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基于S6700芯片与ISO/IEC15693标准的读卡器设计

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  摘要:采用TI公司最新的多协议收发器芯片S6700,结合MCU设计了ISO/IEC15693读卡器,介绍S6700通信协议和ISO/IEC15693标准,给出部分子程序。S6700和MCU的接口非常简单。
  关键词:IC卡RFIDISO/IEC15693读卡器
  
  1综述
  
  自从20世纪70年代IC卡诞生以来,在飞速发展的微电子技术的带动下,IC卡已经深入到社会生活的各个角落,各种各样的卡大大方便了人们的生活:银行的食堂卡、信用卡,公交车使用的交通卡,就餐使用的食堂卡,出入管理使用的考勤卡,打电话使用的付费电话卡,手机中使用的SIM卡等等。
  
  IC卡又称为集成电路卡。卡片内封装有集成电路,用以存储和处理数据。IC卡的发展经历了从存储卡到智能卡,从接触式卡到非接触式卡,从近距离到远距离的过程。ISO/IEC7816标准定义的卡是接触卡,读卡机具必须和卡的触点接触才能和和卡进行信息交换,所以磨损严重,容易受污染,使用寿命低,操作速度慢。为此,非接触式卡技术迎刃而生。非接触式卡又称射频卡、感应卡,采用无线电调制方式和读卡机具进行信息交换。ISO/IEC10536定义的卡称为密耦合卡;ISO/IEC14443定义的卡是近耦合卡(PICC),对应读卡机具简写为PCD;ISO/IEC15693对应的卡是遥耦合卡(VICC),对应的读卡机具简写为VCD。VICC比PICC具有更远的读卡距离,二者均采用13.56MHz工作频率,均具有防冲突机制。
  
  图1所示的框图简单表示了射频卡读写系统的工作原理。
  
  2硬件设计
  
  2.1S6700芯片
  
  S6700芯片是TI公司最新开发的针对IC卡读写的多协议收发器。它提供给用户数字接口,所以应用非常方便。ASIC能够支持的协议包括:TITAGIT协议、ISO/IEC15693-2、ISO/IEC14443-2(TYPEA)等。S6700采用SSOP20封装,+5V供电,内部封装有发送调制器和接收解调器,采和曼彻斯特编码方式,典型发送功率200mW,其ESD保护符合MILSTD-883标准,有IDLE、POWERDOWN、FULLPOWER三种电源管理功能。
  
  笔者利用该ASIC结合MCU完整的实现了ISO/IEC15693-3所规定的对VICC操作上层协议。
  
  ISO/IEC15693-2所规定的VCD与VICC通信物理层协议全部由ASIC实现,用户通过同步串行接口(SPI)遵照ASCI的通信求和ASIC打交道就可以实现VICC的读写操作。MCU和ASIC的通信接口有三根线:SCLOCK、DIN、DOUT,分别代表时钟线、数据输入线、数据输出线。时钟线是双向的,发送数据时由MCU控制,接收数据时由ASIC控制,在时钟的上升沿ASIC锁存数据。DOUT除了在接收数据期间的数据输出功能外,还用来表征ASIC内部FIFO的情况。DOUT内部下拉,平时为低电平。输入数据过程中,当ASIC的16位FIFO寄存器满时,DOUT线会自动跳变为高电平,直到FIFO寄存器空出,DOUT线又会跳变为低电平。在DOUT为高电平期间,输入数据无效。除了通信线外,M_ERR线用来在同时读多张卡的时候表征数据的冲突情况。同样,M_RR线内部下拉,平时为低电平,冲突时此线会升为高电平。
  
  图2
  
  所设计的应用电路如图2所示。图2中包括三个部分:ASIC典型应用电路、与MCU接口电路和天线电路。R2、L1、C5、C6组成串联谐振电路,匹配阻抗50Ω,可调电容C6用来准确调整电路谐振点在13.56MHz。如果认为ASIC200mW输出功率不足,也可以再加一级功放电路,以提高读写距离。
  
  对ASIC的操作有三种模式:普通模式、寄存器模式和直接模式。直接模式下,MCU要直接面向处理射频信号,比较复杂,所以此种模式一般不用。普通模式和寄存器模式操作的均是标准的数字信号,其不同在于规定芯片操作的一些参数,例如:所采用的射频协议、调制方式及传输速率是由命令序列中规定的还是由寄存器所设定的。普通模式每条指令均含有该指令使用的参数,而寄存器模式指令序列中并不含这些参数,而是由预先写入的寄存器中的数值所决定。注意,ASIC上电后必须首先初始化时间寄存器,芯片才能正常工作。
  
  2.2VICC——Tag-itHF-1应答器
  
  Tag-it是TI公司为其最新开发的RFIDTRANSPONDER(应答器)的注册商标,是一个产品系列。Tag-it完全和ISO/IEC15693兼容,是VICC的一种。按TI的设想,Tag-it主要应用在智能标签领域内,例如:特快专递、航空行李管理,电子门票等等。
  
  Tag-it内有64位的UID(卡号)和8位的AFI(应用识别号)、8位的DSFID(数据存储格式),用来标识卡和特定应用的特征。卡内有2KbitEEPROM,分成64个块,每个块32个bit。每个块均可以锁定,以保护数据免予修改。AFI、DSFID和32个块均可读可写,用以存储用户的数据。Tag-it采用13.56MHz的载波频率,工作于“READERTALKSFIRST”模式下,即:一问一答的模式。卡内有防冲突机制,可以同时读多张卡而不会造成冲突。
  
  事实上一张卡可以有多种应用,不同的块可以存储不同应用的数据,即所谓的“一卡通”。遗憾的是,Tag-it内没有逻辑加密电路,无法实现密码功能,这限制了Tag-it在其它保密性要求较高的领域的应用。
  
  3通信协议

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