非接觸IC卡讀寫模塊MFRC530的工作原理及其應用

文章出處：http://www.xujuanpiju.com 作者：李乃瑋、黃靜、郭勇（成都理工大學信息工程學院）   人氣： 發表時間：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下所有類型的非接觸式通信方式和協議，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合。
　　關鍵詞：MFRC530；非接觸式；IC卡

　　MFRC530是應用于13．56 MHz非接觸式高集成度IC卡讀寫模塊的一員。該模塊利用了先進的調制和解調概念，完全集成了在13．56 MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協議。MFRC530支持ISO14443A所有層的通信方式。
　　內部的發送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅動近距離操作的天線（可達100 mm）。
　　接收器部分提供一個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：
　　（1）高集成度模擬電路用于IC卡應答信號的解調和解碼；
　　（2）緩沖輸出驅動器使用最少數目的外部元件連接到天線；
    （3）支持ISO14443A；
　?。?）支持MIFARE雙接口IC卡和MIFARE典型協議；
　　（5）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；
    （13）自動檢測微處理器并行接口的類型；（14）64 byt發送和接收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化的低相位抖動；
　　（19）在近距離應用中，發送器采用電壓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檢測連接的8 bit并行接口的類型，它包含一個雙向FIFO緩沖區和一個可配置的中斷輸出，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行操作，因而支持ISO14443A的所有層。
　　狀態和控制部分允許對器件進行配置以適應環境的影響，并使性能調節到最佳狀態。當與MI－FAREStandard和MIFARE產品通信時使用高速Crypto1流密碼單元和一個可靠的非易失性密匙存儲器。
    模擬電路包含了一個具有低阻抗橋驅動器輸出的發送部分，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的技術，接收器已不再是限制操作距離的因素了。
1．2　引腳說明
　　該器件為32腳SO封裝。器件使用了3個獨立的電源以實現在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
   非接觸式天線使用以下4個管腳：

    為了驅動天線,MF RC530通過TX1 和TX2 提供13.56 MHz的能量載波。根據寄存器的設定對發送數據進行調制得到發送的信號。
    IC卡采用RF 場的負載調制進行響應。天線拾取的信號經過天線匹配電路送到RX 腳。MF RC530 內部接收器對信號進行檢測和解調并根據寄存器的設定進行處理。然后數據發送到并行接口由微控制器進行讀取。

MFRC530對驅動部分使用單獨電源供電。

1．2．2　模擬電源
　　為了實現最佳性能，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鐘并使MFRC530從微控制器總線接口脫開。如果RST－PD釋放，MFRC530執行上電時序。
1．2．6　振蕩器

　　13．56 MHz晶振通過快速片內緩沖區連接到OSCIN和OSCOUT。如果器件采用外部時鐘，可從OSCIN輸入。
1．2．7　MIFARE接口
　　MFRC530支持MIFARE有源天線的概念。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MIFARE接口獨立使用。這種情況下，MFIN連接到外部產生的NPAUSE信號。
    MFOUT提供KOMP信號。
　　2）數字電路可通過MIFARE接口驅動外部信號電路。這種情況下，MFOUT提供內部產生的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P0口與MFRC530的數據總線相連，可實現與射頻卡數據的無線傳輸。P2．7作為MFRC530的片選端，低電平有效。RD、WR分別控制MFRC530的讀寫，INT0接收來自IC卡的中斷請求并執行中斷程序。

　　MFRC530是與射頻卡實現無線通信的核心模塊，也是讀卡器讀寫射頻卡的關鍵接口芯片。它根據寄存器的設定對發送緩沖區中的數據進行調制得到發送的信號，通過由TX1，TX2腳驅動的天線以電磁波的形式發出去，射頻卡采用RF場的負載調制進行響應。天線拾取射頻卡的響應信號經過天線匹配電路送到RX腳，MFRC530內部接收緩沖器對信號進行檢測和解調并根據寄存器的設定進行處理。處理后的數據發送到并行接口由單片機讀取。

3　結束語　　
   非接觸式IC卡是根據射頻電磁感應原理產生的。它的讀寫操作只需將卡片放在讀寫器附近一定的距離之內就能實現數據交換，無需任何接觸，使用非常方便、快捷，不易損壞。因此，在公交、門禁、校園、企事業等人事管理、娛樂場所等方面有廣泛的應用前景。