（毕业论文 字数：17728 页数：34）摘要：本文介绍了非接触式 IC 卡技术的基本原理和国际标准，并对其读卡器在工程上的设计和开发作了研究。首先论文描述了 IC 卡的发展和现状，然后通过对射频识别技术原理的研究，揭示了射频 IC 卡的工作原理。本文对 IC 卡中数据的逻辑结构和其提供的较高的安全性能进行了分析。简单介绍了射频 IC 卡的数据传输问题，编码和调制方法。介绍了射频 IC 卡所必须符合的国际标准 ISO/IEC 14443 的要求，以及 Type A 和 Type B 两种标准的区别。紧接着介绍了 Type B 型的卡片 MF1 IC S50 和对应读卡器的设计方法和电路，根据实际需要详细介绍了自主设计的一款 Type B 型读卡器的核心部件——射频模块的电路实现方案和具体电路及程序。

关键词：非接触式IC卡,读卡器,射频模块

目 录
第1章 引 言 1
1.1 IC 卡 1
1.2 非接触式 IC 卡 2
1.2.1非接触式 IC 卡的特点 3
1.2.2非接触式 IC 卡的分类 3
第2章 射频识别技术（RFID） 4
2.1射频识别技术 4
2.2 射频识别系统的分类 4
2.3 射频识别系统的典型结构 5
2.4 射频识别系统的工作原理 5
2.5 射频识别系统所应用的技术 6
2.6编码和调制 7
2.6.1基带中的编码 7
2.6.2 数字调制法 8
第3章 非接触式 IC 卡国际标准 8
3.1 ISO/IEC14443-1 物理特性 9
3.2 ISO/IEC 14443-2 射频能量和信号接口 9
3.2.1 近耦合卡的初始对话过程 9
3.2.2 能量传送 10
3.2.3信号接口 10
3.3 ISO/IEC 14443-3 初始化和防冲突 12
3.4 TYPE A 标准和 TYPE B 标准的应用特点 14
第4章 TYPE B型读卡器的射频电路设计 15
4.1 MF1 IC S50 卡 15
4.1.1 特征 15
4.1.2 功能描述 15
4.1.3通信原理 16
4.1.4保密性 17
4.2 MF RC500 射频芯片 18
4.2.1 特征 18
4.2.2 管脚定义 19
4.3 读卡芯片接口电路设计 20
4.3.1 读卡芯片部分电路 21
4.3.2微处理器电路 22
第5章 射频模块设计 22
5.1射频模块介绍 22
5.2 射频模块的具体电路设计 23
5.2.1振荡电路 24
5.2.2 发送数据调制度控制电路 24
5.2.3 数据发送驱动电路 25
5.2.4接收解调放大电路 26
5.2.5 BPSK 接收解码电路 27
5.3 单片机软件设计 31
5.4电路设计的结果 31
第6章 总 结 32
参考文献 32

第1章 引 言

1.1 IC 卡

IC卡是集成电路卡（Integrated Circuit Card）的简称，有些国家和地址称其为智能卡（Smart Card）、芯片卡（Chip Card）。国际标准化组织（ISO）在ISO7816标准中规定，IC卡是指在由聚氯乙烯（PVC）或聚氯乙烯酸脂（PVCA）材料制成的塑料卡内嵌入式处理器和存储器等IC芯片的数据卡。近年来，由于导半体技术的进步，集成化程度和存储器容量有了很大提高，并使CPU和存储器集成在一个芯片上，从而提高了数据的安全性。IC 卡和一张名片差不多大小，在其左上方嵌有一片或若干片集成电路芯片。芯片一般是不易挥发性存储器（ROM、EPROM、EEPROM），保护逻辑电路，甚至于 CPU(中央处理单元)。
当前，用于信息处理的卡片种类繁多，而且基本上都采用了较新的技术，IC 卡脱颖而出的原因在于它对于磁卡、PET 卡、光卡和凸字卡等其它种类的卡具有以下突出的特点：
 存储容量大，其内部有 RAM、ROM、EPROM、EEPROM 等存储器，存储容量可以达到几兆甚至十几兆字节；
 体积小、重量轻，抗干扰能力强，便于携带；
 安全性高。IC 卡从硬件和软件等几个方面实施其安全策略，可以控制卡内不同区域的存取特性。存储器本身具有控制密码，非法试图对之解密则卡片自毁，即不可进行读写；
 对网络的要求不高。IC 卡极高的安全可靠性使其在应用中对计算机网络的实时性、敏感性要求低，有利于在网络质量不高的环境中应用。
正是由于这些特点，使得 IC 卡从诞生至今虽然只有短短数年但其市场却遍布世界各地。在全球智能卡蓬勃发展之际，中国于 1993 年提出了“金卡工程”。金卡工程是以电子货币应用为重点的各类卡基应用系统工程，是为了实现电子货币大范围流通的跨部门、跨地区和跨世纪的系统工程。在“金卡工程”提出至今 十几 年来，我国 IC 卡应用发展迅猛，国家金卡工程十周年报告会上有关部门介绍，截至 2003 年 6 月底，全国累计发行使用 IC 卡为近 13 亿张。IC 卡在经济和社会各个领域的广泛应用，对提高行业管理现代化水平和人民生活水平、推动整个社会信息化进程发挥了重要作用。IC 卡目前已在商贸、交通、电信、医疗、卫生保健、社会保险、金融、税务、工商、公安、组织机构代码和城市公共事业管理等许多领域得到广泛应用，并取得了初步的社会和经济效益。它对提高现代化管理水平和人民的生活质量，推动整个社会信息化进程具有重要作用。
尽管 IC 卡的发行量保持了较高的增长率但市场销售额在 IT 市场中的比重还很小。IC 卡市场还构不成我国 IT 业的亮点，对 IT 市场的拉动作用并不明显。这一方面制约 IT企业对 IC 卡技术的投入，另一方面，也预示着我国 IC 卡市场的巨大发展空间。随着政府管理和支持力度的加大、技术研发水平的提升，IC 卡市场竞争格局将发生深刻的变化。由于高端芯片、核心模块、金融 POS 机、生产设备等前期被国外企业所掌握，造成国外品牌对一些细分市场的相对垄断。随着政府智能卡项目的启动，移动通信市场的逐步开放，国内业技术实力和工艺流程的优化，使得国外品牌市场份额受到很大程度的限制，而国内品牌得到了快速的发展。一些从电信市场成长起来的国内 IC 卡企业，依托雄厚的资金和技术实力，将在身份证、金融、社保、交通等领域继续拓展业务，直接参与国际化竞争。
今后几年，是我国 IC 卡应用向纵深发展的时期。我国 IC 卡市场格局必将由无序走向有序，市场竞争必将由有限走向无限，IC 卡市场将逐步走向成熟，进入微利时代。在这种形势下，单纯的发卡量和新产品的数量并不能衡量 IC 卡产业与市场的发展水平，市场发展的程度最终取决于 IC 卡的应用水平及其带来的社会效益。从可持续发展的角度讲，加强行业规范，推动 IC 卡企业由产品和技术型转向应用和服务型，将成为我国 IC 卡市场发展的重要趋势。[24]

1.2 非接触式 IC 卡

非接触 IC 卡，又名感应卡，诞生于 90 年代初，由于存在着条码卡、磁卡和接触式 IC 卡不可比拟的优点，使之一经问世，便立刻引起了广泛的关注，并以惊人的速度得到推广应用。
非接触式 IC 卡由 IC 芯片，感应天线组成，并完全密封在一个标准 PVC 卡片中，无外露部分。非接触式 IC 卡的读写过程，通常由非接触型 IC 卡与读写器之间通过无线电波来完成读写操作。 非接触型 IC 卡本身是无源体，当读写器对卡进行读写操作时，读写器发出的信号由两部分叠加组成：一部分是电源信号，该信号由卡接收后，与其本身的 L/C 产生谐振，产生一个瞬间能量来供给芯片工作。另一部分则是结合数据信号，指挥芯片完成数据的读取、修改、存储等，并返回给读写器。由非接触式 IC卡所形成的读写系统，无论是硬件结构，还是操作过程都得到了很大的简化，同时借助于先进的管理软件，可脱机的操作方式，都使数据读写过程更为简单。
1.2.1非接触式 IC 卡的特点
非接触式 IC 卡无机械触点，通过无线方式与读写设备进行通讯，与接触式 IC卡相比具有以下特点：
1) 操作快捷
卡与读卡器之间为无线通讯，使用时无需插拔卡及固定方向。操作时，卡可以放在钱包、衣服口袋或公文包中无需拿出，大大提高了使用速度。同时，由于卡与读卡器进行通讯时的载波频率较高，卡内芯片可以工作在较高的系统时钟下，使二者的通信速率很高。
2) 高抗干扰性
非接触式 IC 卡具有防冲突机制，在多张卡片同时进入读卡器工作范围时能够防止卡片之间出现数据干扰，允许多张卡片同时操作，相对接触式 IC 卡增加了“并行”处理能力。
3) 配合具体应用具有多种工作距离
非接触式 IC 卡中既有作用距离为几米、可用于高速公路收费系统中的远距离卡，又有作用距离为几厘米、可用于电子钱包的近距离卡，使得系统配置灵活多样。
4) 高可靠性
非接触式 IC 卡与读卡器之间无机械接触，避免了由于接触读写而产生的各种故障，同时无需担心由于触点损坏或脱落而导致卡片失效，提高了应用的可靠性及设备和卡的寿命。而且由于无线电波不会受尘土、潮气和震动的干扰，使得非接触式 IC 卡可应用在恶劣的环境。同时，由于读卡器可以置于障碍物的后面而不影响它与卡的通讯，可以防止在接触式 IC 卡的使用中对读卡器进行恶意破坏现象的出现。
5) 可适合于多种应用
非接触式 IC 卡的存储结构的特点使其可以一卡多用，能用于不同的系统，用户可以根据不同的应用设置不同的密码和访问条件。
6) 高安全性
非接触式 IC 卡的序列号是唯一的，制造商在产品出厂前将此序列号固化于卡内芯片中，不可再更改，使用时非接触式 IC 卡于读卡器要进行三次相互认证，而且通讯过程中所有的数据都加密，卡内各个扇区都有自己的操作密码和访问条件[8]。