1、SmartCardSmartCard ICIC卡公交收费机设计(二)卡公交收费机设计(二)MIFARE 1MIFARE 1卡硬件接口卡硬件接口电路设计电路设计SmartCardSmartCard课 程 目 标q MIFARE 1MIFARE 1卡接口电路分析卡接口电路分析 q MIFARE 1MIFARE 1卡卡请求应答与防冲突功能调请求应答与防冲突功能调试试 SmartCardSmartCard项目开发IC卡公交收费系统q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
2、交公司可调整定额额度7.卡遗失可挂失8.抗干扰能力强SmartCardSmartCard项目实现之第二步硬件实现MCUMIFARE卡卡读写模块读写模块EEPROM存储器存储器RS232接口接口显示显示报警报警天线天线卡SmartCardSmartCardMifare 1非接触式IC卡 基本性能指标:q卡内器件:无线智能卡芯片Mifare MF1 IC S50+天线线圈q标准:遵从ISO/IEC 14443 Type A 标准q工作频率:13.56MHzq数据传送速率:106kbit/s(9.4s/bit)SmartCardSmartCardMifare卡与读写器之间的信号 SmartCardS
3、martCardMifare卡的信号调制方式 Type A与Type B调制程度的比较 TYPE A:100%ASKTYPE B:10%ASKSmartCardSmartCard从读写器到卡的调制与编码q载波:fc=13.56MHzq数据传输速率:13.56MHz/128=106kbit/s(9.4s/bit)q调制方式:TYPE A用100%ASK,TYPE B用10%ASK,q编码方式:TYPE A用改进的MILLER编码,TYPE B用NRZ编码(不归零制数位编码)SmartCardSmartCard从卡到读写器的调制与编码q副载波:fc/16=847.5kHz q数据传输速率:106k
4、bit/sq调制方式:副载波调制q编码方式:TYPE A用MANCHESTER-ASK,TYPE B用BPSK-NRZ(二进制相移键控数位编码)SmartCardSmartCard非接触式IC卡系统构成q非接触式IC卡:数据载体,应答器q非接触式IC卡读写器:卡接口设备,阅读器,寻呼器SmartCardSmartCard 非接触式IC卡的基本构成 q非接触式IC 卡:芯片+天线+卡基SmartCardSmartCardSmartCardSmartCard非接触式IC卡系统构成q非接触式IC卡:数据载体,应答器q非接触式IC卡读写器:卡接口设备,阅读器,寻呼器SmartCardSmartCard
5、非接触式IC卡与读写器接口电路SmartCardSmartCard(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)I
6、C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。SmartCardSmartCardMifare 核心读写模块MCMq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。q工作频率:13.56MHz。通信速率:106Kbps q工作距离:MCM20025mm,MCM500100mmq防冲突:真正的防冲突功能。q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q接口:标准MI
7、FARE并行接口SmartCardSmartCardMCM与MCU接口电路 q直接用数据总线传送地址和数据:MODE、USEALE接高电平,ALE对接;A0A3悬空qP3.3驱动-CS,即P3.3为低时选中(激活)MCM200模块qMCM200的-IRQ接P3.2;可用查询或中断方式接收MCM发送的数据 SmartCardSmartCard初始化与防冲突(AntiCollion)q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。q防冲突方案:位帧防冲突(Bit AntiCollis
8、ion)动态时隙-ALOHA法(Slotted-ALOHA法)SmartCardSmartCardAntiCollision 防冲突q如果有多于一张的Mifare 1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Mifare 1卡中选择某一张卡。qAntiCollision操作由一个AntiCollision Loop(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。qMCM发送AntiCollision命令(93H+20H),每张天线范围内的MIFARE 1卡接收AntiCollisio
9、n命令后,都将回送自己的SN作为应答。q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。SmartCardSmartCardMIFARE 1卡防冲突特性q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SN3SmartCardSmartCardPOWER OFF状态IDLE状态READY状态ACT
10、IVE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SELECT UID命令应用:AUTENTICATION/READ/WRITE/INC/DEC命令WAKE UP 命令MIFARE MIFARE 卡卡卡卡防冲突流程防冲突流程防冲突流程防冲突流程SmartCardSmartCardMIFARE 1卡特点:支持多卡同时操作q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。SmartCardSmartCardSelect Tag 选择卡片操作 qSele
11、ct Tag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。qMCM发送Select命令(93H+70H+SN及校验码)q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。SmartCardSmartCardq防冲突测试防冲突测试 (1)分别读出并记录二张MIFARE 1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MIFARE 1卡同时放置在读写器天线有效工作
12、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。SmartCardSmartCard小结:MIFARE 1卡特点q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。SmartCardSmartCard进阶项目q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?q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。
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