实验二、HF高频RFID通信协议
一、实验目的
1.1 掌握高频读卡器的通讯协议
1.2 掌握本平台高频模块的操作过程
1.3 掌握高频模块工作原理
二、实验设备
硬件：RFID实验箱套件，电脑等。
软件：Keil，串口调试助手。
三、实验原理
2.1高频RFID系统
典型的高频HF（12.56MHz）RFID系统包括阅读器（Reader）和电子标签（Tag，也称应答器Responder）。电子标签通常选用非接触式IC卡，全称集成电路卡又称智能卡，可读
写，容量大，有加密功能，数据记录可靠。IC卡相比ID卡而言，使用更方便，目前已经大
量使用在校园一卡通系统、消费系统、考勤系统、公交消费系统等。目前市场上使用最多的是PHILIPS的Mifare系列IC卡。读写器（也称为“阅读器”）包含有高频模块（发送器和接收器）、控制单元以及与卡连接的耦合元件。由高频模块和耦合元件发送电磁场，以提供非接触式IC 卡所需要的工作能量以及发送数据给卡，同时接收来自卡的数据。此外，大多数非接触式IC卡读写器都配有上传接口，以便将所获取的数据上传给另外的系统（个人计算机、机器人控制装置等）。IC卡由主控芯片ASIC（专用集成电路）和天线组成，标签的天线只由线圈组成，很适合封状到卡片中，常见IC卡内部结构如图2.1所示。
图2.1 IC卡内部结构图
较常见的高频RFID应用系统如图2.2所示，IC卡通过电感耦合的方式从读卡器处获得能量。
下面以典型的IC 卡MIARE1为例，说明电子标签获得能量的整个过程。读卡器向
IC 卡发送
一组固定频率的电磁波， 标签内有一个LC 串联谐振电路（如图2.3），其谐振频率与读写器 发出的频率相同，这样当标签进入读写器范围时便产生电磁共振，从而使电容内有了电荷， 在电容的另一端接有一个单向通的电子泵， 将电容内的电荷送到另一个电容内储存，
当储存
积累的电荷达到2V 时，此电源可作为其他电路提供工作电压，将标签内数据发射出去或接 收读写器
的数据。
图2.3 IC
卡功能结构图
图22
常见高频RFID 应用系统组成
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—CLOCK
■ 叱D I 2.2非接触式IC卡 目前市面上有多种类型的非接触式IC卡，它们按照遵从的不同协议大体可以分为三类， 各类IC卡特点及工作特性如图1.4所示，PHILIPS的Mifare 1卡（简称M1卡）属于PICC卡, 该类 高频RFID系统选用PICC类IC卡作为其电子标签，这里以Philips公司典型的PICC 卡Mifare 1为例，详细讲解IC卡内部结构。Philips是世界上最早研制非接触式IC卡的公司，其Mifare技术已经被制定为IS0 14443 TYPE A 国际标准。本平台选用用Mifare 1（S50）卡作为电子标签，其内部原理如图 2.5所示。 图2.5 M1卡内部原理 射频接口部分主要包括有波形转换模块。它可将读写器发出的12.56MHZ的无线电调制 频率接收，一方面送调制/解调模块，另一方面进行波形转换，将正弦波转换为方波，然后对其整流滤波，由电压调节模块对电压进行进一步的处理，包括稳压等，最终输出供给卡片 上的各电路。数字控制单元主要针对接收到的数据进行相关处理，包括选卡、防冲突等。 Mifare1卡片采取EEPRO作为存储介质，其内部可以分为16个扇区，每个扇区由4块组成，（我们也将16个扇区的64个块按绝对地址编号为0-63，存贮结构如下图2.6所示: 图2.6 MFI 1） ISO 14443 TYPE A 标准中规定的基本空中接口基本标准 第0扇区的块0 （即绝对地址0块），它用于存放厂商代码，已经固化，不可更改。 其中：第0〜3个字节为卡片的序列号； 第4个字节为序列号的校验码； 第5个字节为卡片内 容“ size ”字节，第6~7个字节为卡片的类型字节。 每个扇区的块0、块1、块2为数据块，可用于存贮数据。数据块可作两种应用： 用作一般的数据保存，可以进行读、写操作。例如在食堂消费时采用输入饭菜金额的方式扣 款。用做数据值，可以进行初始化加值、减值、读值操作。例如在食堂消费时对于定额套餐 采用输入餐号的方式加以扣款， 又如公交/地铁等行业的检票/收费系统中的扣费。每个扇区 的块3为控制块，包括了密码 A 、存取控制、密码 B 。具体结构如下， A0 A1 A2 A3 A4 A5FF 07 80 69B0 B1 B2 B3 B4 B5 其中其中 A0 — A5代表密码 A 的六个字节；B0— B5代表密码 B 的六个字节；FF 07 80 69 为四字节存取控制字的默认值， FF 为低字节。每个扇区的密码和存取控制都是独立的，可 以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。存取控制为 4个字节，共32位，扇区中的 每个块（包括数据块和的存取条件是由密码和存取控制共同决定的， 在存取控制中每个块都 有相应的三个控制位，定义如下： 块0 : C10 C20 C30 块1 : C11 C21 C31 块2 : C12 C22 C32 块3 : C13 C23 C33 三个控制位以正和反两种形式存在于存取控制字节中， 决定了该块的访问权限（如进行减值 操作必须验证 KEY A ，进行加值操作必须验证 KEY B ，等等）。三个控制位在存取控制字 节中的位 置，以块 0为例，如下所示： ISO 14443协议是超短距离智慧卡标准，该标准定义出读取距离 7-15公分的短距离非接 Bit 7 6 5 4 字节6 字节7 字节8 字节9 2.3 ISO 14443 触智能卡的功能及运作标准， ISO 14443 的产品具有更高的市场占有率， 如Philips 在较为恶劣的工作环境下有很高的优势。而 的前景，特别适合于 CPU 卡。这里重点介绍 标准分为 TYPE A 和 TYPE B 两种。TYPE A 公司的MIFARE 系列占有了当前约80%勺市场，且 TYPE B 在安全性、高速率和适应性方面有很好 MIFARE 1 符合的 ISO 14443 TYPE A 标准。 3 2 1 0 协议标准简介