄存器所設定的。普通模式每條指令均含有該指令使用的參數,而寄存器模式指令序列中并不含這些參數,而是由預先寫(xiě)入的寄存器中的數值所決定。注意,ASIC上電后必須首先初始化時(shí)間寄存器,芯片才能正常工作。

2.2 VICC——Tag-it HF-1應答器

Tag-it是TI公司為其最新開(kāi)發(fā)的RFID TRANSPONDER(應答器)的注冊商標,是一個(gè)產(chǎn)品系列。Tag-it完全和ISO/IEC15693兼容,是VICC的一種。按TI的設想,Tag-it主要應用在智能標簽領(lǐng)域內,例如:特快專(zhuān)遞、航空行李管理,電子門(mén)票等等。

Tag-it內有64位的UID(卡號)和8位的AFI(應用識別號)、8位的DSFID(數據存儲格式),用來(lái)標識卡和特定應用的特征?▋扔2Kbit EEPROM,分成64個(gè)塊,每個(gè)塊32個(gè)bit。每個(gè)塊均可以鎖定,以保護數據免予修改。AFI、DSFID和32個(gè)塊均可讀可寫(xiě),用以存儲用戶(hù)的數據。Tag-it采用13.56MHz的載波頻率,工作于“READER TALKS FIRST”模式下,即:一問(wèn)一答的模式?▋扔蟹罌_突機制,可以同時(shí)讀多張卡而不會(huì )造成沖突。

事實(shí)上一張卡可以有多種應用,不同的塊可以存儲不同應用的數據,即所謂的“一卡通”。遺憾的是,Tag-it內沒(méi)有邏輯加密電路,無(wú)法實(shí)現密碼功能,這限制了Tag-it在其它保密性要求較高的領(lǐng)域的應用。

3 通信協(xié)議

發(fā)給ASIC的命令序列必須符合ASIC通信協(xié)議和ISO/IEC15693-3規范。

3.1 命令結構

在普通模式下,命令序列結構如下:

起如位S1命令字節(8位)*數據結束位ES1

*在寄存器模式下,命令字節是1位,且該位為1。

*起邕位S1:起始位波形是當SCLOCK位高電平時(shí)DIN發(fā)生一個(gè)上升沿。

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