基于PIC16F877A的S50射頻卡讀寫電路的設(shè)計*

蔡卓恩，郭志成

（蘭州工業(yè)學院，甘肅　蘭州730050）

基于PIC16F877A的S50射頻卡讀寫電路的設(shè)計*

蔡卓恩，郭志成

（蘭州工業(yè)學院，甘肅蘭州730050）

主要闡述了基于PIC16F877A單片機的S50射頻卡讀寫電路的設(shè)計，介紹了PIC16F877A最小應(yīng)用系統(tǒng)及其與讀卡芯片RC522的接口電路，并重點介紹了S50中所儲存數(shù)據(jù)用作電子錢包的軟件實現(xiàn)，可作為類似系統(tǒng)的應(yīng)用參考。

PIC16F877A；RC522；S50；電子錢包

1　概述

射頻卡即非接觸式IC卡，將射頻識別技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)合起來，在大小和普通信用卡相同的PVC卡片內(nèi)嵌置IC芯片和感應(yīng)天線，無任何外露部分。S50是采用NXPMF1ICS50制作的非接觸IC卡，符合ISO14443A標準，可以和低成本的射頻卡基站RC522構(gòu)成完整的射頻卡應(yīng)用系統(tǒng)，目前國內(nèi)有很多公司可向用戶提供S50射頻卡的服務(wù)。由于S50具有很高的性價比，操作方便，加密性能好。因此在公交系統(tǒng)、餐飲服務(wù)系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用［1］。

2　硬件電路設(shè)計

2.1PIC16F877A介紹

控制系統(tǒng)選用由美國Microchip公司生產(chǎn)的8位單片微控制器PIC16F877A作為核心控制單元，PIC16F877A具有獨特的精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線結(jié)構(gòu)，使器件性能和運算速度大大提高。片內(nèi)集成有8k的Flash可重復(fù)編程存儲器，368Byte的數(shù)據(jù)存儲器，256Byte 的EEPROM數(shù)據(jù)存儲器，3個定時/計數(shù)器，2個CCP模塊，同步串行通信端口，8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器，以及時鐘、看門狗等，具有上電復(fù)位、PWM輸出、LCD驅(qū)動等功能，有40只引腳。由于片內(nèi)集成的外圍設(shè)備種類和數(shù)量多，使其外圍電路大大簡化。此外，此芯片還具有低功耗睡眠（SLEEP）模式，易于實現(xiàn)低功耗設(shè)計［2］。

圖1所示為單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，包括復(fù)位電路﹑晶振﹑編程接口電路。C19﹑R46﹑R53﹑D4構(gòu)成上電復(fù)位電路，系統(tǒng)使用20M晶振，J3為ICD2編程接口，連接ICD2仿真器可實現(xiàn)程序的在線仿真及下載。

圖1　單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)

2.2RC522接口電路

圖2所示為單片機與讀卡芯片RC522的接口電路，S50卡通過發(fā)射機應(yīng)答器振蕩線圈與基站振蕩線圈的耦合取得能量，通過必要的通信軟件配合，保證卡與基站間實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交換。RC522需要3.3V供電，通過穩(wěn)壓芯片AS2830將5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V。

圖2　RC522讀寫系統(tǒng)接口電路

3　S50非接觸式IC卡的應(yīng)用舉例

3.1S50的存儲結(jié)構(gòu)

S50非接觸式IC卡容量為8K位 （bits）=1K字節(jié)（bytes）EEPROM，分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)為4塊，每塊16個字節(jié)，以塊為存取單位，每個扇區(qū)有獨立的一組密碼及訪問控制；每張卡有唯一序列號，為32位；具有防沖突機制，支持多卡操作；無電源，自帶天線，內(nèi)含加密控制邏輯和通訊邏輯電路；數(shù)據(jù)保存期為10年，可改寫10萬次，讀無限次；工作頻率為13.56MHZ；通信速率為106KBPS；讀寫距離一般在10cm以內(nèi)（與讀寫器有關(guān)）［3］。

S50存儲結(jié)構(gòu)如圖3所示，M1卡分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)由4塊（塊0、塊1、塊2、塊3）組成，（我們也將16個扇區(qū)的64個塊按絕對地址編號為0～63；第0扇區(qū)的塊0（即絕對地址0塊），它用于存放廠商代碼，已經(jīng)固化，不可更改。每個扇區(qū)的塊0、塊1、塊2為數(shù)據(jù)塊，可用于存貯數(shù)據(jù)。每個扇區(qū)的塊3為控制塊，包括了密碼A、存取控制、密碼B。

圖3　S50存儲結(jié)構(gòu)

3.2S50的電子錢包應(yīng)用

數(shù)據(jù)塊可作兩種應(yīng)用：（1）用作一般的數(shù)據(jù)保存，可以進行讀、寫操作。（2）用作數(shù)據(jù)值，可以進行初始化值、加值、減值、讀值操作，即電子錢包。以下為數(shù)據(jù)塊作電子錢包應(yīng)用的函數(shù)，這種方式可直接對數(shù)據(jù)進行增減。

//電子錢包函數(shù)

voidmoneyset（unsignedintmon，unsignedchar adr）

｛mon=mon*100；

money［1］=mon/256；

money［0］=mon%256；

money［2］=0；

money［3］=0；

money［4］=～money［0］；

money［5］=～money［1］；

money［6］=～money［2］；

money［7］=～money［3］；

money［8］=money［0］；

money［9］=money［1］；

money［10］=money［2］；

money［11］=money［3］；

money［12］=adr；

money［13］=～adr；

money［14］=adr；

money［15］=～adr；

｝

3.3刷卡自動扣款系統(tǒng)

非接觸式射頻卡讀寫系統(tǒng)應(yīng)用于刷卡自動扣款系統(tǒng)，采用射頻卡作為電子貨幣載體。刷卡功能有定值預(yù)扣模式和在線消費兩種模式，在線消費模式根據(jù)實際用量扣去射頻卡內(nèi)相應(yīng)金額。用戶刷卡后，主控機檢測刷卡信息，配置默認用量，扣除對應(yīng)金額；若在中途停止并再次刷卡，則根據(jù)實際用量返還金額。刷卡子程序流程圖如圖4所示，再次刷卡返還金額流程中減值操作變?yōu)樵鲋挡僮骷纯桑?］。

圖4　刷卡子程序流程圖

扣款和充值子程序：

//參數(shù)說明：dd_mode［IN］：命令字

//0xC0=扣款

//0xC1=充值

//addr［IN］：錢包地址

//pValue［IN］：4字節(jié)增（減）值，低位在前

charPcdValue（unsignedchardd_mode，unsigned

charaddr，unsignedchar*pValue）

｛

charstatus；

unsignedintunLen；

unsignedchari，ucComMF522Buf［MAXRLEN］；

ucComMF522Buf［0］=dd_mode；

ucComMF522Buf［1］=addr；

CalulateCRC（ucComMF522Buf，2，&ucComMF522Buf

［2］）；

status=PcdComMF522（PCD_TRANSCEIVE，uc-

ComMF522Buf，4，ucComMF522Buf，&unLen）；

if（status！=MI_OK）||（unLen！=4）||

（ucComMF522Buf［0］&0x0F）！=0x0A））

｛status=MI_ERR；｝

if（status==MI_OK）

｛

//memcpy（ucComMF522Buf，pValue，4）；

for（i=0；i＜16；i++）

｛ucComMF522Buf［i］=*（pValue+i）；｝

CalulateCRC（ucComMF522Buf，4，&ucComMF522Buf

［4］）；

unLen=0；

status=PcdComMF522（PCD_TRANSCEIVE，uc-

ComMF522Buf，6，ucComMF522Buf，&unLen）；

if（status！=MI_ERR）

｛status=MI_OK；｝

｝

if（status==MI_OK）

｛

ucComMF522Buf［0］=PICC_TRANSFER；

ucComMF522Buf［1］=addr；

CalulateCRC（ucComMF522Buf，2，&ucComMF522Buf

［2］）；

status=PcdComMF522（PCD_TRANSCEIVE，uc-

ComMF522Buf，4，ucComMF522Buf，&unLen）；

if（status！=MI_OK）||（unLen！=4）||

（ucComMF522Buf［0］&0x0F）！=0x0A））

｛status=MI_ERR；｝

｝

returnstatus；

｝

4　結(jié)論

S50中所儲存數(shù)據(jù)可用作數(shù)據(jù)值即電子錢包，這種方式可直接對數(shù)據(jù)進行增減。本文討論了S50非接觸式IC卡在刷卡自動扣款系統(tǒng)中的應(yīng)用，提供了作為電子錢包使用的一種軟硬件實現(xiàn)方法，由于S50在多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，本文可作為類似系統(tǒng)的應(yīng)用參考。

［1］ 張曉紅.自動售水機的研究與實現(xiàn)［D］.東華理工大學碩士學位論文，2012.

［2］ 朱兆優(yōu)，陳堅，王海濤，鄧文娟.單片機原理及應(yīng)用［M］.電子工業(yè)出版，2010.9.

［3］ 吳滌，射頻IC卡讀寫系統(tǒng)設(shè)計［D］.西南交通大學碩士學位論文，2005.

［4］ 陸永寧.IC卡應(yīng)用系統(tǒng)［M］.南京：東南大學出版社，2005.5.

TP273.5

甘肅省高校科研項目資助2015B-126。