发布时间 : 星期三 文章基于51单片机的rfid门禁系统设计大学本科毕业论文更新完毕开始阅读7f6c9197f9c75fbfc77da26925c52cc58bd690bb
湖南工业职业技术学院学生毕业设计
3.2 FM1702SL读卡器
FM1702SL是复旦微电子股份有限公司设计的，基于ISO14443标准的非接触卡读卡机专用芯片，采用0.6微米CMOS EEPROM工艺，支持ISO14443 typeA协议，支持MIFARE标准的加密算法。芯片内部高度集成了模拟调制解调电路，只需最少量的外围电路就可以工作，支持SPI接口，数字电路具有TTL、CMOS两种电压工作模式。该芯片的三路电源都可适用于低电压。可兼容Philips的RC500、RC530、RC531及RC632等读卡机芯片。芯片内部高度集成了模拟调制解调电路，只需最少量的外围电路就可以工作，支持6种微处理器接口，数字电路具有TTL、CMOS两种电压工作模式。适用于各类计费系统的读卡器的应用。尤其FM17XXL系列芯片，其三路电源的最低工作电压均可达2.9V，这一特性优于其他公司的同类产品[7]。
图3-2 FM1702Sl读卡器实物图
图3-2为FM1702SL读卡器实物图。本文中FM1702Sl读卡器主要是通过SPI总线协议，下面主要对它进行介绍。
- 9 -
湖南工业职业技术学院学生毕业设计
3.2.1 SPI总线协议
SPI（ Serial Peripheral Interface串行外设接口）总线系统是一个同步串行外设接口。它允许CPU与各种外围接口器件以串行方式进行通讯，交换信息。外围接口器件包括简单的TTL移位寄存器（用作并行输入或输出）、A/D或D/A转换器、实时时钟（RTO）、存储器以及LCD和LED显示驱动器等。SPI系统可与各个厂家生产的多种标准SPI外围器件直接接口，它使用四条线：串行时钟（SCK），主设备输入/从设备输出数据线（MISO），主设备输出/从设备输入数据线（MOSI）和低电平有效的从设备选通线。由于SPI系统总线只需3～4根数据线和控制线即可扩展具有SPI接口的各种I/O器件，而并行总线扩展方法需8根数据线、8～16位地址线、2～3位控制线，因而SPI总线的使用可以简化电路设计，提高设计的可靠性[8]。
图3-3 SPI工作原理图
SPI工作原理示意图见图3-3。电路包括3个主要部分：移位寄存器、发送缓冲器和接收缓冲器。其中，发送缓冲区与数据总线相连，可以由用户程序写入欲发送的数据，然后自动向移位寄存器装载数据；接收缓冲器也与数据总线相连，可以由用户程序读取接收到的数据。移位寄存器负责收发数据，他有移入和移出两个端口，分别与收和发两条通信线路连接，与通信对端单片机的移位寄存器，恰好构成一个“环形”结构。SPI接口工作可分为半双工通信和全双工通信两种操作过程。下面以全双工通讯为例说明SPI工作的操作过程。
首先主机把欲发送给从机的数据写入发送缓冲器A，随即该数据被自动装入移位寄存器A；同时从机把欲发送给主机的数据写入发送缓冲器B随即该数据被自动装入移位寄存器B。
然后主机启动发送过程，送出时钟脉冲信号，寄存器A中的数据经过MOSI线一位一位地移入寄存器B；同时，寄存器B中的数据经过MISO线一位一位的移入寄存器A。
- 10 -
湖南工业职业技术学院学生毕业设计
其次在8个时钟脉冲过后，时钟停顿，寄存器A中的8位数据全部移入寄存器B，随即又被自动装入接收缓冲器B，并且将从机接收缓冲器B满标志位置1。同理，寄存器B中的8位数据全部移入寄存器A，随即又被自动装入接收缓冲器A，并且将主机接收缓冲器A满标志位置1。
最后主机CPU 检测到接收缓冲器A满标志位后，就可以读取接收缓冲器A；同样从机CPU检测到接收缓冲器B满标志位后，就可以读取接收缓冲器B。完成一个字节的互换通信过程。
3.3 Mifare射频卡介绍
本文中采用的RFID卡为Mifare卡，其核心是Philips公司的Mifare1IC S50系列微芯片。卡片上无源，工作时的电源能量由卡片读写器天线发送无线电载波信号祸合到卡片上天线而产生电能，一般可达2V以上，供卡片上IC工作。工作频率13.56MHZ。
Mifare的主要指标： 1)容量为8K位EEPROM
2)分为16个扇区，每个扇区为4块，每块16个字节，以块为存取单位 3)每个扇区有独立的一组密码及访问控制 4)每张卡有唯一序列号，为32位 5)具有防冲突机制，支持多卡操作
6)无电源，自带天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路 7)数据保存期为10年，可改写10万次，读无限次 8)工作频率:13.56MHZ 9)通信速率:106KBPS
10)读写距离:10mm以内（与读写器有关） 首先卡与读写器的通讯为：
(1)复位应答 Mifare卡的通讯协议和通讯波特率是定义好的，当有卡片进入读写器的操作范围时，读写器以特定的协议与它通讯，从而确定该卡是否为M1射频卡，即验证卡片的卡型。
(2)防冲突机制 当有多张卡进入读写器操作范围时，防冲突机制会从其中选择一张进行操作，未选中的则处于空闲模式等待下一次选卡，该过程会返回被选卡的序列号。
(3)选择卡片 选择被选中的卡的序列号，并同时返回卡的容量代码。
(4)三次互相确认 选定要处理的卡片之后，读写器就确定要访问的扇区号，并对该扇区密码进行密码校验，在三次相互认证之后就可以通过加密流进行通讯。（在选择
- 11 -
湖南工业职业技术学院学生毕业设计
另一扇区时，则必须进行另一扇区密码校验。） 其次系统的工作方式为：
STC89C52RC控制FM1702SL，驱动天线对Mifare卡进行读写操作；然后根据所得的数据对其他器件进行操作，如当刷卡成功时要把卡号存到存储器EEPROM，以便判断卡号是否合法刷卡开门。整个系统由5V电源供电。 最后它的工作原理为：
系统数据存储在无源Mifare中。读写器的主要任务是传输能量给Mifare卡，并建立与之的通信。单片机控制FM1702SL，读取RFID中的卡号，单片机再控制存储器EEPROM将其接收到的卡号保存，这就是注册模式。在正常情况下读卡器一只检测是否刷卡，并判断RFID卡是否合法，已注册的卡则可以开门，式步进电机转动[9]。
3.4 串行EEPROM存储电路
基于RFID的门禁系统要求实现RFID卡的登记（注册），单片机通过读卡模块FM1702Sl可以读出RFID卡中卡号，要想实现RFID卡的注册，只要把读出的卡号保存起来，下次再刷卡时则与保存起来的卡号对比，如果相同则说明是已注册过的RFID卡，即注册过的卡具有合法性可以开门。因此要把卡号存入存储器EEPROM中，实现对于RFID卡的登记。
存储器有并行存储器和串行存储器之分，其中并行存储器存储容量较大，数据传送速度快、效率高，但芯片体积大、而且长时间的工作会造成大量打发热，管脚多、需要占用CPU大量的I/O口，外部扩展复杂。然而串行存储器体积小，与CPU接口简单，一般只要占用CPU的2至3个I/O端口。在由上比较，此次设计中我们选用串行存储器。在此设计中选用AT24C02，它与更高容量的存储器兼容，出现问题时易于更换。AT24C02由SCL、SDA引脚进行串行通信的读写存储器。AT24C02与单片机的接口电路如图所示：
图3-4 AT24C02与单片机连接电路
- 12 -