下面是小编精心整理的非接触卡MCRF200及PSK读写器电路设计，本文共8篇，希望能够帮助到大家。
篇1：非接触卡MCRF200及PSK读写器电路设计
非接触卡MCRF200及PSK读写器电路设计
摘要：本文介绍了非接触式IC卡芯片MCFR200的特点和工作原理，并对其在PSK工作模式下的读写器电路设计作了较详细的论述。该PSK解调方法亦可用于设计TYPEB型卡读写器BPSK的解调电路。PSK方式的优点是读出速度快捷。关键词：非接触卡；MCRF200；读写器；PSK；负载调制
1MCRF200简介
MCRF200是Microchip公司生产的非接触式可编程无源RFID器件，它的工作频率?载波?为125kHz。该器件有两种工作模式：初始?Native?模式和读模式。所谓初始模式是指MCRF200具有一个未被编程的存贮阵列，而且能够在非接触编程时提供一个缺损状态?其波特率为载波频率fc的128分频，调制方式为FSK，数据码为NRZ码?；而读模式是指在接触或非接触方式编程后的永久工作模式，在该模式下，MCRF200芯片中配置寄存器?详见后述?的锁存位CB12置1，芯片上电后，将依据配置寄存器的设置并按协议发送数据。
MCRF200的其它主要性能如下：
●带有一次可编程（OTP）的96位或128位用户存储器（支持48位或64位协议）；
●内含整流和稳压电路；
●功率损耗极低；
●编码方式可在NRZ码、曼彻斯特码、差分曼彻斯特码之间选择；
●调制方式可在直接调制（ASK）、FSK、PSK1和PSK2（PSK1、PSK2定义见后述中选择）；
●采用PDIP和SOIC封装形式。
2MCRF200的工作原理
2．1应用系统构成
MCRF200的典型应用系统构成如图1所示。图中，引脚VA和VB接电感L1和电容C1构成的外接谐振电路，该LC谐振电路的谐振频率为125kHz。读写器边的LC电路?也谐振于125kHz?则用于输出射频能量，同时可接收MCRF200芯片以负载调制方式送来的数据信号。
2．2芯片内部组成原理
图3
MCRF200芯片的内部电路框图如图2所示，它由射频前端电路和存贮器电路两大块组成。其中，射频前端电路用于完成芯片所有的模拟信号处理和变换功能，包括电源、时钟、载波中断检测、上电复位、负载调制等电路。此外，它还用来实现编码、调制方式的逻辑控制；而配置寄存器电路则用于确定芯片的工作参数。该配置寄存器不能被非接触方式编程，因为它在非接触方式下已经被Microchip公司在生产时进行过编程。
配置寄存器各位的控制功能如下：
●CB1：用于设置存贮器阵列的大小。当CB1为1时，用户阵列为128位；为0时，其用户阵列为96位。
●CB2、CB3、CB4位：该三位编码可用于设置波特率，其编码表列于表1。
●CB5用来设置同步字。CB5为1时，有1．5位同步字；为0时，无同步字。
●CB6与CB7：用于设置数据编码方式，具体见表2所列。
●CB8与CB9：调制方式选择位，具体见表3。
●CB10：PSK速率选择位。该位为1时选择fc／4；为0时则选择fc／2?其中fc为载波频率。
●CB11：该位总为0。
●CB12：该位为0时，存贮阵列未锁定；为1时，存贮阵列被锁定。
表1波特率设置表（fc为载波频率）
CB2CB3CB4波特率CB2CB3CB4波特率000fc/128100fc/64001fc/100101fc/50010fc/80110fc/40011fc/32111fc/16
表2数据编码方式设置
CB70011CB60101编码方式NRZ-L曼彻斯特编码差分曼彻斯特码反曼彻斯特码
表3调制方式选择（fc为载波频率）
CB9CB8市制方式00FSK：0为fc/8；1为fc/1001PSK110直接11PSK2
3PSK读写器电路设计
3．1PSK调制
MCRF200的PSK调制方式有两种：PSK1和PSK2。采用PSK1调制时，每当相位在数据位的上升沿或下降沿时，将在从位起始处跳变180°；而在PSK2调制时，相位将在数据位为1时从位起始处跳变180°，为0时则相位不变。PSK1是一种绝对码方式，PSK2是一种相对码方式，因此，PSK读写器硬件只能按一种调制方式设计(如PSK1)，而当要工作在另一调制方式时，可用软件进行转换。
图3所示是一个典型的PSK调制信号波形示意图，图中假设PSK速率为数据位速率的8倍。
3．2PSK读写器
PSK读写器的电路结构如图4所示。它由4MHz晶体振荡器、分频器、载波功放、包络检波器、滤波放大、脉冲成形器、相位比较器、微处理器及与主机接口电路等组成。
图4中，读写器发收两通道的信号流程已很清楚，这些电路的设计参考文献很多。下面仅就功率放大器、包络检波、PSK解调以及RS－232串口电路进行分析。
（1）功放电路
该PSK读写器的功放电路如图5所示。图中，T1、T2、T3用于组成B类放大器，L1、C1和C2串联谐振于125kHz，选通分频器输出的125kHz载波加至功放，L2和C3用于构成输出谐振电路，这样，在L2上将产生电磁场，从而保证卡芯片进入场区时能获得足够的载波能量而被激活。但L2所产生的场能量也有一定的限制，通常在30m处测试应不超过65dBμV（dBμV＝20logμV）。
（2）包络检波电路
非接触IC卡的负载调制通常采用AM方式，读写器中的载波解调采用简单的包络检波电路，图5中，D3和D4的作用是对芯片负载调制信号进行全波检波，以检出PSK包络。
而R8和C5组成的低通滤波器则应满足包络检波条件，即：
R8C5≥（5－10）／ωC
式中：ωC为载波角频率。但应注意为了减小惰性失真，R8和C5不应取值过大。
（3）PSK解调器电路
PSK解调电路是读写器能正确将PSK调制信号变换为NRZ码的关键电路，其具体电路见图6所示。图中，从脉冲形成电路送出的62．5kHz的PSK方波信号?假定配置寄存器CB10位为0，即PSK速率为fc／2?加至触发器D3的时钟输入端。触发器D3的数据输入端D加入的是由125kHz载波基准形成的62．5kHz基准方波信号，这样，若时钟与D输入端两信号相位差为90°?或相位差不偏至0°或180°附近?，则触发器D3的Q端输出信号将是可由微控制器MCU读入的数据NRZ码。
分频器输出的125kHz方波基准信号经触发器D2变换为62．5kHz的方波，而异或门1利用触发器输出D1的高低电平变化则可使加至触发器D2的125kHz基准信号相位改变180°，该180°的相位变化在触发器D2的Q输出端会产生90°的相移。
而基准62．5kHz信号在经异或门4后将产生125kHz脉冲信号?R3C3产生延迟?。同样，也将产生62．5kHz的PSK数据信号，在经R2、C2和异或门后，也将产生125kHz的脉冲信号。这两信号可在触发器D4中进行相位比较以在触发器D4的Q端输出125kHz信号，其占空比正比于两信号间的.相位差。当两个62．5kHz信号的相位差为90°时，其占空比为50％，这对于PSK解调是理想的，若它们的相位差偏离90°而向0°或180°偏移时，其占空比也将同时减小或增大。
由R1和C1构成的滤波电路输出的直流电平大小正比于相位差，该直流电压加至一个窗口检测电路。若直流电平靠近中间，则窗口检测器输出1为高，输出2为低，异或非后为低，因而不改变触发器D1的Q输出状态；若直流电平过高，则窗口检测器1、2输出端都为高；此时，若直流电平较低，则窗口检测器1、2输出端都为低。即触发器D4输出的占空比过大或过小时，窗口检测器的输出会使触发器D1的时钟输入端产生上跳变化，从而引起触发器D1输出Q的电平变化而使触发器D2输出发生90°相移，最终使触发器D3达到最佳的PSK解调状态。
4结束语
本文介绍了非接触式IC卡芯片MCRF200及其在PSK工作模式下读写器硬件电路的设计思想和设计方法。MCRF200的PSK工作模式的TYPEA／B型卡的副载波调制方式有一定的相似性，因此本文介绍的PSK解调电路的设计方法也可供TYPEA／B型卡读写器副载波解调电路设计时参考。
篇2：非接触式e5551读写器的开发
非接触式e5551读写器的开发
摘要：介绍了非接触式e5551卡工作原理和与单片机的接口，给出了非接触式e5551卡读写器的硬件电路和读卡、写卡程序流程图。关键词：非接触式卡 射频识别 读写器 RF
射频识别RFID?Radio Frequency Identification?技术是二十世纪九十年代兴起的一项自动识别技术，它利用无线射频方式进行非接触式双向通信。RFID系统中卡片与读写器之间无须物理接触即可完成识别，可实现多目标识别和运动目标识别，应用范围更加广泛。
根据工作频率不同，RFID系统可分为低频、中频、高频系统。低频系统一般工作在100kHz～500kHz，中频系统工作在10MHz～15MHz，它们主要适用于短距离、低成本识别?高频系统工作在850MHz～950MHz以及2．4GHz～5GHz的微波段，适用于距离长、读写数据率高的场合。本文介绍的e5551 RFID系统属于低频系统，工作频率范围为100kHz～150kHz，最大识别距离约为20cm。
(本网网收集整理)
1 非接触式e5551卡工作原理
e5551 RFID系统组成如图1所示。其中PC通过RS485通信远程操作e5551读写器。读写器利用微控制器（MCU）与e5551卡进行交互读写。
通过e5551卡内线圈在特定交变磁场?100kHz～150kHz?中耦合，e5551获得感应电流，再通过整流得到直流加到卡内电路，e5551得到工作电压和电流。通过读写器的线圈感应e5551卡产生的磁场来读取e5551发送的数据。
1．1 e5551卡的存储结构
e5551卡内置264位EEPROM。这些EEPROM共分为8块，每块33位，其分布如图2所示。其中BLOCK0存储e5551卡的参数设置信息；BLOCK7在口令加密功能启动时存放e5551卡的读写控制密码，当加密功能没有使用时存放用户数据；其它六个存储块存放各种数据。
1．2 e5551卡工作参数的设定
BLOCK0用于设置e5551卡的各种操作特性，如同步信号、数据流格式、数据流长度、加密、口令唤醒和停止发射的启用／关闭等。
（1）位率（Bitrate）设定：位率可设置为RF／8、RF／16、RF／32、RF／40、RF／50、RF／64、RF／100、RF／128，由第12、13、14位确定。其中RF指载波频率?Radio Frequency?。
（2）调制方式设定：调制方式由两部分组成。第一部分为二进制编码方式，有直接编码、曼切斯特编码和双相位编码三种方式，由第16、17位确定；第二部分为频率调制方式，有相位键控、频率键控和直接编码三种方式，由第18、19、20位确定。
（3）口令加密设定：由第28位决定。该位置1启动口令加密功能，在启动口令加密功能前应该事先在BLOCK7写入密码。启动口令加密功能后，用户对e5551卡中数据进行修改均要求提供密码验证，密码正确时修改有效，否则修改无效。
图3 e5551芯片上电后线圈两端的电压
（4）请求应答（Answer On Request）设定：由第23位决定。该位置1启动AOR功能，这时e5551卡进入射频区后不主动发射数据，由基站给e5551卡发射唤醒命令后再发射数据。该功能要求首先启动口令加密功能，即基站唤醒e5551卡必须在唤醒命令序列中向e5551卡发射口令密码，e5551卡检测到合法唤醒命令时才恢复发射数据。
（5）同步信号设定：e5551卡可以使用两种不同的同步信号―Sequence Terminator和Block Terminator。Sequence Terminator在每个数据循环开始时出现；Block Terminator在每个BLOCK数据开始时出现。两种同步信号分别由第29、30位确定，它们既可以独立使用也可以结合使用。
（6）发射最大数据块数设定（MAXBLK）：由第25、26、27位确定。当MAXBLK设置为0时，e5551卡只发射BLOCK0的数据给基站；当设置为1时?e5551卡只发射BLOCK1的数据给基站；当设置为2时，e5551卡发射BLOCK1和BLOCK 2的数据给基站，余者依次类推。在启动口令加密功能后MAXBLK的值应小于7，这样e5551将不发射BLOCK7的数据。
2 e5551卡的读写
2．1 e5551卡的读
读e5551卡是指U2270B通过MCU进行读卡。在e5551卡内部，有个与e5551芯片相连的线圈，该线圈是e5551芯片供电与读卡器的双向通信接口。e5551卡就是利用该线圈产生具有阻尼特性的载频信号向读卡器发送数据。具体工作原理如图3所示。
当e5551卡接近读卡器时，由读卡器振荡电路产生的磁场感应e5551卡内的LC调谐电路产生感应电流，该电流经过e5551芯片内的整流器和过压保护电路得到e5551芯片的直流工作电压，形成上电复位，对应图3中的第一段；接着读取e5551芯片内BLOCK0的数据，即图3中的第二段；约2ms后，e5551卡按照设定的工作模式发送数据，首先从BLOCK1的第一位开始，直到MAXBLK所设定的.最大块的最后一位。
2．2 e5551卡的写
写e5551卡指U2270B通过MCU进行写卡。读卡器通过对e5551卡内流过线圈的电流间隔性中断实现写卡，用电流流过e5551卡内线圈的持续时间实现对0和1的编码。详细过程如图4所示。
e5551卡读完BLOCK0数据后进入默认的读卡操作，如图4左半部分。若检测到起始电流中断，则e5551卡触发写卡操作，即图4的右半部分。电流中断持续时间一般为50μs～150μs，但为了便于可靠地检测起始电流中断，起始电流中断一般大于150μs。一般地，电流持续24个磁场脉冲周期编码为0，电流持续56个磁场脉冲周期编码为1。当电流持续了64个磁场脉冲周期后仍未检测到电流中断，e5551卡自动退出写卡模式。如果前面写卡数据正确就开始将数据编程写入e5551芯片的EEPROM，否则进行读卡操作。
图5 读写器硬件接口电路
3 读写器
3．1 硬件接口
U2270B是与e5551卡配套的一种近距离非接触式读写基站芯片，它所产生的载波频率为100kHz～150kHz，工作电压为5V或12V，适用于曼彻斯特编码或双相位编码，与微控制器有兼容接口。配上小量外围元件构成的读卡器电路如图5所示。
图5中用电阻R5、电容C6组成选频电路，去掉高频及低频，让100kHz～150kHz频率通过，与U2270B内部电路共同构成解调电路；用天线与内部驱动电路形成125kHz电磁场发射电路，传输能量；用4个二极管形成反馈电路稳定频率；用电阻R1及R7调节发射频率；通过二极管D5进行信号整形。
3．2 软件编程
本文以曼彻斯特编码、RF／32为例介绍e5551软件编程。采用曼彻斯特编码调制的数据，位数据1对应着电平上跳，位数据0对应着电平下跳。设RF＝125kHz，位传送速率Bitrate＝RF／32，则每传送一位数据的时间（位传送周期）为：
1P＝32/125kHz＝256μs
图6 读卡流程图
在一串数据序列中，两个相邻位数据传送跳变时间间隔为1P。若相邻位数据极性相同，则在该两次数据传送电平跳变之间，有一次非数据传送的电平空跳。程序开始时先等待一个TS＝270μs～330μs高电平同步信号，然后按上述编码规则逐个检测电平变化并记录对应时间T1或T2，T1＝90μs～180μs，T2＝210μs～300μs。如前一数据为1的情况下，测得高电平时间为T1，对应下降沿无效，应接着测下一上升沿并得1；若测得高电平时间为T2，对应下降沿有效并得0。如前一数据为0的情况下，测得低电平时间为T1，对应上升沿无效，应接着测下一下降沿并得0；若测得低电平时间为T2，对应上升沿有效并得1。据此即可以串行方式读出卡内的数据。读卡程序流程图如图6所示。
写卡时，写0，CFE＝1持续192μs，然后CFE＝0持续280μs；写1，CFE＝1持续448μs，然后CFE＝0持续280μs。写卡程序流程图如图7所示。
e5551卡是一种低成本非接触式卡，虽然容量较小，但也能用于许多场合，如门禁系统、考勤系统等。如果硬件和软件设计合理，进一步提高其可靠性和安全性，再加上成本低廉、读写电路简单，应用必然更加广泛。
篇3：非接触式e5551读写器的开发
非接触式e5551读写器的开发
摘要：介绍了非接触式e5551卡工作原理和与单片机的接口，给出了非接触式e5551卡读写器的硬件电路和读卡、写卡程序流程图。关键词：非接触式卡 射频识别 读写器 RF
射频识别RFID?Radio Frequency Identification?技术是二十世纪九十年代兴起的一项自动识别技术，它利用无线射频方式进行非接触式双向通信。RFID系统中卡片与读写器之间无须物理接触即可完成识别，可实现多目标识别和运动目标识别，应用范围更加广泛。
根据工作频率不同，RFID系统可分为低频、中频、高频系统。低频系统一般工作在100kHz～500kHz，中频系统工作在10MHz～15MHz，它们主要适用于短距离、低成本识别?高频系统工作在850MHz～950MHz以及2．4GHz～5GHz的微波段，适用于距离长、读写数据率高的'场合。本文介绍的e5551 RFID系统属于低频系统，工作频率范围为100kHz～150kHz，最大识别距离约为20cm。
1 非接触式e5551卡工作原理
e5551 RFID系统组成如图1所示。其中PC通过RS485通信远程操作e5551读写器。读写器利用微控制器（MCU）与e5551卡进行交互读写。
通过e5551卡内线圈在特定交变磁场?100kHz～150kHz?中耦合，e5551获得感应电流，再通过整流得到直流加到卡内电路，e5551得到工作电压和电流。通过读写器的线圈感应e5551卡产生的磁场来读取e5551发送的数据。
1．1 e5551卡的存储结构
e5551卡内置264位EEPROM。这些EEPROM共分为8块，每块33位，其分布如图2所示。其中BLOCK0存储e5551卡的参数设置信息；BLOCK7在口令加密功能启动时存放e5551卡的读写控制密码，当加密功能没有使用时存放用户数据；其它六个存储块存放各种数据。
1．2 e5551卡工作参数的设定
BLOCK0用于设置e5551卡的各种操作特性，如同步信号、数据流格式、数据流长度、加密、口令唤醒和停止发射的启用／关闭等。
（1）位率（Bitrate）设定：位率可设置为RF／8、RF／16、RF／32、RF／40、RF／50、RF／64、RF／100、RF／128，由第12、13、14位确定。其中RF指载波频率?Radio Frequency?。
（2）调制方式设定：调制方式由两部分组成。第一部分为二进制编码方式，有直接编码、曼切斯特编码和双相位编码三种方式，由第16、17位确定；第二部分为频率调制方式，有相位键控、频率键控和直接编码三种方式，由第18、19、20位确定。
（3）口令加密设定：由第28位决定。该位置1启动口令加密功能，在启动口令加密功能前应该事先在BLOCK7写入密码。启动口令加密功能后，用户对e5551卡中数据进行修改均要求提供密码验证，密码正确时修改有效，否则修改无效。
图3 e5551芯片上电后线圈两端的电压
（4）请求应答（Answer On R
[1] [2] [3]
篇4：用于非接触式IC卡的高频接口模块设计
摘要：在论述非接触式IC基本结构的基础上，介绍一种应用于非接触式IC卡的高频接口电路的设计方案，分析该接口电路各个模块的结构和整个电路的工作过程。事实表明，该高频接口电路实现了对接收能量的转换和整流稳压，为内部逻辑电路提供了稳定的电压，可以应用于非接触式IC卡芯片中。
关键词：非接触式IC卡高频接口电路整流稳压模块调制解调模块
引言
??随着微电子和无线通信技术的发展，非接触式IC卡技术也得到蓬勃发展，但国内设计非接触IC卡的技术不够成熟。高频接口电路设计是非接触式IC卡设计的关键技术之一，文中将介绍一种高频接口电路的设计。
1IC卡的基本结构
图1是一个具有逻辑加密功能的非接触式IC卡的结构方块图。对于具有逻辑加密功能的非接触式IC卡，一般包括IC芯片和天线线圈（耦合线圈）。IC芯片又包括高频接口电路、逻辑控制电路、存储器等部分。
篇5：用于非接触式IC卡的高频接口模块设计
IC芯片内的高频接口电路是非接触式IC卡的模拟、高频传输通路和芯片内的数字电路之间的一个接口。它从芯片外的耦合线圈上得到感应电流，整流稳压后给芯片提供电源。从阅读器发射出来的调制高频信号，在高频界面经解调后重新构建一产生在逻辑控制电路中进一步加工的数字式串行数据流(数据输入)。时钟脉冲产生电路从高频场的载波频率中产生出用于数据载体的系统时钟。图2为具有负载调制器的高频界面方框图。
为了将芯片内处理后的数据传回到阅读器，高频界面也包括有负载波调制器或反向散射调制器。它们由传送的数字化数据控制。
图3为卡的模块结构框图。整流稳压模块主要是接收阅读器发来的载波，将载波信号转变成直流信号，以作为非接触IC卡内部芯片的电源使用；同时不能因为阅读器发来的不间断载波而使芯片内部电源电压无限增大。调制解调模块主要是将阅读器发来的信号从载波信号中取下来；在IC卡发送信号时将内部的数字信号转换成模拟信号，并上载到载波信号中以传输给阅读器。
(1)整流稳压模块的.设计
该模块主要包括基准源电路、电压调节电路和电源开关电路。基准源电路由二级CMOS差分放大电路和晶体管电路构成的能隙基准源组成。其结构如图4。
有源电阻P0和多晶电阻R7组成偏置电路，为电路提供偏置电流。二级差分放大器的两个输入连接在Q1端和Q2端。由基准源原理可知，只有放大电路的输入失调电压很小，并且不受温度的影响时，基准源的输出才可以保持好的性能。根据放大器和能隙基准源原理可得：
I1R6=I2R4（1）
由（1）式可知，电路中放大器的输入失调电压几乎为零，故稳定后REF点的电压值为：
VREF=VQ1+VR6=VQ1+R6I1=VQ1+I2R4（2）
因PNP晶体管的基极和集电极相连，故VQ1值相当于晶体管中BE结二极管的正向压降VBE值，为0.6~0.8V。
晶体管中BE结温度系数为负，电阻温度系数为正，在（2）式中VQ1和VR6随温度的变化可以相互补偿，故该基准源的输出VREF对温度变化不敏感。电压调节电路是稳压电路中的核心部分，包括两个一级CMOS差分放大电路COMP和电压调节及反馈电路，如图5。
两个差分放大器的输入由分压电阻得到。比较放大后经反馈调节和限流保护电路得到MA1和MB1，以控制电源开关电路中开关管的开启和截止。
电源开关电路由储能电容，NMOS管构成的整流器及开关电路组成，如图6所示。P1、P2直接连到线圈L0的两端。通过电磁耦合在P1、P2上感应出交流电；经整流后，在储能电容C0端产生直流电压VDD。调压电容C5在N2管导通后构成放电回路，使P1、P2上的电流开始对C5充电而停止对C0充电，C0两端电压保持稳定，即为负载电路提供稳定的电源电压。
(2)调制解调模块
阅读器和卡之间数据传输的编码不一样，卡中的调制和解调也不同。卡和阅读器之间的传输协议是半双工模式，在卡中接收到的信号是阅读器发来的载波信号和“变形Miller编码”信号的100%的ASK调制信号，所以在解调时采用的也就只是进行简单的RC解调，将高频载波信号过滤掉，如图7（a）所示。
在调制时，协议中采用的是负载调制的振幅键控的副载波调制。不仅可以用调控电容进行负载调制，还可以用调控电阻进行负载调制。由于电容和电阻比较起来面积较大，故在设计时采用了调控电阻来进行负载调制，内部经过编码和数字调制的副载波信号，通过控制NMOS开关管来控制调控电阻的接通和断开，这样副载波调制信号就可以通过天线发送，如图7（b）。
篇6：用于非接触式IC卡的高频接口模块设计
用于非接触式IC卡的高频接口模块设计
摘要：在论述非接触式IC基本结构的基础上，介绍一种应用于非接触式IC卡的高频接口电路的设计方案，分析该接口电路各个模块的结构和整个电路的工作过程。事实表明，该高频接口电路实现了对接收能量的转换和整流稳压，为内部逻辑电路提供了稳定的电压，可以应用于非接触式IC卡芯片中。
关键词：非接触式IC卡 高频接口电路 整流稳压模块 调制解调模块
引 言
??随着微电子和无线通信技术的发展，非接触式IC卡技术也得到蓬勃发展，但国内设计非接触IC卡的技术不够成熟。高频接口电路设计是非接触式IC卡设计的关键技术之一，文中将介绍一种高频接口电路的设计。
1 IC卡的基本结构
图1是一个具有逻辑加密功能的非接触式IC卡的结构方块图。对于具有逻辑加密功能的非接触式IC卡，一般包括IC芯片和天线线圈（耦合线圈）。IC芯片又包括高频接口电路、逻辑控制电路、存储器等部分。
2 高频接口模块设计
IC芯片内的高频接口电路是非接触式IC卡的模拟、高频传输通路和芯片内的数字电路之间的一个接口。它从芯片外的耦合线圈上得到感应电流，整流稳压后给芯片提供电源。从阅读器发射出来的调制高频信号，在高频界面经解调后重新构建一产生在逻辑控制电路中进一步加工的数字式串行数据流(数据输入)。时钟脉冲产生电路从高频场的载波频率中产生出用于数据载体的系统时钟。图2为具有负载调制器的高频界面方框图。
为了将芯片内处理后的数据传回到阅读器，高频界面也包括有负载波调制器或反向散射调制器。它们由传送的数字化数据控制。
图3为卡的模块结构框图。整流稳压模块主要是接收阅读器发来的`载波，将载波信号转变成直流信号，以作为非接触IC卡内部芯片的电源使用；同时不能因为阅读器发来的不间断载波而使芯片内部电源电压无限增大。调制解调模块主要是将阅读器发来的信号从载波信号中取下来；在IC卡发送信号时将内部的数字信号转换成模拟信号，并上载到载波信号中以传输给阅读器。
(1)整流稳压模块的设计
该模块主要包括基准源电路、电压调节电路和电源开关电路。基准源电路由二级CMOS差分放大电路和晶体管电路构成的能隙基准源组成。其结构如图4。
有源电阻P0和多晶电阻R7组成偏置电路，为电路提供偏置电流。二级差分放大器的两个输入连接在Q1端和Q2端。由基准源原理可知，只有放大电路的输入失调电压很小，并且不受温度的影响时，基准源的输出才可以保持好的性能。根据放大器和能隙基准源原理可得：
I1R6=I2R4 （1）
由（1）式可知，电路中放大器的输入失调电压几乎为零，故稳定后REF点的电压值为：
VREF=VQ1+VR6=VQ1+R6I1=VQ1+I2R4 （2）
因PNP晶体管的基极和集电极相连，故VQ1值相当于晶体管中BE结二极管的正向压降VBE值，为0.6~0.8V。
晶体管中BE结温度系数为负，电阻温度系数为正，在（2）式中VQ1和VR6随温度的变化可以相互补偿，故该基准源的输出VREF对温度变化不敏感。电压调节电路是稳压电路中的核心部分，包括两个一级CMOS差分放大电路COMP和电压调
[1] [2]
篇7：非接触式IC卡预收费电度表的设计
用户使用电量的计量手段的准确程度取决于电互感器及电度表的精度。现已出现了接触式IC卡预收费电度表，它使收费从过去繁琐的人工抄表、手工计价转变为用户持卡购电，实现了电费收缴管理自动化。但它不能解决无源（卡中无电源）和免接触等问题[2～8]。
非接触式IC卡（又称射频卡）是国外近几年发展起来的新技术[1]，它成功地将射频识别技术和IC卡技术结合起来，解决了无源和免接触难题。射频卡无需专门的供电电源；它与读写器间无机械接触，避免了接触故障；它的表面无裸露芯片，可防水，且不易产生静电击空及弯曲损坏等问题；射频卡使用时没有正反面。总之，非接触式IC卡具有可靠性高、使用方便、操作速度快等特点。本文采用非接触式IC卡研制成功了智能预收费电度表。
1工作原理
1.1非接触式IC卡的工作原理
非接触式IC卡系统由读写器和非接触式IC卡两部分组成。应用系统通过读写器对卡进行操作；读卡器通过射频信号同步进行近距离通讯，并为卡上芯片提供能量；非接触式IC卡响应读写器的指令，并报告处理的结果。非接触式IC卡通过连接IC芯片的线圈在特定交变磁场中耦合获得高压能量，非接触式IC卡的读写器通过发射线圈发射交变强磁场，强予IC卡能量，通过磁场的断、续编码写入数据，并通过线圈感应IC卡发生的磁场阅读IC卡发来的数据；IC卡通过交变磁场获得能量，通过检验磁场的数、续获得读写头写来的数据，并按设定的模式编码、调制，向读写头发出数据。
本系统采用上海华虹集成电路公司开发的SHC1701RF读写模块。它主要由射频和SHC1501大规模集成电路构成，共同安装在PCB板上，同时安装屏蔽罩，可完成读写器与IC卡之间的各种交互功能，包括调制/解调、加密/解密、认证、读写、加/减等，并具有同微处理器的接口。其基本结构如图1所示。
非接触式IC卡与读写器的通信内容包括复位应答、防冲突、选择卡片、相互认证、对数据块的操作和中止。
1.2预收费电度表的工作原理
预收费电度表可分为电子式和机电式两种，它们的区别在于电能变换元件不同。前者将电压、电流进行A/D转换，再将采样值相乘并累计，得到用户消耗的电度数；后者借用原感应式电度表的机芯，通过光电传感器读取转盘数据数得到用户消耗的电度数。为节省成本，选用机电式电度表。
本系统采用AT89C52为主机，在原普通单相电度表上加装一对红外发射接收管，对转盘转数进行计数，主机完成对用户用电量的记录、累加、显示和控制功能。配上一块非接触式IC卡，完成从供电管理部门到用户间的币度转换和电度数量的信息传递。
本系统的工作原理为：
（1）用户持IC卡到供电部门交款购电时，供电部门把用户的IC卡放在与PC机相连的读写器上，由写卡程序在IC卡上写入与用户交款数相符的一定电度数。
（2）用户把IC卡带回家，将卡掠过家中预收费电度表的读定，卡中电度数被主机读出，与预收费电度表中来剩余的.电度数相加。由于机内采用备用电池，不怕掉电失去数据。
（3）电表表盘转动时，由红外发射接收管把表盘数变成电脉冲送入单片机。单片机记录表盘的转数，当转数等于电表常数时，通过单片机控制使内存中的剩余电度数减去一度。
（4）单片机随时监测内存中剩余电度数是否小于15度。如是，则点亮预告用电量将尽的发光二极管指示器，提示用户持卡到供电部门重新购电。
（5）当单片机发现用户电表中剩余电量完全用完时，控制继电器切断用户供电电源。
（6）电卡按一表一卡配置，内存有相应的的卡号和用户编号，以及IC卡的传输密钥。用户反CI卡放在供电部门的读写器上时，PC机在为用户写入所购电度数的同时，记录该卡的卡号、日期和相应的款数，并写入数据库，使得供电部门可随时在PC机上查询用户购电情况，实现了供电管理部门的管理现代化。
（7）系统采用VB
的通讯控件通过RS232与单片机进行通讯。微机通过事先约定好的字符来实现对单片机的控制，如小区的管理中心定期通过RS232串行通讯口读取用户电度表的使用电量和剩余电度数，并制成数据库加以保存。供电部门可通过Internet对小区采集的数据进行访问和管理，从而实现了供电管理部门网络化的管理手段。
（8）本装置属于二次仪表，精度主要取决于一次仪表。只要表盘转动正常，二次仪表不会引入误差。
2硬件电路
非接触式IC卡预收费电度表的硬件电路结构图如图2所示。图中主控单元采用AT89C52单片机，其内有8K字节的快速擦写存储器（FLASH），无需外接程序存储器（EPROM）。外接电路主要包括：四位LED显示电路、电表表盘检测电路、控制供电的继电器电路、振铃控制电路、RS232串行通讯电路、看门狗复位电路、电源控制电路以及控制非接触式IC卡的SHC1701读写模块。
SHC1701RF模块是IC卡读写器的核心单元，它由SHC1501专用电路和RF电路等组成，覆盖了所有对非接触式IC卡SHC1101的访问操作。IC卡读写模块及显示电路与单片机的接口如图3所示。图中采用4位共阳极的动态数码显示管，显示字符由单片机P0口送至锁存器74LS374锁存，再经显示驱动芯片ULN驱动数据管显示，P1.0～P1.3分别控制每一位的动态显示。显示电路用显示可供使用的电度数。当读卡发生错误时，将显示错误信息。在供电部门存款时，将显示存入电卡中的电度数。
电表转盘读数头（红外发射接收管）产生的脉冲信号经一个非门输出到单片机的P1.4口，单片机实时对P1.4口进行监测。
RS232串行通讯电路采用MAX232芯片，实现单片机与微机的数据交换。微机主要采用VB的通讯控件通过RS232与单片机进行通讯，通过事先约定好的字符对单片机实现控制。
当机内的电度数用完时，单片机就置P1.5口为低电平，继电器控制电路就切断用户供电电源。
看门狗电路由4538单稳电路组成。初上电时，CLR端为低电平，使输出Q为低电平，从而使系统复位。正常工作时，单片机在每个主程序循环时发出一个低电平脉冲，触发单稳；当程序受干扰跑飞时，单稳因得不到触发脉冲而复位，此时，输出端Q=0，使系统复位。
振铃控制电路由蜂鸣器、两个三极管和电阻组成。当单片机的P1.7端发出一个高电平时，触发蜂鸣器蜂鸣。为使系统在停电时也能正常工作，由两组电源给系统供电，一组是将220V/50Hz的市电经变压、整流、稳压得到5V直流电，另一组由12V/4A的可充电电流经斩波、隐压、稳压得到5V直流电。一般由市电供电，并对可充电电池充电。市电停电时由电池供电，12V/4A的可充电电流能使系统连续工作24h以上。
3软件设计
本非接触式IC卡预收费电度表的程序采用了模块化的设计，整个系统由用户端电度表计费程序和供电部门存未及管理程序两部分组成。每部分程序又由单片机系统程序和VB用户接口程序两部分组成，单片机程序和VB程序之间采用VB的通讯控件MSComm通过RS232进行通讯，通讯协议使用基于ASCII码的查询命令、中断收发字符。微机通过事先约定好的字符对单片机实现控制，单片机通过判断微机发来的不同字符，执行不同的单片机子程序。
3.1用户端电度表计费程序
3.1.1单片机系统程序的主要功能
（1）读取有效的非接触式IC卡功能。对卡进行防冲突、密码认证、卡号认证等操作，并读出卡中存储的数据，然后将卡清零、停卡。
（2）完成电度表的预收费功能。将从IC卡中读出的电度数与单片机内存剩余的电度数相加，并存回内存。
（3）显示功能。系统周期性地扫描，动态显示机内剩余的电度数。此外，当读写IC卡发生错误时，显示出错信号。
（4）串行通讯中断功能。当微机向单片机发出一个采集命令时，单片机执行串行通讯中断服务子程序，通过用户编号认证后，向微机发回用户的用电量及剩余电度数，然后中断返回。
（5）电度计数功能。系统实时监测电表转盘读数头（红外发射接收管）发来的脉冲信号，当脉冲信号由高电平变为低电平时，计数器COUNT加1；而当COUNT值等于电表常数（转/度）时，剩余电度数减1，用电量加1，同时COUNT清零。
（6）报警断电功能。当机内剩余电度数小于15度时，点亮预告用电量将尽的发光二极管指示器，提示用户持卡到供电部门重新购电。而当用户电表中剩余电量完全用完时，控制继电器切断用户供电电源。用户只有再次存入电度数后，才能继续供电。
单片机系统程序由主监控程序、IC卡处理子程序、电度计数子程序、串行中
断服务子程序等组成，其框图分别见图4(a)、（b）、（c）、（d）。
3.1.2VB用户接口程序的主要功能
（1）显示。根据输入的用户编号，显示相应的用户信息。
（2）采集。将用户编号通过通讯控件发送给单片机，单片机认证用户编号后，返回该用户的用电量和剩余电度数。
（3）写入。将采集来的数据。加上用户编号和日期，一并写入数据库，以供查询。
（4）查看。查看当用各用户的用电量情况及剩余电度数；查看所有的用电情况。
3.2供电部门存款及管理程序
3.2.1单片机系统程序的主要功能
（1）系统初始化设置。设置寄存器地址、中断源入口、加载IC卡认证密码以及设置串行口、定时器0和定时器1的工作模式等。
（2）接收微机发来的控制字符。执行串行中断服务子程序，如控制字符为R则执行对IC卡的询卡、防冲突、选卡、认证等操作，并返回给微机卡号；如控制字符为W则将用户购买的电度数写入IC卡，再读出写入的电度数，然后停卡。
（3）显示功能。显示IC卡中存入的电度数，当对IC卡操作过程中有任何错误时，将显示错误信息，提示用户。
程序由主程序程序和串行中断服务子程序等组成，它们的框图见图5(a)、（b）。
3.2.2VB用户接口程序的主要功能
（1）IC卡存款功能。用户持卡到供电部门存款，工作人员将放在读写器上，按“读卡”按钮，微机发送字符“R”给单片机，单片机执行相应的中断处理后返回卡号。系统根据返回的卡号显示对应的用户信息，确认无误后，输入用户交纳的金额，系统自动转化成电度数。按下“存款”按扭，将电度数存入IC卡，同时将存款的相关信息写入数据库，以供查询。
（2）查询功能。查询用户信息、IC卡信息以及用户的用电情况，可以根据输入的用户编号或电卡号进行有选择地查询。
（3）维护功能。对数据库的维护包括添加新的记录、删除不需要的记录以及对现有记录的更新。本系统所使用的数据库由MSAccess建立，通过VB的数据对象控件与用户界面关联，对数据的所有操作都实时地更新所关联的数据库。
本文将非接触式IC卡技术与计算机技术相结合，研制出多功能电量计量收费装置。该系统实现了用电收费的电子化，改变了先用电后收费的不合理状况，促进了用电计量、收费的科学化管理。该装置利用了老式机械表的功能和结构，降低了改造的成本，适于推广使用。
篇8：非接触式IC卡预收费电度表的设计
非接触式IC卡预收费电度表的设计
摘要：介绍了非接触式IC卡预收费电度表的工作原理和硬件电路，讨论了其工作过程，并给出了程序流程图。关键词：非接触式IC卡 预收费电度表 单片机
用户使用电量的计量手段的准确程度取决于电互感器及电度表的精度。现已出现了接触式IC卡预收费电度表，它使收费从过去繁琐的'人工抄表、手工计价转变为用户持卡购电，实现了电费收缴管理自动化。但它不能解决无源（卡中无电源）和免接触等问题[2～8]。
非接触式IC卡（又称射频卡）是国外近几年发展起来的新技术[1]，它成功地将射频识别技术和IC卡技术结合起来，解决了无源和免接触难题。射频卡无需专门的供电电源；它与读写器间无机械接触，避免了接触故障；它的表面无裸露芯片，可防水，且不易产生静电击空及弯曲损坏等问题；射频卡使用时没有正反面。总之，非接触式IC卡具有可靠性高、使用方便、操作速度快等特点。本文采用非接触式IC卡研制成功了智能预收费电度表。
1 工作原理
1.1 非接触式IC卡的工作原理
非接触式IC卡系统由读写器和非接触式IC卡两部分组成。应用系统通过读写器对卡进行操作；读卡器通过射频信号同步进行近距离通讯，并为卡上芯片提供能量；非接触式IC卡响应读写器的指令，并报告处理的结果。非接触式IC卡通过连接IC芯片的线圈在特定交变磁场中耦合获得高压能量，非接触式IC卡的读写器通过发射线圈发射交变强磁场，强予IC卡能量，通过磁场的断、续编码写入数据，并通过线圈感应IC卡发生的磁场阅读IC卡发来的数据；IC卡通过交变磁场获得能量，通过检验磁场的数、续获得读写头写来的数据，并按设定的模式编码、调制，向读写头发出数据。
本系统采用上海华虹集成电路公司开发的SHC1701 RF读写模块。它主要由射频和SHC1501大规模集成电路构成，共同安装在PCB板上，同时安装屏蔽罩，可完成读写器与IC卡之间的各种交互功能，包括调制/解调、加密/解密、认证、读写、加/减等，并具有同微处理器的接口。其基本结构如图1所示。
非接触式IC卡与读写器的通信内容包括复位应答、防冲突、选择卡片、相互认证、对数据块的操作和中止。
1.2 预收费电度表的工作原理
预收费电度表可分为电子式和机电式两种，它们的区别在于电能变换元件不同。前者将电压、电流进行A/D转换，再将采样值相乘并累计，得到用户消耗的电度数；后者借用原感应式电度表的机芯，通过光电传感器读取转盘数据数得到用户消耗的电度数。为节省成本，选用机电式电度表。
本系统采用AT89C52为主机，在原普通单相电度表上加装一对红外发射接收管，对转盘转数进行计数，主机完成对用户用电量的记录、累加、显示和控制功能。配上一块非接触式IC卡，完成从供电管理部门到用户间的币度转换和电度数量的信息传递。
本系统的工作原理为：
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