1、理工大学学士学位论文摘 要射频识别技术是最近几年发展起来的一项新技术，利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递，达到识别目的的技术，现己涉及到人们生活的方方面面，有着广阔的应用前景。经过九十年代的快速发展，目前，国内的射频卡制卡技术及其相应的读写设备内核技术，仍处于落后状态，这极大地制约了我国射频识别技术的发展。因此，对射频卡及其读写设备内核技术的研究是一件十分有意义的事情。本文给出了一套射频卡读写设备的详细设计方案。设计内容包括硬件和软件两大部分，硬件具体的设计内容包括：低功耗射频读卡器供电电路设计、射频读写核心模块设计、微控制单元电路设计、串行通信电路设计、实时时钟电路设计、液晶屏显示电
2、路设计和天线及其匹配网络设计；软件具体的设计内容包括：上位机对射频卡各种功能操作的程序设计和下位机对微控制器MSP430的单片机程序设计。关键字：射频识别，读卡器，射频卡，天线AbstractRF identification technology is a kind of technology of using RF signal through space coupling in order to non-contact information transmission， and through thetransmission of information to identify. Aft
3、er the rapid development of the 1990s， RF identification technology now has involved many aspects of peoples daily lives， and with wide application prospects. At present， making card technology for domestic RF card and the corresponding core technology of literacy equipment are still backward，which
4、have greatly restricted RF card technology development in our country.Therefore， the research about the RF card and reading equipment core technology is avery meaningful thing.In todays world， the mainstream of RF card is the MIFARE technology in Philips company， which has been developed to internat
5、ional standards： ISO/IEC14443 TYPE A standards. Thus in this paper the smart RF card （MIFARE cards in Philips company） and the core technology of reading equipment core modules weredeeply studied. In this paper， the overall design of the RF card reading equipment has no specific application context.
6、 Both hardware and software systems were module designed. Compared other reading equipment， there are many characteristics asfollowing：1、To achieve the low-consumption solution specific devices， such as the public telephone in feeder lines， portable card readers， and requiring low-consumption occasi
7、ons and so on.2、Providing a wide variety of serial communications interface forms：RS232、RS485 and USB interfaces. Different communications applications occasions can compatible with single and mufti-machine communications.By reading this paper， I hope readers can grasp the ideological basis of this
8、design， for different applications background， developing numerous occasions applied products， such as door access system， non-stop highway toll system， banking services，one-card system， and so on.Key Words： RFID， Reader， Radio Frequency Card， Antenna目 录第1章 绪论11.1 课题研究背景和意义11.2 射频识别技术国内外发展现状11.2.1 国
9、外RFID现状11.2.2 国内RFID现状21.3 本文的研究内容及章节安排3第2章 射频识别系统分析42.1 射频卡特点42.2 射频识别系统原理42.3 射频识别系统组成52.3.1 Mifare1卡存储结构62.3.2 Mifare 1卡的读写控制72.4 射频识别系统分类72.5 射频识别系统中信号的编码与调制92.5.1 基带编码92.5.2 数字调制技术102.5.3 射频识别系统的副载波调制102.6 射频识别系统数据传输的完整性112.6.1 奇偶校验112.6.2 纵向冗余校验法（LRC）122.6.3 循环冗余码校验法（CRC）122.7 防碰撞技术133.7.1 防碰撞
10、技术的基本原理133.7.2 防碰撞算法13第3章 射频读卡器硬件电路设计153.1 供电电路设计153.1.1 电路分析与计算163.1.2 电路性能评估173.2 核心模块电路设计173.2.1 振荡器电路设计173.2.2 微处理器接口电路设计183.2.3 外围匹配电路设计183.3 微控制器电路设计193.3.1 MSP430单片机的特点203.3.2 具体硬件电路设计213.4 串行通信电路设计213.4.1 RS232接口电路设计223.4.2 RS485接口电路设计233.4.3 USB接口电路设计243.5 串行日历时钟电路设计263.6 液晶屏显示电路设计263.7 天线及
11、其匹配网络设计283.7.1 天线工作原理283.7.2 天线设计293.7.3 天线匹配网络设计31第4章 射频读卡器软件设计324.1 上位机软件设计方案324.1.1 通信控件MSCOMM的应用324.1.2 串口通信协议344.2 下位机软件设计方案374.2.1 串口通信程序设计374.2.2 射频卡读写程序设计37第5章 系统测试405.1 硬件测试405.2 软件测试405.3 本章小节42第6章 结 论43致 谢44参考文献45附录A 英文原文47附录B 汉语翻译55V第1章 绪论1.1 课题研究背景和意义射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种非接触方式的自动识别技术，该
12、技术主要是利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，能够实现识别自动化且不易损坏，可识别高速运动并可同时识别多个射频标签，操作快捷方便；安全防冲突，射频卡的序列号是唯一的，制造厂家在产品出厂前已将此序列号固化，不可更改，世界上没有任何两张卡的序列号相同；射频标签不怕油渍、灰尘污染等恶劣环境，且可以穿透非金属物体进行识别，抗干扰能力强。射频识别技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、读取距离远、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自
13、如等特点。由于射频卡具有以上无可比拟的优点，所以被广泛地应用到公共交通收费、物流、考勤、安防和一卡通等领域。RFID技术已在世界各地得到广泛的应用，以美国、日本和欧洲的发达国家对该技术应用研究已达到相当高的水平，而我国处于起步状态，大多采用了引进的技术成果。所以研究该技术已成为我国当今社会发展的必然趋势。另外RFID技术是一个崭新的技术应用领域，它不仅涵盖了微波技术与电磁学理论，而且包括通信原理及半导体集成电路技术，是一个多学科综合的新兴学科。因此对RFID技术的认识和应用研究具有深远的理论意义。1.2 射频识别技术国内外发展现状RFID被列为21世纪十大重要技术之一，世界各国都在大力发展RF
14、ID技术。在过去10年中，关于RFID技术的专利申请已经有6000多件。1.2.1 国外RFID现状射频识别技术在国外发展非常迅速，射频识别产品种类繁多，应用广泛。从全球的范围看，美国已经在RFID标准的建立、相关软硬件技术的开发、应用领域走在世界的前列。欧洲RFID标准追随美国主导的EPCglobal标准。在射频识别技术的应用方面，欧洲与美国基本处于同一阶段。日本虽然己经提出UID标准，但主要得到的是本国厂商的支持，如要成为国际标准还有很长的路要走。RFID技术的重要性在韩国得到了加强，政府给予了高度重视。 当今世界上非接触式智能卡主流产品是荷兰Philips公司的Mifare技术，Phil
15、ips半导体公司的MIFARE非接触式智能卡技术诞生于1990年，到1994年这项技术被推向全球市场，1995年，第一个利用MIFARE技术生产的装置开始应用在英国、法国、加拿大、澳大利亚、芬兰及捷克等国的公共交通系统上。该年十月第一个停车场收费系统在马来西亚被投入使用。从那以后，Philips半导体公司不断地开发、改进MIFARE结构平台。至今，已经拥有了许多系列的智能卡集成电路、读卡机集成电路。Philips半导体公司的MIFARE非接触智能卡在非接触卡应用领域占有全球80%的市场份额，是目前非接触智能卡的工业标准，广泛应用于公共交通、路桥收费、电子机票、身份证、付费电话、付费电视等领域。1.2.2 国内RFID现状 国内由于研究RFID比较晚，因而在该领域落后于发达国家，特别是RFID芯片的设计生产方面还比较落后。我国很多企业对RFID的认识不够充分，基础设施的缺失也为RFID在我国的发展设置了障碍。我国在1993年开始实施金卡工程计划，推动自动识别技术发展和应用，目前我国在射频卡方
