非接觸式IC卡模塊說明

文章出處：http://www.nyfzw.net 作者：北京達盛科技有限公司   人氣： 發(fā)表時間：2011年10月11日

    非接觸式 IC 卡模塊由非接觸式IC 卡讀卡器芯片F(xiàn)M1702及其外圍電路組成。
 
    一、 FM1702 芯片介紹
 
    FM17XX 系列是復旦微電子股份有限公司設計的，基于ISO14443 標準的系列非接觸卡讀卡機專用芯片，采用0.6 微米CMOS EEPROM 工藝，可分別支持13.56MHz 頻率下的typeA、typeB、15693 三種非接觸通信協(xié)議，支持MIFARE和SH 標準的加密算法，可兼容Philips 的RC500、RC530、RC531、及RC632 等讀卡機芯片。芯片內部高度集成了模擬調制解調電路，只需最少量的外圍電路就可以工作。支持6 種微處理器接口，數(shù)字電路具有TTL、CMOS 兩種電壓工作模式，適用于各類計費系統(tǒng)的讀卡器的應用。
 
    1、產品特點
 
    ●高集成度的模擬電路只需最少量的外圍線路
    ●操作距離可達10cm
    ●支持ISO14443 typeA typeB 15693 協(xié)議
    ●包含512byte 的EEPROM
    ●支持MIFARE 和SH 標準的加密算法
    ●支持六種接口模式
    ●包含64byte 的FIFO
    ●數(shù)字電路具有TTL/CMOS 兩種電壓工作模式
    ●軟件控制的power down 模式
    ●一個可編程計時器
    ●一個中斷處理器
    ●一個串行輸出輸入口
    ●啟動配置可編程
    ●數(shù)字模擬和發(fā)射模塊都有獨立的電源供電
    ●采用SOP32 封裝
    ●FM17XXL 的版本表示該芯片的三路電源都可適用于低電壓 

    2、各型號區(qū)別: 

    二、 FM1702 芯片功能框圖及引腳圖

    三、對非接觸式 IC 卡操作流程圖如下：

    上電后首先用程序對讀卡器芯片（以下簡稱 PCD）進行寄存器初始化，完成后進入尋卡狀態(tài)，通過天線發(fā)出尋卡信號。當有IC 卡（以下簡稱PICC，實驗程序所使用的卡為MF1 S50 卡）進入天線有效操作區(qū)，并且得到能量后，返回給PCD 卡類型值。下一步PCD 對卡進行沖突操作，PICC 得到防沖突操作信號后，返回給PCD 卡序列號。PCD接收到序列號后，程序對序列號有效性判定。當確認PICC 序列號有效后，PCD 發(fā)送選卡命令，選卡命中包含送出所選卡序列號，這樣保證進行下一步操作的卡唯一。PCD 裝載密匙，所裝載密匙與所要操作的PICC 扇區(qū)密匙一致，同一個扇有兩組密匙，密匙A、B。如進行A 密匙認證則，裝載的密匙為A 密匙，進行B 密匙認證，則需裝載B 密匙。裝載密匙成功后，開始三遍認證操作。
 
    如下圖所示為三遍認證的令牌原理框圖：

    認證過程是這樣進行的：
    （A）環(huán)：由 Mifare 1 卡片向讀寫器 發(fā)送一個隨機數(shù)據(jù) RB；
    （B）環(huán)：由讀寫器收到RB 后向Mifare 1 卡片發(fā)送一個令牌數(shù)據(jù)TOKEN AB，其中包含了讀寫器發(fā)出的一個隨機數(shù)據(jù) RA；
    （C）環(huán)：Mifare 1 卡片收到 TOKEN AB 后，對TOKEN AB 的加密的部分進行解密，并校驗第一次由（A）環(huán)中Mifare 1 卡片發(fā)出去的隨機數(shù)RB 是否與（B）環(huán)中接收到的TOKEN AB 中的RB 相一致；
    （D）環(huán) ： 如果（C）環(huán)校驗是正確的，則Mifare 1 卡片向讀寫器發(fā)送令牌TOKENBA 給讀寫器；
    （E）環(huán)：讀寫器收到令牌TOKEN BA 后，讀寫器將對令牌TOKEN BA 中的RB（隨機數(shù)）進行解密；并校驗第一次由（B）環(huán)中讀寫器發(fā)出去的隨機數(shù)RA 是否與（D）環(huán)中接收到的 TOKEN BA 中的RA 相一致；
    如果上述的每一個環(huán)都為“真”，都能正確通過驗證，則整個的認證過程將成功。讀寫器將能對剛剛認證通過的卡片上的這個扇區(qū)可以進入下一步的操作（READ/WRITE 等操作）。 

    卡片中的其他扇區(qū)由于有其各自的密碼，因此不能對其進行進一步的操作。如想對其他扇區(qū)進行操作，必須完成上述的認證過程。認證過程中的任何一環(huán)出現(xiàn)差錯，整個認證將告失敗。必須從新開始。如果事先不知卡片上的密碼，則由于密碼的變化可以極其復雜，因此靠猜測密碼而想打開卡片上的一個扇區(qū)的可能性幾乎為零。
 
    這里提醒一下程序員和卡片的使用者，必須牢記卡片中的 16 個扇區(qū)的每一個密碼，否則，遺忘某一扇區(qū)的密碼，將使該扇區(qū)中的數(shù)據(jù)不能讀寫。沒有任何辦法可以挽救這種低級錯誤。但是，卡片上的其他扇區(qū)可以照樣使用。
 
    上述的敘述已經(jīng)可以充分地說明了 Mifare 1 卡片的高度安全性，保密性，及卡片的應用場合多樣性，一卡多用（一卡通）。
 
    詳細操作流程參閱：FM1702 手冊，MF1 S50 手冊，14443 協(xié)議。
   
    四、電路原理圖

    五、模塊的基本測試方法
 
    用跳線帽短接模塊的 CS0，模式選擇Mode_Select 選擇獨立方式，即把ALE、A0、A1、A2 跳短選擇全部接Separate 端。模塊的REST 接實驗箱的P+。
 
    把模塊插入單片機實驗箱擴展插槽，上電，打開文件：Hardware.asm。編譯、調試，按程序中注釋棄置斷點，運行程序，依次觀察前三個斷點處內容。
 
    第一個斷點處，30H-5FH 單元內容全部為：0FFH。
    第二個斷點處，A 內容為4，正常。
    第三個斷點處，39H-3CH 單元內容有變化，為讀卡芯片的序列號。每個讀卡芯片的序列號不同。
    第四個斷點處，L1，L2 右端測得有峰峰值為7V 左右的正弦波，并且L1 與L2 波形反向；C3，C5 右端有峰峰值為3.5V 左右的正弦波，波形反向；C12，C13 右端有峰峰值為7V 左右正弦波，波形反向。如把示波器探頭的地端與探測端相連，圈成大小與天線線圈大相等的圈，圈放于天線上方緊貼電路板，則能感應到峰峰值為2.5V 左右的正弦波。前三個斷點處都正確，則說明寄存器訪問正常。第四個斷點處，所測數(shù)據(jù)為正常模塊數(shù)據(jù)。
 
    去掉斷點1，2，3。保留斷點4，設置斷點5，6。調試用M1卡（MF1 S50卡）。從斷點4運行程序，把卡放于讀卡模塊天線線圈上方4厘米左右，反復執(zhí)行程序觀察斷點5處A或R6的值是否正常，保持卡在天線上方的位置不改變。如正常則繼續(xù)往下執(zhí)行程序，到斷點6處，觀察30H，31H內容是否為：04H，00H。則尋卡有效。模塊可以對卡進行正常操作。可以使程序反復運行，觀察對卡操作的有效距離變化。