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