AT88RF256型射频卡读写器的设计

1 引言
随着计算机和嵌入式系统的发展。IC卡已经融入人们的日常生活并发展成几个大类，其中，非接触IC卡的出现引起了人们的特别关注。
射频卡属于非接触IC卡，它避免了普通IC卡与读卡器之间的物理接触，减少了卡的磨损，所以受到广泛的欢迎。射频卡也是射频识别(RFID)系统的组成部分之一。
射频识别(Radio Frequency Identification，以下简称RFID)技术是20世纪90年代兴起的一种自动识别技术。它利用无线射频方式进行非接触双向通信并交换数据，以达到识别目的。典型的RFID系统由电子标签flag)、读写器(Read/Write Device)及数据交换和管理系统等组成。电子标签也称射频卡，具有智能读写及加密通信能力。

2 系统工作原理及硬件设计
笔者设计的射频卡读写系统由计算机、读写器和射频卡组成，系统结构如图1所示。

2.1 射频卡读写器
射频卡读写器主要由PIC16型单片机和北京威利姆兴公司生产的AT-RFMOD06系列射频基站模块组成。该模块采用一种常见的U2270B型非接触卡读写基站电路。电路内部集成了由片上电源、振荡器和线圈激励器组成的能量传输线路，用来给射频卡提供工作电源：还集成了信号放大和天线驱动线路来完成与射频卡之间的信号发送与接收。AT-RFMOD06与PIC16的接口电路如图2所示。
AT-RFMOD06模块的引脚功能如表1所示。该模块采用单列9引脚封装。内部集成了时钟、射频驱动、滤波、放大、调制解调等模拟电路.所以按照图2连接好数字接口电路后，只需选择适当的天线和谐振电容器即可完成射频电路的设计。

在图2中，基站天线和振荡电容器组成了LC振荡电路，系统要求产生的振荡频率限定在125 kHz(±5％)，天线的振荡幅度最高可以达到120 V，一般不要大于80 V，可以通过和天线线圈串联的电阻器来调节天线的振荡幅度。振荡电容的耐压值应大于100 V。经过反复调试，参数设定为C=2200 pF，L=680uH，R=82Ω。

表1 AT-RFMOD06的引脚功能

引脚名称	功能描述
ANT CENTER	天线(中心)
OP256OUT	RF256卡写卡输入
VCC	电源(2.7 V-5.5 VDC)
CFE	射频场开关控制
DATA OUT	解调数据输出(解码用信号)
CLOCK OUT	时钟输出(125 kHz时钟输出)
DRIVER OUT(-)	天线驱动(-)
GND	地线
DRIVER OUT(+)	天线驱动(+)

2.2 AT88RF256型射频卡
AT88RF256-12卡是美国ATMEL公司推出的一款基于125 kHz工作频率的感应卡，可以加密，数据量为256位。作为典型的低频、加密和可读写卡，AT88RF256-12在市场上有着广泛的应用前景。AT88RF256-12由电路和线圈组成。电路内部结构如图3所示。电路的L1引脚和L2引脚与线圈连接，当线圈的电感为10.1 mH时，卡片的工作频率为125 kHz。其工作电源由片内线圈与电路内置电容产生LC振荡蓄电提供.AT88RF256-12设计时把电容内置到电路中，既减少了卡的加工环节，又提高了模块及成卡的成品率和可靠性。LC振荡产生的电能经卡片内的电源电路变换后分别提供给控制部分和EEPROM单元。

3 编解码及软件流程
3.1 射频卡的寄存器和命令
卡片内部的EEPROM分为10页，每页包括32位，其内容如表2所示。

表2 EEPROM的页面内容

页数	内容
0-6页	射频卡ID和用户数据区
7页	ATMEL公司写入的出厂ID
8页	匹配字页(数据固化和卡片的其他控制)
9页	卡密码

用户对卡的操作包括读卡、写卡、核对密码、停止卡等，必须按以下7个命令格式来执行上述操作：
0A2A1A010：写第A2A1A0页32位的EEPROM；
0A2A1A001：读第A2A1A0页32位的EEPROM；
000011：数据固化命令(8位)；
010011：写卡片控制位命令(24位)：
000111：写卡片密码命令：
011000：停止卡命令：
011100：核对密码命令。

3.2 射频卡的控制要点
3.2.1 编码要求
AT88RF256卡在默认状态下读卡片用MILLER(密勒)码，写命令数据用MANCHESTER(曼彻斯特)码。初始化下，密勒码元宽度是128us，曼彻斯特码元宽度是256us。