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        基于STM32的非接觸讀卡器的設計

        2014-11-27 20:44:51朱柳
        新媒體研究 2014年19期

        朱柳

        摘 要 本文介紹了一種近場通信系統(tǒng)的設計方法,系統(tǒng)的主芯片采用STM32F103,它采用CORTEX-M3處理器,相對于傳統(tǒng)的ARM7 TDMI處理器,CORTEX-M3具有更快速的中斷響應能力。近場通信的實現(xiàn)采用高度集成的非接觸讀寫芯片PN532,集成了13.56 MHz下的各種主動/被動式非接觸通信方法和協(xié)議。主芯片與讀寫芯片之間可以通過串口、SPI接口或IIC接口進行通信。整體設計方案成本低、功耗低,可以應用于手機支付、門禁、公交等領域。

        關鍵詞 近場通信(NFC);STM32F103;PN532

        中圖分類號:TP273 文獻標識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)19-0036-02

        近場通信(Near Field Communication,NFC)結合了近場通信技術和移動通信技術,是由非接觸式射頻識別及互聯(lián)互通技術整合演變而來,在單一芯片上結合感應式讀卡器、感應式卡片和點對點的功能,能在短距離內(nèi)與兼容設備進行識別和數(shù)據(jù)交換。隨著通信技術的發(fā)展,NFC作為一種新興的技術,更多應用在生產(chǎn)、物流、跟蹤、資產(chǎn)管理上,而在門禁、公交、手機支付及廣告信息查詢等領域內(nèi)也發(fā)揮著巨大的作用,特別是相對于手機應用有很大的開發(fā)空間。其操作簡單,方便使用,對消費者的消費行為和消費習慣產(chǎn)生巨大影響,為移動商務創(chuàng)造了新的商機,是人們安全性付費和金融應用的理想選擇。因此,熟悉NFC對以后的移動應用會有很大的益處。

        1 系統(tǒng)整體設計方案

        構成本系統(tǒng)的幾個主要模塊包括主控制器、電源模塊、顯示模塊、NFC模塊等。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

        圖1 系統(tǒng)整體框圖

        2 系統(tǒng)的硬件設計

        2.1 主控制芯片及主要外圍電路設計

        由于篇幅有限,只介紹其中較為重要的幾個模塊。

        2.1.1 主控制芯片

        本設計以STM32F103為主控制芯片,完成所有接口的調度以及事件的處理,該控制芯片是基于高性能、低成本、低功耗的應用設計的ARM Cortex-M3內(nèi)核的32bit處理器,最高工作頻率72 MHz,是具有快速中斷響應能力的深度嵌入式應用而設計的處理器。STM32外設極其豐富,具有極高的集成度。

        圖2 電源電路原理圖

        2.1.2 電源電路

        本系統(tǒng)中用到5 V和3.3 V直流電壓供電,采用AMS1117-3.3得到3.3 V的直流電壓,用于給系統(tǒng)供電,除此之外還設計了USB電源輸入和保險,電源電路原理圖如圖2所示。

        2.1.3 顯示電路

        根據(jù)設計需求,采用LCD液晶屏用來顯示NFC模塊的讀寫信息,使系統(tǒng)具有更好的可視化效果,液晶模塊供電采用單獨的供電模塊。

        圖3 LCD電路原理圖

        2.2 NFC讀寫模塊的設計

        NFC模塊采用NXP公司生產(chǎn)的PN532實現(xiàn)近場通信,PN532是一款高集成度的IC卡讀寫模式的射頻芯片,包含80C51微控制器內(nèi)核,集成了13.56 MHz下的各種主動/被動式非接觸通信方法和協(xié)議,傳輸速度有106 Kbps、212Kbps和424Kbps。

        該芯片具有較高的安全性能,其開發(fā)效率高,作用周期短,產(chǎn)品兼容性好。發(fā)射模塊輸出讀寫距離5 cm,具有高度集成的模擬電路??勺x取接收天線的信號進行解調和解碼產(chǎn)生相關信息,擁有讀寫、被讀寫及點對點工作模式同時也可以相互切換。讀寫模塊框圖如下圖所示。

        圖4 讀寫模塊框圖

        NFC系統(tǒng)是由天線、NFC芯片以及智能芯片三個模塊構成。天線是信號的發(fā)射裝置,讀卡器是接收裝置,通過讀卡器使電磁感應讓標簽通電,來讀取標簽上的芯片工作信號,利用接收模塊傳來的信號進行解調和解碼形成相關的數(shù)據(jù),NFC讀寫模塊原理圖如圖5所示。

        圖5 NFC模塊設計原理圖

        3 系統(tǒng)軟件部分的設計

        圖6 程序流程圖

        讀寫模式時,NFC通信主要由以下幾步完成。

        1)喚醒NFC模塊,PN532模塊正常工作時,每上電喚就醒一次,直到PN532模塊被喚醒為止。

        2)搜尋NFC標簽,并獲取標簽信息。

        3)標簽密碼驗證。這個只針對Mifare S50卡,S70卡和ultralight卡不需要驗證。驗證成功之后就可以對NFC標簽進行讀或者寫的操作。

        4)讀寫NFC標簽。可以定義函數(shù)nfc_read()和nfc_write()用于讀寫,可以通過軟件的設計防止重復讀卡。相應的讀、寫操作可以在LCD屏上讀出相應信息。

        整體程序的流程圖如圖6所示。

        4 結論

        通過對Mifare卡的讀、寫測試,處理器可以成功將數(shù)據(jù)寫入標簽或從標簽中讀出,速度較快、準確率較高,本設計原理也可應用于門禁卡、公交卡等領域,具有NFC功能的手機也可以與本系統(tǒng)交互數(shù)據(jù),具有一定的應用價值。

        基金項目

        由北京聯(lián)合大學“啟明星”大學生科技創(chuàng)新項目(12222994701)經(jīng)費資助。

        參考文獻

        [1]吳思楠,等.近場通信技術分析[J].電子科技大學學報,2007,36(6).

        [2]周梓鑫.基于PN512芯片的通用讀寫系統(tǒng)研發(fā)[D].黑龍江大學,2011,.

        [3]陳俊杰,等.基于PN532的接觸式和非接觸式讀卡器設計[J].電子技術應用,2010(5).

        [4]夏文棟,林凱.融合NFC的3G智能卡系統(tǒng)[J].計算機工程,2011(02).

        [5]沈劍良.電子標簽芯片數(shù)字電路系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D].長沙:國防科學技術大學,2006:18-19.

        [6]PN532__Datasheet:http://wenku.baidu.com/link?url=Gnunf4eT2H-jh2YGHU28dLAbZVoFM4ndxRaH_NzVFBL3jShxBRs5JS7K03IEDTnHxgFst0TbcBtaaqf8YueWKLnUhkLUfbE_Kua6KSYDhFK.endprint

        摘 要 本文介紹了一種近場通信系統(tǒng)的設計方法,系統(tǒng)的主芯片采用STM32F103,它采用CORTEX-M3處理器,相對于傳統(tǒng)的ARM7 TDMI處理器,CORTEX-M3具有更快速的中斷響應能力。近場通信的實現(xiàn)采用高度集成的非接觸讀寫芯片PN532,集成了13.56 MHz下的各種主動/被動式非接觸通信方法和協(xié)議。主芯片與讀寫芯片之間可以通過串口、SPI接口或IIC接口進行通信。整體設計方案成本低、功耗低,可以應用于手機支付、門禁、公交等領域。

        關鍵詞 近場通信(NFC);STM32F103;PN532

        中圖分類號:TP273 文獻標識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)19-0036-02

        近場通信(Near Field Communication,NFC)結合了近場通信技術和移動通信技術,是由非接觸式射頻識別及互聯(lián)互通技術整合演變而來,在單一芯片上結合感應式讀卡器、感應式卡片和點對點的功能,能在短距離內(nèi)與兼容設備進行識別和數(shù)據(jù)交換。隨著通信技術的發(fā)展,NFC作為一種新興的技術,更多應用在生產(chǎn)、物流、跟蹤、資產(chǎn)管理上,而在門禁、公交、手機支付及廣告信息查詢等領域內(nèi)也發(fā)揮著巨大的作用,特別是相對于手機應用有很大的開發(fā)空間。其操作簡單,方便使用,對消費者的消費行為和消費習慣產(chǎn)生巨大影響,為移動商務創(chuàng)造了新的商機,是人們安全性付費和金融應用的理想選擇。因此,熟悉NFC對以后的移動應用會有很大的益處。

        1 系統(tǒng)整體設計方案

        構成本系統(tǒng)的幾個主要模塊包括主控制器、電源模塊、顯示模塊、NFC模塊等。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

        圖1 系統(tǒng)整體框圖

        2 系統(tǒng)的硬件設計

        2.1 主控制芯片及主要外圍電路設計

        由于篇幅有限,只介紹其中較為重要的幾個模塊。

        2.1.1 主控制芯片

        本設計以STM32F103為主控制芯片,完成所有接口的調度以及事件的處理,該控制芯片是基于高性能、低成本、低功耗的應用設計的ARM Cortex-M3內(nèi)核的32bit處理器,最高工作頻率72 MHz,是具有快速中斷響應能力的深度嵌入式應用而設計的處理器。STM32外設極其豐富,具有極高的集成度。

        圖2 電源電路原理圖

        2.1.2 電源電路

        本系統(tǒng)中用到5 V和3.3 V直流電壓供電,采用AMS1117-3.3得到3.3 V的直流電壓,用于給系統(tǒng)供電,除此之外還設計了USB電源輸入和保險,電源電路原理圖如圖2所示。

        2.1.3 顯示電路

        根據(jù)設計需求,采用LCD液晶屏用來顯示NFC模塊的讀寫信息,使系統(tǒng)具有更好的可視化效果,液晶模塊供電采用單獨的供電模塊。

        圖3 LCD電路原理圖

        2.2 NFC讀寫模塊的設計

        NFC模塊采用NXP公司生產(chǎn)的PN532實現(xiàn)近場通信,PN532是一款高集成度的IC卡讀寫模式的射頻芯片,包含80C51微控制器內(nèi)核,集成了13.56 MHz下的各種主動/被動式非接觸通信方法和協(xié)議,傳輸速度有106 Kbps、212Kbps和424Kbps。

        該芯片具有較高的安全性能,其開發(fā)效率高,作用周期短,產(chǎn)品兼容性好。發(fā)射模塊輸出讀寫距離5 cm,具有高度集成的模擬電路。可讀取接收天線的信號進行解調和解碼產(chǎn)生相關信息,擁有讀寫、被讀寫及點對點工作模式同時也可以相互切換。讀寫模塊框圖如下圖所示。

        圖4 讀寫模塊框圖

        NFC系統(tǒng)是由天線、NFC芯片以及智能芯片三個模塊構成。天線是信號的發(fā)射裝置,讀卡器是接收裝置,通過讀卡器使電磁感應讓標簽通電,來讀取標簽上的芯片工作信號,利用接收模塊傳來的信號進行解調和解碼形成相關的數(shù)據(jù),NFC讀寫模塊原理圖如圖5所示。

        圖5 NFC模塊設計原理圖

        3 系統(tǒng)軟件部分的設計

        圖6 程序流程圖

        讀寫模式時,NFC通信主要由以下幾步完成。

        1)喚醒NFC模塊,PN532模塊正常工作時,每上電喚就醒一次,直到PN532模塊被喚醒為止。

        2)搜尋NFC標簽,并獲取標簽信息。

        3)標簽密碼驗證。這個只針對Mifare S50卡,S70卡和ultralight卡不需要驗證。驗證成功之后就可以對NFC標簽進行讀或者寫的操作。

        4)讀寫NFC標簽??梢远x函數(shù)nfc_read()和nfc_write()用于讀寫,可以通過軟件的設計防止重復讀卡。相應的讀、寫操作可以在LCD屏上讀出相應信息。

        整體程序的流程圖如圖6所示。

        4 結論

        通過對Mifare卡的讀、寫測試,處理器可以成功將數(shù)據(jù)寫入標簽或從標簽中讀出,速度較快、準確率較高,本設計原理也可應用于門禁卡、公交卡等領域,具有NFC功能的手機也可以與本系統(tǒng)交互數(shù)據(jù),具有一定的應用價值。

        基金項目

        由北京聯(lián)合大學“啟明星”大學生科技創(chuàng)新項目(12222994701)經(jīng)費資助。

        參考文獻

        [1]吳思楠,等.近場通信技術分析[J].電子科技大學學報,2007,36(6).

        [2]周梓鑫.基于PN512芯片的通用讀寫系統(tǒng)研發(fā)[D].黑龍江大學,2011,.

        [3]陳俊杰,等.基于PN532的接觸式和非接觸式讀卡器設計[J].電子技術應用,2010(5).

        [4]夏文棟,林凱.融合NFC的3G智能卡系統(tǒng)[J].計算機工程,2011(02).

        [5]沈劍良.電子標簽芯片數(shù)字電路系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D].長沙:國防科學技術大學,2006:18-19.

        [6]PN532__Datasheet:http://wenku.baidu.com/link?url=Gnunf4eT2H-jh2YGHU28dLAbZVoFM4ndxRaH_NzVFBL3jShxBRs5JS7K03IEDTnHxgFst0TbcBtaaqf8YueWKLnUhkLUfbE_Kua6KSYDhFK.endprint

        摘 要 本文介紹了一種近場通信系統(tǒng)的設計方法,系統(tǒng)的主芯片采用STM32F103,它采用CORTEX-M3處理器,相對于傳統(tǒng)的ARM7 TDMI處理器,CORTEX-M3具有更快速的中斷響應能力。近場通信的實現(xiàn)采用高度集成的非接觸讀寫芯片PN532,集成了13.56 MHz下的各種主動/被動式非接觸通信方法和協(xié)議。主芯片與讀寫芯片之間可以通過串口、SPI接口或IIC接口進行通信。整體設計方案成本低、功耗低,可以應用于手機支付、門禁、公交等領域。

        關鍵詞 近場通信(NFC);STM32F103;PN532

        中圖分類號:TP273 文獻標識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)19-0036-02

        近場通信(Near Field Communication,NFC)結合了近場通信技術和移動通信技術,是由非接觸式射頻識別及互聯(lián)互通技術整合演變而來,在單一芯片上結合感應式讀卡器、感應式卡片和點對點的功能,能在短距離內(nèi)與兼容設備進行識別和數(shù)據(jù)交換。隨著通信技術的發(fā)展,NFC作為一種新興的技術,更多應用在生產(chǎn)、物流、跟蹤、資產(chǎn)管理上,而在門禁、公交、手機支付及廣告信息查詢等領域內(nèi)也發(fā)揮著巨大的作用,特別是相對于手機應用有很大的開發(fā)空間。其操作簡單,方便使用,對消費者的消費行為和消費習慣產(chǎn)生巨大影響,為移動商務創(chuàng)造了新的商機,是人們安全性付費和金融應用的理想選擇。因此,熟悉NFC對以后的移動應用會有很大的益處。

        1 系統(tǒng)整體設計方案

        構成本系統(tǒng)的幾個主要模塊包括主控制器、電源模塊、顯示模塊、NFC模塊等。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

        圖1 系統(tǒng)整體框圖

        2 系統(tǒng)的硬件設計

        2.1 主控制芯片及主要外圍電路設計

        由于篇幅有限,只介紹其中較為重要的幾個模塊。

        2.1.1 主控制芯片

        本設計以STM32F103為主控制芯片,完成所有接口的調度以及事件的處理,該控制芯片是基于高性能、低成本、低功耗的應用設計的ARM Cortex-M3內(nèi)核的32bit處理器,最高工作頻率72 MHz,是具有快速中斷響應能力的深度嵌入式應用而設計的處理器。STM32外設極其豐富,具有極高的集成度。

        圖2 電源電路原理圖

        2.1.2 電源電路

        本系統(tǒng)中用到5 V和3.3 V直流電壓供電,采用AMS1117-3.3得到3.3 V的直流電壓,用于給系統(tǒng)供電,除此之外還設計了USB電源輸入和保險,電源電路原理圖如圖2所示。

        2.1.3 顯示電路

        根據(jù)設計需求,采用LCD液晶屏用來顯示NFC模塊的讀寫信息,使系統(tǒng)具有更好的可視化效果,液晶模塊供電采用單獨的供電模塊。

        圖3 LCD電路原理圖

        2.2 NFC讀寫模塊的設計

        NFC模塊采用NXP公司生產(chǎn)的PN532實現(xiàn)近場通信,PN532是一款高集成度的IC卡讀寫模式的射頻芯片,包含80C51微控制器內(nèi)核,集成了13.56 MHz下的各種主動/被動式非接觸通信方法和協(xié)議,傳輸速度有106 Kbps、212Kbps和424Kbps。

        該芯片具有較高的安全性能,其開發(fā)效率高,作用周期短,產(chǎn)品兼容性好。發(fā)射模塊輸出讀寫距離5 cm,具有高度集成的模擬電路??勺x取接收天線的信號進行解調和解碼產(chǎn)生相關信息,擁有讀寫、被讀寫及點對點工作模式同時也可以相互切換。讀寫模塊框圖如下圖所示。

        圖4 讀寫模塊框圖

        NFC系統(tǒng)是由天線、NFC芯片以及智能芯片三個模塊構成。天線是信號的發(fā)射裝置,讀卡器是接收裝置,通過讀卡器使電磁感應讓標簽通電,來讀取標簽上的芯片工作信號,利用接收模塊傳來的信號進行解調和解碼形成相關的數(shù)據(jù),NFC讀寫模塊原理圖如圖5所示。

        圖5 NFC模塊設計原理圖

        3 系統(tǒng)軟件部分的設計

        圖6 程序流程圖

        讀寫模式時,NFC通信主要由以下幾步完成。

        1)喚醒NFC模塊,PN532模塊正常工作時,每上電喚就醒一次,直到PN532模塊被喚醒為止。

        2)搜尋NFC標簽,并獲取標簽信息。

        3)標簽密碼驗證。這個只針對Mifare S50卡,S70卡和ultralight卡不需要驗證。驗證成功之后就可以對NFC標簽進行讀或者寫的操作。

        4)讀寫NFC標簽??梢远x函數(shù)nfc_read()和nfc_write()用于讀寫,可以通過軟件的設計防止重復讀卡。相應的讀、寫操作可以在LCD屏上讀出相應信息。

        整體程序的流程圖如圖6所示。

        4 結論

        通過對Mifare卡的讀、寫測試,處理器可以成功將數(shù)據(jù)寫入標簽或從標簽中讀出,速度較快、準確率較高,本設計原理也可應用于門禁卡、公交卡等領域,具有NFC功能的手機也可以與本系統(tǒng)交互數(shù)據(jù),具有一定的應用價值。

        基金項目

        由北京聯(lián)合大學“啟明星”大學生科技創(chuàng)新項目(12222994701)經(jīng)費資助。

        參考文獻

        [1]吳思楠,等.近場通信技術分析[J].電子科技大學學報,2007,36(6).

        [2]周梓鑫.基于PN512芯片的通用讀寫系統(tǒng)研發(fā)[D].黑龍江大學,2011,.

        [3]陳俊杰,等.基于PN532的接觸式和非接觸式讀卡器設計[J].電子技術應用,2010(5).

        [4]夏文棟,林凱.融合NFC的3G智能卡系統(tǒng)[J].計算機工程,2011(02).

        [5]沈劍良.電子標簽芯片數(shù)字電路系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D].長沙:國防科學技術大學,2006:18-19.

        [6]PN532__Datasheet:http://wenku.baidu.com/link?url=Gnunf4eT2H-jh2YGHU28dLAbZVoFM4ndxRaH_NzVFBL3jShxBRs5JS7K03IEDTnHxgFst0TbcBtaaqf8YueWKLnUhkLUfbE_Kua6KSYDhFK.endprint

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