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06-18
系统设计 系统框图如图1所示。
系统由MCU、键盘、EEPROM、FMlSL、液晶屏、通信模块组成。
MCu控制FMl对Mifare卡进行读写操作，然后根据获得的相应数据对LCD屏和EEPROM进行相应的操作。
MCU通过总线与PC机进行通信。
即使PC与MCU之间通讯异常，MCU也能独立工作。
与PC机通讯恢复后，MCU即可将EEPROM中备份的信息传输至PC机。
PC 是单片封装的微控制器。
P89LPC采用高性能处理器结构，指令执行时间仅需2～4个时钟周期。
P89LPC集成了许多系统级功能，可以大大减少元件数量和电路板面积，降低系统成本。
EEPROM使用FM24C64L，这是一种基于I2C操作的存储芯片。
LCD驱动芯片为PCF，同样采用I2C作为工作模式。
整个系统采用12V电源供电，然后通过稳压芯片将其稳定至3.6V。
工作原理 Mifare卡内含一块容量为8K位的EEPROM，16个扇区，每个扇区为4个块，每个块为16字节，块为存取单元，每个扇区都有独立的一组密码和访问控制。
每张卡都有一个唯一的序列号，为 32 位。
无需电源，自带高频天线，内含加密控制逻辑和通信逻辑电路。
信息存储在 Mifare 卡中。
读写器和Mifare卡通过各自的天线在两者之间建立非接触式信息传输通道。
当Mifare卡进入系统工作区域时，读写器向Mifare卡发送一组固定频率的电磁波。
Mifare卡内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同。
在电磁波的激励条件下，Lc谐振电路发生谐振，从而使电容器中产生电荷。
在电容器的另一端，有一个单向传导的电子泵，它将电容器中的电荷发送到另一个电容器进行存储。
当累积电荷达到2V时，该电容器可以作为电源为其他电路提供工作电压，传输卡内的数据或读取读写器的数据。
通过调整天线驱动电压可以改变最大通信距离。
FMlSL 与MCU 的接口电路 电路如图2 所示。
MCU 与FMlSL 通过SPI 总线进行通信，采用中断工作方式。
需要注意的是，FMlSL复位后，必须执行初始化程序，以初始化SPI接口模式，并且MCU和FMlSL的启动工作可以同步。
读写器天线设计 根据互感原理，半径越大、匝数越多，读写器上的天线与卡上的天线之间的互感系数就越大。
根据国际标准要求，卡与读卡器之间的通讯距离为10cm。
天线可以等效为R、L、C的并联电路。
其原理图如图3所示。
图3中，L为天线的自感，R为天线的等效电阻， C是天线的分布电容。
图4所示为天线的PCB图。
设计天线时，还应注意天线的品质因数。
国际标准ISOl规定，无论TYPEA还是TYPEB非接触式IC卡，读写器与卡之间的数据传输速度均为kbit/s，载波频率f0=13.56MHz。
因此，每一位数据保持的时间为tO= /k=9.44μs，TypeA射频卡智能卡读卡器到射频卡的信号编码采用修正米勒编码，传输的每一位数据有一个载波中断t=3μs。
因此，信号的带宽约为B=“lT”=1/3μs=.kHz，因此天线的品质因数Q= fO/B=13.56 MHz33.kHz=35，天线的传输带宽反比与品质因数成正比。
因此，过高的品质因数会导致带宽收缩，从而削弱读写器的调制边带，导致读写器无法与卡通信。
卡读写器操作流程 FMlSL内部有8个寄存器页，每页有8个寄存器，每个寄存器有8位数据。
这些寄存器是统一寻址的，从0x00到0x3F，MCU通过SPI接口与FMlSL通信来设置这些寄存器。
例如，当MCU需要让FMlSL执行某个命令（Transceive）时，只需将该命令的代码（1E）写入Command寄存器即可。
需要注意的是，MCU对卡的操作不是通过一条简单的指令就能完成的，其中必须包括对FMlSL硬件内部寄存器的设置。
操作步骤如图5所示。
(1)复位初始化FMrSL：初始化FMlSL的SPI接口，初始化FMlSL定时器，设置定时器控制寄存器，打开Txl和TX2。
(2)请求：当Mifare卡在读卡器/写卡器天线的工作范围内时，编程器控制读卡器/写卡器向该卡发出R：EQUEsT all（或REQUEsT std）命令。
。
将启动卡的ATR，将卡BLOCk0中总共2个字节的卡类型(TagType)号传送给读卡器，建立卡与读卡器之间的第一步通信。
如果不执行复位请求操作，读写器不会对卡进行其他操作。
(3)Antiollision LOOp（防碰撞机制）：如果读卡器天线工作范围内有多张Mifare卡，读卡器会先与每张卡进行通信，获取每张卡。
卡的序列号。
由于每张 Mifare 卡都有自己唯一的序列号，并且永远不会相同，因此读卡器/写卡器根据卡的序列号确保一次只能对一张卡进行操作。
读写器通过该操作获得的返回值是卡的序列号。
(4)选择标签：完成以上两个步骤后，读卡器必须选择卡片。
执行操作后，返回卡上的 SIZE 字节。
（5）身份验证（三项相互验证）：经过上述三步后，读写器在确认已选择卡片时，必须先验证卡片上设置的密码，然后才能读写卡片。
执行认证。
如果匹配，则允许进一步的读写操作。
(6)读写操作：对卡的最终操作是读、写、增值、减值、存储和传输。
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