高集成度TYPE A讀寫器芯片MF RC500及其應(yīng)用
文章出處:http://m.compasssalessolutions.com 作者:語馨 收編 人氣: 發(fā)表時(shí)間:2011年10月23日
1 引言
MF RC500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13.56MHz;
●集成了編碼調(diào)制和解調(diào)解碼的收發(fā)電路;
●天線驅(qū)動(dòng)電路僅需很少的外圍元件,有效距離可達(dá)10cm;
●內(nèi)部集成有并行接口控制電路,可自動(dòng)檢測(cè)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(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)功能,同時(shí)支持MIFARE類卡的有關(guān)協(xié)議。
●數(shù)字、模擬、發(fā)送電路都有各自獨(dú)立的供電電源。
基于以上特點(diǎn),用MF RC500極易設(shè)計(jì)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(lǐng)域。
2 引腳功能
MF RC500為32腳SO封裝,需說明的是:某些引腳(帶*號(hào))依據(jù)其所用MCU(微控制器)的接口情況具有不同功能。
3 工作原理
MF RC500的內(nèi)部電路框圖如圖1所示,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(jī)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(qū)動(dòng)電路等組成。
3.1 MF RC500寄存器設(shè)置
MF RC500芯片的內(nèi)部寄存器按頁分配,并通過相應(yīng)尋址方法獲得地址。內(nèi)部寄存器共分8頁,每頁有8?jìng)€(gè)寄存器,每頁的第一個(gè)寄存器稱為頁寄存器,用于選擇該寄存器頁。每個(gè)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(dòng)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(shí)際命令后自動(dòng)由內(nèi)部狀態(tài)機(jī)改變位值。
微控制器MCU通過對(duì)內(nèi)部寄存器的寫和讀,可以預(yù)置和讀出系統(tǒng)運(yùn)行狀況。寄存器在芯片復(fù)位狀態(tài)為其預(yù)置初始值。了解內(nèi)部寄存器的設(shè)置對(duì)于軟件編程至關(guān)重要.
3.2 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(jī)的增強(qiáng)型并行接口(EPP)相連接,每次上電(PON)或硬啟動(dòng)(Reset)后,芯片會(huì)復(fù)原其并行接口模式并檢測(cè)當(dāng)前的MCU接口類型,通常用檢測(cè)控制引腳邏輯電平的方法來識(shí)別MCU接口,并利用固定引腳連接和初始化相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)正確的接口。圖2給出了相應(yīng)的連接接線圖。
3.3 E2PROM存貯器
MFRC500的E2PROM共有32塊,每塊16字節(jié)。E2PROM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(guān)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(dòng)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(yùn)算的密鑰,存放一個(gè)密鑰需要12字節(jié),E2PROM密鑰存放區(qū)共可存放32個(gè)密鑰,實(shí)際密鑰長度為6字節(jié),存放在緊鄰的12個(gè)E2PROM字節(jié)地址中。一個(gè)密鑰字節(jié)的8位必須分開存放,若設(shè)密鑰8位為K7,K6,……K0,則存放在兩個(gè)相鄰字節(jié)時(shí)為k7k6k5k4K7K6K5K4和k3k2k1k0K3K2K1K0,例如密鑰字節(jié)為A0H時(shí),則存放內(nèi)容為5AH、F0H兩個(gè)字節(jié)。
3.4 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??商幚頂?shù)據(jù)流長度達(dá)64字節(jié)。FIFOData寄存器作為輸入/輸出數(shù)據(jù)流的并/并轉(zhuǎn)換口;FIFOLength寄存器用于指示FIFO緩沖器的字節(jié)存儲(chǔ)量、寫時(shí)增量、讀時(shí)減量;FIFO緩沖器的狀態(tài)如空、溢出等可由寄存器PrimaryStatus、FIFOLev-el的相關(guān)位指示;對(duì)FIFO的訪問則可通過微控制器送出有效命令來實(shí)現(xiàn)。
3.5 中斷請(qǐng)求
芯片的中斷請(qǐng)求有定時(shí)設(shè)置到、發(fā)送請(qǐng)求、接收請(qǐng)求、一個(gè)命令執(zhí)行完、FIFO滿、FIFO空等六種。0頁寄存器InterruptEn的相應(yīng)位讀/寫屬性用于相應(yīng)中斷請(qǐng)求使能設(shè)置;InterruptRq的相應(yīng)位dy屬性用于指示使能情況下的相應(yīng)中斷出現(xiàn)。任何允許中斷產(chǎn)生時(shí),0頁寄存器PrimaryStatus的IRQ位r?qū)傩裕牽捎糜谥甘局袛嗟漠a(chǎn)生,同時(shí)可由引腳IRQ和微控制器進(jìn)行連接以產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)。
3.6 定時(shí)器
MF RC500內(nèi)有定時(shí)器,其時(shí)鐘源于13.56MHz晶振信號(hào),13.56MHz信號(hào)由晶振電路外接石英晶體產(chǎn)生。微處理器可借助于定時(shí)器完成有關(guān)定時(shí)任務(wù)的管理。定時(shí)器可用于定時(shí)輸出計(jì)數(shù)、看門狗計(jì)數(shù)、停止監(jiān)測(cè)、定時(shí)觸發(fā)等工作。
3.7 模擬電路
a. 發(fā)送電路:RF信號(hào)從引腳TX1和TX2輸出可直接驅(qū)動(dòng)天線線圈。調(diào)制信號(hào)及TX1、TX2輸出的射頻信號(hào)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(shí)鐘兩者相差為90°可在芯片內(nèi)產(chǎn)生。解調(diào)后由所得副載波調(diào)制信號(hào)要經(jīng)放大、濾波相關(guān)器、判決電路進(jìn)行副載波解調(diào),其中放大電路的增益可由寄存器RxControl的設(shè)置來控制。
3.8 串行信號(hào)開關(guān)
串行信號(hào)開關(guān)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(yīng)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(guān)寄存器來控制實(shí)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(shè)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(shè)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(cè)試信號(hào),具體可通過寄存器MFOUTSelect的不同設(shè)置來選擇。
3.9 命令設(shè)置
MC RF500的性能由內(nèi)部狀態(tài)機(jī)保證,狀態(tài)機(jī)可以完成命令功能。寄存器Command的相應(yīng)位存貯R 命令碼屬性為dy可用于啟動(dòng)或停止命令執(zhí)行。命令大多可由寫入相應(yīng)命令碼至Command寄存器實(shí)現(xiàn),其所需變量和數(shù)據(jù)主要由FIFO緩沖器交換。
3.10 認(rèn)證與加密
Mifare類產(chǎn)品中加密算法的實(shí)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(gè)Mifare類卡的數(shù)據(jù),首先要完成認(rèn)證,Mi-fare卡的認(rèn)證采用三次認(rèn)證的過程若需了解三次認(rèn)證過程,請(qǐng)參閱參考文獻(xiàn),這個(gè)過程可由自動(dòng)執(zhí)行Authbent1和Authbent2命令來實(shí)現(xiàn)。
4 典型應(yīng)用
MF RC500的典型應(yīng)用電路如圖3所示。這里僅介紹其天線回路。圖3中,L0C0為低通濾波器,用于濾除13.56MHz的諧波分量,L0可選2.2mH,C0可選47pF。L是天線線圈,C1、C2a、C2b則組成匹配電路。典型參數(shù)值為:
L=1μH,C1=27pF,C2a=270pF,C2b=270pF。
C315pF主要用于耦合卡負(fù)載調(diào)制信號(hào),R1、R2為分壓器,VMID引腳的電壓可為Rx引腳提供一個(gè)參考電位。R1阻值為10kΩ,R2為820Ω。