如何實現(xiàn)PicoRead RF的非接觸IC卡讀卡器的設(shè)計

非接觸式IC卡又稱射頻卡，由IC芯片、感應(yīng)天線組成，封裝在一個標(biāo)準(zhǔn)的PVC卡片內(nèi)，芯片及天線無任何外露部分。是世界上最近幾年發(fā)展起來的一項新技術(shù)，它成功的將射頻識別技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)合起來，結(jié)束了無源（卡中無電源）和免接觸這一難題，是電子器件領(lǐng)域的一大突破?？ㄆ谝欢ň嚯x范圍（通常為5-10mm）靠近讀寫器表面，通過無線電波的傳遞來完成數(shù)據(jù)的讀寫操作。

1 PicoRead RF的特點

PicoRead RF芯片為一款標(biāo)準(zhǔn)的13.56 MHz非接觸讀卡芯片，采用該芯片設(shè)計的非接觸讀卡器滿足ISO14443,ISO15693,Sony Felica等協(xié)議，它支持非接觸卡片（或者非接觸標(biāo)簽）發(fā)送數(shù)據(jù)和能量，并從非接觸卡片（或者非接觸標(biāo)簽）中獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。

PicoRead RF芯片可支持ISO15693規(guī)范，ISO14443 TypeA,TrypeB規(guī)范，Sony Felica協(xié)議，以及其他的傳輸速度為26~848 kB/s的非接觸協(xié)議；持SPI協(xié)議和并口傳輸協(xié)議；其操作距離可達10 cm,并具有卡檢測和感應(yīng)區(qū)載波信號檢測機制，實行1 Byte-2級FIFO管理，非常適用于NFC手機之類的應(yīng)用場合，以及PayPass讀卡器的設(shè)計。

2 PiCORead RF的硬件設(shè)計與工作原理

非接觸IC卡與讀卡器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程和原理如下：一部分是電源信號，該信號由卡接收后，與本身的器件一起產(chǎn)生瞬間能量來供給芯片工作；另一部分則是指令和數(shù)據(jù)信號，指揮芯片完成數(shù)據(jù)的讀取、修改、儲存等，并返回信號給讀卡器完成一次讀寫操作。

文中所設(shè)計的IC卡讀卡器由微控制器（MCU）、射頻發(fā)射和接收處理單元、接口電路、時鐘電路、液晶顯示（LCD）模塊、時鐘以及存儲器組成。本設(shè)計采用PicoRead RF芯片作為讀卡器中的射頻發(fā)射和接收處理單元讀寫芯片。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

讀卡器中的微控制器為主控制單元。PicoReadRF芯片作為讀卡器中的射頻發(fā)射和接收處理單元讀寫芯片。它是微控制器與非接觸式IC卡之間的"橋梁",通過高頻天線發(fā)射出去；另一方面接收來自IC卡的應(yīng)答信息，并將其解調(diào)成數(shù)字信號傳給微控制器，實現(xiàn)微控制器與IC卡之間的雙向通信。

接口電路是微控制器與PC機之間的通信"橋梁",可以實現(xiàn)讀卡器和PC機之間的串行或并行通信。時鐘電路為系統(tǒng)提供實時時鐘，液晶顯示模塊平時顯示時間，讀卡時顯示所讀到的內(nèi)容。上述幾個模塊以邏輯設(shè)計配合，通過程序控制完成對非接觸式IC卡的讀寫。

3 PiCORead RF的軟件設(shè)計

PicoRead RF應(yīng)用于非接觸支付環(huán)境時，大致的控制流程，如圖3所示。

PicoRead RF的軟件設(shè)計和指令控制分以下3個階段：

（1）寄存器構(gòu)造階段（Configuration Mode），主要完成系統(tǒng)的初始化。當(dāng)卡片靠近讀卡器表面時，讀卡器發(fā)出電源信號，此時芯片進入寄存器構(gòu)造階段：主要完成芯片復(fù)位、初始化以及本次交易所使用非接觸協(xié)議的相關(guān)參數(shù)配置，以實現(xiàn)對應(yīng)的非接觸通信協(xié)議。相應(yīng)參數(shù)設(shè)置成功后，讀卡器的液晶屏?xí)@示"系統(tǒng)初始化成功".

（2）數(shù)據(jù)發(fā)送階段（Emission），當(dāng)成功進行初始化之后，讀卡器識別出在作用范圍內(nèi)有IC卡的存在，通過微控制器發(fā)出控制指令，將芯片設(shè)置為數(shù)據(jù)發(fā)送模式。微控制器會發(fā)出指令判斷是否有多余數(shù)據(jù)，若有，則重復(fù)上述操作，繼續(xù)傳輸，若無，則進入數(shù)據(jù)接收階段。在數(shù)據(jù)發(fā)送階段，除完成幀數(shù)據(jù)的發(fā)送以外，還需對相關(guān)奇偶位、CRC校驗值進行配置。

（3）數(shù)據(jù)接收階段（Reception），微控制器發(fā)出控制指令，將芯片設(shè)置為數(shù)據(jù)接收模式，并指揮芯片完成數(shù)據(jù)的接收，接收完畢，返回信號給讀卡器完成一次讀寫操作。數(shù)據(jù)接收階段除完成幀數(shù)據(jù)的接收以外，還會進行奇偶校驗和CRC校驗。

4 結(jié)束語

對PicoRead RF的特點和應(yīng)用進行了描述，并就如何在硬件和軟件上實現(xiàn)PicoRead RF的非接觸應(yīng)用做了介紹。Inside Contactless公司推出的這款非接觸芯片性能穩(wěn)定、支持的非接觸協(xié)議多，同時較其他的非接觸芯片在價格上有一定的優(yōu)勢，因此在設(shè)計非接觸讀卡設(shè)備（NFC手機、PayPass讀卡器等）時是一種較好的選擇。