實驗指導書
何寧編桂林電子科技大學
資訊與通訊學院
2023年12月
前言 ic卡是積體電路卡（integrated circuit card）的簡稱，也叫ic智慧卡，它是將乙個積體電路晶元鑲嵌於塑料基片中，封裝成標準尺寸大小卡的形式而得名。在20世紀70年代就有ic卡產品問世，它是微電子技術和計算機技術相結合的產品，主要用於金融、交通、醫療、身份證明等多個行業。
ic卡晶元具有寫入資料和儲存資料的能力，卡中儲存器的內容可根據需要有條件地供外部讀取，或供內部資訊處理和判定使用。根據卡中所鑲嵌的積體電路不同ic卡可分為儲存器卡、邏輯加密卡和cpu卡三種。按卡與外界資料傳送形式不同，ic卡可劃分為接觸式和非接觸式兩種。
ic卡具有以下特點：
（1） 高穩定性：資料在ic晶元中儲存時間可達幾十年以上。
（2） 高可靠性：資料讀寫次數可達10萬次以上。
（3） 高安全性：卡中資訊不易被讀出和改寫。
（4） 低功耗：工作電壓在5v以下，瞬間工作電流為毫安級。
（5） 資料讀寫速度快：卡與讀寫裝置的資料交換時間小於1秒。
實驗一接觸式ic卡讀寫及控制測試
一、實驗目的
1、熟悉接觸式ic卡的結構和讀寫方式；
2、學習和掌握接觸式ic卡的基本讀寫操作功能及識別控制原理；
3、理解接觸式ic卡雙向資料的通訊過程。
二、實驗內容及要求
1、進行卡中資訊的查詢、修改等讀寫操作。
2、進行身份識別、交易及並口輸出控制外設操作。
3、進行讀寫卡波形測試和晶元儲存器**測試。
三、實驗原理
接觸式ic卡讀寫控制系統由讀寫器、計算機和資料輸出顯示電路三大部分構成。
圖1 接觸式ic卡讀寫控制系統
實驗用讀卡器為usb介面，儲存晶元為西門子的sle4442，晶元觸點為6個引腳，有電源端、地端、序列時鐘端、序列資料端（雙向）、復位端和1個空腳，它是序列的eeprom。當卡片加電工作時，使用者可通過給定的許可權對卡中資訊進行讀寫操作，並可通過並行口對外部裝置進行控制操作。
單位元組寫操作時，讀寫卡機傳送乙個器件位址，每個晶元都具有乙個能被選中的器件位址，讀寫卡機接收到晶元的乙個確認位址（低電平）後，緊跟著傳送1位元組的儲存單元位址值，接收到晶元乙個確認位（0），然後讀寫卡機再傳送1位元組的資料，接收到晶元的乙個確認位後再傳送乙個停止命令，這一過程結束後，乙個位元組的資料將寫到晶元相應位址的單元中，單位元組寫操作時序如圖2。讀操作的過程類似於寫操作，只是器件位址的最後一位為1。
圖2 單位元組寫操作時序
四、實驗步驟
● 功能測試
1、啟動計算機，將接觸式ic卡讀寫器連線到計算機的usb口。
2、將外設電路與計算機並行口（印表機介面）連線。
3、執行實驗程式，選擇接觸式ic卡實驗系統，將ic卡插入讀卡器中。
4、選擇查詢功能，對卡內使用者資訊進行查詢。
5、選擇修改功能，輸入密碼後，對卡內使用者資訊記錄進行修改。
6、選擇交易功能，輸入密碼後，從鍵盤對交易資料進行操作（如充值金額、消費金額）。
7、選擇控制功能，輸入密碼後，將鍵盤內容（十六進製制數）從並行口輸出到數碼管顯示。
8、按「esc」鍵，使十六進製制數自動輸出到數碼管迴圈顯示。
● 狀態測量及波形測試
1、對讀卡器進行「插卡、讀/寫卡、拔卡」三個過程操作，觀察記錄讀卡器兩個指示燈的狀態變化（指示燈顏色），並用數字萬用表測試讀寫卡時的電源供電電壓值（上、下電的穩定電壓），分析讀卡器的給給讀卡器晶元供電過程。
2、用示波器測試scl、sda、和rst引腳的工作波形和引數，記錄rst脈衝訊號寬度，用雙通道測量觀察波形之間的時序關係。
3、從桌面啟動iccur-100b程式，觀察分析晶元儲存器單元**的存放情況。
五、實驗裝置
計算機一台0 接觸式ic卡讀卡器一台
數字儲存示波器一台並口實驗電路板一塊
萬用表一塊
六、實驗報告
1、整理實驗資料，分析說明資訊**在晶元儲存器中的存放過程，撰寫實驗報告。
2、說明ic卡的插入/退出識別和上下電的控制過程。
實驗二非接觸式ic卡讀寫及控制測試
一、實驗目的
1、熟悉非接觸式ic卡的結構和讀寫方式；
2、學習和掌握非接觸式ic卡的基本讀寫操作功能及識別控制原理；
3、理解非接觸式ic卡雙向資料的通訊過程。
二、實驗內容及要求
1、進行卡中和計算機中資訊進行查詢、修改等讀寫操作。
2、進行身份識別、交易及並口輸出控制外設操作。
3、進行讀寫卡波形測試。
三、實驗原理
非接觸式ic卡讀寫控制系統由讀寫器、計算機和資料輸出顯示電路三大部分構成
圖1 非接觸式ic卡讀寫控制系統
非接觸ic卡也稱射頻卡或rf卡，它是通過電磁波感應原理，在讀寫頭和ic卡之間交換資料，射頻ic卡與無線電通訊在原理上和功能上不完全一樣。通常射頻卡的通訊距離都很小，只有幾厘公尺至幾十厘公尺，非接觸式ic卡內設定有天線線圈，其卡片厚度要比接觸式ic卡厚些。由作為固定裝置的讀卡頭產生13.
56mhz的電磁場，當非接觸ic卡靠近電磁場時，它的線圈從電磁場中吸收能量，當能量聚集到足夠時，卡中的微電路使其工作，微電路工作時，它並不發射資料，而是利用微電路工作時會消耗電磁能量，使電磁訊號發生變化，由讀卡頭本身檢測電磁場的變化，該電磁場的變化即為對應卡中的資料。
非接觸式ic卡的儲存區域與接觸式ic卡的不同，它是將整個儲存區劃分為多個扇區，每個扇區包含4個塊，每個塊有16個位元組，其中每個扇區的第3塊是用於存放金鑰的，ic卡儲存區的資訊儲存分配情況參考附錄1。本實驗使用的讀卡器型別為mur－100，ic卡型號為mf1s50。
四、實驗步驟
1、啟動計算機，並進入非接觸式ic卡實驗系統。
2、選擇卡操作，根據提示選單對卡寫入相關資料資訊。
3、對實驗系統的其它功能進行實驗操作，並按下列要求總結分析：
● 簡要描述系統能模組的功能
● 分析計算ic卡扇區從第02扇區開始的存放記錄條數
4、用示波器測試fm1702n非接觸式讀卡晶元的tx、rx和天線端在讀卡操作過程中的波形引數。
五、實驗裝置
計算機一台非接觸式ic卡讀卡器一台
示波器一台並口實驗電路板
六、實驗報告
1、整理試驗資料，分析實驗過程，說明實驗系統的功能。
2、對比非接觸式ic卡與接觸式ic卡工作特點。
附錄1：ic卡儲存區分配表
實驗三rfid電路設計與測試
一、實驗目的
1、了解射頻識別頻率劃分標準
2、理解射頻識別系統工作原理。
3、理解耦合天線電感和頻率變化與電子標籤識別距離的關係。
二、實驗內容
1、測試耦合天線電感變化時，電子標籤與發射天線的耦合距離關係。
2、測試振盪頻率變化時，電子標籤與發射天線的耦合距離關係。
三、實驗原理
射頻識別技術（rfid）是一種新型自動識別技術,具有可靠性高、保密性強、方便快捷等特點，它利用無線射頻方式，通過電磁感應、無線電波或微波能量,在讀寫基站和應答目標之間進行非接觸雙向通訊 ,以達到目標識別和資料交換的目的，這項技術簡稱為「電子標籤」。 射頻識別系統通常由電子標籤(射頻標籤)和閱讀器組成,電子標籤記憶體有一定格式的電子資料,常以此作為待識別目標的標識性資訊。應用中將電子標籤附著在待識別目標上,作為待識別目標的電子標記，閱讀器與電子標籤可按約定的通訊協議互傳資訊，rfid標籤主要分為無源標籤和有源標籤兩類。
rfid系統構成如圖所示。
rfid實驗系統框圖
實驗系統使用的電子標籤為無源標籤，當標籤進入閱讀器發射的電磁場區域時，標籤（應答器）的接收天線將接收電磁能量轉換直流給e5550供電，晶元工作後，再由標籤上的天線把電子資料傳送回閱讀器進行解碼，從而實現標電子籤資料的讀取。rfid廣泛應用於如門禁、交通、旅遊、倉儲等多種目標的識別，它是短距離、微功率無線電系統，在10厘公尺到20公尺距離內實現目標識別和資料交換。rfid系統使用的主要頻率有125khz、6.
78mhz、13.56mhz、27.125mhz、40.
68mhz、433.92mhz、869.0mhz、915.
0mhz、2.45ghz、5.8ghz以及24.
125ghz。
實驗系統的中心工作頻率為125khz（長波長），發射線圈的電感與電容構成諧振迴路，諧振頻率可由公式，此諧振迴路也是閱讀器晶元u2270的
負載阻抗，它決定載波訊號耦合效率。
四、實驗步驟
1、開啟電源，接上任一諧振線圈，適當調整w1使led恰好不發光，調整w2使載波頻率為125khz。
2、用萬用表測量壓控端電壓值，用示波器測試天線載波波形和頻率引數。
3、將電子標籤靠近耦合天線，用示波器測量資料輸出端接收波形和頻率引數。
4、上下移動電子標籤在某一位置，使led恰好穩定點亮，測量此時電子標籤與閱讀器耦合天線的最大距離。
5、換接不同電感量的閱讀器耦合天線，按上述同樣方法，上下移動電子標籤，測定電子標籤與閱讀器耦合天線的最大距離（led穩定點亮）。
6、從以上實驗中選擇一耦合匹配較好的線圈接入電路，適當調整w1使led恰好不發光，再調整w2改變壓控端電壓，用示波器測試天線載波頻率，同時測試每乙個頻率點對應的壓控電壓值和電子標籤與耦合天線的距離（led穩定點亮），頻率範圍從110khz～200khz，每隔10khz測一點。
五、實驗裝置
穩壓電源一台示波器一台萬用表一塊
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