非接触式只读ic卡读卡电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种非接触式只读IC卡读卡电路，包括单片机和解码模块，所述解码模块具有第一天线，所述非接触式只读IC卡具有第二天线，所述解码模块与非接触式只读IC卡之间通过天线进行信号耦合，所述解码模块的解调输出口连接至所述单片机的外部中断接口，检测解调数据下降沿的跳变，所述解码模块的时钟接口接入所述单片机的定时器中断接口，对方波数进行读数。该实用新型结构简单，缩短了对非接触式只读IC卡的读卡时间，读卡成功率高。
【专利说明】
非接触式只读IC卡读卡电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种智能IC卡领域，具体涉及一种非接触式只读IC卡读卡电路。
【背景技术】
[0002]随着科技的不断发展，社会经济的日新月异，智能IC卡在公共交通行业、无线通信领域、卫生保健行业、封闭式场所管理等领域使用的越来越多，具体表现在身份的识别、电话通信、大楼保安系统等等。总而言之，人们已愈来愈多地开始接受和使用IC智能卡。特别是银行服务系统，IC智能卡替代古老的磁卡而服务于大众已日渐成熟。并且“一卡通”，一卡多用，给我们的生活质量带来了很大的提高。IC智能卡自动电表抄表系统，煤气/自来水抄表系统，公交/地铁自动售票/检票系统，移动通信手机中IC智能SIM卡等等，IC智能卡已愈来愈贴近我们的生活，成为我们生活的一步分。“刷卡”已成为人们日常生活中不可或缺的一部分。
[0003]近几年来，随着IC智能卡中的接触式CPU卡以及非接触式IC智能射频卡(内建MCU，ASIC等)的高度安全保密性，使之在IC智能卡领域中异军突起，成为当今IC智能卡中的流行宠物，应用前景十分广阔。
[0004]国外对IC卡的研究和应用较早，特别是在美国，欧洲国家等。IC卡遍布社会各个方方面面。就比如在美国，国民消费总额的20%-30%是由“刷卡”消费完成的，由此可见IC智能卡流行和使用的程度。
[0005]尽管国外对IC卡已有多年的研究，但真正在IC智能卡中特别是CPU卡类，非接触式IC智能射频卡(内建MCU，ASIC等)方面的研究也仅有1—2年的成熟期。因为他们也看到了CPU卡，特别是非接触式IC智能射频卡(内建MCU，ASIC等)代表了整个“刷卡”领域的发展方向，前景光明。
[0006]非接触式IC卡内集成了芯片、感应天线及电容等元件。读写时，将非接触式IC卡靠近读卡器，读卡器的天线发出的电磁波，电磁波在非接触式IC卡内的天线上产生感应电流，作为卡内集成芯片的电源和时钟信号，而该芯片内预先存储有一个唯一身份辨识号码，该号码被编码以后调制天线上的电流信号，再以电磁波的形式传递回读卡器。大多数非接触式IC卡将卡内的身份辨识号码(ID号码)编码为以曼彻斯特码，然后由单片机进行解码。
[0007]然而，目前的很多单片机的解码对天线上的载波频率要求比较高，对定时的准确度要求也比较高，当载波稍微偏离规定的范围内时将不能正确读卡。
【实用新型内容】
[0008]为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种能快速、准确解码的非接触式只读IC卡读卡电路。
[0009]为了实现上述目的，本实用新型提供了一种非接触式只读IC卡读卡电路，包括单片机和解码模块，所述解码模块具有第一天线，所述非接触式只读IC卡具有第二天线，所述解码模块与非接触式只读IC卡之间通过天线进行信号耦合，所述解码模块的解调输出口连接至所述单片机的外部中断接口，检测解调数据下降沿的跳变，所述解码模块的时钟接口接入所述单片机的定时器中断接口，对方波数进行读数；
[0010]读卡时，非接触式只读IC卡靠近所述解码模块，所述解码模块的第一天线上产生载波信号，通过电磁场的感应，所述非接触式只读IC卡的第二天线上产生相同频率的载波信号，所述非接触式只读IC卡将其ID号码调制到此载波信号上，通过信号的耦合，所述解码模块的第一天线上产生该ID号码的调制信号，解码模块对该调制信号进行解调滤除载波后，发送给所述单片机进行解码得到该非接触式只读IC卡的ID号码。
[0011 ]该非接触式只读IC卡读卡电路结构简单，将解码模块的时钟接口接入单片机的定时器中断接口对方波数进行读数，将解码模块的解调输出口接入单片机的外部中断接口检测解调数据下降沿的跳变，能够快速得到解调输出口两个下降沿之间所包含的载波周期数，即解码模块的时钟接口上的方波周期数，从而使得解码模块能快速、准确的对调制信号进行解调滤除载波，缩短了对非接触式只读IC卡的读卡时间，且由于对载波频率的变化不敏感，故读卡成功率非常高。
[0012]进一步的，所述解码模块采用EM4095解码芯片，所述单片机采用AT89C52芯片。
[0013]EM4095解码芯片在接收数据时，其时钟接口上恒定输出和第一天线上载波信号一致频率的方波信号，即使载波频率发生变化，每一位曼彻斯特码数据所占的宽度仍为64个载波周期，为非接触式只读IC卡的解码提供了便捷。
[0014]AT89C52芯片是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器，性价比高。
[0015]进一步的，所述解码模块还包括外围电路；
[0016]所述外围电路包括电感、第一电容、第二电容、第三电容、第四容、第五电容和第六电容；
[0017]所述解码芯片EM4095的ANTl管脚连接所述电感的第一端，所述解码芯片EM4095的ANT2管脚连接所述第一电容的一端，所述第一电容的另一端连接所述电感的第二端，所述电感的第二端与所述解码芯片EM4095的DM_IN管脚之间连接有第二电容，所述解码芯片EM4095的AGND管脚、FCAP管脚、DC2管脚分别对应连接第三电容、第四电容、第五电容的一端，所述第三电容、第四电容、第五电容的另一端接地，所述解码芯片EM4095的⑶EC_0UT管脚和⑶EC_IN管脚之间连接所述第六电容。
[0018]该电路结构简单，能有效实现解码模块与非接触式只读IC卡之间的信号耦合，同时能快速且稳定的对非接触式只读IC卡进行解码，且对载波频率的变化不敏感，读卡成功率高。
[0019]本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
【附图说明】
[0020]本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0021]图1为本实用新型的原理图；
[0022]图2为实施例电路结构图；
[0023]图3为曼彻斯特码解码分析图。
【具体实施方式】
[0024]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0025]在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0026]如图1-2所示的一种非接触式只读IC卡读卡电路，包括单片机和解码模块，解码模块具有第一天线，非接触式只读IC卡具有第二天线，解码模块与非接触式只读IC卡之间通过天线进行信号耦合，解码模块的DEM0D_0UT管脚连接至单片机的INTO管脚，解码模块的RDY/CLK管脚与单片机的TO管脚连接。
[0027]本实施例中以卡体内封装有EM4100芯片的非接触式只读IC卡为例，解码模块采用EM4095解码芯片，单片机采用AT89C52芯片。解码模块还包括外围电路，外围电路包括电感L、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四容C4、第五电容C5和第六电容C6。
[0028]解码芯片EM4095的ANTl管脚连接电感L的第一端，解码芯片EM4095的ANT2管脚连接第一电容Cl的一端，第一电容Cl的另一端连接电感L的第二端，电感L的第二端与解码芯片EM4095的DM_IN管脚之间连接有第二电容C2，解码芯片EM4095的AGND管脚、FCAP管脚、DC2管脚分别对应连接第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5的一端，第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5的另一端接地，解码芯片EM4095的⑶EC_0UT管脚和⑶EC_IN管脚之间连接第六电容C6。
[0029]读卡时，非接触式只读IC卡靠近解码模块，解码芯片EM4095的第一天线上产生谐振、有恒定125KHz左右的载波信号后，通过电磁场的感应，EM4100的第二天线上也将产生同频率的载波信号，EM4100将卡内的64位曼彻斯特编码的ID号码调制到此载波信号上面，通过信号的耦合，EM4095的第一天线上也产生带有64位ID号码的调制信号，然后通过EM4095的解调系统，滤除载波，将64位数据传送给单片机，由单片机再解码出其中的ID号码。
[0030]根据EM4095芯片的特点:接收数据时，RDY/CLK上恒定输出和第一天线上载波信号一致频率的方波信号。即使载波频率发生变化，每一位曼彻斯特编码数据所占的宽度仍为64个载波周期，设64个载波为一个T。将EM4095的RDY/CLK管脚接入单片机的TO管脚对方波数进行读数、将输出64位曼彻斯特码数据的DEM0D_0UT管脚接入单片机INTO管脚检测曼彻斯特编码下降沿的跳变。
[0031]曼彻斯特编码每两个下降沿之间的间隔时间只可能有三种情况:T、1.5T和2T。利用单片机的INTO管脚和TO管脚可以计算出DEM0D_0UT管脚两个下降沿之间所包含的载波周期数，即RDY/CLK管脚上的方波周期数。计算方法采用现有方法计算即可。如果周期数是64左右我们认为间隔为T;如果周期数是1.5X64 = 96左右我们认为间隔为1.5T;如果周期数是2 X 64 = 128左右我们认为间隔为2T。
[0032]由于每一个曼彻斯特编码位都存在两个电平，一个为高，一个为低。为方便描述，我们记曼彻斯特编码半位的高电平为“H”、低电平为“L”。
[0033]对64位数据所形成的下降沿间隔进行分析，如图3所示，同步头中的9个I，会形成连续8个宽度为T的下降沿间隔。每一个T间隔的由曼彻斯特编码半个位电平“L”和“H”组成，其中“L”是上一位“I”跳变后的电平，而“H”是下一位“I”跳变前的电平。
[0034]连续8个T间隔之后，会有同步头的第9个I的L电平存在，则下一个间隔只能是T或1.5T。当我们在检测到连续8个T间隔后如果检测到接下来的间隔为T或1.5T，我们就认为搜索到了同步头。当这个间隔为T时，电平为“LH”，除去第9个I的L电平，同时余下另一个H电平等待与后续电平结合;如果宽为1.5T时，除去第9个I的L电平，会余下另外的L和H电平，这样可以解出随后的第一位数据“O”。
[0035]在解码过程中，当遇到2T宽的下降沿间隔时，肯定是曼彻斯特码的LLHH电平，这样，肯定上次余有I个H电平与这次的第一个L电平结合(否则，说明搜索头失败)，可以解出一个“I” ；余下的LHH电平可以解为“O”，同时余下一个H电平等待与后续电平结合。这样依次下去就可以解出所有的数据。
[0036]当然，如果连续多个O出现，也会形成连续的多个T间隔，可能会误判成同步头，但后续的解码过程、校验位或停止位肯定会有出现错误的情况，这时我们可以重新搜索同步头。
[0037]如果将DEM0D_0UT管脚取一下逻辑反，然后再接入单片机，仍旧检测下降沿间隔，这样，一个间隔T刚好就是一个逻辑I，对同步头的搜索会稍微简单一些。或者不对DEM0D_OUT管脚取逻辑反，而是利用可以检测上升沿中断的单片机检测M码的上升沿间隔，也可以达到同样的效果。
[0038]本实用新型中所涉及的方法均采用现有方法即可。
[0039]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0040]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1.一种非接触式只读IC卡读卡电路，其特征在于，包括单片机和解码模块，所述解码模块具有第一天线，所述非接触式只读IC卡具有第二天线，所述解码模块与非接触式只读IC卡之间通过天线进行信号耦合，所述解码模块的解调输出口连接至所述单片机的外部中断接口，检测解调数据下降沿的跳变，所述解码模块的时钟接口接入所述单片机的定时器中断接口，对方波数进行读数； 读卡时，非接触式只读IC卡靠近所述解码模块，所述解码模块的第一天线上产生载波信号，通过电磁场的感应，所述非接触式只读IC卡的第二天线上产生相同频率的载波信号，所述非接触式只读IC卡将其ID号码调制到此载波信号上，通过信号的耦合，所述解码模块的第一天线上产生该ID号码的调制信号，解码模块对该调制信号进行解调滤除载波后，发送给所述单片机进行解码得到该非接触式只读IC卡的ID号码。2.根据权利要求1所述的非接触式只读IC卡读卡电路，其特征在于，所述解码模块采用EM4095解码芯片。3.根据权利要求1所述的非接触式只读IC卡读卡电路，其特征在于，所述单片机采用AT89C52 芯片。4.根据权利要求2所述的非接触式只读IC卡读卡电路，其特征在于，所述解码模块还包括外围电路； 所述外围电路包括电感、第一电容、第二电容、第三电容、第四容、第五电容和第六电容； 所述解码芯片EM4095的ANTl管脚连接所述电感的第一端，所述解码芯片EM4095的ANT2管脚连接所述第一电容的一端，所述第一电容的另一端连接所述电感的第二端，所述电感的第二端与所述解码芯片EM4095的DM_IN管脚之间连接有第二电容，所述解码芯片EM4095的AGND管脚、FCAP管脚、DC2管脚分别对应连接第三电容、第四电容、第五电容的一端，所述第三电容、第四电容、第五电容的另一端接地，所述解码芯片EM4095的CDEC_OUT管脚和⑶EC_IN管脚之间连接所述第六电容。
【文档编号】G06K7/00GK205540765SQ201620273896
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月5日
【发明人】刘小洋, 黄贤英, 谢晋, 熊李媛, 龙姝言
【申请人】重庆理工大学