CN105631380A - 磁条卡数据解码电路及其解码方法 - Google Patents
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Abstract
一种磁条卡数据解码电路及其解码方法,利用前置放大电路将磁头输出的模拟信号进行滤波放大,利用F2F编码电路将前置放大电路输出的模拟信号转换为二进制数字电平信号,微控制器根据F2F编码规则对F2F编码电路输出的二进制数字电平信号进行解码得到磁条卡二进制数据,将二进制编码转换为十进制编码,完成整个磁解码过程。本发明无须添加专用芯片,利用低成本电子器件并结合软件编码实现磁条卡数据解码过程,能够滤除高频干扰和信号噪声,准确检测出信号峰值,降低算法难度,大大节省设备成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁条卡数据解码电路及其解码方法。
背景技术
磁条卡是一种卡片状的磁性记录介质,与各种读卡器配合使用,磁条卡利用磁性载体记录了一些信息。
磁条卡的使用已经有很长的历史了,磁条卡成本低廉,易于使用,便于管理,且具有一定的安全特性,特别是银行系统几十年的普遍推广使用使得磁条卡的普及率得到很大的发展。
随着对安全和增强性功能不断增长的需求,越来越多的磁条卡被IC卡取代,但由于现有磁条卡应用系统非常完善,存量巨大,因此在未来很长一段时间内,银行磁条卡将同智能卡以互补的方式共同存在,智能卡的中体安全保密性比磁条卡确实要好,但非常完美的磁条卡应用系统弥补了磁条卡在其安全保密性上所存在的不足。
由于读取磁条卡的磁头输出的是模拟信号,需要转换为数字信号才能被微处理器识别。目前普遍的解决方案是外挂专用磁解码芯片来完成模拟信号向数字信号的转换及对数字信号解码,大大增加了设备的成本。
发明内容
本发明提供一种磁条卡数据解码电路及其解码方法,无须添加专用芯片,利用低成本电子器件并结合软件编码实现磁条卡数据解码过程,能够滤除高频干扰和信号噪声,准确检测出信号峰值,降低算法难度,大大节省设备成本。
为了达到上述目的,本发明提供一种磁条卡数据解码电路,包含:
前置放大电路,其将磁头输出的模拟信号进行滤波放大;
F2F编码电路,其输入端电性连接前置放大电路的输出端,该电路将前置放大电路输出的模拟信号转换为二进制数字电平信号;
微控制器,其输入端电性连接F2F编码电路的输出端,该微控制器根据F2F编码规则对F2F编码电路输出的二进制数字电平信号进行解码。
所述的前置放大电路包含放大电路和滤波电路,放大电路对磁头输出的模拟小信号进行放大,滤波电路进行低通滤波,滤除信号中的高频部分。
所述的放大电路包含电性连接的第一电阻R35、第二电阻R33和第一比较器U4B,第一比较器U4B的正极输入端和负极输入端分别电性连接磁道的磁头的两端,第一电阻R35串联第一比较器U4B的负极输入端,第二电阻R33串联在第一比较器U4B的负极输入端和输出端之间。
所述的滤波电路包含并联的第二电阻R33和第一电容C15。
所述的F2F编码电路包含峰值检测电路和磁滞比较电路,峰值检测电路检测输入信号的峰值点,磁滞比较电路滤除小的干扰信号。
所述的峰值检测电路包含电性连接的第一二极管D7、第二二极管D8、第二电容C14和第二比较器U4A,第一二极管D7的正极和第二二极管D8负极连接第二比较器U4A的负极输入端,第一二极管D7的负极和第二二极管D8正极连接前置放大电路1的输出端、第二比较器U4A的正极输入端和输出端,第二二极管D8的负极串联第二电容C14。
所述的磁滞比较电路包含电性连接的第二比较器U4A、第三电阻R36和第四电阻R38,第三电阻R36的一端连接第一二极管D7的负极和第二二极管D8正极,第三电阻R36的另一端连接第二比较器U4A的正极输入端,第四电阻R38串联在第二比较器U4A的正极输入端和输出端之间。
所述的F2F编码规则为:在一个二进制编码位的持续时间内,电平无变化则表示0,电平有变化则表示1。
本发明还提供一种磁条卡数据解码方法,包含以下步骤:
步骤S1、利用前置放大电路将磁头输出的模拟信号进行滤波放大;
其中,采用放大电路将磁头输出的模拟小信号进行放大,并采用滤波电路滤除信号中的高频部分;
步骤S2、利用F2F编码电路将前置放大电路输出的模拟信号转换为二进制数字电平信号;
其中,采用峰值检测电路检测输入信号的峰值点,并采用磁滞比较电路滤除小的干扰信号;
步骤S3、微控制器根据F2F编码规则对F2F编码电路输出的二进制数字电平信号进行解码得到磁条卡二进制数据;
所述的F2F编码规则为:在一个二进制编码位的持续时间内,电平无变化则表示0,电平有变化则表示1;
步骤S4、微控制器将二进制编码转换为十进制编码,完成整个磁解码过程。
本发明无须添加专用芯片,利用低成本电子器件并结合软件编码实现磁条卡数据解码过程,能够滤除高频干扰和信号噪声,准确检测出信号峰值,降低算法难度,大大节省设备成本。
附图说明
图1是本发明提供的一种磁条卡数据解码电路的电路图。
图2是峰值检测电路的输入输出波形图。
图3是磁滞比较传输曲线图。
图4是比较器与磁滞比较器对噪声的响应比较图。
图5是F2F编码示意图。
具体实施方式
以下根据图1~图5,具体说明本发明的较佳实施例。
磁卡的读写都是由磁头完成。
磁卡数据的写入,首先对信息进行编码,常用的是改进调频制(F2F),经过编码的信号电流通入写磁头,并且使写磁头与磁卡磁性面贴近,写磁头与磁卡间以一定的速度进行相对运动,磁轨被磁化,信息即被写入到磁卡磁轨上。在F2F编码记录方式中,信息的写入是依靠写入电流频率的变化来实现的,其编码规则是:记录“1”时,写电流在周期中间改变方向;记录“0”时,写电流不改变方向;写电流在每次位周期边界改变方向。
磁卡数据的读出是写入的反向过程,将磁轨贴近磁路间隙,且磁轨以一定的速度通过磁头,使磁头磁路有磁通变化,从而磁头线圈产生感应电势,即磁轨上的磁信号转换为电信号。然后通过磁解码电路转换为二进制信号。最后通过解码软件将二进制编码信号转换为十进制编码。在磁解码电路对信号处理过程中,首先要将从磁头来的电流信号进行放大,然后进行F2F编码,最后送微控制器进行软件解码。理想条件下,在编码过程中,只需要在电压信号达到峰值后,及时准确的给出一个电平跳变信号即可。
在实际处理中可能面临的困难是:磁条卡多是人工刷卡,刷卡速度不固定。起始刷卡速度一般较慢,然后慢慢加速。这样带来的问题是,初始信号频率低,毛刺多,信号峰值不明显,给编码电路带来困难;信号位周期逐渐变短,对数字解码部分的算法要求高。为了解决这个问题,需要提高信号放大部分性能,过滤掉高频干扰,然后需要准确检测出信号峰值,并且对于小信号噪声干扰要进行过滤。
如图1所示,本发明提供一种磁条卡数据解码电路,包含:
前置放大电路1,其将磁头输出的模拟信号进行滤波放大;
F2F编码电路2,其输入端电性连接前置放大电路1的输出端,该电路将前置放大电路输出的模拟信号转换为二进制数字电平信号;
微控制器3,其输入端电性连接F2F编码电路2的输出端,该微控制器根据F2F编码规则对F2F编码电路2输出的二进制数字电平信号进行解码。
所述的前置放大电路1包含放大电路和滤波电路,磁头输出的模拟信号幅度非常小,并且会有许多高频噪声,因此需要使用放大电路对磁头输出的模拟小信号进行放大,并利用滤波电路进行低通滤波,滤除信号中的高频部分。
所述的放大电路包含电性连接的第一电阻R35、第二电阻R33和第一比较器U4B,第一比较器U4B的正极输入端和负极输入端分别电性连接磁道的磁头的两端,MSP和MSN分别代表磁条卡上磁道的磁头的两端,第一电阻R35串联第一比较器U4B的负极输入端,第二电阻R33串联在第一比较器U4B的负极输入端和输出端之间;本实施例中,第一电阻R35的阻值为4.7k,第二电阻R33的阻值为180k,第一比较器U4B的型号为SGM8544,放大电路的放大倍数为38倍左右。
所述的滤波电路包含并联的第二电阻R33和第一电容C15;本实施例中,第二电阻R33的阻值为180k,第一电容C15的容值为33pF,滤波电路可以滤掉200K以上的高频干扰。
所述的F2F编码电路2包含峰值检测电路和磁滞比较电路,F2F编码电路2对前置放大电路的输出信号进行处理,把模拟波按F2F编码转换为二进制数字电平信号,峰值检测电路检测到输入信号的峰值点,磁滞比较电路滤除小的干扰信号,从而输出准确的二进制数字电平信号。
所述的峰值检测电路包含电性连接的第一二极管D7、第二二极管D8、第二电容C14和第二比较器U4A,第一二极管D7的正极和第二二极管D8负极连接第二比较器U4A的负极输入端,第一二极管D7的负极和第二二极管D8正极连接前置放大电路1的输出端、第二比较器U4A的正极输入端和输出端,第二二极管D8的负极串联第二电容C14。
本实施例中,第一二极管D7和第二二极管D8的型号为1N1183,第一二极管D7和第二二极管D8要选择低压降二极管,本实施例中的第一二极管D7和第二二极管D8的导通压降为0.2V,第二电容C14的容值为22nF,第二比较器U4A的型号为SGM8544。
如图2所示,第二比较器U4A的正极输入端3脚比负极输入端2脚电压高时,输出MS_OUT为高电平,反之,正极输入端3脚比负极输入端2脚电压低时,输出端MS_OUT为低电平;输入信号在增大的过程中,第二二极管D8导通,不断对第二电容C14进行充电,由于第二二极管D8的导通电压固定为0.2V,所以第二比较器U4A的3脚电压总是比2脚电压大0.2V,从而第二比较器U4A的输出电平MS_OUT保持为高;当输入信号达到最大值,开始降低时,第二比较器U4A的2脚电压保持不变,第二比较器U4A的3脚电压与2脚电压压差逐渐缩小,一直到3脚电压小于2脚电压时,第二比较器U4A的输出电平MS_OUT变为低;输入信号继续减小,一直到低于第二比较器U4A的2脚电压0.2V时,第一二极管D7导通,对第二电容C14进行放电,之后第二比较器U4A的2脚的信号随着3脚电压的降低而降低,但第二比较器U4A的2脚信号总是比3脚信号大0.2V,第二比较器U4A的输出电平MS_OUT变为低。
由以上分析可知,第二比较器U4A的输出电平在输入电压降为比峰值电压低0.2V时进行切换,由高电平变为低电平。与此相似,第二比较器U4A的输出电平在输入电上升为比谷值电压高0.2V时进行切换,由低电平变为高电平。期间如果有小于0.2V的毛刺信号,都可以被滤掉。
所述的磁滞比较电路包含电性连接的第二比较器U4A、第三电阻R36和第四电阻R38,第三电阻R36的一端连接第一二极管D7的负极和第二二极管D8正极,第三电阻R36的另一端连接第二比较器U4A的正极输入端,第四电阻R38串联在第二比较器U4A的正极输入端和输出端之间。
本实施例中,第二比较器U4A的型号为SGM8544,第三电阻R36的阻值为1k,第四电阻R38的阻值为100k。
如图3所示,为了解决小信号的干扰,需要在比较器中引入磁滞,这样的比较器称为磁滞比较器,磁滞比较器是一个带有正反馈的比较器,它存在两个门限,又称为双限比较器。
小信号干扰对比较器性能的影响非常大,它将导致比较器在过渡区间的不确定性,而这种不确定性将导致使用比较器的整个电路产生抖动或相位噪声,从图4中可以清晰的看到磁滞比较器在噪声环境中的优点。阈值点附近的噪声使比较器充满噪声,而磁滞比较器则不存在这样的问题。
磁滞比较电路可以滤掉两个输入信号小范围的波动。
所述的微控制器3根据F2F编码规则对F2F编码电路2输出的二进制数字电平信号进行解码得到磁条卡二进制数据,然后再把二进制编码转换为十进制编码,完成整个磁解码过程。
所述的F2F编码规则为:记录“1”时,电流在周期中间改变方向;记录“0”时,电流不改变方向;电流在每次位周期边界改变方向,如图5所示。在一个二进制编码位的持续时间内,电平无变化则表示0,电平有变化则表示1。
本发明还提供一种磁条卡数据解码方法,包含以下步骤:
步骤S1、利用前置放大电路将磁头输出的模拟信号进行滤波放大;
其中,采用放大电路将磁头输出的模拟小信号进行放大,并采用滤波电路滤除信号中的高频部分;
步骤S2、利用F2F编码电路将前置放大电路输出的模拟信号转换为二进制数字电平信号;
其中,采用峰值检测电路检测输入信号的峰值点,并采用磁滞比较电路滤除小的干扰信号;
步骤S3、微控制器根据F2F编码规则对F2F编码电路输出的二进制数字电平信号进行解码得到磁条卡二进制数据;
所述的F2F编码规则为:在一个二进制编码位的持续时间内,电平无变化则表示0,电平有变化则表示1;
步骤S4、微控制器将二进制编码转换为十进制编码,完成整个磁解码过程。
本发明无须添加专用芯片,利用低成本电子器件并结合软件编码实现磁条卡数据解码过程,能够滤除高频干扰和信号噪声,准确检测出信号峰值,降低算法难度,大大节省设备成本。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (9)
1.一种磁条卡数据解码电路,其特征在于,包含:
前置放大电路,其将磁头输出的模拟信号进行滤波放大;
F2F编码电路,其输入端电性连接前置放大电路的输出端,该电路将前置放大电路输出的模拟信号转换为二进制数字电平信号;
微控制器,其输入端电性连接F2F编码电路的输出端,该微控制器根据F2F编码规则对F2F编码电路输出的二进制数字电平信号进行解码。
2.如权利要求1所述的磁条卡数据解码电路,其特征在于,所述的前置放大电路包含放大电路和滤波电路,放大电路对磁头输出的模拟小信号进行放大,滤波电路进行低通滤波,滤除信号中的高频部分。
3.如权利要求2所述的磁条卡数据解码电路,其特征在于,所述的放大电路包含电性连接的第一电阻R35、第二电阻R33和第一比较器U4B,第一比较器U4B的正极输入端和负极输入端分别电性连接磁道的磁头的两端,第一电阻R35串联第一比较器U4B的负极输入端,第二电阻R33串联在第一比较器U4B的负极输入端和输出端之间。
4.如权利要求2所述的磁条卡数据解码电路,其特征在于,所述的滤波电路包含并联的第二电阻R33和第一电容C15。
5.如权利要求1所述的磁条卡数据解码电路,其特征在于,所述的F2F编码电路包含峰值检测电路和磁滞比较电路,峰值检测电路检测输入信号的峰值点,磁滞比较电路滤除小的干扰信号。
6.如权利要求5所述的磁条卡数据解码电路,其特征在于,所述的峰值检测电路包含电性连接的第一二极管D7、第二二极管D8、第二电容C14和第二比较器U4A,第一二极管D7的正极和第二二极管D8负极连接第二比较器U4A的负极输入端,第一二极管D7的负极和第二二极管D8正极连接前置放大电路1的输出端、第二比较器U4A的正极输入端和输出端,第二二极管D8的负极串联第二电容C14。
7.如权利要求5所述的磁条卡数据解码电路,其特征在于,所述的磁滞比较电路包含电性连接的第二比较器U4A、第三电阻R36和第四电阻R38,第三电阻R36的一端连接第一二极管D7的负极和第二二极管D8正极,第三电阻R36的另一端连接第二比较器U4A的正极输入端,第四电阻R38串联在第二比较器U4A的正极输入端和输出端之间。
8.如权利要求1所述的磁条卡数据解码电路,其特征在于,所述的F2F编码规则为:在一个二进制编码位的持续时间内,电平无变化则表示0,电平有变化则表示1。
9.一种磁条卡数据解码方法,其特征在于,包含以下步骤:
步骤S1、利用前置放大电路将磁头输出的模拟信号进行滤波放大;
其中,采用放大电路将磁头输出的模拟小信号进行放大,并采用滤波电路滤除信号中的高频部分;
步骤S2、利用F2F编码电路将前置放大电路输出的模拟信号转换为二进制数字电平信号;
其中,采用峰值检测电路检测输入信号的峰值点,并采用磁滞比较电路滤除小的干扰信号;
步骤S3、微控制器根据F2F编码规则对F2F编码电路输出的二进制数字电平信号进行解码得到磁条卡二进制数据;
所述的F2F编码规则为:在一个二进制编码位的持续时间内,电平无变化则表示0,电平有变化则表示1;
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160601 |