自動識別技術及應用5.1高頻RFID串口通信實驗1實驗簡介

本章主要介紹NEWLab平臺高頻卡模塊實驗原理。了解串口通信技術、學習NEWLab平臺，掌握串口配置、認識高頻RFID卡串口通信協(xié)議、認識高頻卡讀寫套件：NEWLab平臺、M3核心模塊、HF射頻模塊、射頻天線、高頻卡片等板塊。2實驗內(nèi)容串口通信協(xié)議解析13實驗目的

1.了解串口通信技術2.學習NEWLab平臺，掌握串口配置3.認識高頻RFID卡串口通信協(xié)議4.認識高頻卡讀寫套件：NEWLAB平臺、M3核心模塊、HF射頻模塊、射頻天線、高頻卡片等板塊4實驗原理4.1NEWLab平臺高頻卡模塊

（1）高頻讀卡器高頻電子標簽的典型工作頻率為13.56MHz，高頻標簽一般以無源為主，其工作能量同低頻標簽一樣，也是通過電感（磁）耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場中獲得。高頻標簽的閱讀距離一般小于1米，該頻率的感應器可以通過腐蝕或者印刷的方式制作天線。感應器一般通過負載調(diào)制的方式進行工作，也就是通過感應器上的負載電阻的接通和斷開促使讀寫器天線上的電壓發(fā)生變化，實現(xiàn)用遠距離感應器對天線電壓進行振幅調(diào)制。如果通過數(shù)據(jù)控制負載電壓的接通和斷開，那么這些數(shù)據(jù)就能夠從感應器傳輸?shù)阶x寫器。NEWLab平臺中高頻讀卡核心芯片采用STM32微處理器，并通過SPI總線控制高頻讀卡器。4實驗原理4.1NEWLab平臺高頻卡模塊

（2）串口通信技術1）串行接口串行接口(SerialInterface)是指數(shù)據(jù)一位一位地順序傳送，其特點是通信線路簡單，只要一對傳輸線就可以實現(xiàn)雙向通信（可以直接利用電話線作為傳輸線），從而大大降低了成本，特別適用于遠距離通信，但傳送速度較慢。一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通訊方式稱為串行通訊。串行通訊的特點是：數(shù)據(jù)位的傳送，按位順序進行，最少只需一根傳輸線即可完成；成本低但傳送速度慢。串行通訊的距離可以從幾米到幾千米；根據(jù)信息的傳送方向，串行通訊可以進一步分為單工、半雙工和全雙工三種。4實驗原理4.1NEWLab平臺高頻卡模塊

（2）串口通信技術2）串行通信基本方式串口通信的兩種最基本的方式：同步串行通信方式和異步串行通信方式。同步串行是指SPI（SerialPeripheralinterface）的縮寫，顧名思義就是串行外圍設備接口。SPI總線系統(tǒng)是一種同步串行外設接口，它可以使MCU與各種外圍設備以串行方式進行通信以交換信息，TRM450是SPI接口。異步串行是指UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter），通用異步接收/發(fā)送。UART是一個并行輸入成為串行輸出的芯片，通常集成在主板上。UART包含TTL電平的串口和RS232電平的串口。TTL電平是3.3V的，而RS232是負邏輯電平，它定義+5~+12V為低電平，而-12~-5V為高電平，MDS2710、MDSSD4、EL805等是RS232接口，EL806有TTL接口。4實驗原理4.1NEWLab平臺高頻卡模塊

（2）串口通信技術3）RS-232串口通信RS232也稱標準串口，最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標準。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設備（DCE）之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術標準”。傳統(tǒng)的RS-232-C接口標準有22根線，采用標準25芯D型插頭座（DB25），后來使用簡化為9芯D型插座（DB9）。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。由于其發(fā)送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約15米，最高速率為20kb/s。RS-232是為點對點（即只用一對收、發(fā)設備）通訊而設計的，其驅動器負載為3～7kΩ。所以RS-232適合本地設備之間的通信。4實驗原理4.1NEWLab平臺高頻卡模塊

（2）串口通信技術4）USB轉RS232數(shù)據(jù)線目前大部分筆記本、臺式機都沒有RS232接口，針對這種情況，一般是購買USB轉串口線，如圖所示。4實驗原理4.1NEWLab平臺高頻卡模塊（3）NEWLab平臺高頻模塊主從設備通訊協(xié)議格式4實驗原理4.1NEWLab平臺高頻卡模塊（3）NEWLab平臺高頻模塊主從設備通訊協(xié)議格式4實驗原理4.1NEWLab平臺高頻卡模塊（3）NEWLab平臺高頻模塊主從設備通訊協(xié)議格式4實驗原理4.1NEWLab平臺高頻卡模塊（4）主從設備通訊協(xié)議4實驗原理4.1NEWLab平臺高頻卡模塊（4）主從設備通訊協(xié)議4實驗原理4.1NEWLab平臺高頻卡模塊（4）主從設備通訊協(xié)議5實驗步驟5.1硬件連接

串口線：連接計算機串口與NEWLab平臺串口。電源適配器：連接電源適配器DC12V到NEWLab平臺。IO口：HF射頻模塊和M3核心模塊采用SPI通信方式。SPI是串行外設接口（SerialPeripheralInterface簡寫）。SPI的通信原理很簡單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個主設備和一個或多個從設備，需要至少5根線。HF射頻模塊MISO、MOSI、SCK、NSS、RST分別連接M3核心模塊的PA6、PA7、PA5、PA4、PA0。5實驗步驟5.1硬件連接5實驗步驟5.1硬件連接5實驗步驟5.1硬件連接NEWLab平臺波動開關：置于“通信模式”NEWLab平臺電源開關：按下電源開關，接通電源。5實驗步驟5.2安裝驅動

（1）查找CH340系列USB-COM驅動，進行安裝（2）安裝成功后，打開設備管理器，觀察串口號（3）USB轉串口插入前和插入后，如圖所示。插入前無串口，插入后出現(xiàn)COM3口，請記住改串口號，后面會用到。5實驗步驟5.3操作步驟

（1）將高頻卡靠近射頻天線；（2）打開串口調(diào)試助手，選擇串口（當前為COM3），如圖所示。5實驗步驟5.3操作步驟

（3）設置波特率為115200（4）打開串口勾選十六進制顯示，然后點擊【打開】，打開串口。（5）發(fā)送框例如在輸入框輸入“FF5500000103003075”，如圖所示，即讀取高頻M1卡信息命令。5實驗步驟5.3操作步驟

（6）發(fā)送框，點擊【發(fā)送】，觀察反饋的信息，如圖所示。5實驗步驟5.4結果分析

發(fā)送讀取高頻M1卡信息命令：“FF5500000103003075”，接收到反饋信息：“FF550000810308E36441210641B50054DB”，高頻M1卡信息為“E3644121”。6拓展任務

1. 查閱資料，并分析反饋信息“E3644121”的含義。2. 測試本實驗中主從設備通訊協(xié)議中讀取高頻CPUA卡信息協(xié)議，觀察反饋數(shù)據(jù)，并嘗試分析、解釋。7本章小結

本章主要介紹NEWLab平臺高頻卡模塊等實驗原理。了解串口通信技術、學習NEWLab平臺，掌握串口配置、認識高頻RFID卡串口通信協(xié)議、認識高頻卡讀寫套件：NEWLAB平臺、M3核心模塊、HF射頻模塊、射頻天線、高頻卡片等板塊。自動識別技術及應用5.2獲取高頻M1卡信息1實驗簡介

本章主要介紹高頻RFID技術等實驗原理。了解高頻卡、認識M1卡基本存儲結構，掌握廠商塊信息、認識NEWLab實訓平臺、認識高頻卡讀寫套件：NEWLAB平臺、M3核心模塊、HF射頻模塊、射頻天線、高頻卡片等板塊。2實驗內(nèi)容認識RFID高頻卡，獲取M1卡信息13實驗目的

1.了解高頻卡2.認識M1卡基本存儲結構，掌握廠商塊信息3.認識NEWLab實訓平臺4.認識高頻卡讀寫套件：NEWLAB平臺、M3核心模塊、HF射頻模塊、射頻天線、高頻卡片等板塊4實驗原理4.1高頻RFID技術

（1）高頻RFID特性1)工作頻率為13.56MHz，該頻率的波長大概為22m。2)除了金屬材料外，該頻率的波長可以穿過大多數(shù)的材料，但是往往會降低讀取距離，電子標簽需要離開金屬一段距離。3)該頻段在全球都得到認可并沒有特殊的限制。4)雖然該頻率的磁場區(qū)域下降很快，但是能夠產(chǎn)生相對均勻的讀寫區(qū)域。5)該系統(tǒng)具有防沖撞特性，可以同時讀取多個電子標簽。6)可以把某些數(shù)據(jù)信息寫入標簽中。7)數(shù)據(jù)傳輸速率比低頻要快，價格不是很貴。4實驗原理4.1高頻RFID技術

（2）非接觸式IC卡IC卡全稱集成電路卡(IntegratedCircuitCard)，又稱智能卡(SmartCard)。可讀寫，容量大，有加密功能，數(shù)據(jù)記錄可靠，使用更方便，如一卡通系統(tǒng)，消費系統(tǒng)等。IC卡按連接方式分為接觸式和非接觸式：接觸式卡片存在著操作慢，環(huán)境適應性差，可靠性欠佳等問題；非接觸式IC卡，90年代中期出現(xiàn)，又稱射頻卡，是射頻識別技術和IC卡技術有機結合的產(chǎn)物，它解決了無源和免接觸這一難題，具有更加方便、快捷的特點，廣泛用于電子支付、通道控制、公交收費、停車收費、食堂售飯、考勤和門禁等多種場合。4實驗原理4.1高頻RFID技術

（2）非接觸式IC卡

非接觸式IC卡又稱射頻卡，屬于RFID范疇，成功地解決了無源(卡中無電源)和免接觸這一難題，是電子器件領域的一大突破。主要用于公交、輪渡、地鐵的自動收費系統(tǒng)，也應用在門禁管理、身份證明和電子錢包。4實驗原理4.1高頻RFID技術

（2）非接觸式IC卡非接觸式IC卡由IC芯片、感應天線組成，封裝在一個標準的PVC（聚氯乙烯）卡片內(nèi)，芯片及天線無任何外露部分。卡片在一定距離范圍(通常為5-10mm)靠近讀寫器表面，通過無線電波的傳遞來完成數(shù)據(jù)的讀寫操作。讀寫器向M1卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)有一個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與訊寫器發(fā)射的頻率相同，在電磁波的激勵下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷，在這個電容的另一端，接有一個單向導通的電子泵，將電容內(nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)儲存，當所積累的電荷達到2V時，此電容可做為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接取讀寫器的數(shù)據(jù)。4實驗原理4.1高頻RFID技術

（2）非接觸式IC卡1）非接觸式IC卡分類(a)射頻加密卡（RFID）通常稱為ID卡：ID卡不可寫入用戶數(shù)據(jù)，其記錄內(nèi)容僅限卡號只可由芯片廠一次性寫入，開發(fā)商只可讀出卡號加以利用，因此其卡片持有者的權限、系統(tǒng)功能操作要完全依賴于計算機網(wǎng)絡平臺數(shù)據(jù)庫的支持，主要有臺灣SYRIS的EM格式，美國HID、TI、MOTOROLA等各類ID卡。大多數(shù)學校使用的飯卡（厚度比較大的），門禁卡，屬于ID卡。4實驗原理4.1高頻RFID技術

（2）非接觸式IC卡1）非接觸式IC卡分類(b)射頻儲存卡（RFIC）通常稱為非接觸IC卡：射頻儲存卡也是通過無線電來存取信息。它是在存儲卡基礎上增加了射頻收發(fā)電路，目前主要有PHILIPS的Mifare系列卡。一些城市早期使用的公交卡，部分學校使用的飯卡，熱水卡，屬于射頻存儲卡。(c)射頻CPU卡（RFCPU）通常稱為有源卡：是在CPU卡的基礎上增加了射頻收發(fā)電路，CPU卡擁有自己的片內(nèi)操作系統(tǒng)COS（ChipOperatingSystem），是真正的智能卡。大城市的公交卡，金融IC卡，極少數(shù)學校的飯卡，屬于射頻CPU卡。4實驗原理4.1高頻RFID技術

（2）非接觸式IC卡2）非接觸式IC卡協(xié)議由于非接觸IC卡在通訊時，其讀寫器是通過無線電射頻來傳輸數(shù)據(jù)，所以其雙方必須要遵守完全相同的通訊協(xié)議標準才能達到正常的通訊要求。目前，國內(nèi)常用的非接觸IC卡標準協(xié)議為ISO14443A、ISO14443B、ISO15693等。不同協(xié)議標準下，對應不同的IC卡：(a)ISO14443A：普通邏輯加密卡有：Mifare1K、Mifare4K、FM11RF08、Ultralight、UltralightC、MifareMini、DesFire；CPU卡有：MifareProXT=CLTYPEA。4實驗原理4.1高頻RFID技術

（2）非接觸式IC卡2）非接觸式IC卡協(xié)議(b)ISO14443B：普通邏輯加密卡有：SR176、SRI512、SRI1K、SRI2K、SRI4K、SRIX4K；CPU卡有：AT88RF020T=CLTYPEB。(c)ISO15693：一般為標簽卡NXPI.CODESLI、TITag_itHF-I、STLRI。4實驗原理4.1高頻RFID技術

（2）非接觸式IC卡2）非接觸式IC卡協(xié)議a)ISO/IEC14443AB標準當前國際ISO組織正在確定兩個主要的非接觸卡標準，一個是以飛利浦、西門子公司提出的TYPEA，一個是以摩托羅拉，意法半導體公司提出的TYPEB。

4實驗原理4.1高頻RFID技術

（2）非接觸式IC卡TYPEA：目前最廣泛使用的Mifare技術即符合TYPEA標準，它與TYPEB的區(qū)別主要在于卡與讀寫器的通訊調(diào)制方式，簡單說，當表示信息“1”時，信號會有0.2-0.3微秒的間隙，當表示信息“0”時，信號可能有間隙也可能沒有，與前后的信息有關。這種方式的優(yōu)點是信息區(qū)別明顯，受干擾的機會少，反應速度快，不容易誤操作；缺點是在需要持續(xù)不斷的提高能量到非接觸卡時，能量有可能會出現(xiàn)波動。4實驗原理4.1高頻RFID技術

（2）非接觸式IC卡TYPEB：這種標準的卡與讀寫器通訊采用的是一種10%ASK的調(diào)制方式。即信息“1”和信息“0”的區(qū)別在于信息“1”的信號幅度大，即信號強，信息“0”的信號幅度小，即信號弱。這種方式的優(yōu)點是持續(xù)不斷的信號傳遞，不會出現(xiàn)能量波動的情況；缺點是信息區(qū)別不明顯，相對來說易受外界干擾，會有誤信號出現(xiàn)，當然也可以采用檢驗的方式來彌補。4實驗原理4.1高頻RFID技術

（2）非接觸式IC卡ISO/IEC14443AB標準區(qū)別——調(diào)制解調(diào)與編碼解碼技術TYPEA和TYPEB型卡片主要的區(qū)別在于載波調(diào)制深度及二進制數(shù)的編碼方式和防沖突機制，如圖所示。4實驗原理4.1高頻RFID技術

（2）非接觸式IC卡ISO/IEC14443AB標準區(qū)別——防沖突機制ISO/IEC14443-3規(guī)定了TYPEA，TYPEB的防沖突機制，二者防沖突機制的原理完全不同。前者是基于bit沖突檢測協(xié)議，后者則是通過字節(jié)、幀及命令完成防沖突。TYPEB與TYPEA相比，具有傳輸能量不中斷、速率更高、抗干擾能力更強的優(yōu)點。RFID的核心是防沖突技術，這也是和接觸式IC卡的主要區(qū)別。從建立PCD與PICC（CPU卡）之間通信的方面來比較。4實驗原理4.1高頻RFID技術（2）非接觸式IC卡ISO/IEC14443AB標準區(qū)別——防沖突機制

TYPEA類型卡片需要的基本命令有：A.-REQA對A型卡的請求或（WAKE-UP喚醒）B.-ANTICOLLISION防沖突C.-SELECT選擇命令D.-RATS應答響應TYPEB類型卡片需要的基本命令有：A.-REQB對B型卡的請求B.-ATTRIBPICC選擇命令||||||||4實驗原理4.1高頻RFID技術

（3）M1卡根據(jù)ISO/IEC14443A標準，飛利浦開發(fā)了無線智能卡芯片S50，它是Mifare1IC卡（簡稱M1卡）的核心。該芯片的通信層MifareRF接口遵從ISO/IEC14443A標準的第2和第3部分，保密層(securitylayer)使用經(jīng)區(qū)域驗證的CRYPTO1流密碼(field-provenCRYPTO1streamcipher)，使典型Mifare系列芯片的數(shù)據(jù)交換得到保密。S50卡內(nèi)建4或7字節(jié)UID，1K數(shù)據(jù)存儲區(qū)，數(shù)據(jù)有密鑰保護功能，可提供白卡、印刷卡、紙質不干膠標簽、鑰匙鏈，且有多種大小規(guī)格及薄卡和厚卡，如下頁圖所示。

4實驗原理4.1高頻RFID技術

（3）M1卡

各種不同類型的M1卡4實驗原理4.1高頻RFID技術

（3）M1卡

1）M1卡技術指標：(a)容量為8K位（bits）=1K字節(jié)（bytes）EEPROM(b)分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)為4塊，每塊16個字節(jié)，以塊為存取單位(c)每個扇區(qū)有獨立的一組密碼及訪問控制(d)每張卡有唯一序列號，為32位(e)具有防沖突機制，支持多卡操作(f)無電源，自帶天線，內(nèi)含加密控制邏輯和通訊邏輯電路(g)數(shù)據(jù)保存期為10年，可改寫10萬次，讀無限次(h)工作溫度：-20℃~50℃(濕度為90%)(i)工作頻率：13.56MHZ(j)通信速率：106KBPS(k)讀寫距離：10cm以內(nèi)（與讀寫器有關）||||||||||4實驗原理4.1高頻RFID技術

（3）M1卡

2）M1卡存儲結構M1卡片的存儲容量為1024×8b字長(即1KB)，采用EEPROM作為存儲介質，整個結構劃分為16個扇區(qū)，編為扇區(qū)0-15。每個扇區(qū)有4個塊(block)，分別為塊0、塊1、塊2和塊3。每個塊有16個字節(jié)，一個扇區(qū)共有16B×4=64B（如圖所示）。4實驗原理4.1高頻RFID技術

（3）M1卡

3）M1卡廠商塊信息第0扇區(qū)的塊0（即絕對地址0塊）為廠商塊。廠商塊是存儲器第1個扇區(qū)(扇區(qū)0)的第1個數(shù)據(jù)塊(塊0)，它包含了IC卡廠商的數(shù)據(jù)。基于保密性和系統(tǒng)的安全性，這一塊在IC卡廠商編程之后被置為寫保護，不能再復用為應用數(shù)據(jù)塊。其中：第0-3個字節(jié)為卡片的序列號；第4個字節(jié)為序列號的校驗碼；第5個字節(jié)為卡片的容量“Size”字節(jié)；第6-7個字節(jié)為卡片的類型號字節(jié)，即TagType字節(jié)；其它字節(jié)由廠商另加定義。例如，一張M1卡扇區(qū)0中的塊0(block0)存儲的16個字節(jié)的內(nèi)容為420A7E00368804004481740630373937H，則其序列號為420A7E00H，序列號的校驗碼為36H，容量字節(jié)Size為88H，卡片類型號TagType為0400H。5實驗步驟5.1硬件連接

串口線：連接計算機串口與NEWLab平臺串口。電源適配器：連接電源適配器DC12V到NEWLab平臺。IO口：HF射頻模塊和M3核心模塊采用SPI通信方式。SPI是串行外設接口（SerialPeripheralInterface簡寫）。SPI的通信原理很簡單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個主設備和一個或多個從設備，需要至少5根線。HF射頻模塊MISO、MOSI、SCK、NSS、RST分別連接M3核心模塊的PA6、PA7、PA5、PA4、PA0。5實驗步驟5.1硬件連接5實驗步驟5.1硬件連接5實驗步驟5.1硬件連接NEWLab平臺波動開關：置于“通信模式”NEWLab平臺電源開關：按下電源開關，接通電源。5實驗步驟5.2操作步驟（1）將高頻卡靠近射頻天線。（2）雙擊VisualStudio圖標，打開軟件，如圖所示。5實驗步驟5.2操作步驟

（3）點擊“打開項目…”，找到“實驗9認識RFID高頻卡”工程文件，如圖所示。5實驗步驟5.2操作步驟（4）點擊菜單欄“運行”按鈕，工作界面如下圖所示。5實驗步驟5.2操作步驟

（5）選擇串口號“根據(jù)實際連接情況”、波特率選擇“115200”，數(shù)據(jù)位“8”，停止位“one”，奇偶校驗位“None”，并點擊“打開串口”按鍵，執(zhí)行狀態(tài)顯示“串口已打開！”，如圖所示。

5實驗步驟5.2操作步驟（6）若串口打開成功，點擊【獲取卡信息】按鈕，工作界面如圖所示。5實驗步驟5.2操作步驟（7）點擊【清空】按鈕，觀察發(fā)送框、接收框信息，如圖所示。5實驗步驟5.2操作步驟（8）再次點擊【獲取卡信息】按鈕，觀察發(fā)送框、接收框信息，如圖所示。5實驗步驟5.3結果分析

獲取的卡信息“E3644121”即為高頻M1卡32位的序列號。另外實驗發(fā)現(xiàn)，相同的高頻卡，卡信息相同，均為E3644121。6拓展任務1. 讀取多個高頻卡，并記錄卡信息。2. 在不同設備上，讀取高頻卡，觀察卡信息是否相同。3. 認識各種各樣的高頻卡。7本章小結

本章主要介紹高頻RFID技術等實驗原理。了解高頻卡、認識M1卡基本存儲結構，掌握廠商塊信息、認識NEWLab實訓平臺、認識高頻卡讀寫套件：NEWLAB平臺、M3核心模塊、HF射頻模塊、射頻天線、高頻卡片等板塊。自動識別技術及應用5.3高頻M1卡天線操作1實驗簡介

本章主要介紹高頻卡與閱讀器的能量耦合、高頻M1卡工作過程等實驗原理。認識高頻卡天線技術、理解高頻卡與閱讀器的能量耦合方式、掌握高頻卡天線打開、關閉方法、學習高頻RFID卡工作原理、掌握NEWLab實訓平臺的高頻RFID卡相關硬件電路基本原理、了解高頻卡片的數(shù)據(jù)結構及通訊數(shù)據(jù)包結構。2實驗內(nèi)容高頻M1卡天線操作13實驗目的1.認識高頻卡天線技術2.理解高頻卡與閱讀器的能量耦合方式3.掌握高頻卡天線打開、關閉方法4.學習高頻RFID卡工作原理5.掌握NEWLab實訓平臺的高頻RFID卡相關硬件電路基本原理6.了解高頻卡片的數(shù)據(jù)結構及通訊數(shù)據(jù)包結構4實驗原理4.1高頻卡與閱讀器的能量耦合

（1）天線技術天線是一種以電磁波形式把前端射頻信號功率接收或輻射出去的裝置，是電路與空間的界面器件，用來實現(xiàn)導行波與自由空間波能量的轉化。電子標簽和讀寫器通過各自的天線構建起兩者之間的非接觸信息傳輸通道，如下頁圖所示。無論是射頻標簽還是讀寫器的正常工作，都離不開天線或耦合線圈：一方面，無源射頻標簽芯片要啟動電路工作，需要通過天線在讀寫器天線產(chǎn)生的電磁場中獲得足夠的能量；另一方面，天線決定了射頻標簽與讀寫器之間的通信信道和通信方式，它在射頻標簽與讀寫器實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信過程中起到了關鍵的作用，因此，對RFID天線的研究具有重要意義。4實驗原理4.1高頻卡與閱讀器的能量耦合

（1）天線技術RFID讀寫器、標簽天線構成示意圖

小于1m的近距離應用系統(tǒng)的RFID天線一般采用工藝簡單、成本低的線圈型天線，它們主要工作在中低頻段。而1m以上遠距離的應用系統(tǒng)需要采用微帶貼片型或偶極子型的天線（即ID天線），它們工作在高頻及微波頻段。4實驗原理4.1高頻卡與閱讀器的能量耦合

（2）能量耦合

根據(jù)閱讀器和標簽天線的工作機理可分為電感耦合與電磁場反向散射耦合（雷達原理）RFID系統(tǒng)。電感耦合為變壓器耦合型，即閱讀器上的天線線圈與標簽上的天線線圈之間的耦合，標簽天線進入讀寫器的交變磁場中，該標簽就可以從磁場中獲得能量，一般在低頻和高頻RFID系統(tǒng)中采用。電磁反向散射耦合與雷達原理類似，閱讀器檢測來自標簽天線的反向散射波，通過改變散射的功率進行通信，閱讀器與標簽的天線相互處于對方的遠場區(qū)，它們之間通過電磁波進行數(shù)據(jù)的傳輸，一般在超高頻和微波頻段的RFID系統(tǒng)中采用。4實驗原理4.1高頻卡與閱讀器的能量耦合

（2）能量耦合

在高頻RFID系統(tǒng)中，電感耦合工作方式對應于ISO/IEC14443協(xié)議。電子標簽通常由單個微芯片及天線（大面積線圈）等組成，在標簽中的微芯片工作所需的全部能量由閱讀器發(fā)送的感應電磁能提供。高頻的強電磁場由閱讀器的天線線圈產(chǎn)生，并穿越線圈橫截面和周圍空間，以使附近的電子標簽產(chǎn)生電磁感應，其工作原理圖如下頁圖所示。4實驗原理4.1高頻卡與閱讀器的能量耦合

（2）能量耦合電感耦合方式工作原理圖4實驗原理4.2高頻M1卡工作過程

（1）發(fā)射原理

高頻M1卡與讀卡器之間通過無線電波來完成讀寫操作，二者之間的通訊頻率為13.56MHZ。通常，高頻卡M1本身是無源卡，當讀寫器對卡進行讀寫操作時，讀寫器發(fā)出的信號由兩部分疊加組成：一部分是電源信號，該信號由卡接收后，與本身的L/C產(chǎn)生一個瞬間能量來供給芯片工作；另一部分則是指令和數(shù)據(jù)信號，指揮芯片完成數(shù)據(jù)的讀取、修改、儲存等，并返回信號給讀寫器，完成一次讀寫操作。讀寫器則一般由單片機，專用智能模塊和天線組成，并配有與PC的通訊接口，打印口，I/O口等，以便應用于不同的領域。相對于接觸式IC卡，M1卡需要解決的問題主要有以下三個方面：1)M1卡如何取得工作電壓；2)讀寫器與M1卡之間如何交換信息；3)防沖突問題：多張卡同時進入讀寫器發(fā)射的能量區(qū)域(即發(fā)生沖突)時如何對卡逐一進行處理。4實驗原理4.2高頻M1卡工作過程

（2）信息與能量傳遞

典型的射頻識別系統(tǒng)由應答器（M1卡）和讀寫器構成。M1卡和讀寫器均設有發(fā)射和接收射頻用的線圈(天線)。由于卡內(nèi)無電源，因此M1卡工作所需的電壓和功率也是通過線圈發(fā)送的(如圖所示)。4實驗原理4.2高頻M1卡工作過程

（3）工作過程

讀寫器和M1卡之間的工作過程如下：1）讀寫器發(fā)射激勵信號(一組固定頻率的電磁波)；2）M1卡進入讀寫器工作區(qū)內(nèi)，被讀寫器信號激勵。在電磁波的激勵下，卡內(nèi)的LC串聯(lián)諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷，在這個電容的另一端，接有一個單向導通的電子泵，將電容內(nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)儲存，當所積累的電荷達到2V時，此電容可以作為電源為其它電路提供工作電壓，供卡內(nèi)集成電路工作所需；3）同時卡內(nèi)的電路對接收到的信息進行分析，判斷發(fā)自讀寫器的命令，如需在EEPROM中寫入或修改內(nèi)容，還需將2V電壓提升到15V左右，以滿足寫入EEPROM的電壓要求；4）M1卡對讀寫器的命令進行處理后，發(fā)射應答信息給讀寫器；5）讀寫器接收M1卡的應答信息。5實驗步驟5.1硬件連接

串口線：連接計算機串口與NEWLab平臺串口。電源適配器：連接電源適配器DC12V到NEWLab平臺。IO口：HF射頻模塊和M3核心模塊采用SPI通信方式。SPI是串行外設接口（SerialPeripheralInterface簡寫）。SPI的通信原理很簡單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個主設備和一個或多個從設備，需要至少5根線。HF射頻模塊MISO、MOSI、SCK、NSS、RST分別連接M3核心模塊的PA6、PA7、PA5、PA4、PA0。5實驗步驟5.1硬件連接5實驗步驟5.1硬件連接5實驗步驟5.1硬件連接NEWLab平臺波動開關：置于“通信模式”NEWLab平臺電源開關：按下電源開關，接通電源。5實驗步驟5.2操作步驟

（1）將高頻卡靠近射頻天線；（2）雙擊VisualStudio圖標，打開軟件；點擊“打開項目…”，找到“實驗10高頻M1卡天線操作”工程文件；點擊菜單欄“運行”按鈕，運行程序；（3）選擇串口號“根據(jù)實際連接情況”、波特率選擇“115200”，數(shù)據(jù)位“8”，停止位“one”，奇偶校驗位“None”，并點擊“打開串口”按鍵，串口工作狀態(tài)“串口已打開”；選擇【天線操作】頁面，如圖所示。5實驗步驟5.2操作步驟（4）點擊【關閉天線】，如圖所示。5實驗步驟5.2操作步驟（5）點擊【打開天線】，結果如圖所示。5實驗步驟5.3結果分析

（1）關閉高頻天線發(fā)送數(shù)據(jù)：FF550000020200A084，其中FF，55為通訊協(xié)議同步幀；00，00為主從設備地址；0202為主從機命令，00為關閉高頻天線命令，A084為CRC16校驗位。接收數(shù)據(jù)為十六進制數(shù)：FF550000820201001CB3，其中FF，55為通訊協(xié)議同步幀；0000為主從設備地址；82，01為主從命令碼；01為讀取到的有效字節(jié)數(shù)；00讀取的有效數(shù)據(jù)，1CB3為CRC16校驗位。5實驗步驟5.3結果分析

（2）打開高頻天線發(fā)送數(shù)據(jù)：FF5500000203003085，其中FF，55為通訊協(xié)議同步幀；00，00為主從設備地址；0203為主從機命令，00為關閉高頻天線命令，A084為CRC16校驗位。接收數(shù)據(jù)為十六進制數(shù)：FF55000082030100E0B2，其中FF，55為通訊協(xié)議同步幀；0000為主從設備地址；82，01為主從命令碼；01為讀取到的有效字節(jié)數(shù)；00讀取的有效數(shù)據(jù)，E0B2為CRC16校驗位。6拓展任務1. 反復點擊【清空】、【關閉天線】按鈕，觀察接收框數(shù)據(jù)，是否一致2. 反復點擊【清空】、【打開天線】按鈕，觀察接收框數(shù)據(jù)，是否一致3. 打開高頻天線，將電磁輻射測試儀分別放在高頻天線10cm、5cm、0cm處，觀察數(shù)值變化。4. 關閉高頻天線，將電磁輻射測試儀分別放在高頻天線10cm、5cm、0cm處，觀察數(shù)值變化。7本章小結

本章主要介紹高頻卡與閱讀器的能量耦合、高頻M1卡工作過程等實驗原理。認識高頻卡天線技術、理解高頻卡與閱讀器的能量耦合方式、掌握高頻卡天線打開、關閉方法、學習高頻RFID卡工作原理、掌握NEWLab實訓平臺的高頻RFID卡相關硬件電路基本原理、了解高頻卡片的數(shù)據(jù)結構及通訊數(shù)據(jù)包結構。自動識別技術及應用5.4高頻M1卡激活操作1實驗簡介

本章主要介紹高頻M1卡的激活操作、高頻M1卡激活操作等實驗原理。了解高頻M1卡內(nèi)部功能結構，激活概念、了解尋卡、防沖突、選卡動作、掌握高頻M1卡激活方法、高頻M1卡HALT停止、防止重復操作的方法、學習C#串口通信技術、了解高頻卡片的數(shù)據(jù)結構及通訊數(shù)據(jù)包結構、反饋信息的意義。2實驗內(nèi)容高頻M1卡激活、HALT停止操作13實驗目的1.了解高頻M1卡內(nèi)部功能結構，激活概念2.了解高頻M1卡尋卡、防沖突、選卡動作3.掌握高頻M1卡激活方法4.掌握高頻M1卡HALT停止、防止重復操作的方法5.學習C#串口通信技術6.了解高頻卡片的數(shù)據(jù)結構及通訊數(shù)據(jù)包結構7.了解高頻RFID卡反饋信息的意義4實驗原理4.1高頻M1卡的激活操作

（1）高頻M1卡的功能組成M1卡由RF射頻接口電路和數(shù)字電路兩部分構成，如圖所示。4實驗原理4.1高頻M1卡的激活操作

（1）高頻M1卡的功能組成1)RF射頻接口電路

波形轉換模塊接收讀寫器所發(fā)送的13.56MHz的無線電調(diào)制信號。一方面送調(diào)制/解調(diào)模塊，經(jīng)解調(diào)得到相應的數(shù)字信息送數(shù)字電路模塊；另一方面進行波形轉換，將正弦波轉換為方波，然后對其整流濾波，由電壓調(diào)節(jié)模塊對電壓進行進一步的處理，包括穩(wěn)壓等，最終輸出提供卡片上各電路的工作電壓。

POR（POWER-ON-RESET）模塊主要是對卡片上的各個電路進行上電復位，使各電路同步啟動工作。而數(shù)字電路模塊送出的數(shù)字信息則經(jīng)由調(diào)制/解調(diào)模塊調(diào)制為13.56MHz的無線電調(diào)制信號，再送往波形轉換模塊發(fā)送給讀寫器。4實驗原理4.1高頻M1卡的激活操作

（1）高頻M1卡的功能組成2)數(shù)字電路部分模塊數(shù)字電路部分由ATR模塊（尋卡模塊）、AntiCollision模塊（防沖突模塊）、SelectApplication模塊（卡片選擇）、Authentication&AccessControl模塊（認證和訪問控制）、Control&ArithmeticUnit（控制及算術運算單元）、CryptoUnit（數(shù)據(jù)加密單元）、RAM/ROM單元、EEPROM存儲器及其接口電路組成。

4實驗原理4.1高頻M1卡的激活操作

（1）高頻M1卡的功能組成2)數(shù)字電路部分模塊

▲ATR模塊、AntiCollision模塊、SelectApplication模塊完成M1卡的激活操作。

▲Control&ArithmeticUnit是整個卡的控制中心，是卡的“頭腦”。

▲RAM主要配合控制及算術運算單元，將運算的結果進行暫時存儲。

▲ROM中則固化了卡運行所需要的必要的程序指令，可由控制及算術運算單元取出，對每個單元進行指令控制，使卡能有條不紊地與讀寫器進行數(shù)據(jù)通信。

▲CryptoUnit單元完成對數(shù)據(jù)的加密處理及密碼保護。

▲EEPROM存儲器及其接口電路單元主要用于存儲用戶數(shù)據(jù)，在卡失掉電源后(卡片離開讀寫器天線的有效工作范圍)數(shù)據(jù)仍將被保持。4實驗原理4.2高頻M1卡激活操作

當高頻閱讀器設備收到激活M1卡命令后，依次執(zhí)行【尋卡】【防沖突】【選卡】動作，完成上述的三個步驟后，讀寫器對卡進行讀/寫操作之前，必須對卡上已經(jīng)設置的密碼進行認證，如果匹配，則允許進一步的讀/寫操作。M1卡上有16個扇區(qū)，每個扇區(qū)都可分別設置各自的密碼，互不干涉，必須分別加以認證，才能對該扇區(qū)進行下一步的操作。因此每個扇區(qū)可獨立地應用于一個應用場合，整個卡可以設計成一卡多用(一卡通)的形式來應用。4實驗原理4.2高頻M1卡激活操作

M1卡與讀寫器的通訊框圖如圖所示。4實驗原理4.2高頻M1卡激活操作

（1）尋卡當一張M1卡處在讀寫器的天線工作范圍之內(nèi)時，程序員控制讀寫器向卡發(fā)出Requestall(或Requeststd)命令后，卡的ATR將啟動，將卡片Block0中2個字節(jié)的卡類型號(TagType)傳送給讀寫器，建立卡與讀寫器的第一步通信聯(lián)絡。如果不進行第一步的ATR工作，讀寫器對卡的其它操作(讀/寫操作等)將不會進行。4實驗原理4.2高頻M1卡激活操作

（2）防沖突如果有多張M1卡處在讀寫器的天線工作范圍之內(nèi)，則AntiCollision模塊的防沖突功能將被啟動工作。讀寫器將會首先與每一張卡進行通信，讀取每一張卡的序列號(SerialNumber)。由于每一張M1卡都具有惟一的序列號，決不會相同，因此程序員將啟動讀寫器中的AntiCollision防重疊功能配合卡上的防重疊功能模塊，根據(jù)卡序列號來選定其中一張卡。被選中的卡將被激活，可以與讀寫器進行數(shù)據(jù)交換；而未被選中的卡處于等待狀態(tài)，隨時準備與讀寫器進行通信。AntiCollision模塊(防重疊功能)啟動工作時，讀寫器將得到卡片的序列號(SerialNumber)。序列號存儲在卡的Block0中，共有5個字節(jié)，實際有用的為4個字節(jié)，另一個字節(jié)為序列號的校驗字節(jié)。4實驗原理4.2高頻M1卡激活操作

（3）選卡當卡與讀寫器完成了尋卡、防沖突兩個步驟，讀寫器要想對卡進行讀/寫操作時，必須對卡進行“Select”操作，以使卡真正地被選中。被選中的卡將卡片上存儲在Block0中的卡容量“Size”字節(jié)傳送給讀寫器。當讀寫器收到這一字節(jié)后，方可對卡進行進一步的操作，如密碼驗證等。密碼的認證采用了三次相互認證的方法，具有很高的安全性。如果事先不知卡上的密碼，則因密碼的變化可以極其復雜，試圖靠猜測密碼而打開卡上一個扇區(qū)的可能性幾乎為零。特別需要注意的是，無論是程序員還是卡的使用者，都必須牢記卡中的16個扇區(qū)的每一個密碼，否則，遺忘某一扇區(qū)的密碼將使該扇區(qū)中的數(shù)據(jù)不能讀寫。沒有任何辦法可以挽救這種低級錯誤。但是，卡上的其它扇區(qū)可以照樣使用。4實驗原理4.2高頻M1卡激活操作

（4）休眠（Halt）卡被選中后，如果不需要進一步操作，可以將卡進行中止（Halt）操作，使M1卡置于暫停工作狀態(tài)。5實驗步驟5.1硬件連接

串口線：連接計算機串口與NEWLab平臺串口。電源適配器：連接電源適配器DC12V到NEWLab平臺。IO口：HF射頻模塊和M3核心模塊采用SPI通信方式。SPI是串行外設接口（SerialPeripheralInterface簡寫）。SPI的通信原理很簡單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個主設備和一個或多個從設備，需要至少5根線。HF射頻模塊MISO、MOSI、SCK、NSS、RST分別連接M3核心模塊的PA6、PA7、PA5、PA4、PA0。5實驗步驟5.1硬件連接5實驗步驟5.1硬件連接5實驗步驟5.1硬件連接NEWLab平臺波動開關：置于“通信模式”NEWLab平臺電源開關：按下電源開關，接通電源。5實驗步驟5.2操作步驟

（1）將高頻卡靠近射頻天線；（2）雙擊VisualStudio圖標，打開軟件；點擊“打開項目…”，找到“實驗11高頻M1卡激活操作”工程文件；點擊菜單欄“運行”按鈕，運行程序；（3）選擇串口號“根據(jù)實際連接情況”、波特率選擇“115200”，數(shù)據(jù)位“8”，停止位“one”，奇偶校驗位“None”，并點擊“打開串口”按鍵，串口工作狀態(tài)“串口已打開”；選擇【激活操作】頁面，如圖所示。5實驗步驟5.2操作步驟（4）點擊【高頻卡激活】，結果如圖所示。5實驗步驟5.2操作步驟（5）點擊【高頻卡HALT】，結果如圖所示。5實驗步驟5.3結果分析

（1）高頻卡激活發(fā)送數(shù)據(jù)：FF550000020000C085，其中：

FF55為通訊協(xié)議同步幀；0000為主從設備地址；0200為主從命令碼；00為表示信息數(shù)據(jù)長度為0；C085為CRC校驗位5實驗步驟5.3結果分析

（1）高頻卡激活接收數(shù)據(jù)為十六進制數(shù)：FF550000820004C36CEA1D2F88，其中：

FF55為通訊協(xié)議同步幀；0000為主從設備地址；8200為主從命令碼；04為接收到的卡信息數(shù)據(jù)長度；C36CEA1D為接收到的卡信息；2F88為CRC校驗位。5實驗步驟5.3結果分析

（2）高頻卡HALT發(fā)送數(shù)據(jù)：FF5500000209009083，其中：

FF55為通訊協(xié)議同步幀；0000為主從設備地址；0209為主從命令碼；00為表示信息數(shù)據(jù)長度為0；9083為CRC校驗位。5實驗步驟5.3結果分析

（2）高頻卡HALT接收數(shù)據(jù)為十六進制數(shù)：FF550000820901007A71，其中：

FF55為通訊協(xié)議同步幀；0000為主從設備地址；8209為主從命令碼；0100表示停止成功；7A71為CRC校驗位。6拓展任務單獨一張高頻卡：1.放入高頻卡，執(zhí)行激活操作，觀察反饋數(shù)據(jù)，并分析。2.執(zhí)行HLAT操作，觀察反饋數(shù)據(jù)，并分析。3.再次執(zhí)行激活操作，觀察反饋數(shù)據(jù)并分析。4.移開高頻卡，執(zhí)行激活操作，觀察反饋數(shù)據(jù)，并分析。（參考數(shù)據(jù)FF550000820001FF1933）5.執(zhí)行HLAT操作，觀察反饋數(shù)據(jù)，并分析。（參考數(shù)據(jù)FF5500008209010118F1）。7本章小結

本章主要介紹高頻M1卡的激活操作、高頻M1卡激活操作等實驗原理。了解高頻M1卡內(nèi)部功能結構，激活概念、了解高頻M1卡尋卡、防沖突、選卡動作、掌握高頻M1卡激活方法、掌握高頻M1卡HALT停止、防止重復操作的方法、學習C#串口通信技術、了解高頻卡片的數(shù)據(jù)結構及通訊數(shù)據(jù)包結構、了解高頻RFID卡反饋信息的意義。自動識別技術及應用5.5高頻M1卡密鑰驗證1實驗簡介

本章主要介紹M1卡密鑰驗證等實驗原理。了解高頻M1卡密鑰驗證概念、掌握高頻M1卡密鑰驗證實驗步驟和方法、學習C#串口通信技術、了解高頻卡片的數(shù)據(jù)結構及通訊數(shù)據(jù)包結構、了解高頻RFID卡反饋信息的意義。2實驗內(nèi)容高頻M1卡密鑰驗證13實驗目的1.了解高頻M1卡密鑰驗證概念2.掌握高頻M1卡密鑰驗證實驗步驟和方法3.學習C#串口通信技術4.了解高頻卡片的數(shù)據(jù)結構及通訊數(shù)據(jù)包結構5.了解高頻RFID卡反饋信息的意義4實驗原理4.1M1卡密鑰驗證（1）M1卡數(shù)據(jù)訪問機制M1卡是在將帶有硬件邏輯電路的EEPROM芯片封裝在卡片上外部讀寫設備必須通過硬件邏輯電路的判斷后才能訪問到EEPROM中的數(shù)據(jù)單元。由于在M1卡中存在一組硬件邏輯加密電路，EEPROM芯片的接口并不直接對外，在初始狀態(tài)M1卡芯片中的數(shù)據(jù)開關處于斷開狀態(tài)。外部讀寫設備在訪問M1卡芯片中的EEPROM單元之前，必須首先發(fā)一級數(shù)據(jù)級硬件邏輯電路，硬件邏輯電路在判斷數(shù)據(jù)的合法性后，才決定是否將M1卡內(nèi)的開關閉合。只有密碼校驗正確后，硬件邏輯電路才能將開關閉合，這時外部讀寫設備才能對EEPROM中的數(shù)據(jù)進行讀寫操作，這樣M1卡就可以對外部合法和非法的讀寫設備進行識別判斷。4實驗原理4.1M1卡密鑰驗證（2）M1卡密鑰認證M1卡激活后，要進行密鑰驗證才能對數(shù)據(jù)塊進行基本的操作。密鑰的認證采用了三次相互認證的方法，具有很高的安全性。如果事先不知卡上的密鑰，則因密鑰的變化可以極其復雜，試圖靠猜測密鑰而打開卡上一個扇區(qū)的可能性幾乎為零。特別需要注意的是，無論是程序員還是卡的使用者，都必須牢記卡中的16個扇區(qū)的每一個密鑰，否則，遺忘某一扇區(qū)的密鑰將使該扇區(qū)中的數(shù)據(jù)不能讀寫。沒有任何辦法可以挽救這種低級錯誤。但是，卡上的其它扇區(qū)可以照樣使用。4實驗原理4.1M1卡密鑰驗證（2）M1卡密鑰認證M1卡上16個扇區(qū)，每個扇區(qū)都可分別設置各自的密鑰，互不干涉，必須分別加以認證，才能對該扇區(qū)進行下一步的操作。閱讀器與M1卡三次相互認證的過程如圖所示。4實驗原理4.1M1卡密鑰驗證（2）M1卡密鑰認證1)環(huán)：由M1卡片向讀寫器發(fā)送一個隨機數(shù)據(jù)RB。2)環(huán)：由讀寫器收到RB后向M1卡片發(fā)送一個令牌數(shù)據(jù)TOKENAB，其中包含了用讀寫器中存放的密鑰加密后的RB及讀寫器發(fā)出的一個隨機數(shù)據(jù)RA。3)環(huán)：M1卡片收到TOKENAB后，用卡中的密鑰對TOKENAB的加密的部分進行解密得到RB'，并校驗第一次由(A)環(huán)中M1卡片發(fā)出去的隨機數(shù)RB是否與(B)環(huán)中接收到的TOKENAB中的RB'相一致；若讀寫器與卡中的密鑰及加密/解密算法一致，將會有RB=RB'，校驗正確，否則將無法通過校驗。4實驗原理4.1M1卡密鑰驗證（2）M1卡密鑰認證4)環(huán)：如果(C)環(huán)校驗是正確的，則M1卡片用卡中存放的密鑰對RA加密后發(fā)送令牌TOKENBA給讀寫器。5)環(huán)：讀寫器收到令牌TOKENBA后，用讀寫器中存放的密鑰對令牌TOKENBA中的RA(隨機數(shù))進行解密得到RA'；并校驗第一次由(B)環(huán)中讀寫器發(fā)出去的隨機數(shù)RA是否與(D)環(huán)中接收到的TOKENBA中的RA'相一致；同樣，若讀寫器與卡中的密鑰及加密/解密算法一致，將會有RA=RA'，校驗正確，否則將無法通過校驗。4實驗原理4.1M1卡密鑰驗證（2）M1卡密鑰認證如果上述的每一個環(huán)都為“真”，且都能正確通過驗證，則整個的認證過程將成功。讀寫器將允許對剛剛認證通過的卡片上的這個扇區(qū)進入下一步的操作(讀/寫等操作)。卡片中的其它扇區(qū)由于有其各自的密鑰，因此不能對其進行進一步的操作。如果想對其它扇區(qū)進行操作，則必須完成相應扇區(qū)的認證過程。注意：認證過程中的任何一環(huán)出現(xiàn)差錯，整個認證將告失敗，必須重新開始。如果事先不知卡片上的密鑰，則由于密鑰的變化可以極其復雜，因此靠猜測密鑰而想打開卡片上的一個扇區(qū)的可能性幾乎為零。5實驗步驟5.1硬件連接

串口線：連接計算機串口與NEWLab平臺串口。電源適配器：連接電源適配器DC12V到NEWLab平臺。IO口：HF射頻模塊和M3核心模塊采用SPI通信方式。SPI是串行外設接口（SerialPeripheralInterface簡寫）。SPI的通信原理很簡單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個主設備和一個或多個從設備，需要至少5根線。HF射頻模塊MISO、MOSI、SCK、NSS、RST分別連接M3核心模塊的PA6、PA7、PA5、PA4、PA0。5實驗步驟5.1硬件連接5實驗步驟5.1硬件連接5實驗步驟5.1硬件連接NEWLab平臺波動開關：置于“通信模式”NEWLab平臺電源開關：按下電源開關，接通電源。5實驗步驟5.2操作步驟

（1）將高頻卡靠近射頻天線；（2）雙擊VisualStudio圖標，打開軟件；點擊“打開項目…”，找到“實驗12高頻M1卡密鑰驗證實驗”工程文件；點擊菜單欄“運行”按鈕，運行程序；（3）選擇串口號“根據(jù)實際連接情況”、波特率選擇“115200”，數(shù)據(jù)位“8”，停止位“one”，奇偶校驗位“None”，并點擊“打開串口”按鍵，串口工作狀態(tài)“串口已打開”；選擇【密匙驗證】頁面，如圖所示。5實驗步驟5.2操作步驟（4）如果需要，請進行下面步驟：點擊【獲取卡信息】，獲取高頻卡信息（選做）；選擇天線操作頁面，進行打開天線、關閉天線操作（必做）；選擇激活操作頁面，進行高頻卡激活操作（必做）；選擇密匙驗證頁面，選擇要認證的扇區(qū)號及填入秘鑰值，初始秘鑰為FFFFFFFFFFFF進行高頻卡密匙驗證操作（必做）；選擇CRC16驗證頁面，禁止CRC16驗證、使能CRC16驗證操作（選做）。5實驗步驟5.2操作步驟（5）選擇密匙驗證頁面，點擊【密匙驗證】，等待反饋，結果如圖所示。5實驗步驟5.3結果分析

密鑰驗證發(fā)送數(shù)據(jù)：FF55000005020800FFFFFFFFFFFF00ED9A，其中：

FF55為通訊協(xié)議同步幀；0000為主從設備地址；0502為主從命令碼；08為密鑰個數(shù)；00FFFFFFFFFFFF00為密鑰；ED9A為CRC16驗證碼。5實驗步驟5.3結果分析

密鑰驗證接收數(shù)據(jù)為十六進制數(shù)：FF55000085020100F7C6，其中：

FF55為通訊協(xié)議同步幀；0000為主從設備地址；8502為主從命令碼；01為讀取到的有效字節(jié)數(shù)；00表示密鑰驗證通過；F7C6為CRC驗證碼。6拓展任務

1.單獨放入一張高頻卡，不執(zhí)行【高頻卡激活】，直接執(zhí)行密鑰驗證，觀察反饋數(shù)據(jù)，分析是否通過密鑰驗證。2. 選擇CRC16驗證頁面，在禁止CRC16驗證、使能CRC16驗證下；執(zhí)行密鑰驗證，觀察串口發(fā)送、串口接收數(shù)據(jù)有何不同。7本章小結

本章主要介紹M1卡密鑰驗證等實驗原理。了解高頻M1卡密鑰驗證概念、掌握高頻M1卡密鑰驗證實驗步驟和方法、學習C#串口通信技術、了解高頻卡片的數(shù)據(jù)結構及通訊數(shù)據(jù)包結構、了解高頻RFID卡反饋信息的意義。自動識別技術及應用5.6高頻M1卡讀寫操作1實驗簡介

本章主要介紹高頻M1卡讀寫操作等實驗原理。了解高頻M1卡數(shù)據(jù)存儲概念、格式、掌握高頻M1卡塊數(shù)據(jù)讀寫實驗步驟和方法、學習C#串口通信技術、了解高頻卡片的數(shù)據(jù)結構及通訊數(shù)據(jù)包結構、了解高頻RFID卡反饋信息的意義。2實驗內(nèi)容高頻M1卡讀寫操作13實驗目的1.了解高頻M1卡數(shù)據(jù)存儲概念、格式2.掌握高頻M1卡塊數(shù)據(jù)讀寫實驗步驟和方法3.學習C#串口通信技術4.了解高頻卡片的數(shù)據(jù)結構及通訊數(shù)據(jù)包結構5.了解高頻RFID卡反饋信息的意義4實驗原理4.1高頻M1卡讀寫操作高頻M1卡被激活，經(jīng)過三次密碼認證，如果匹配，則允許進一步的讀/寫操作。（1）高頻M1卡數(shù)據(jù)塊和控制塊1）M1卡片的存儲容量為1024×8b字長(即1KB)，采用EEPROM作為存儲介質，整個結構劃分為16個扇區(qū)，編為扇區(qū)0-15。每個扇區(qū)有4個塊(block)，分別為塊0、塊1、塊2和塊3。每個塊有16個字節(jié)，一個扇區(qū)共有16B×4=64B（如圖所示）。4實驗原理4.1高頻M1卡讀寫操作

2）第0扇區(qū)的塊0（即絕對地址0塊）為廠商塊。廠商塊是存儲器第1個扇區(qū)(扇區(qū)0)的第1個數(shù)據(jù)塊(塊0)，它包含了IC卡廠商的數(shù)據(jù)。基于保密性和系統(tǒng)的安全性，這一塊在IC卡廠商編程之后被置為寫保護，不能再復用為應用數(shù)據(jù)塊。其中：第0-3個字節(jié)為卡片的序列號；第4個字節(jié)為序列號的校驗碼；第5個字節(jié)為卡片的容量“Size”字節(jié)；第6-7個字節(jié)為卡片的類型號字節(jié)，即TagType字節(jié)；其它字節(jié)由廠商另加定義。4實驗原理4.1高頻M1卡讀寫操作

3）每個扇區(qū)的塊0、塊1、塊2為數(shù)據(jù)塊，可用于存儲數(shù)據(jù)(扇區(qū)0只有兩個數(shù)據(jù)塊和一個只讀的廠商塊)，每個塊有16個字節(jié)。數(shù)據(jù)塊可以被以下的訪問控制位(accessbits)配置為讀寫塊或值塊。

4實驗原理4.1高頻M1卡讀寫操作

讀寫塊：用作一般的數(shù)據(jù)保存，可用讀/寫命令直接讀/寫整個塊，例如在食堂消費時采用輸入飯菜金額的方式扣款。值塊：用作數(shù)值塊，可以進行初始化值、加值、減值、讀值的運算，系統(tǒng)配用相應的函數(shù)完成上述功能，有效的命令包括加/減/恢復/發(fā)送命令。例如在食堂消費時對于定額套餐采用輸入餐號的方式加以扣款，以及用于公交/地鐵等行業(yè)的檢票/收費系統(tǒng)。4實驗原理4.1高頻M1卡讀寫操作

值塊有一個固定的數(shù)據(jù)格式，可以進行錯誤檢測和糾正并備份管理。值塊只能在值塊格式的寫操作時產(chǎn)生。值塊格式如下表所示。

值(VALUE)表示一個帶符號的4字節(jié)值，這個值的最低一個字節(jié)保存在最低的地址中，取反的字節(jié)以標準的2的補碼的格式保存。為了保證數(shù)據(jù)的正確性和保密性，值被保存了三次，兩次不取反保存，一次取反(帶下劃線者)保存。地址(address)表示一個1字節(jié)的地址，當執(zhí)行強大的備份管理時用于保存存儲塊的地址，地址字節(jié)保存了4次，取反和不取反各保存兩次。在執(zhí)行加/減/恢復/傳送操作時地址保持不變，它只能通過寫命令改變。4實驗原理4.1高頻M1卡讀寫操作

4）每個扇區(qū)的塊3為控制塊，包括了密碼A、存取控制、密碼B。具體結構如下：

密鑰A(第0-5字節(jié)，共6B)和密鑰B(第10-15字節(jié)，共6B，可選)，讀密鑰時返回邏輯0。存取控制位(accessbits，第6-9字節(jié)，共4B)：訪問這個扇區(qū)中4個塊的條件，存取控制位也可以指出數(shù)據(jù)塊的類型(讀寫或值)。密鑰A的缺省值為A0A1A2A3A4A5H，密鑰B的缺省值為B0B1B2B3B4B5H，存取控制位的缺省值為FF078069H。如果不需要密鑰B，那么塊3的最后6B可以作為數(shù)據(jù)字節(jié)。用戶數(shù)據(jù)可以使用尾塊(塊3)的第9字節(jié)，這個字節(jié)具有與字節(jié)6、7和8一樣的訪問權限。4實驗原理4.1高頻M1卡讀寫操作

5）每個扇區(qū)的密碼和存取控制都是獨立的，可以根據(jù)實際需要設定各自的密碼及存取控制。存取控制為4個字節(jié)，共32位，扇區(qū)中的每個塊（包括數(shù)據(jù)塊和控制塊）的存取條件是由密碼和存取控制共同決定的，在存取控制中每個塊都有相應的三個控制位，定義如下：三個控制位以正和反兩種形式存在于存取控制字節(jié)中，決定了該塊的訪問權限（如進行減值操作必須驗證KEYA，進行加值操作必須驗證KEYB）。4實驗原理4.1高頻M1卡讀寫操作

三個控制位在存取控制（4字節(jié)，其中字節(jié)9為備用字節(jié)）字節(jié)中的位置如下所示：

其中，bit7、3區(qū)為控制塊3，bit6、2區(qū)為控制塊2，bit5、1區(qū)為控制塊1，bit4、0區(qū)為控制塊0。

4實驗原理4.1M1卡密鑰驗證

6）數(shù)據(jù)塊（塊0、塊1、塊2）的存取控制如下：（KeyA|B表示密碼A或密碼B，Never表示任何條件下不能實現(xiàn)）例如：當塊0的存取控制位C10C20C30=100時，驗證密碼A或密碼B正確后可讀；驗證密碼B正確后可寫；不能進行加值、減值操作。

4實驗原理4.1M1卡密鑰驗證7）控制塊塊3的存取控制與數(shù)據(jù)塊（塊0、1、2）不同，它的存取控制如下：例如：當塊3的存取控制位C13C23C33=100時，表示：密碼A：不可讀，驗證KEYA或KEYB正確后，可寫（更改）；存取控制：驗證KEYA或KEYB正確后，可讀、可寫；密碼B：驗證KEYA或KEYB正確后，可讀、可寫。4實驗原理4.1M1卡密鑰驗證（2）數(shù)據(jù)塊的基本操作讀（Read）：讀一個塊；寫（Write）：寫一個塊；加（Increment）：對數(shù)值塊進行加值；減（Decrement）：對數(shù)值塊進行減值；存儲（Restore）：將塊中的內(nèi)容存到數(shù)據(jù)寄存器中；傳輸（Transfer）：將數(shù)據(jù)寄存器中的內(nèi)容寫入塊中；中止（Halt）：將卡置于暫停工作狀態(tài)。5實驗步驟5.1硬件連接

串口線：連接計算機串口與NEWLab平臺串口。電源適配器：連接電源適配器DC12V到NEWLab平臺。IO口：HF射頻模塊和M3核心模塊采用SPI通信方式。SPI是串行外設接口（SerialPeripheralInterface簡寫）。SPI的通信原理很簡單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個主設備和一個或多個從設備，需要至少5根線。HF射頻模塊MISO、MOSI、SCK、NSS、RST分別連接M3核心模塊的PA6、PA7、PA5、PA4、PA0。5實驗步驟5.1硬件連接5實驗步驟5.1硬件連接5實驗步驟5.1硬件連接NEWLab平臺波動開關：置于“通信模式”NEWLab平臺電源開關：按下電源開關，接通電源。5實驗步驟5.2操作步驟

（1）將高頻卡靠近射頻天線；（2）雙擊VisualStudio圖標，打開軟件；點擊“打開項目…”，找到“實驗13高頻M1卡讀寫操作”工程文件；點擊菜單欄“運行”按鈕，運行程序；（3）選擇串口號“根據(jù)實際連接情況”、波特率選擇“115200”，數(shù)據(jù)位“8”，停止位“one”，奇偶校驗位“None”，并點擊“打開串口”按鍵，串口工作狀態(tài)“串口已打開”；選擇【讀寫操作】頁面，如圖所示。5實驗步驟5.2操作步驟（4）卡讀寫前準備工作點擊【獲取卡信息】，獲取高頻卡信息（選做）；選擇天線操作頁面，點擊【打開天線】，等待反饋；選擇激活操作頁面，點擊【高頻卡激活】，等待反饋；選擇CRC16驗證頁面，點擊【禁止CRC16校驗】，等待反饋；選擇密匙驗證頁面，點擊【密鑰驗證】，等待反饋。5實驗步驟5.2操作步驟

（5）選擇讀寫操作頁面，讀出指定扇區(qū)、指定數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)，等待反饋；選擇01扇區(qū)01塊，點擊【讀出】，結果如圖所示。5實驗步驟5.2操作步驟

（6）卡寫入操作扇區(qū)不變，選擇01塊，點擊【寫入】，結果如圖所示。5實驗步驟5.2操作步驟

（7）驗證寫入數(shù)據(jù)選擇01扇區(qū)01塊，點擊【讀出】，結果如圖所示。5實驗步驟5.3結果分析

（1）卡讀取操作，選擇01扇區(qū)01塊發(fā)送數(shù)據(jù)：FF55000003010101CF91，其中：

FF55為通訊協(xié)議同步幀；0000為主從設備地址；0301為主命令、從命令；0101為高頻卡存儲器01扇區(qū)01數(shù)據(jù)塊；CF91為CRC驗證碼。5實驗步驟5.3結果分析

（1）卡讀取操作，選擇01扇區(qū)01塊接收數(shù)據(jù)為十六進制數(shù)：FF55000083011011111111111111111111111111111111F6CF，其中：FF55為通訊協(xié)議同步幀；0000為主從設備地址；8301為主從命令碼；10為讀取到的為讀取到數(shù)據(jù)的個數(shù)（表達方式為十六進制，轉換為十進制為16）；22334455111111111111111111111111為讀取到的數(shù)據(jù)；F6CF為CRC驗證碼。5實驗步驟5.3結果分析

（2）卡寫入操作，選擇01塊發(fā)送數(shù)據(jù)：FF55000003021111111111111111111111111111111111019605，其中：

FF55為通訊協(xié)議同步幀；0000為主從設備地址；0302為主命令、從命令；11為寫入數(shù)據(jù)的個數(shù)（表達方式為十六進制，轉換為十進制為17）；1111111111111111111111111111111111為寫入存儲器的數(shù)據(jù)；01為存儲器第1個數(shù)據(jù)存儲塊；9605為CRC驗證碼。5實驗步驟5.3結果分析

（2）卡寫入操作，選擇01塊接收數(shù)據(jù)為十六進制數(shù)：FF55000083020100090F，其中：

FF55為通訊協(xié)議同步幀；0000為主從設備地址；8302為主從命令碼；01為讀取到的為讀取到數(shù)據(jù)的個數(shù)（表達方式為十六進制，轉換為十進制為1）；00為讀取到的數(shù)據(jù)（表示數(shù)據(jù)讀取正確）；090F為CRC驗證碼。6拓展任務

1. 單獨放入一張高頻卡，執(zhí)行激活、密碼認證，對扇區(qū)1數(shù)據(jù)塊1執(zhí)行讀出、寫入、讀出命令，觀察讀出的數(shù)據(jù)是否與寫入數(shù)據(jù)一致。2. 與相鄰設備交換高頻卡，執(zhí)行激活、密碼認證，對扇區(qū)1數(shù)據(jù)塊1執(zhí)行讀出、寫入、讀出命令，觀察讀出的數(shù)據(jù)是否與寫入數(shù)據(jù)一致。7本章小結

本章主要介紹高頻M1卡讀寫操作等實驗原理。了解高頻M1卡數(shù)據(jù)存儲概念、格式、掌握高頻M1卡塊數(shù)據(jù)讀寫實驗步驟和方法、學習C#串口通信技術、了解高頻卡片的數(shù)據(jù)結構及通訊數(shù)據(jù)包結構、了解高頻RFID卡反饋信息的意義。自動識別技術及應用5.7停車場收費系統(tǒng)1實驗簡介

本章主要介紹RFID高頻卡停車場收費系統(tǒng)、基于NEWLab平臺模擬停車場收費系統(tǒng)等實驗原理。了解停車場收費系統(tǒng)基本概念、了解停車場收費系統(tǒng)開發(fā)手段、步驟、調(diào)試方法。2實驗內(nèi)容停車場收費系統(tǒng)13實驗目的1.了解停車場收費系統(tǒng)基本概念2.了解停車場收費系統(tǒng)開發(fā)手段、步驟、調(diào)試方法4實驗原理4.1停車場收費系統(tǒng)（1）系統(tǒng)簡介停車場收費系統(tǒng)是通過計算機、網(wǎng)絡設備、車道管理設備搭建的一套對停車場車輛出入、場內(nèi)車流引導、停車費收取工作進行管理的網(wǎng)絡系統(tǒng)，如圖所示。4實驗原理4.1停車場收費系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)簡介停車場收費系統(tǒng)采用非接觸式智能卡，在停車場的出入口處設置一套出入口管理設備，使停車場形成一個相對封閉的場所，進出車只需將IC卡在讀卡箱前輕晃一下，系統(tǒng)即能瞬時完成檢驗、記錄、核算、收費等工作，擋車道閘自動啟閉，方便快捷地進行著停車場的管理。進場車主和停車場的管理人員均持有一張屬于自己的智能卡，作為個人的身份識別，只有通過系統(tǒng)檢驗認可的智能卡才能進行操作（管理卡）或進出（停車卡），充分保證了系統(tǒng)的安全性、保密性，有效地防止車輛失竊，免除車主后顧之憂。4實驗原理4.1停車場收費系統(tǒng)

（2）主要設施停車場收費系統(tǒng)主要設施如圖所示。入口：包括中距離讀卡器、停車場入口機、電動道閘、臨時車自動吐卡機、車輛檢測器、感應線圈、剩余車位顯示裝置和攝像機等設備；出口：包括中距離讀卡器、停車場出口機、電動道閘、車輛檢測器、感應線圈和攝像機等設備；收費管理處：管理電腦、報表打印機等4實驗原理4.1停車場收費系統(tǒng)

（3）讀卡區(qū)當車主停車和開窗，將卡片插入卡槽后，入車指示燈閃動，即可進出停車場，如圖所示。通常，驗卡機上可以設置三個顯示燈：綠燈顯示：卡片合法，驗卡機自動減去卡中金額，并用液晶或電子屏顯示。紅燈顯示：卡片不合法