利用曼码调制的非接触IC卡读写程序编制

　导 言

IC卡又称集成电路卡，它是在大小和普通信用卡相同的塑料卡片上嵌置一个或多个集成电路构成的。集成电路芯片可以是存储器或向处理器。带有存储器的IC卡又称为记忆卡或存储卡，带有微处理器的IC卡又称为智能卡或智慧卡。记忆卡可以存储大量信息；智能卡则不仅具有记忆能力，而且还具有处理信息的功能。因其使用便捷、安全，日益为有关技术领域的工程师所关注。

图1 采用e5550/U2270B的非接触卡读写系统示意图非接触IC卡是一种接口电路。它通过卡上配置的发射机应答器振荡线圈与基站振荡线圈的耦合取得能量，通过必要的通信软件配合，保证卡与基站间实现双向数据交换，如图1所示。

　　图1 采用e5550/U2270B的非接触卡读写系统示意图

ｅ５５５０是由美国ＴＥＭＩＣ和ＡＴＭＥＬ公司生产的低成本可读／写射频卡芯片。目前国内很多公司均可向用户提供将ｅ５５５０封装成标准射频ＩＣ卡的服务。由于ｅ５５５０可以和低成本的射频卡基站Ｕ２２７０Ｂ构成完整的射频卡应用系统（关于Ｕ２２０Ｂ的介绍参见有关文章），且具有很高的性能价格比，因此在公交系统、餐饮服务系统等领域得到了广泛的应用。

一、 e5550/ U2270B器件组的基本性能

e5550发射机应答器的基本性能如下：

（1） 低供电电压、低功耗CMOS结构的IDIC。

（2） 发射机应答器的电源是通过非接触的线圈耦合获得。

（3） 额定的射频（RF）振荡频率范围为：100～150kHz。

（4） 发射机应答器上带有EEPROM，共分8个（存储）区，每区有33个位，故总共有264个位（见表1）。

（5） 8个（存储）区的首位分别为该区的写保护位L。为1时，该区为只读区；为0时，该区为既可读又可写区。

（6） 8个（存储）区中的第0区为工作方式数据存储区，通常是不发送的，而其他的7个区每个区中各有32位，即总共有224位供用户使用。

（7） 具备增强防护功能，以免非接触卡式EEPROM的误编程。

（8）每一存储区的写操作时间一般不超过50ms。

（9） EEPROM操作的一些其他选项：

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

· 调制方式--二进制（BIN）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）、曼彻斯特码（Manchester）、双相位码（Biphase）。

· 其他--请求应答、终止方式和口令方式。

U2270B基站读写器的基本性能如下：

（1） 载波频率fOSC范围为100～150kHz。

（2） fOSC为125kHz时，典型的数据传送率为5kb/s。

（3） 适用的调制方式为曼彻斯特码（简称曼码）和双相位码。

（4） 可由5V的稳压电源或汽车蓄电池供电。

（5） 调谐能力。

（6） 与微控制器有兼容的接口。

（7） 处于备用工作方式时，其功耗甚低。

（8） 有一向微控制器供电的输出端。

二、 非接触IC卡的读操作

现仅就IDIC通信中遇到的一些问题，并对通信的核心部分--读写操作做必要的探讨。其意分别为：基站通过MCU进行读操作；基站通过MCU进行写操作。

e5550和U2270B匹配使用时，根据两者的基本特性，其调制方式只可能在曼码和双相位码中择一。曼码调制时数据传送的规则可用图2加以说明。

图2采用曼码调制的数据表达方式由图2可知，位数据的传送周期（1P）规定了每传送1位数据的时间是固定的，它由RF/n决定。其物理实质是微控制器通过基站与应答器中的存储器（EEPROM）进行数据的读写操作。若载波频率fOSC＝125kHz，位数据传送率选RF/32，则每传送一位的时间（周期）为振荡周期的32分频，故位传送周期为：

1P=1/（125kHz×32）=256μs

根据我们得到的器件，采用曼码调制的数据，位数据1对应着电平下跳，位数据0对应着电平上跳（注意：Telefunken半导体公司提供的资料正好与此相反，在一串传送的数据序列中，两个相邻的位数据传送跳变时间间隔应为1P。若相邻的位数据极性相同，则在该两次位数据传送的电平跳变之间，有一次非数据传送的、预备性的。

电平上跳、电平下跳和两个相邻的同极性位数据之间的预备性空跳是确定位数据传送特征的判据。

非接触IC卡在读操作时，另一须关注的问题是传送的位数据序列起始标志和结束标志。请参见图3。

　　图3 曼码调制的数据串起始/结束标志的时序特

图3曼码调制的数据串起始/结束标志的时序特征图3中，其确切含义见表2。

假定非接触IC卡的存储器内存放的位数据序列为一非空集，则在若干位数据的跳变后，检测到一电平上跳，经过1.5P发生电平下跳，再经过0.5P又发生电平的上跳，则该上跳即为起始标志。

起始标志即为结束标志。这意味着非接触IC卡的存储器内存放的数据包括起始标志（即结束标志）和位数据序列。