摘要：主要介绍一种基于philips公司的mfrc500的射频识别读写器的设计：首先介绍系统的组成以及mfrc500的特性，接着给出天线的设计规范，最后给出mcu89c52与mfrc500的接口原理图、对mifare卡操作流程以及及读卡的程序。该系统选用mifare卡作为系统的应答器（picc），电路稳定，系统运行正常。

关键词：射频识别技术应答器picc读写器pcdmifare卡mfrc500

与传统的接触式ic卡、磁卡相比较，利用射频识别技术（radiofrequncyidentification）开发的非接触式ic识别器，在系统寿命、防监听、防解密等性能上具有很大的优势。利用mcu89c52、mfrc500、、mifare卡等构建非接触式ic读写器，并在该读写器基础上能很容易地开发出适用于各方面的自动识别系统。

1mfrc500介绍

mfrc500是应用于13.56mhz非接触式通信中高集成读卡ic系列中的一员。该读卡ic系列利用先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56mhz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。mfrc500支持iso14443a所有的层，内部的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动近操作距离的天线（可达100mm）；接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于iso14443兼容的应答器信号；数字部分处理iso14443a帧和错误检测（奇偶&crc）。此外，它还支持快速crypto1加密算法，用于验证mifare系列产品。方便的并行接口可直接连接到任何8位微处理器，给读卡器/终端的设计提供了极大的灵活性。

2系统组成

从图1可以看出，系统主要由mcu、时钟芯片、mfrc500、液晶屏、看门狗以及485通信模块组成。系统的工作方式主要是，先由mcu控制mfrc500驱动天线对mifare卡，也就是应答器（picc），进行读写操作。然后，根据所得的数据对其它接口器件，如液晶屏、eeprom、时钟芯片等，进行响应操作。最后，与pc机之间进行通信，把数据传给上位机。

mcu采用89c52，是因为89c52开发简单，运行稳定。eeprom采用24c256，用于存储系统的数据。24c256是串口操作方式，是一种性价比较高的存储芯片。液晶屏采用带字库的st7920，是因为它是并口操作方式的，操作方便。时钟芯片采用ds12c887。ds12c887是dallas公司生产的新型产品，内置电池，可连续使用10年，可以方便记录事件的发生时间。为了防止系统“死机”，使用x5045作为看门狗。x5045是串口工作方式，内置eeprom，可用来存储一些系统参数。与上位机的通信采用rs-485通信模块，通信距离可以达到1000m左右。

整个系统由24v电源供电，再由稳压模块7805稳压成5v的电源。由于7805的工作热量很高，故在7805上安置一个散热片。

3系统工作原理

系统数据存储在无源mifare卡，也就是picc中。从图2可以看出，pcd的主要任务是传输能量给picc，并建立与之的通信。picc是由一个电子数据作载体，通常由单个微型芯片以及用作天线的大面积线圈等组成；而pcd产生高频的强电磁场，这种磁场穿过线圈横截面和线圈周围的空间。因为mfrc500提供的频率为13.56mhz，所以其波长比pcd的天线和picc之间的距离大好多倍，可以把picc到天线之间的电磁场当作简单的交变磁场来对待。pcd天线线圈发射磁场的一小部分磁力线穿过picc的天线线圈，接着picc的天线线圈和电容器c构成振荡回路，调频到pcd的发射频率。回路的谐振使picc线圈的电压达到最大值，将其整流后作为数据载体（微型芯片）的电源。picc启动之后，可与pcd之间进行数据通信。

如上所述可以看出，pcd的性能与天线的参数有着直接的关系。在对天线的性能进行优化之后，pcd的读卡距离可以达到10cm。

4pcd的天线设计

由于mfrc500的频率是13.56mhz，属于短波段，因此可以采用小环天线。小环天线有方型、圆形、椭圆型、三角型等，本系统采用方型天线。天线的最大几何尺寸同工作波长之间没有一个严格的界限，一般定义为：

l/λ≤1/（2π）（1）

式（1）中，l是天线的最大尺寸，λ是工作波长。对于13.6mhz的系统来说，天线的最大尺寸在50cm左右。

在天线设计中，品质因数q是一个非常重要的参数。对于电感耦合式射频识别系统的pcd天线来说，较高品质因数的值会使天线线圈中的电流强度大些，由此改善对picc的功率传送。品质因数的计算公式为：

q=(2πf0·lcoil)/rcoil(2)

式（2）中的f0是工作频率，lcoil是天线的尺寸，rcoil是天线的半径。通过品质因数可以很容易计算出天线的带宽：

b=f0/q(3)

从式（3）中可以看出，天线的传输带宽与品质因数成反比关系。因此，过高的品质因数会导致带宽缩小。从而减弱pcd的调制边带，会导致pcd无法与卡通信。一般系统的最佳品质因数为10～30，最大值不能超过60。

5mfrc500与mcu89c52的部分接口电路

图3为mfrc500与mcu的接口原理。由图3可以看出，本系统采用中断（int1）工作模式，即mcu利用mfrc500提供中断信息对其进行控制。另外，根据系统的需要，可以采用