基于S6700芯片与ISO15693标准的RFID读卡器设计

摘要：采用 TI 公司最新的多协议收发器芯片S6700，结合MCU设计了ISO/IEC15693读卡器，介绍S6700通信协议和ISO/IEC15693标准，给出部分子程序。S6700和MCU的接口非常简单。

1 综述 自从20世纪70年代IC卡诞生以来，在飞速发展的微电子技术的带动下，IC卡已经深入到社会生活的各个角落，各种各样的卡大大方便了人们的生活：银行的食堂卡、信用卡，公交车使用的交通卡，就餐使用的食堂卡，出入管理使用的考勤卡，打电话使用的付费电话卡，手机中使用的SIM卡等等。

IC卡又称为集成电路卡。卡片内封装有集成电路，用以存储和处理数据。IC卡的发展经历了从存储卡到智能卡，从接触式卡到非接触式卡，从近距离到远距离的过程。
ISO/IEC7816标准定义的卡是接触卡，读卡机具必须和卡的触点接触才能和和卡进行信息交换，所以磨损严重，容易受污染，使用寿命低，操作速度慢。为此，非接触式卡技术迎刃而生。非接触式卡又称射频卡、感应卡，采用无线电调制方式和读卡机具进行信息交换。ISO/IEC10536定义的卡称为密耦合卡；ISO/IEC 14443定义的卡是近耦合卡（PICC），对应读卡机具简写为PCD；ISO/IEC15693对应的卡是遥耦合卡（VICC），对应的读卡机具简写为VCD。VICC比PICC具有更远的读卡距离，二者均采用13.56MHz工作频率，均具有防冲突机制。

图1所示的框图简单表示了射频卡读写系统的工作原理。

2 硬件设计

2.1 S6700芯片

S6700芯片是 TI 公司最新开发的针对IC卡读写的多协议收发器。它提供给用户数字接口，所以应用非常方便。ASIC能够支持的协议包括： TI TAGIT协议、ISO/IEC 15693-2、ISO/IEC 14443-2（TYPE A）等。S6700采用SSOP20封装，+5V供电，内部封装有发送调制器和接收解调器，采和曼彻斯特编码方式，典型发送功率200mW，其ESD保护符合MILSTD-883标准，有IDLE、POWER DOWN、FULL POWER三种电源管理功能。

ISO/IEC 15693-2所规定的VCD与VICC通信物理层协议全部由ASIC实现，用户通过同步串行接口（SPI）遵照ASCI的通信求和ASIC打交道就可以实现VICC的读写操作。MCU和ASIC的通信接口有三根线：SCLOCK、DIN、DOUT，分别代表时钟线、数据输入线、数据输出线。时钟线是双向的，发送数据时由MCU控制，接收数据时由ASIC控制，在时钟的上升沿ASIC锁存数据。DOUT除了在接收数据期间的数据输出功能外，还用来表征ASIC内部FIFO的情况。DOUT内部下拉，平时为低电平。输入数据过程中，当ASIC的16位FIFO寄存器满时，DOUT线会自动跳变为高电平，直到FIFO寄存器空出，DOUT线又会跳变为低电平。在DOUT为高电平期间，输入数据无效。除了通信线外，M_ERR线用来在同时读多张卡的时候表征数据的冲突情况。同样，M_RR线内部下拉，平时为低电平，冲突时此线会升为高电平。

所设计的应用电路如图2所示。图2中包括三个部分：ASIC典型应用电路、与MCU接口电路和天线电路。R2、L1、C5、C6组成串联谐振电路，匹配阻抗50Ω，可调电容C6用来准确调整电路谐振点在13.56MHz。如果认为ASIC 200mW输出功率不足，也可以再加一级功放电路，以提高读写距离。

对ASIC的操作有三种模式：普通模式、寄存器模式和直接模式。直接模式下，MCU要直接面向处理射频信号，比较复杂，所以此种模式一般不用。普通模式和寄存器模式操作的均是标准的数字信号，其不同在于规定芯片操作的一些参数，例如：所采用的射频协议、调制方式及传输速率是由命令序列中规定的还是由寄存器所设定的。普通模式每条指令均含有该指令使用的参数，而寄存器模式指令序列中并不含这些参数，而是由预先写入的寄存器中的数值所决定。注意，ASIC上电后必须首先初始化时间寄存器，芯片才能正常工作。

2.2 VICC——Tag-it HF-1应答器

Tag-it是 TI 公司为其最新开发的RFID TRANSPONDER（应答器）的注册商标，是一个产品系列。Tag-it完全和ISO/IEC15693兼容，是VICC的一种。按 TI 的设想，Tag-it主要应用在智能标签领域内，例如：特快专递、航空行李管理，电子门票等等。
Tag-it内有64位的UID（卡号）和8位的AFI（应用识别号）、8位的DSFID（数据存储格式），用来标识卡和特定应用的特征。卡内有2Kbit EEPROM，分成64个块，每个块32个bit。每个块均可以锁定，以保护数据免予修改。AFI、DSFID和32个块均可读可写，用以存储用户的数据。Tag-it采用13.56MHz的载波频率，工作于“READER TALKS FIRST”模式下，即：一问一答的模式。卡内有防冲突机制，可以同时读多张卡而不会造成冲突。

事实上一张卡可以有多种应用，不同的块可以存储不同应用的数据，即所谓的“一卡通”。遗憾的是，Tag-it内没有逻辑加密电路，无法实现密码功能，这限制了Tag-it在其它保密性要求较高的领域的应用。
3 通信协议

发给ASIC的命令序列必须符合ASIC通信协议和ISO/IEC15693-3规范。

3.1 命令结构
在普通模式下，命令序列结构如下：

*在寄存器模式下，命令字节是1位，且该位为1。
*起邕位S1：起始位波形是当SCLOCK位高电平时DIN发生一个上升沿。

*命令字节：规定ASIC与VICC通讯时的有关参数。例如，2DH，表示支持的射频协议是15693（1 out of 4），AM调制方式，调制率100%，返回数据波特率6.67kb/s。注意：命令字节的发送顺序是高位在先，即：MSB FIRST。
*数据：数据域内容由15693-3所规定。
15693-3命令的一般格式是：