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基于S6700芯片與ISO/IEC15693標準的讀卡器設計
摘要：采用TI公司最新的多協議收發器芯片S6700，結合MCU設計了ISO/IEC15693讀卡器，介紹S6700通信協議和ISO/IEC15693標準，給出部分子程序。S6700和MCU的接口非常簡單。1 綜述
自從20世紀70年代IC卡誕生以來，在飛速發展的微電子技術的帶動下，IC卡已經深入到社會生活的各個角落，各種各樣的卡大大方便了人們的生活：銀行的食堂卡、信用卡，公交車使用的交通卡，就餐使用的食堂卡，出入管理使用的考勤卡，打電話使用的付費電話卡，手機中使用的SIM卡等等。
IC卡又稱為集成電路卡�？ㄆ瑑确庋b有集成電路，用以存儲和處理數據。IC卡的發展經歷了從存儲卡到智能卡，從接觸式卡到非接觸式卡，從近距離到遠距離的過程。ISO/IEC7816標準定義的卡是接觸卡，讀卡機具必須和卡的觸點接觸才能和和卡進行信息交換，所以磨損嚴重，容易受污染，使用壽命低，操作速度慢。為此，非接觸式卡技術迎刃而生。非接觸式卡又稱射頻卡、感應卡，采用無線電調制方式和讀卡機具進行信息交換。ISO/IEC10536定義的卡稱為密耦合卡；ISO/IEC 14443定義的卡是近耦合卡（PICC），對應讀卡機具簡寫為PCD；ISO/IEC15693對應的卡是遙耦合卡（VICC），對應的讀卡機具簡寫為VCD。VICC比PICC具有更遠的讀卡距離，二者均采用13.56MHz工作頻率，均具有防沖突機制。
圖1所示的框圖簡單表示了射頻卡讀寫系統的工作原理。
2 硬件設計
2.1 S6700芯片
S6700芯片是TI公司最新開發的針對IC卡讀寫的多協議收發器。它提供給用戶數字接口，所以應用非常方便。ASIC能夠支持的協議包括：TI TAGIT協議、ISO/IEC 15693-2、ISO/IEC 14443-2（TYPE A）等。S6700采用SSOP20封裝， 5V供電，內部封裝有發送調制器和接收解調器，采和曼徹斯特編碼方式，典型發送功率200mW，其ESD保護符合MILSTD-883標準，有IDLE、POWER DOWN、FULL POWER三種電源管理功能。
筆者利用該ASIC結合MCU完整的實現了ISO/IEC 15693-3所規定的對VICC操作上層協議。
ISO/IEC 15693-2所規定的VCD與VICC通信物理層協議全部由ASIC實現，用戶通過同步串行接口（SPI）遵照ASCI的通信求和ASIC打交道就可以實現VICC的讀寫操作。MCU和ASIC的通信接口有三根線：SCLOCK、DIN、DOUT，分別代表時鐘線、數據輸入線、數據輸出線。時鐘線是雙向的，發送數據時由MCU控制，接收數據時由ASIC控制，在時鐘的上升沿ASIC鎖存數據。DOUT除了在接收數據期間的數據輸出功能外，還用來表征ASIC內部FIFO的情況。DOUT內部下拉，平時為低電平。輸入數據過程中，當ASIC的16位FIFO寄存器滿時，DOUT線會自動跳變為高電平，直到FIFO寄存器空出，DOUT線又會跳變為低電平。在DOUT為高電平期間，輸入數據無效。除了通信線外，M_ERR線用來在同時讀多張卡的時候表征數據的沖突情況。同樣，M_RR線內部下拉，平時為低電平，沖突時此線會升為高電平。
圖2
所設計的應用電路如圖2所示。圖2中包括三個部分：ASIC典型應用電路、與MCU接口電路和天線電路。R2、L1、C5、C6組成串聯諧振電路，匹配阻抗50Ω，可調電容C6用來準確調整電路諧振點在13.56MHz。如果認為ASIC 200mW輸出功率不足，也可以再加一級功放電路，以提高讀寫距離。
對ASIC的操作有三種模式：普通模式、寄存器模式和直接模式。直接模式下，MCU要直接面向處理射頻信號，比較復雜，所以此種模式一般不用。普通模式和寄存器模式操作的均是標準的數字信號，其不同在于規定芯片操作的一些參數，例如：所采用的射頻協議、調制方式及傳輸速率是由命令序列中規定的還是由寄存器所設定的。普通模式每條指令均含有該指令使用的參數，而寄存器模式指令序列中并不含這些參數，而是由預先寫入的寄存器中的數值所決定。注意，ASIC上電后必須首先初始化時間寄存器，芯片才能正常工作。
2.2 VICC——Tag-it HF-1應答器
Tag-it是TI公司為其最新開發的RFID TRANSPONDER（應答器）的注冊商標，是一個產品系列。Tag-it完全和ISO/IEC15693兼容，是VICC的一種。按TI的設想，Tag-it主要應用在智能標簽領域內，例如：特快專遞、航空行李管理，電子門票等等。
Tag-it內有64位的UID（卡號）和8位的AFI（應用識別號）、8位的DSFID（數據存儲格式），用來標識卡和特定應用的特征。卡內有2Kbit EEPROM，分成64個塊，每個塊32個bit。每個塊均可以鎖定，以保護數據免予修改。AFI、DSFID和32個塊均可讀可寫，用以存儲用戶的數據。Tag-it采用13.56MHz的載波頻率，工作于“READER TALKS FIRST”模式下，即：一問一答的模式�？▋扔蟹罌_突機制，可以同時讀多張卡而不會造成沖突。
事實上一張卡可以有多種應用，不同的塊可以存儲不同應用的數據，即所謂的“一卡通”。遺憾的是，Tag-it內沒有邏輯加密電路，無法實現密碼功能，這限制了Tag-it在其它保密性要求較高的領域的應用。
3 通信協議
發給ASIC的命令序列必須符合ASIC通信協議和ISO/IEC15693-3規范。
3.1 命令結構
在普通模式下，命令序列結構如下：
起如位S1命令字節（8位）*數據結束位ES1*在寄存器模式下，命令字節是1位，且該位為1。
*起邕位S1：起始位波形是當SCLOCK位高電平時DIN發生一個上升沿。
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