基于STC单片机的非接触式IC卡读写系统含外文翻译.docx

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基于STC单片机的非接触式IC卡读写系统含外文翻译

基于STC单片机的非接触式IC卡读写系统

含外文文献及中文翻译

开题报告

中期报告

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2017年9月修订

摘要

非接触式IC卡是IC卡领域的一项新兴的技术，它是射频识别技术和IC卡技术相结合的产物。

由于非接触式IC卡具有操作快捷、抗干扰性强、工作距离远、安全性高、便于一卡多用等优点，在自动收费、身份识别和电子钱包等领域具有接触式所无法比拟的优越性，具有广阔的市场前景。

非接触式IC卡读卡器是非接触式IC卡应用系统的关键设备之一。

基于实际项目的需要，本课题开发了一种读写距离在10em左右的非接触式IC卡读卡器，它可以应用于电子消费场合，如公交和地铁电子售票，食堂售饭等场合。

首先，论文描述了IC卡系统的发展和现状，通过对射频识别技术方式的研究，说明了射频IC卡系统的工作状态。

分析了设计中难点和重点。

然后，本文阐述了非接触式IC卡技术的工作方式。

本文介绍了以STC89LE516RD+单片机作为微控制器，以射频技术为核心，基于MF-RC500模块的非接触式IC卡读写器，阐述了该系统的组成、工作原理以及相应的软硬件设计。

介绍了系统设计的软件部分，重点介绍了RC500的主要特性、基本指令集以及与Mifare1非接触IC卡数据通信的一些重要模块的编程思路以及编程方法。

最后，根据课题要求详细介绍了自主设计的一款TypeA型读卡器—射频模块的实现方案和具体电路。

介绍了读卡器的设计思路和电路结构（使用专用射频读卡集成芯片RC500），并详细阐述了系统各个模块的组成和原理，以及天线的设计。

关键词　非接触IC卡;读卡器;射频识别;电路设计

Abstract

ContactlessintegratedcircuitcardisanewtechnologyinICfield,itistheresultofcombiningradiofrequencyidentificationandICcardtechnology.Itischaracteristicoffastoperation,stronganti-jamming,workingmethodofcontactless,highsecur-ity,variousapplications.NowContactlessintegratedcardshaveawidemarketandabsolutepredominanceinareasofautomaticcharging,identificationandelectricalpurse.CardreadersofcontactlessintegratedcardarethepivotaldeviceinapplicationsystemsofcontactlessIC.Inthisarticle,wedesignedacardreaderofcontactlessICwhosesensitiveis10cm.Itcanbeusedinlectricalconsumption,suchasthesalesineatery,electricalticketsintransportandundergroundrailway.

First,thepaperdescribesthedevelopmentoftheICcardsystemandthepresentsituation,throughthewayofrfidtechnologyresearch,thattheradiofrequencyICcardsystemworkingcondition.Analysisthedesigndifficultiesandkey.

Then,thispaper,acontactlessICcardtechnologyworks.ThispaperintroducestheSTC89LE516RD+chipasamicrocontroller,toradiofrequencytechnologyasthecore,basedontheMF-RC500module,non-contactICcardreader,explainsthesystem,workingprincipleandthecorrespondingsoftwareandhardwaredesign.Describesthesoftwarepartofsystemdesign,highlightedthemainfeaturesoftheRC500,Mifare1basicinstructionsetandthenon-contactICcardanddatacommunicationmoduleprogrammingsomeoftheimportantideasandprogrammingmethods.

Finally,accordingtotherequirementsdescribedindetailthesubjectofaself-designedTypeA-typecardreader-RFmoduleimplementationsandspecificcircuits.Introducedthereaderdesignideasandcircuitstructure（usingadedicatedradiofrequencyintegratedchipcardreaderRC500）,andelaboratedonthecompositionofthevariousmodulesandsystemstheory,andantennadesign.

Keywords　ContactlessICCard;Cardreader;RadioFrequencyIdentification

目录

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1课题研究背景及意义1

1.2国内外研究现状2

1.3本课题研究的主要内容4

第2章硬件系统设计5

2.1硬件总体设计5

2.2射频接口模块6

2.3单片机控制模块8

2.4USB通信模块11

2.5电源部分模块12

2.6天线部分模块13

2.6本章小结15

第3章软件系统设计17

3.1软件总体设计17

3.2初始化子程序设计20

3.3卡片检测子程序设计21

3.4卡片校验子程序设计23

3.5卡片读写卡子程序设计25

3.6上位机程序26

3.7本章小结27

结论28

参考文献29

致谢30

附录1开题报告31

附录2文献综述36

附录3中期报告41

附录4外文翻译47

第1章绪论

1.1课题研究背景及意义

IC卡是集成电路卡（IntegratedCircuitCard）的英文简称，在有些国家也称之为智能卡、微芯片卡等，IC卡是在较为原始的磁卡的基础上发展起来的。

特别是在非接触方面对于不用正对，快速识别是它最大的特点。

人们可以很方便的调整发射的功率，以及选择合适的频率就可以非常方便的适用与各种不同的情况。

虽然非接触式IC卡依然达不到完全的信息安全，但是它在各行各业中仍然非常重要的一席之地。

近年来射频识别技术及其应用得到了迅速发展，射频IC卡技术与应用是世界信息产业成果之一。

这项成果迅速在我国得到了应用,并在我国信息化进程中占有重要地位。

射频识别技术的典型应用领域包括物流领域、生产线自动化、交通运输领域、农牧渔业、医疗行业、制造业等。

超高频射频识别具有读写速度快、识别距离远、能识别高速移动物体、数据存储量大、非接触识别以及可同时识别多个芯片等特点[1]。

射频识别技术的兴起主要有两方面的原因。

一方面是技术的推动，射频技术从诞生到民用经历了实验室研究、军事应用再到民间应用几个时期，基础技术研究日臻成熟。

另一方面则是在整个社会信息化程度普遍提高后，企业需要进一步提高信息化水平、降低劳动生产成本、市场对各类技术进行选择等多种因素促成的结果。

射频识别依靠无线电波进行信息采集、传输、控制，其得天独厚的技术优势引起了人们的广泛关注[2]。

非接触式IC卡系统最大的特点是采用RFID技术非接触识别，除了具有IC卡固有的存储容量大、安全性高、应用范围广、对网络要求低等特点外，还有其独特的优点：

应用的可靠性高、安全防伪、保密性强、操作简单、寿命长（读写次数高达10万次以上）、非接触无磨损的特点。

同时读写器和智能IC卡之间的传输速率非常高,平均读写时间小于0.3秒,使得操作迅速且准确。

且识别高速运动的IC卡、可同时处理多张IC卡、可实现一卡多用、标签数据可动态更改、较条码而言具有更好的安全性、动态实时通信。

它以无线方式通信，无须外露电触点，可以按不同的应用要求来封装，可以抵抗恶劣环境[3-5]。

由于IC卡在各个行业的简单易用性以及各种便利条件，设计一款简单的非接触式IC卡读卡器作为智能非接触式IC卡不可或缺的组成部分，对于了解非接触式IC卡的工作原理、特性了解有很大的帮助。

无线射频识别RFID是一种非接触式的通信技术,利用无线电波在媒体上读写相关数据、实现目标的自动识别。

RFID识别的距离可达几十厘米至几米，可以输入多达数千字节的信息。

RFID技术具有条形码所不具备的很多优点：

存储信息可更新，作用不局限于视野之内，保密性高、防水防磁耐高温，使用寿命长，读取距离大，标签上的数据可以加密，存储容量更大，RFID还能进一步确认具体的单件商品等等。

[6]RFID目前的应用非常广泛，给零售、物流等产业带来了革命性的变化，比较常见的应用领域包括物流和供应管理、生产制造和装配、航空行李处理、图书馆管理、道路自动收费等等,甚至还能用于较为精确的地图绘制和物体定位。

以物流为例，RFID可以实现准确供应、方便运输和存储、降低管理成本。

因此一些大企业如沃尔玛等已接受了RFID技术。

[7]

1.2国内外研究现状

它的最初设想是由日本人提出来的。

1969年12月，日本的有村国孝提出一种制造安全可靠的信用卡方法，并于1970年获得专利，那时叫ID卡（IdentificationCard）。

1974年，法国的罗兰·莫雷诺（RolandMoreno）发明了带集成电路芯片的塑料卡片，并取得了专利权，这就是早期的IC卡。

1976年法国布尔（Bull）公司研制出世界第一枚IC卡[8-9]。

早期的IC卡系统是接触式的，它有其本身不可克服的缺点，如接触磨损、交易速率慢、难以维护、基础设施投入大等。

随着信息业和服务业的全球化，在一些场合，对信息载体的便携性、安全性及易用性等方面提出更高的要求，于是非接触式IC卡以其无机械磨损、容易维护、方便使用等优点，成为IC卡中潜力最大的新军而备受国内外业界的瞩目。

非接触式IC卡系统是当今世界先进的射频技术和IC卡技术相结合的产物，是世界上最近几年发展起来的一项新技术，它成功地将射频识别技术和IC技术结合起来，解决了无源和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破，使卡片在靠近读写器表面时即可完成卡中数据的读写操作。

非接触式IC卡一经问世，便立即引起广泛的