導(dǎo) 言

　　IC卡又稱集成電路卡,，它是在大小和普通信用卡相同的塑料卡片上嵌置一個(gè)或多個(gè)集成電路構(gòu)成的,。集成電路芯片可以是存儲(chǔ)器或向處理器。帶有存儲(chǔ)器的IC卡又稱為記憶卡或存儲(chǔ)卡,，帶有微處理器的IC卡又稱為智能卡或智慧卡,。記憶卡可以存儲(chǔ)大量信息；智能卡則不僅具有記憶能力,，而且還具有處理信息的功能。因其使用便捷,、安全,，日益為有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的工程師所關(guān)注。

　　圖1 采用e5550/U2270B的非接觸卡讀寫系統(tǒng)示意圖非接觸IC卡是一種接口電路,。它通過(guò)卡上配置的發(fā)射機(jī)應(yīng)答器振蕩線圈與基站振蕩線圈的耦合取得能量,，通過(guò)必要的通信軟件配合，保證卡與基站間實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交換,，如圖1所示,。

　　圖1 采用e5550/U2270B的非接觸卡讀寫系統(tǒng)示意圖

　　ｅ５５５０是由美國(guó)ＴＥＭＩＣ和ＡＴＭＥＬ公司生產(chǎn)的低成本可讀／寫射頻卡芯片,。目前國(guó)內(nèi)很多公司均可向用戶提供將ｅ５５５０封裝成標(biāo)準(zhǔn)射頻ＩＣ卡的服務(wù),。由于ｅ５５５０可以和低成本的射頻卡基站Ｕ２２７０Ｂ構(gòu)成完整的射頻卡應(yīng)用系統(tǒng)（關(guān)于Ｕ２２０Ｂ的介紹參見(jiàn)有關(guān)文章），且具有很高的性能價(jià)格比,，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。

　　一,、 e5550/ U2270B器件組的基本性能

　　e5550發(fā)射機(jī)應(yīng)答器的基本性能如下：

　?。?） 低供電電壓、低功耗CMOS結(jié)構(gòu)的IDIC,。

　?。?） 發(fā)射機(jī)應(yīng)答器的電源是通過(guò)非接觸的線圈耦合獲得。

　?。?） 額定的射頻（RF）振蕩頻率范圍為：100～150kHz,。

　?。?） 發(fā)射機(jī)應(yīng)答器上帶有EEPROM，共分8個(gè)（存儲(chǔ)）區(qū),，每區(qū)有33個(gè)位,，故總共有264個(gè)位（見(jiàn)表1）。

　?。?） 8個(gè)（存儲(chǔ)）區(qū)的首位分別為該區(qū)的寫保護(hù)位"L",。為"1"時(shí)，該區(qū)為只讀區(qū),；為"0"時(shí),，該區(qū)為既可讀又可寫區(qū)。

　?。?） 8個(gè)（存儲(chǔ)）區(qū)中的第0區(qū)為工作方式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū),，通常是不發(fā)送的，而其他的7個(gè)區(qū)每個(gè)區(qū)中各有32位,，即總共有224位供用戶使用,。

　　（7） 具備增強(qiáng)防護(hù)功能,，以免非接觸卡式EEPROM的誤編程,。

　　（8）每一存儲(chǔ)區(qū)的寫操作時(shí)間一般不超過(guò)50ms,。

　?。?） EEPROM操作的一些其他選項(xiàng)：

　　· 比特率（位傳送率 b/s）--RF/8，RF/16,，RF/32,，RF/40，RF/50,，RF/64,，RF/100,RF/128。

　　· 調(diào)制方式--二進(jìn)制（BIN）,、頻移鍵控（FSK）,、相移鍵控（PSK）、曼徹斯特碼（Manchester）,、雙相位碼（Biphase）,。

　　· 其他--請(qǐng)求應(yīng)答、終止方式和口令方式,。

　　U2270B基站讀寫器的基本性能如下：

　?。?） 載波頻率fOSC范圍為100～150kHz。

　?。?） fOSC為125kHz時(shí),，典型的數(shù)據(jù)傳送率為5kb/s,。

　　（3） 適用的調(diào)制方式為曼徹斯特碼（簡(jiǎn)稱曼碼）和雙相位碼,。

　?。?） 可由5V的穩(wěn)壓電源或汽車蓄電池供電。

　?。?） 調(diào)諧能力,。

　　（6） 與微控制器有兼容的接口,。

　?。?） 處于備用工作方式時(shí)，其功耗甚低,。

　?。?） 有一向微控制器供電的輸出端。

　　二,、 非接觸IC卡的讀操作

　　現(xiàn)僅就IDIC通信中遇到的一些問(wèn)題,，并對(duì)通信的核心部分--讀寫操作做必要的探討。其意分別為：基站通過(guò)MCU進(jìn)行"讀操作",；基站通過(guò)MCU進(jìn)行"寫操作",。

　　e5550和U2270B匹配使用時(shí)，根據(jù)兩者的基本特性,，其調(diào)制方式只可能在曼碼和雙相位碼中擇一,。曼碼調(diào)制時(shí)數(shù)據(jù)傳送的規(guī)則可用圖2加以說(shuō)明,。

　　圖2采用曼碼調(diào)制的數(shù)據(jù)表達(dá)方式由圖2可知,，位數(shù)據(jù)的傳送周期（1P）規(guī)定了每傳送1位數(shù)據(jù)的時(shí)間是固定的，它由RF/n決定,。其物理實(shí)質(zhì)是微控制器通過(guò)基站與應(yīng)答器中的存儲(chǔ)器（EEPROM）進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫操作,。若載波頻率fOSC＝125kHz，位數(shù)據(jù)傳送率選RF/32,，則每傳送一位的時(shí)間（周期）為振蕩周期的32分頻,，故位傳送周期為：

　　1P=1/（125kHz×32）=256μs

　　根據(jù)我們得到的器件，采用曼碼調(diào)制的數(shù)據(jù),，位數(shù)據(jù)"1"對(duì)應(yīng)著電平下跳,，位數(shù)據(jù)"0"對(duì)應(yīng)著電平上跳（注意：Telefunken半導(dǎo)體公司提供的資料正好與此相反，在一串傳送的數(shù)據(jù)序列中,，兩個(gè)相鄰的位數(shù)據(jù)傳送跳變時(shí)間間隔應(yīng)為1P,。若相鄰的位數(shù)據(jù)極性相同，則在該兩次位數(shù)據(jù)傳送的電平跳變之間,，有一次非數(shù)據(jù)傳送的,、預(yù)備性的,。

　　電平上跳、電平下跳和兩個(gè)相鄰的同極性位數(shù)據(jù)之間的預(yù)備性空跳是確定位數(shù)據(jù)傳送特征的判據(jù),。

　　非接觸IC卡在讀操作時(shí),，另一須關(guān)注的問(wèn)題是傳送的位數(shù)據(jù)序列起始標(biāo)志和結(jié)束標(biāo)志。請(qǐng)參見(jiàn)圖3,。

　　圖3 曼碼調(diào)制的數(shù)據(jù)串起始/結(jié)束標(biāo)志的時(shí)序特

　　圖3曼碼調(diào)制的數(shù)據(jù)串起始/結(jié)束標(biāo)志的時(shí)序特征圖3中,，其確切含義見(jiàn)表2。

　　假定非接觸IC卡的存儲(chǔ)器內(nèi)存放的位數(shù)據(jù)序列為一非空集,，則在若干位數(shù)據(jù)的跳變后,，檢測(cè)到一電平上跳，經(jīng)過(guò)1.5P發(fā)生電平下跳,，再經(jīng)過(guò)0.5P又發(fā)生電平的上跳,，則該上跳即為起始標(biāo)志。

　　起始標(biāo)志即為結(jié)束標(biāo)志,。這意味著非接觸IC卡的存儲(chǔ)器內(nèi)存放的數(shù)據(jù)包括起始標(biāo)志（即結(jié)束標(biāo)志）和位數(shù)據(jù)序列,。讀操作時(shí)，是首尾相接,、循環(huán)執(zhí)行的,。

　　識(shí)別數(shù)據(jù)起始標(biāo)志和數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志，是通過(guò)參數(shù)stepcnt進(jìn)行的順序化判別,，故stepcnt為讀操作的判據(jù)二（首尾檢測(cè)指標(biāo)）,。

　　非接觸IC卡在讀操作時(shí)，第三個(gè)須要關(guān)注的問(wèn)題是,，如何確定1.5P,、1P和0.5P三個(gè)特征判據(jù)？e5550和U2270B的射頻振蕩頻率范圍在100～150kHz,，當(dāng)位傳送率選擇RF/32時(shí),，即fOSC經(jīng)過(guò)32分頻后，上述的三個(gè)參數(shù)在不同的fOSC時(shí),，處于什么樣的范圍內(nèi)呢,？請(qǐng)見(jiàn)表3。

　　由上可知,，只要1.5P,、1P和0.5P的間期是不重疊的。根據(jù)采用100～150kHz和110～140kHz兩組數(shù)據(jù)的對(duì)比可見(jiàn),，使用后者更合適,。另一個(gè)辦法是：通過(guò)試驗(yàn)，找到合適的間期指數(shù),，即可依此作為電平躍變的判別閾,。這樣,，在確保識(shí)別能力的前提下，又從工藝上降低了對(duì)于振蕩回路的頻率精度要求,。

　　根據(jù)上述振蕩頻率的變化范圍110～140kHz,，將編碼變化的不同間隔轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的間期指數(shù)，具體如表4所列,。

　　1.5P,、1P和0.5P是識(shí)別數(shù)據(jù)起始標(biāo)志、位數(shù)據(jù)序列和數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志的間期特征值,。通過(guò)試驗(yàn),，它可用間期指數(shù)prdcnt反映，故為讀操作的判據(jù)三（間期檢測(cè)指標(biāo)）,。

　　三,、 非接觸IC卡的寫操作

　　基站產(chǎn)生固定間隙的射頻振蕩，并通過(guò)控制兩個(gè)間隙之間的振蕩時(shí)間對(duì)位數(shù)據(jù)"1"和位數(shù)據(jù)"0"進(jìn)行編碼,，持續(xù)地發(fā)送位數(shù)據(jù)流,，完成寫操作。寫操作射頻振蕩波形示意如圖4所示,。

　　圖4 寫操作時(shí)的信號(hào)流

　　圖4寫操作時(shí)的信號(hào)流非接觸IC卡插入基站后,，射頻線圈的耦合產(chǎn)生載波振蕩，利用兩次相鄰?fù)Ｕ裰g的不同時(shí)間間隔,，區(qū)分位數(shù)據(jù)"1"和位數(shù)據(jù)"0"的編碼,。停振間隙約在50～

　　150域時(shí)鐘；位數(shù)據(jù)"0"的持續(xù)振蕩時(shí)間間隔為24域時(shí)鐘,；位數(shù)據(jù)"1"的持續(xù)振蕩時(shí)間間隔為56域時(shí)鐘,。當(dāng)停振間隙結(jié)束后，持續(xù)振蕩的時(shí)間間隔高于64域時(shí)鐘,，則IDIC退出寫操作方式,。

　　考慮到寫操作啟動(dòng)（start）時(shí),，有一頻率穩(wěn)定過(guò)程,，寫操作停止（stop）時(shí)，有一EEPROM的寫入過(guò)程約16ms,，于是將start和stop兩個(gè)階段均以20ms計(jì),。圖4中標(biāo)注的trnssqnc為發(fā)送順序編號(hào)，啟動(dòng)階段為0,，位數(shù)據(jù)流發(fā)送階段為1,，發(fā)送結(jié)束階段為2。

　　基站讀寫器上有三個(gè)引腳：bsout,、bscfe和bsin,，它們的含義見(jiàn)表5,。

　　向e5550寫位數(shù)據(jù)時(shí)，有四種合法的數(shù)據(jù)流,，具體如圖5所示,。其中，OP為操作類型碼,，包含兩位,，"10"表示即將進(jìn)行的是寫操作，"11"為終止IDIC操作碼,。多IDIC操作情況下,，用這一特性可逐一控制應(yīng)答器，使待控應(yīng)答器逐一產(chǎn)生穩(wěn)定的射頻振蕩,。當(dāng)方式數(shù)據(jù)區(qū)的第28位（usePWD）為"1"時(shí),，在寫操作碼"10"之后，位數(shù)據(jù)流有33位,，是按區(qū)寫入的,。其中的第一位為鎖定位L，L="1"表示該區(qū)為只讀區(qū),，L="0"表示該區(qū)為讀寫區(qū),，其余的32位為位數(shù)據(jù)。ADR為該位數(shù)據(jù)流的存放數(shù)據(jù)區(qū),，取值范圍為0～7,。

　　根據(jù)上述的載波振蕩特性，利用carriercnst參數(shù)進(jìn)行界定（見(jiàn)表7）,，讀寫操作過(guò)程中,，均使用了2μs為單位的計(jì)數(shù)值作為定時(shí)單位，目的是要使用MCS-51系列的微控制器的定時(shí)器,。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　采用曼碼調(diào)制的非接觸IC卡讀寫程序便不難編制,，實(shí)現(xiàn)IDIC的完整功能，還需要其他的一些程序模塊,，如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式,、編碼的加密算法，一次讀/寫操作中若出錯(cuò),，則須重復(fù)進(jìn)行讀/寫操作,、究竟重復(fù)幾次、讀/寫操作過(guò)程在超時(shí)后退出等,，這些均可根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的需求予以相應(yīng)的解決,。