非接觸IC卡讀寫(xiě)模塊MFRC530的工作原理及其應用
文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者：李乃瑋、黃靜、郭勇（成都理工大學(xué)信息工程學(xué)院） 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年10月26日
摘 要：MFRC530（Mifare Reader Circuit）是Philips公司最新推出的一種非接觸式IC卡讀寫(xiě)模塊。采用該模塊設計的IC卡讀卡器完全支持13．56 MHz下所有類(lèi)型的非接觸式通信方式和協(xié)議，適用于各種基于ISO／IEC14443A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(chǎng)合。
關(guān)鍵詞：MFRC530；非接觸式；IC卡
MFRC530是應用于13．56 MHz非接觸式高集成度IC卡讀寫(xiě)模塊的一員。該模塊利用了先進(jìn)的調制和解調概念，完全集成了在13．56 MHz下所有類(lèi)型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議。MFRC530支持ISO14443A所有層的通信方式。
內部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅動(dòng)近距離操作的天線(xiàn)（可達100 mm）。
接收器部分提供一個(gè)堅固而有效的解調和解碼電路用于ISO14443A兼容的應答器信號。
數字部分處理ISO14443A幀和錯誤檢測（奇偶校驗和CRC）。此外它還支持快速MIFARE典型安全算法，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 bit微處理器，這樣給讀卡器／終端的設計提供了極大的靈活性。此外，它支持SPI接口。
MFRC530的主要特點(diǎn)：
?。?）高集成度模擬電路用于IC卡應答信號的解調和解碼；
?。?）緩沖輸出驅動(dòng)器使用最少數目的外部元件連接到天線(xiàn)；
（3）支持ISO14443A；
?。?）支持MIFARE雙接口IC卡和MIFARE典型協(xié)議；
?。?）支持波特率高達 424 kHz的非接觸通信；
（6）兼容SPI接口；
（7）靈活的中斷處理；
（8）可編程定時(shí)器；
（9）近距離操作（可達100 mm）；
（10）帶低功耗的硬件復位；
（11）軟件實(shí)現掉電模式；
?。?2）并行微處理器接口帶有內部地址鎖存和IRQ線(xiàn)；
（13）自動(dòng)檢測微處理器并行接口的類(lèi)型；（14）64 byt發(fā)送和接收FIFO緩沖區；
（15）面向位和字節的幀；
（16）唯一的序列號；
?。?7）Crypto1以及可靠的內部非易失性密匙存儲器；
?。?8）連接到13．56 MHz晶振上的內部振蕩緩沖器具有優(yōu)化的低相位抖動(dòng)；
?。?9）在近距離應用中，發(fā)送器采用電壓3．3～5V；
?。?0）數字部分采用3．3 V或5 V電源
1 內部結構與引腳說(shuō)明
1．1 內部結構
圖1所示為MFRC530的內部結構。
并行微控制器接口自動(dòng)檢測連接的8 bit并行接口的類(lèi)型，它包含一個(gè)雙向FIFO緩沖區和一個(gè)可配置的中斷輸出，這樣就為連接各種MCU提供了很大的靈活性，即使使用非常低成本的器件也能滿(mǎn)足高速非接觸式通信的要求。
數據處理部分執行數據的并行串行轉換。它支持的幀包括CRC和奇偶校驗，它以完全透明的模式進(jìn)行操作，因而支持ISO14443A的所有層。
狀態(tài)和控制部分允許對器件進(jìn)行配置以適應環(huán)境的影響，并使性能調節到最佳狀態(tài)。當與MI－FAREStandard和MIFARE產(chǎn)品通信時(shí)使用高速Crypto1流密碼單元和一個(gè)可靠的非易失性密匙存儲器。
模擬電路包含了一個(gè)具有低阻抗橋驅動(dòng)器輸出的發(fā)送部分，這使得最大操作距離可達100mm，接收器可以檢測到并解碼非常弱的應答信號。由于采用了非常先進(jìn)的技術(shù)，接收器已不再是限制操作距離的因素了。
1．2 引腳說(shuō)明
該器件為32腳SO封裝。器件使用了3個(gè)獨立的電源以實(shí)現在EMC特性和信號解耦方面達到最佳性能。MFRC530具有出色的RF性能并且模擬和數字部分可適應不同的操作電壓。
1．2．1 天 線(xiàn)
非接觸式天線(xiàn)使用以下4個(gè)管腳：
為了驅動(dòng)天線(xiàn),MF RC530通過(guò)TX1 和TX2 提供13.56 MHz的能量載波。根據寄存器的設定對發(fā)送數據進(jìn)行調制得到發(fā)送的信號。
IC卡采用RF 場(chǎng)的負載調制進(jìn)行響應。天線(xiàn)拾取的信號經(jīng)過(guò)天線(xiàn)匹配電路送到RX 腳。MF RC530 內部接收器對信號進(jìn)行檢測和解調并根據寄存器的設定進(jìn)行處理。然后數據發(fā)送到并行接口由微控制器進(jìn)行讀取。
MFRC530對驅動(dòng)部分使用單獨電源供電。
1．2．2 模擬電源
為了實(shí)現最佳性能，MFRC530的模擬部分也使用單獨電源。它對振蕩器、模擬解調器和解碼器電路供電。
1.2.3
MF RC530數字部分使用單獨電源。
1．2．4 輔助管腳
可選擇內部信號驅動(dòng)該管腳AUX。它作為設計和測試之用。
1．2．5 復位管腳
復位管腳RSTPD禁止了內部電流源和時(shí)鐘并使MFRC530從微控制器總線(xiàn)接口脫開(kāi)。如果RST－PD釋放，MFRC530執行上電時(shí)序。
1．2．6 振蕩器
13．56 MHz晶振通過(guò)快速片內緩沖區連接到OSCIN和OSCOUT。如果器件采用外部時(shí)鐘，可從OSCIN輸入。
1．2．7 MIFARE接口
MFRC530支持MIFARE有源天線(xiàn)的概念。它可以處理管腳MFIN和MFOUT處的MIFARE核心模塊的基帶信號NPAUSE和KOMP。
MIFARE接口可采用下列方式與MFRC530的模擬或數字部分單獨通信：
1）模擬電路可通過(guò)MIFARE接口獨立使用。這種情況下，MFIN連接到外部產(chǎn)生的NPAUSE信號。
MFOUT提供KOMP信號。
2）數字電路可通過(guò)MIFARE接口驅動(dòng)外部信號電路。這種情況下，MFOUT提供內部產(chǎn)生的NPAUSE信號而MFIN連接到外部輸入的KOMP信號。
1.2.8
下面列出的16個(gè)管腳用于控制并行接口：
2 應 用
圖3所示為MFRC530在非接觸式IC卡讀卡器中的典型應用電路。
該系統采用89C51單片機為控制核心，主要完成數據采集、處理、存儲及控制系統工作的功能，通過(guò)P0口與MFRC530的數據總線(xiàn)相連，可實(shí)現與射頻卡數據的無(wú)線(xiàn)傳輸。P2．7作為MFRC530的片選端，低電平有效。RD、WR分別控制MFRC530的讀寫(xiě)，INT0接收來(lái)自IC卡的中斷請求并執行中斷程序。
MFRC530是與射頻卡實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信的核心模塊，也是讀卡器讀寫(xiě)射頻卡的關(guān)鍵接口芯片。它根據寄存器的設定對發(fā)送緩沖區中的數據進(jìn)行調制得到發(fā)送的信號，通過(guò)由TX1，TX2腳驅動(dòng)的天線(xiàn)以電磁波的形式發(fā)出去，射頻卡采用RF場(chǎng)的負載調制進(jìn)行響應。天線(xiàn)拾取射頻卡的響應信號經(jīng)過(guò)天線(xiàn)匹配電路送到RX腳，MFRC530內部接收緩沖器對信號進(jìn)行檢測和解調并根據寄存器的設定進(jìn)行處理。處理后的數據發(fā)送到并行接口由單片機讀取。
3 結束語(yǔ)
非接觸式IC卡是根據射頻電磁感應原理產(chǎn)生的。它的讀寫(xiě)操作只需將卡片放在讀寫(xiě)器附近一定的距離之內就能實(shí)現數據交換，無(wú)需任何接觸，使用非常方便、快捷，不易損壞。因此，在公交、門(mén)禁、校園、企事業(yè)等人事管理、娛樂(lè )場(chǎng)所等方面有廣泛的應用前景。
