非接触式IC卡读写模块的设计与研究

1 硬件设计与工作原理
    非接触IC卡与读卡器之间数据传输的过程和原理如下：当卡片在一定距离靠近读卡器表面时，非接触性IC卡与读卡器之间通过无线电波来完成读写操作。非接触IC卡本身是无源卡，当读卡器对卡进行读写操作时，读卡器发出两部分信号：一部分是电源信号，该信号由卡接收后，与本身的器件一起产生瞬间能量来供给芯片工作；另一部分则是指令和数据信号，指挥芯片完成数据的读取、修改、储存等，并返回信号给读卡器完成一次读写操作。
    文中所设计的IC卡读卡器由微控制器(MCU)、射频发射和接收处理单元、接口电路、时钟电路、液晶显示(LCD)模块、时钟以及存储器组成。本设计采用PicoRead RF芯片作为读卡器中的射频发射和接收处理单元读写芯片。结构如图1所示。

    读卡器中的微控制器为主控制单元。作为读卡器中的射频发射和接收处理单元读写芯片。它是微控制器与非接触式IC卡之间的"桥梁"，它一方面可以将微控制器发送给IC卡的指令和数据调制在13．56 MHz的振荡信号上，通过高频天线发射出去；另一方面接收来自IC卡的应答信息，并将其解调成数字信号传给微控制器，实现微控制器与IC卡之间的双向通信。
    接口电路是微控制器与PC机之间的通信"桥梁"，可以实现读卡器和PC机之间的串行或并行通信。时钟电路为系统提供实时时钟，液晶显示模块平时显示时间，读卡时显示所读到的内容。上述几个模块以逻辑设计配合，通过程序控制完成对非接触式IC卡的读写。

2 软件设计
    该芯片应用于非接触支付环境时，大致的控制流程，如图2所示。

    PicoRead RF的软件设计和指令控制分以下3个阶段：
    (1)寄存器构造阶段(Configuration Mode)，主要完成系统的初始化。当卡片靠近读卡器表面时，读卡器发出电源信号，并产生能量供给芯片工作，此时芯片进入寄存器构造阶段：主要完成芯片复位、初始化以及本次交易所使用非接触协议的相关参数配置，以实现对应的非接触通信协议。相应参数设置成功后，读卡器的液晶屏会显示"系统初始化成功"。
    (2)数据发送阶段(Emission)，当成功进行初始化之后，读卡器识别出在作用范围内有IC卡的存在，通过微控制器发出控制指令，将芯片设置为数据发送模式，并检测FIFO数据缓存器的状态，从而保证数据可以顺序读入和读出。接下来就可以进行数据的发送，发送完毕后，微控制器会发出指令判断是否有多余数据，若有，则重复上述操作，继续传输，若无，则进入数据接收阶段。在数据发送阶段，除完成帧数据的发送以外，还需对相关奇偶位、CRC校验值进行配置。
    (3)数据接收阶段(Reception)，微控制器发出控制指令，将芯片设置为数据接收模式，并指挥芯片完成数据的接收，接收完毕，返回信号给读卡器完成一次读写操作。若未接受完毕，则返回初始状态重新上述操作。数据接收阶段除完成帧数据的接收以外，还会进行奇偶校验和CRC校验。

4 结束语
    对该芯片的特点和应用进行了描述，并就如何在硬件和软件上实现该芯片的非接触应用做了介绍。