【文章內(nèi)容簡介】 觸 IC 卡，由于采用的通信協(xié)議不同，相應的射頻讀寫芯片也不同。目前在中國的市場上，非接觸式 IC 卡主要的廠商有：中國的華虹、復旦微電子、以及荷蘭 Philips、瑞士 LEGIC、法國意法半導體（ ST）、日本索尼等，其中基于 Philips 公司 MIFARE 芯片的產(chǎn)品在市場上占有絕對的優(yōu)勢。鑒于國內(nèi)市場上 MIFARE 芯片卡應用廣泛，我們采用Philips 公司生產(chǎn)的射頻處理基站芯片。 MFCM 200 與 MFCM 500 是第一代 MIFARE讀寫器 模塊，現(xiàn)已停產(chǎn) Philips 新推出的集成化單顆射頻基站芯片 RC 系列是 CM模塊系列的替代產(chǎn)品，且性能更穩(wěn)定、功耗更低、應用更靈活、價格更低廉。表1 MIFARE 讀寫器芯片名稱 通信速率 電源 支持協(xié)議 接口類型 最大讀寫距離 MF RC531 可達 848Kbps 5V ISO/IEC 14443Aamp。B 并行、 SPI 100mm MF RC530 可達 848Kbps 5V、 ISO/IEC 14443A 并行、 SPI 100mm MFRC500 106Kbps 5V ISO/IEC 14443A 并行 100mm MFCM 500 106 Kbps 5V ISO/IEC 14443A 并行 100mm MFCM 200 106 Kbps 5V ISO/IEC 14443A 并行 25mm 本方案選用 MFRC500射頻讀寫芯片來進行讀寫模塊的設計。 MFRC500的性價比最高，市場應用最為廣泛，購買也最方便且內(nèi)部有高集成的調(diào)制解調(diào)模塊，內(nèi)部發(fā)射器可直接驅動基于 的非接觸式天線，最大距離可達 10cm。 MFRC500內(nèi)部結構 MFRC500 的內(nèi)部 EEPROM 分為四個部分，分別用 于存放產(chǎn)品的信息，啟動寄存器初始化文件，寄存器初始化文件， Cryptol 密匙區(qū)。同時還有 8*64 位的 FIFO 緩沖區(qū)，它緩沖微處理器和 MFRC500 之間輸入和輸出的數(shù)據(jù)流。 MFRC500 內(nèi)部有完善的中斷系統(tǒng)，其中包括內(nèi)部定時器中斷、發(fā)送器中斷、 CRC 效驗中斷、E2PROM 中斷、接收器中斷、命令寄存器中斷、 FIFO 緩沖區(qū)的空和滿中斷等等，相關的中斷源都可以通過 IRQ 腳上的信號觸發(fā)微處理器產(chǎn)生中斷，這就使微處理器的軟件更為有效。 MFRC500 內(nèi)部有一個定時器，它由片內(nèi) 時鐘驅動。微處理器可使用該時鐘管理與定時有關的任務。定時器單元可配置為以下幾種方式之一：超時計數(shù)器、看門狗、停止監(jiān)視、可編程單次觸發(fā)、周期觸發(fā)等。 Philips 公司的 MF RC500 是應用于 非接觸式通信中高集成讀卡 IC系列中的一員。該讀卡 IC 系列利用先進的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在 下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。 MF RC500 支持 ISO14443A所有的層，內(nèi)部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅動操作近距離的天線（可達 100mm）；接收器部分提供一個堅 固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于ISO14443兼容的應答器信號；數(shù)字部分處理 ISO14443A幀和錯誤檢測（奇偶 CRC）。此外，它還支持快速 CRYPTOI 加密算法，用于驗證 Mifare 系列產(chǎn)品。方便的并行接口可直接連接到任何 8 位微處理器，給讀卡器 /終端的設計提供了極大的靈活性。 MF RC500 可方便的用于各種基于 ISO/IEC 14443A 標準并且要求低成本、小尺寸、高性能以及單電源的非接觸式通信的應用場合。 MF RC500 內(nèi)部包括并行微控制器接口、雙向。 FIFO 緩沖區(qū)、中斷、數(shù)據(jù)處理單元、狀態(tài)控制單元、安 全和密碼控制單元、模擬電路接口及天線接口。 MF RC500 的外部接口包括數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線 包含讀寫信號和中斷等 和電源等。 MF RC500 的并行微控制器接口自動檢測連接的 8 位并行接口的類型。它包含一個易用的雙向FIFO 緩沖區(qū)和一個可配置的中斷輸出 ,為連接各種 MCU 提供了很大的靈活性。即使采用成本非常低的器件也能滿足高速非接觸式通信的要求。數(shù)據(jù)處理部分執(zhí)行數(shù)據(jù)的并行―串行轉換。支持的幀包括 CRC 和奇偶校驗。 MF RC500 以完全透明的模式進行操作．因而支持 IS014443A 的所有層。狀態(tài)和控制部分 允許對器件進行配置以適應環(huán)境的影響 ,并將性能調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)。當與 Mifare Standard 和Mifare 通信時 ,使用高速 CRYPTOI 流密碼單元和一個可靠的非易失性密匙存儲器。模擬電路包含一個具有阻抗非常低的橋驅動器輸出的發(fā)送部分。這使得最大操作距離可達 100 mm，接收器可以檢測到并解碼非常弱的應答信號 MFRC500 是Philips 公司生產(chǎn)的高集成度 TYPE A 讀寫器芯片其主要性能如下 :●載波頻率為●集成了編碼調(diào)制和解調(diào)解碼的收發(fā)電路●天線驅動電路僅需很少的外圍元件有效距離可達 10cm●內(nèi)部集成有并行接口控制電路可自動檢測外部微控制器 MCU 的接口類型●具有內(nèi)部地址鎖存和 IRQ 線可以很方便地與 MCU 接口●集成有 64 字節(jié)的收發(fā) FIFO 緩存器●內(nèi)部寄存器 ,命令集 ,加密算法可支持TYPE A 標準的各項功能同時支持 MIFARE 類卡的有關協(xié)議●數(shù)字模擬發(fā)送電路都有各自獨立的供電電源基于以上特點用 MF RC500 極易設計 TYPE A 型卡的讀寫器可廣泛用于非接觸式公共電話儀器儀表非接觸式手持終端等領域 MF RC500 為 32腳 SO 封裝需說明的是 :某些引腳 帶 *號 依據(jù)其所用 MCU 微控制器 的接口情況具有不同功能 MF RC500 的內(nèi)部電路它由并行接口及控制電路密鑰存貯及加密算法 Cypto1 狀態(tài)機與寄存器數(shù)據(jù)處理電路模擬電路調(diào)制解調(diào)及輸出驅動電路等組成 MF RC500 寄存器設置 MF RC500 芯片的內(nèi)部寄存器按頁分配并通過相應尋址方法獲得地址 .內(nèi)部寄存器共分 8 頁每頁有 8 個寄存器每頁的第一個寄存器稱為頁寄存器用于選擇該寄存器頁每個寄存器由 8 位組成其位特性有四種 :讀 /寫 r/w 只讀 r 僅寫 w 和動態(tài) dy 其中 dy 屬性位可由微控制器讀寫也可以在執(zhí)行實際命令后自動由內(nèi)部狀態(tài)機改變位值微控制器 MCU 通過 對內(nèi)部寄存器的寫和讀可以預置和讀出系統(tǒng)運行狀況寄存器在芯片復位狀態(tài)為其預置初始值了解內(nèi)部寄存器的設置對于軟件編程至關重要并行接口 MFRC500 芯片可直接支持各種微控制器 MCU 也可直接和 PC 機的增強型并行接口 EPP 相連接每次上電 PON 或硬啟動 Reset 后芯片會復原其并行接口模式并檢測當前的 MCU 接口類型通常用檢測控制引腳邏輯電平的方法來識別 MCU 接口并利用固定引腳連接和初始化相結合的方法實現(xiàn)正確的接口 EEPROM 存貯器 MFRC500 的 EPROM 共有 32 塊每塊 16 字節(jié) .EPROM 存貯區(qū)分為四部 分 :第一部分為塊 0 屬性為只讀用于保存產(chǎn)品的有關信息 。第二部分為塊 1 和塊 2 它們具有讀 /寫屬性用于存放寄存器初始化啟動文件 。第三部分從塊 3至塊 7用于存放寄存器初始化文件屬性為讀 /寫 。第四部分從塊 8 至塊 31 屬性為只寫用于存放加密運算的密鑰存放一個密鑰需要 12 字節(jié) EEPROM 密鑰存放區(qū)共可存放 32 個密鑰實際密鑰長度為 6 字節(jié)存放在緊鄰的 12 個 EPROM 字節(jié)地址中一個密鑰字節(jié)的 8 位必須分開存放若設密鑰 8 位為 K7K6,?? K0，則存放在兩個相鄰字節(jié)時為k7k6K5K4K7K6K5K4 和 K3K2K1K0K3K2K1K0 例如 密鑰字節(jié)為 A0H 時則存放內(nèi)容為5AHF0H兩個字節(jié) FIFO緩存 8*64位的 FIFO用于緩存微控制器與芯片之間的輸入/輸出數(shù)據(jù)流可處理數(shù)據(jù)流長度達 64字節(jié) FIFOData寄存器作為輸入 /輸出數(shù)據(jù)流的并 /并轉換口 。FIFOLength寄存器用于指示 FIFO緩沖器的字節(jié)存儲量寫時增量讀時減量 。FIFO 緩沖器的狀態(tài)如空溢出等可由寄存器 PrimaryStatusFIFOLevel的相關位指示 。對 FIFO 的訪問則可通過微控制器送出有效命令來實現(xiàn)中斷請求芯片的中斷請求有定時設置到發(fā)送請求接收請求一個命令執(zhí)行完 FIFO 滿 FIFO空等六種 0 頁寄存器 InterruptEn 的相應位讀 /寫屬性用于相應中斷請求使能設置 。InterruptRq 的相應位屬性用于指示使能情況下的相應中斷出現(xiàn)任何允許中斷產(chǎn)生時 0頁寄存器 PrimaryStatus的 IRQ位 r屬性可用于指示中斷的產(chǎn)生同時可由引腳 IRQ和微控制器進行連接以產(chǎn)生中斷請求信號定時器 MFRC500內(nèi)有定時器 ,其時鐘源于 晶振信號 信號由晶振電路外接石英晶體產(chǎn)生微處理器可借助于定時器完成有關定時任務的管理定時器可用于定時輸出計數(shù)看門狗計數(shù)停止監(jiān)測定時觸發(fā)等 工作模擬電路 a. 發(fā)送電路 RF 信號從引腳 TX1和 TX2 輸出可直接驅動天線線圈調(diào)制信號及 TX1TX2 輸出的射頻信號類型已調(diào)或無調(diào)制載波均可由寄存器 TxControl控制 b. 接收電路載波解調(diào)采用正交解調(diào)電路正交解調(diào)所需的 I和 Q時鐘兩者相差為 90176。 可在芯片內(nèi)產(chǎn)生解調(diào)后由所得副載波調(diào)制信號要經(jīng)放大濾波相關器判決電路進行副載波解調(diào)其中放大電路的增益可由寄存器 RxControl 的設置來控制串行信號開關串行信號開關用于橋接芯片數(shù)字電路和模擬電路兩部分兩部分電路的輸入 /輸出和外部應用所需的輸入 /輸出可以靈活組合這種組合 可借助 MFIN 和 MFOUT 引腳和相關寄存器來控制實現(xiàn)MFIN可輸入曼徹斯特碼帶副載波的曼徹斯特碼并由寄存器 RxControl2的設置選擇送至解碼器若輸入的是修正密勒碼則由寄存器 TxControl 設置選擇送至發(fā)送通道的調(diào)制器 MFOUT引腳上可輸出曼徹斯特碼帶副載波的曼徹斯特碼 NRZ碼修正密勒碼以及測試信號具體可通過寄存器 MFOUTSelect 的不同設置來選擇命令設置 MC RF500 的性能由內(nèi)部狀態(tài)機保證狀態(tài)機可以完成命令功能寄存器 Command的相應位存貯 R 命令碼屬性為 dy 可用于啟動或停止命令執(zhí)行命令大多 可由寫入相應命令碼至 Command 寄存器實現(xiàn)其所需變量和數(shù)據(jù)主要由 FIFO 緩沖器交換認證與加密 Mifare 類產(chǎn)品中加密算法的實現(xiàn)被稱之為 CRYPT01 它是一種密鑰長度為 48bit 的流密碼要訪問一個 Mifare 類卡的數(shù)據(jù)首先要完成認證 Mifare 卡的認證采用三次認證的過程若需了解三次認證過程 ,請參閱參考文獻這個過程可由自動執(zhí)行 Authbent1 和 Authbent2 命令來實現(xiàn) MFRC500 支持 ISO 14443A 所有的層，模擬電路部分內(nèi)含射頻發(fā)送器和接收器。發(fā)送器不需要增加有源電路就可以直接驅動工作，接收器對 來自符合 ISO 14443A 協(xié)議的卡的信號進行解調(diào)、譯碼。 MFRC500 的 8 位并行微控制器接口可自動檢測連接的接口類型，它包括一個雙向 FIFO 緩沖區(qū)和一個可設置的中斷輸出。方便的并行接口可與各種 8 位微處理器直接連接，給讀寫卡器終端的設計提供了極大的靈活性。數(shù)據(jù)處理部分則主要進行 ISO 14443A 幀的封裝和錯誤檢測（支持 CRC 校驗和奇偶校驗）。通過狀態(tài)和控制部分可以對芯片進行配置，以適應環(huán)境并使芯片性能調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)。MFRC500 引腳說明 MFRC500 共有 32 個引腳可以分為以下幾類。電源類引腳 EMC 特性 和信號解耦方面達到最佳性能，器件使用 3 個獨立的電源 TVDD， TVSS（ 6 腳， 8 腳）天線驅動部分的單獨電源。 AVDD， AVSS（ 26 腳， 28 腳）模擬部分的單獨電源。 DVDD， DVSS（ 25 腳， 12 腳）數(shù)字部分的單獨電源。天線引腳 TX1， TX2（ 5腳， 7 腳）：發(fā)送器引腳。 MFRC500 通過 TX1 和 TX2 發(fā)送 的能量載波。RX（ 29 腳）：模擬天線輸入信號。 VMID（ 30 腳）：天線部分的內(nèi)部參考電壓。 復位引腳 RSTPD（ 31 腳）：禁止內(nèi)部電流源和時鐘，并使 MFR500 從微控制器總線接口脫開。當出現(xiàn)一個從高到低的電平跳變時 RC500 復位，即當該引腳為高時， RC500 停止工作；為低電平， RC500 才能正常工作。如果 RSTPD 置位，則MFRC500 執(zhí)行上電時序。（輔助管腳可選擇內(nèi)部信號驅動該管腳 AUX，作為設計和測試之用。）晶振引腳 OSCIN， OSCOUT（ 1 腳， 32 腳）：晶振的輸入、輸出引腳。電源振蕩器緩沖輸出 1356MHz 晶振通過快速片內(nèi)緩沖區(qū)連接到 OSCIN 和 SCOUT，如果器件采用外部時鐘，可從 OSCIN 輸入。 接口 MFIN， MFOUT（ 3 腳， 4 腳）： MIFARE 接口輸入、輸出引腳。 并行接口 MFRC500有 16個引腳用于控制并行接口 AD0～ AD7（ 13腳至 20腳）：8 位雙向數(shù)據(jù)總線（也可復用為地址線）。 A0～ A2（ 22 腳至 24 腳）：地址線輸入。 NCS（ 9 腳）：片選信號，選擇 RC500 的并行微控制器接口。輸入高電平有效。 NWR（ 10 腳）：寫信號線，輸入低電平有效。 NRD（ 11 腳）：讀信號線，輸入，低電平有效。 ALE（ 21 腳）：地址鎖存允許引腳，輸入，高電平有效。 IRQ（ 2 腳）：中斷請求引腳，當有中斷