基于MF RC500芯片的讀寫器
1.基于MF RC500和AT89S51的讀寫器系統(tǒng)
根據(jù)RFID原理和MF RC500的特性，可設(shè)計(jì)基于MF RC500芯片和AT 89S51單片機(jī)的RFID讀寫器系統(tǒng)。
（1）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)主要由MF RC500、AT89S51、晶體振蕩器、看門狗、MAX232和矩陣鍵盤等組成。系統(tǒng)先由MCU控制MF RC500，驅(qū)動(dòng)天線對(duì)MIFARE卡（即電子標(biāo)簽）進(jìn)行讀寫操作；然后與PC通信，把數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)。主控電路采用AT89S51，AT89S51的開發(fā)簡(jiǎn)單、快捷，運(yùn)行穩(wěn)定。采用ATMEL的AT24C256型，具有I2C總線的EEPROM存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。為了防止系統(tǒng)“死機(jī)”，使用MAX813作為看門狗來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)上電復(fù)位、按鍵熱重啟和電壓檢測(cè)等。與上位機(jī)的通信采用RS232斱式的MAX232，整個(gè)系統(tǒng)由9V電源供電，再由穩(wěn)壓模塊穩(wěn)壓成5V的電源。
（2）系統(tǒng)天線設(shè)計(jì)
為了驅(qū)動(dòng)天線，MF RC500通過TX1和TX2提供13.56MHz的載波。根據(jù)寄存器的設(shè)定，MF RC500 對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，得到發(fā)送的信號(hào)。天線接收的信號(hào)經(jīng)過天線匹配電路送到 MF RC500的RX腳。MF RC500的內(nèi)部接收器對(duì)信信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和解調(diào)，開根據(jù)寄存器的設(shè)定進(jìn)行處理，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到開行接口，由微控制器進(jìn)行讀取。
一般天線的設(shè)計(jì)要達(dá)到天線線圈的電流最大、功率匹配和足夠的帶寬，以最大程度地利用產(chǎn)生磁通的可用能量，開無失真地傳送用數(shù)據(jù)調(diào)制的載波信號(hào)。天線是有一定負(fù)載阷抗的諧振回路，讀寫器又具有一定的源阷抗，為了獲得最佳性能，必須通過無源的匹配回路將線圈阷抗轉(zhuǎn)換為源阷抗，這樣通過同軸線纜即可無損失地將功率從讀寫器傳送出去。
（3）系統(tǒng)工作流程
對(duì)MF RC500絕大多數(shù)的控制是通過讀寫MF RC500的寄存器來實(shí)現(xiàn)的。MFRC500共有64個(gè)寄存器，分為8個(gè)寄存器頁，每頁8個(gè)，每個(gè)寄存器都是8位。單片機(jī)將這些寄存器作為片外 RAM 進(jìn)行操作，要實(shí)現(xiàn)某個(gè)操作，只需將該操作對(duì)應(yīng)的代碼寫入對(duì)應(yīng)的地址即可。當(dāng)對(duì)應(yīng)的電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器的有效范圍時(shí)，電子標(biāo)簽耦合出自身工作的能量，開與讀寫器建立通信。
2.基于MF RC500和P89C58BP的讀寫器系統(tǒng)
根據(jù)RFID原理和MF RC500的特性，還可以設(shè)計(jì)基于MF RC500芯片和P89C58BP單片機(jī)的 RFID讀寫器系統(tǒng)。該系統(tǒng)由 MIFARE 卡、發(fā)卡器、讀卡器和 PC 管理機(jī)組成，其中，MIFARE卡存放身份號(hào)（PIN）等相兲數(shù)據(jù)，由發(fā)卡器將密碼和數(shù)據(jù)一次性寫入。
（1）發(fā)卡器和讀卡器
發(fā)卡器實(shí)際上是一種通用寫卡器，直接與PC的RS-232串行口相連，或經(jīng)過RS-485接口間接與PC相連。發(fā)卡器由系統(tǒng)管理員管理，通過PC設(shè)置或選擇好要寫入的數(shù)據(jù)，發(fā)出寫卡命令，完成對(duì)MIFARE卡的數(shù)據(jù)及密碼寫入。
與讀卡器不同，發(fā)卡器往往處于被動(dòng)地位，不主動(dòng)讀寫進(jìn)入射頻能量范圍內(nèi)的射頻卡，而是必須接收 PC 機(jī)的命令才操作，即必須聯(lián)機(jī)才能工作。讀卡器是主動(dòng)操作的，讀卡器往往可以脫離PC工作，只要有非接觸式IC卡進(jìn)入讀卡器天線的能量范圍，讀卡器便可讀寫卡中相兲指定扇區(qū)的數(shù)據(jù)。
（2）讀卡器硬件系統(tǒng)
發(fā)卡器與讀卡器在硬件設(shè)計(jì)上大同小異，都是由單片機(jī)控制讀寫芯片（MF RC500），再加上一些必要的外圍器件組成。讀卡器用MF RC500芯片作為單片機(jī)與射頻標(biāo)簽通信的中介，P89C58BP單片機(jī)作為主控制器，74HC595作為顯示驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼顯示器，PS/2總線作為通用編碼鍵盤接口，鍵盤與LED顯示器作為人機(jī)交互接口，AT24C256串行E2PROM作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，DS1302串行時(shí)鐘芯片作為硬件實(shí)時(shí)時(shí)鐘，MAX232或MAX485作為串口信號(hào)轉(zhuǎn)換，DS1232作為看門狗定時(shí)器。當(dāng)有卡進(jìn)入開讀卡成功時(shí)，指示燈閃動(dòng)一下，喇叭叫一聲。
MIFARE卡進(jìn)入距離讀卡器天線100mm內(nèi)，讀卡器就可以讀到MIFARE卡中的數(shù)據(jù)。讀卡器讀到 MIFARE 卡中的數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)單片機(jī)要將所讀的數(shù)據(jù)及刷卡的時(shí)間一起存入存儲(chǔ)器AT24C256，開在LED顯示器上顯示卡的數(shù)據(jù)。沒有卡進(jìn)入讀卡器工作范圍時(shí)，系統(tǒng)讀出實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片中的時(shí)間，在顯示器上顯示當(dāng)前時(shí)間。主控器P89C58BP內(nèi)部有32KB的Flash存儲(chǔ)器，256字節(jié)RAM，可反復(fù)擦寫、修改程序。同時(shí)，由于外部不用擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，可以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，減小讀卡器的尺寸，同時(shí)有較多的I/O口提供給，MAX232或MAX485作為串口信號(hào)轉(zhuǎn)換，DS1232作為看門狗定時(shí)器。當(dāng)有卡進(jìn)入開讀卡成功時(shí)，指示燈閃動(dòng)一下，喇叭叫一聲。
MIFARE卡進(jìn)入距離讀卡器天線100mm內(nèi)，讀卡器就可以讀到MIFARE卡中的數(shù)據(jù)。讀卡器讀到 MIFARE 卡中的數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)單片機(jī)要將所讀的數(shù)據(jù)及刷卡的時(shí)間一起存入存儲(chǔ)器AT24C256，開在LED顯示器上顯示卡的數(shù)據(jù)。沒有卡進(jìn)入讀卡器工作范圍時(shí)，系統(tǒng)讀出實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片中的時(shí)間，在顯示器上顯示當(dāng)前時(shí)間。主控器P89C58BP內(nèi)部有32KB的Flash存儲(chǔ)器，256字節(jié)RAM，可反復(fù)擦寫、修改程序。同時(shí)，由于外部不用擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，可以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，減小讀卡器的尺寸，同時(shí)有較多的I/O口提供給系統(tǒng)使用。
（3）MF RC500
MF RC500內(nèi)部包括微控制器接口單元、模擬信號(hào)處理單元、ISO14443A觃定的協(xié)議處理單元、以及MIFARE卡的Crypto1安全密鑰存儲(chǔ)單元。MF RC500可以與所有兼容Intel或Motorola總線的微控制器實(shí)現(xiàn)8位開行“無縫”接口（直接連接），其內(nèi)部還具有64字節(jié)的先進(jìn)先出（FIFO）隊(duì)列，可以和微控制器之間高速傳輸數(shù)據(jù)。片內(nèi)的模擬單元帶有一定的天線驅(qū)動(dòng)能力，能夠?qū)?shù)字信號(hào)處理單元的數(shù)據(jù)信息調(diào)制開發(fā)送到天線中。
MF RC500可以在有效的發(fā)射空間內(nèi)形成一個(gè)13.56MHz的交變電磁場(chǎng)，為處于發(fā)射區(qū)域內(nèi)的非接觸式IC卡提供能量。從讀卡器發(fā)送給射頻卡的數(shù)據(jù)信息在調(diào)制前采用米勒編碼，而從射頻卡到讀卡器的數(shù)據(jù)信息采用曼徹斯特編碼。
