基于新型非接触IC卡T5557读写器设计

文章出处：http://www.nexussmartsolutions.com 作者：武汉理工大学 自动化学院   人气： 发表时间：2011年10月20日

引言 非接触卡根据射频电磁感应原理产生的， 使用时无需任何接触、快捷、不易损坏，因此广泛的应用于各个领域。T5557 卡是美国ATMEL 公司新出品的一款感应卡，T5557是兼容e555x的RFID芯片,但又具有与e555x系列芯片不同的新性能，还有扩展模式。具有很大的应用前景。  一T5557/U2270B的特性及读写器的原理  （一）非接触式T5557卡的基本性能以及其新性能 T5557是一种调谐频率可从100 kHz 到150kHz的非接触卡类。它有密码设置和写保护，其读方式用户可设置，可以防冲突；T5557还可内置电容可掩膜选择，也可外配电容；它具有唯一64 位序列号，所以具有可追溯性。T5557含有 330 位的EEPROM 存储体，分成10 块，每块33 位，包括LOCK 位都是可编程的。页0的块0 包含模式/配置数据[1]，是控制模块，用来控制卡的各种操作特性，如同步信号，编码方式，波特率，数据流长度，加密和口令唤醒等功能的启用关闭等，在规则读时不被传送。页0 的块7 可以被使用作为写保护的密码。每块的0 位是本块的锁位，一旦上锁，本块数据只读，不能再被改写。页1 包含可追溯性数据，只读。T5557与e5550系列的区别在于T5557增加了扩张功能。以下首先主要说明T5557的扩展功能。  1． T5557 的扩展模式[1]  一般的，block0 的bit1~bit4(Master key)被设置到”6”或”9”，和X-mode 位一起会使能扩展模式。  a) Master key=“9”：测试模式被激活，扩展模式也被使能。  b) Master key=“6”：任何测试模式都被禁止，但扩展模式仍然被使能。  c) Master key=“其它值”：扩展模式被禁止，即使X-mode 位被设置了。  1.1比特率产生器  扩展模式下，比特率是二进制可编程的，可以被控制在适合下列公式的RF/2 到RF/128 之间的任何值。比特率＝RF/(2n+2)  1.2 一次可编程选择  如果OTP 位被设置，所有的块被写保护，另外此时若Master key=”6”，T5557 的操作模式会永远被锁（OTP），如果Master key=”9”，允许重新配置T5557 卡。  1.3反相数据输出  T5557 在它的扩展模式支持反相数据输出选择。如果反相数据被使能，这个功能支持所有的基本编码类型。  （二） U2270B基站读写器的性能及特点  U2270B的载波频率fosc为100KHz~150KHz，其调制方式为曼彻斯特码和双相位码。U2270B的电源供给可为5V的稳压电源或者是12V的汽车蓄电池。它可以为RF场提供能量，其中在短距离运用时，外围驱动电路简单。U2270B还具有信号微调能力，而且其读写距离可达7－10cm。U2270B 还具有电压输出功能可以给微处理器或其他外围电路供电。  U2270B 具有省电模式和STANDBY控制可选, 所以设计基站电路时可以按照功能的不同要求, 设计基站的外围电路。  （三）总体结构设计     非接触式IC卡是一种接口电路，它通过卡上配置的发射机应答器震荡线圈与读写器震荡线圈的耦合取得能量。通过必要的软件配合，保证卡与读写器间实现双向数据交换。  以Atmel公司的89S52单片机作为主控模块，与系列射频卡读写模块U2270B电路共同构成了一个射频卡读写器系统。At89s52单片机是一种低功耗，高性能的CMOS 8位单片机[2]。它:继承了MCS-51系列单片机的优点。并且在指令和管脚封装上与其他内核的51系列单片机相兼容，同时片内具有WATCHDOG功能,当程序由于某种干扰而死机时，系统可以可靠复位，保证系统的正常运行。同时支持ISP在线下载。其中读写器的原理图如图1所示。                              图1 读写器的原理图                           Fig 1 the fig of read/write base station  二．读卡器与卡T5557的通讯及软件编程  数据被写到卡T5557是通过用短的gap 来中断RF 场来实现的，两个gap 之间时间编码的0/1 信息要被传送。以下采用T5557的扩展模式对卡进行读写软件编程。                                     （一）非接触IC卡的写操作 在扩展模式下，为快速的写操作。采取的是快写方式Start gap 为10~50FC，与普通模  式的间隔一样。Write gap为10~20FC。写数据0/1，正常的是12 个场时钟为“0”,27 个场时钟为1，无gap32 个时钟周期则T5557 退出写模式[1]。在软件编程中，采用定时器/计数器1的中断来实现gap中断RF场的准确定时计数。其中有四种写命令， 其软件流程图如图2所示。  在非扩展模式下，数据被写到卡T5557与E5550 的写模式是一致的。Gap 的持续时间通常是50～100us, Start gap 一般为10~50场周期，16~31 个场周期表示“0”，48~63个场周期表示“1”，前一次gap 以后64 个场时钟周期没有gap 产生，T5557 退出写模式。如果接收的位数正确，卡开始执行命令，如发现错误，T5557 退出写。  对比普通模式和扩展模式，扩展模式的写数据要比普通模式的写数据要节省一半的时间。节约了写卡的时间从而提高了工作的效率。                           图2   写卡流程图                           Fig 2  the flow fig of write card  （二）非接触IC卡的读操作 在扩展模式下，T5557 序列开始标记是一种特殊的阻尼模式，可以用来同步读卡器。序列开始标记由两位组成（01or10），如果在扩展模式，配置位29 被设置，序列开始标记会被插入每个要传送的块之前[1]。注意：相邻的序列开始标记是相反的。在对T5557的读卡过程中首先要读取序列开始标记01或10后在对数据进行读取。而T5557 的序列终结符在非扩展模式下是和E5550 兼容的，由4 个“1”位周期组成。  采用曼彻斯特码读取T5557的数据。位数据1对应着电平上跳，位数据0对应着电平下跳[1]。在编程序时，在位传送周期P的1/4和位传送周期P的3/4处读取电平的状态，从而确定数据位0/1。所以要准确定时计数，在的软件编程中采用外部中断0和外部中断1来准确定时计数。  在此过程中要注意位传送周期P的大小。根据资料的计算公式，以载波频率fosc=125KHz，位传送率为RF/32（由BLOCLK0来配置）来计算位传送周期P=1/（125KHz*32） [1]=256us。理论上为256us，但实际在读取过程中会有些偏差，我们通过多次实验测量位传送周期P，总结得出位周期的比理论上的P偏小，平均值为230 ，P的最大值为260，P最小值为190（当然我们不同的读卡器可能对此P的大小有所影响）。把位传送周期限制在一个范围，从而更准确的读取位是0还是1。否则无法正确的读取卡上的数据。程序框图如图3所示。                            图3  读卡流程图                            Fig 3 the flow fig of read card  三． 结语  T5557相比较于E555x增加了扩展模块并且兼容了E555x的基本功能，又在此基础上增加了扩展功能。在T5557的扩展模式下，节省了对卡的读写时间，极大的提高了效率。e5550与T5557在价格上差别不大，因此T5557的应用前景非常的乐观。 T5557卡以及读写器以成功应用于智能非接触式IC水表,并严格通过稳定性测试。