分析非接触式IC卡读写模块PicoRead RF的设计与研究

　　非接触式IC卡又称射频卡，由IC芯片、感应天线组成，封装在一个标准的PVC卡片内，芯片及天线无任何外露部分。是世界上近几年发展起来的一项新技术，它成功的将射频识别技术和IC卡技术结合起来，结束了无源（卡中无电源）和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。卡片在一定距离范围（通常为5-10mm）靠近读写器表面，通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。

　　1 PicoRead RF的特点

　　PicoRead RF芯片为一款标准的13.56 MHz非接触读卡芯片，采用该芯片设计的非接触读卡器满足ISO14443,ISO15693,Sony Felica等协议，它支持非接触卡片（或者非接触标签）发送数据和能量，并从非接触卡片（或者非接触标签）中获取相关数据。

　　PicoRead RF芯片可支持ISO15693规范，ISO14443 TypeA,TrypeB规范，Sony Felica协议，以及其他的传输速度为26~848 kB/s的非接触协议；持SPI协议和并口传输协议；其操作距离可达10 cm,并具有卡检测和感应区载波信号检测机制，实行1 Byte-2级FIFO管理，非常适用于NFC手机之类的应用场合，以及PayPass读卡器的设计。

　　2 PiCORead RF的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：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。PicoReadRF芯片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",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。

　　3 PiCORead RF的软件设计

　　PicoRead RF应用于非接触支付环境时，大致的控制流程，如图3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，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。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读写操作。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PicoRead RF的特点和应用进行了描述，并就如何在硬件和软件上实现PicoRead RF的非接触应用做了介绍。Inside Contactless公司推出的这款非接触芯片性能稳定、支持的非接触协议多，同时较其他的非接触芯片在价格上有一定的优势，因此在设计非接触读卡设备（NFC手机、PayPass读卡器等）时是一种较好的选择。