基于MF RC500的便捷式读写器设计

1、兰州工业学院毕业设计（论文）题目 基于mf rc500的便捷式读写器设计院 系 电子信息工程学院专 业 通信技术 班 级 移动通信11 姓 名 学 号 指导教师（职称） 日 期 2014年03月 基于mf rc500的rfid射频读写器设计摘要为适应无线射频识别技术的发展，对基于mf rc500的rfid射频读写器进行了研究。介绍了rfid系统的基本原理及结构框架，并对mf rc500芯片做了简单的介绍和说明，然后给出了实际的电路原理图，并根据关键寄存器的设置给出了使读写器对电子标签完成读写基本功能的流程图。测试表明该方案可行，读写器工作稳定、功耗低、抗干扰能力强、升级方便，可集成传感器或无线

2、通信装置应用于生产、物流、医疗等领域，有一定的发展潜力。rc500读写器射频读写器rfid读写器mfrc500in order to adapt to the development of radio frequency identification (rfid) technology, based on mf rc500 rfid read-write device is studied. introduces the basic principle of rfid system and frame structure, and has made the simple introductio

3、n of mf rc500 chip and instructions, and then gives the actual circuit principle diagram, and according to the key register settings are given to complete the basic function to read and write on electronic tags of read and write device of flow chart. working stability of the test show that the schem

4、e is feasible, reading and writing, low power consumption, strong anti-interference ability, easy to upgrade, can be integrated sensor or wireless communication devices used in the production, logistics, medical and other fields, has the certain development potential. rc500 reader rf card reader rfi

5、d reader/writer mf rc500引言无线射频识别技术rfid( radio frequency identifiestion) 是20世纪90年代兴起的一种非接触的自动识别技术，利用其射频信号空间祸合的传输特性，可以实现对被识别物体的自动识别。识别过程无须物理接触，无须光学可视，无须人工管理即可完成信息的录人和处理。采用rfid技术，可以实现对运动目标、多目标的识别。同时，电子标签可读写、能携带大量数据、保密性强，且具有不怕污渍、灰尘等较强的环境适应力。正是由于这些其它识另一方式无法比拟的优势，rfid技术在生产、物流、交通、运输、医疗、防伪等领域有着广泛的应用和巨大的发展前景

6、。在rfid系统中，射频读写器是识别标签后将采集信息送人后台信息处理系统的关键设备，对保证rfid系统的可靠工作具有重要作用。本文将以philips公司的mf rc500芯片为核心设计一种以at-mega162 mcu为控制器的rfid射频读写器。它能完成对mifare one卡所有读写及控制的操作，并且还可以方便地嵌人到其他系统(如门禁、收费)中，成为用户系统的一部分。1 rfid 基本原理及系统组成rfid 系统一般由电子标签、读写器、后台计算机组成。电子标签，又称为射频标签、应答器或数据载体;读写器又称为读头、通信器或读出装置(取决于电子标签是否可以无线改写数据)。电子标签与读写器之间，

7、通过祸合元件实现射频信号的空间(无接触)祸合;在藕合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据的交换，然后再由后台计算机对读写器读取的数据进行存储以及管理分析等操作rfid系统基本组成如图i所示。图1 rfid 系统基本组成系统工作时，读写器在一个区域内发射电磁波（区域大小取决于工作频率和天线尺寸），标签内有一个lc串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同。当电子标签经过读写器电磁波有效区域时，在电磁波的激励下，标签内的lc谐振电路产生共振，从而产生感应电荷，累计到一定程度时，此电容可作为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接收读写器的数据读写器接收到卡的数据后，解码并进行错误校

8、验来决定数据的有效性，再通过rs-232,rs-422,rs-485或无线方式将数据传送到后台计算机中，进行数据处理。rfid 系统的标准化和开发效率的高低是系统能否广泛应用的首要因素。目前，生产rfr产品的公司大都采用自己的标准，国际上还没有形成统一的标准。现在，可供电子标签使用的几种标准有s010536,5014443, is015693和l9018000。其中应用最多的是lso14443,该标准由物理特性、射频功率和信号接口、初始化和反碰撞以及传输协议四部分组成。由于在philips的rfid系列芯片中，mf rc500可支持is014443a所有的层，便于系统开发，因此，利用mf rc

9、500可以大大提高读写器的开发效率，并形成较统一的标准。2 读写器硬件系统设计rfid 射频读写器的硬件电路主要包括微处理器at-mega162,mf rc500、天线电路等。其中几电子标签读写芯片mf rc500是整个读写器的核心，它将完成读写电子标签的所有必需功能，包括rf信号的产生、调制、解调、安全认证和防碰撞等。微处 理 器 mcu是通过对mfr c501内核特殊的内存寄存器的读写来控制mf rc500的。mf rc500实际上是mcu与电子标签之间进行信息交换的媒介。任何标签上数据读写均须通过mf rcs00来传递。传送不同类型的指令给mf rc500，就能实现对mf rc500的控

10、制。2.1 mf rc500功能特性介绍mf rc5 00将先进的调制和解调概念完全集成了在13.56 m hz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。其内部的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动近操作距离的天线，可达100 mm;接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路用于is014443a兼容的应答器信号;数字部分处理is014443a帧和错误检测(奇偶和crc)。此外，它还具有带时钟频率监视、带低功耗的硬件复位、软件实现掉电模式、带有内部地址锁存和irq线、自动检测微处理器并行接口类型以及支持用于验证ware系列产品的快速cryptoi加密算法等特性，这使得mf rc500更适

11、合用于读写器的开发和高安全性的终端。2.2 硬件电路设计rfid 射频读写器硬件电路原理如图2所示。为了驱动天线，mf rc500通过tx,和件2提供13.56 mhz的能量载波。根据寄存器的设定对发送数据进行调制得到发送的信号。射频卡采用rf场的负载调制进行响应。天线拾取的信号经过夭线匹配电路送到rx脚。mf rc500内部接收器对信号进行检测和解调并根据寄存器的设定进行处理，然后数据发送到并行接口由微控制器进行读取。使用内部电路产生的vmid电压作为rx引脚的输人电压。为了提供稳定的参考电压，在vmid引脚与地之间应接入一个电容，在引脚vmid与rx之间需接人一个分压电阻，另外，在天线与分

12、压电阻之间加人一系列电容也会提高电路的性能。图2 rfid 射频读写器硬件电路原理图2.3 mw rc500与微控制器的并行接口选择mf rc500支持不同的微控制器接口，其自带的自动检测逻辑可以自动适应系统总线的并行接口。使用信号ncs选择芯片，在上电或硬件复位后，mf rc500也会复位它的并行微控制器接口模式，并检查当前的微控制器接口类型，通过复位后控制引脚的逻辑电平来识别微控制器接口。接口类型由一组固定的引脚连接来确定，如表1所示。本文选择了复用地址线的接口类型，即地址与数据分时复用da -d7共8位双向的数据地址总线。当ale为高电平时，将ad。一ade的地址锁存人内部的地址锁存器

13、中，然后由nrd和nwr上的信号控制完成对mf rc500的读写。表 1 mf rc 500引脚与接口类型寻址方式alea22.4 atmega162外围电路设计atmega162 简介atmega162主要特性有高性能、低功耗的 8 位avr 微处理器、先进的risc 结构、非易失性程序和数据存储器、jtag 接口( 与ieee 1149.1 标准兼容)、外设特点、特殊的微控制器特点、i/o 和封装、工作电压、速度等级。1.高性能、低功耗的 8 位avr 微处理器2.先进的risc 结构 （1）131 条指令 大多数指令执行时间为单个时钟周期（1）32 个8 位通用工作寄存器（1）全静态工作

14、（1）工作于16 mhz 时性能高达16 mips（1）只需两个时钟周期的硬件乘法器3.非易失性程序和数据存储器 （1）16k字节的系统内可编程flash 、擦写寿命: 10,000 次（2）具有独立锁定位的可选boot 代码区 、通过片上boot 程序实现系统内编程、真正的同时读写操作（3）512字节的eeprom 、擦写寿命: 100,000 次（4）1k字节的片内sram（5）64k 字节可选外部存储空间（6）可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密（7）通过spi 接口进行系统内编程4.jtag 接口( 与ieee 1149.1 标准兼容) （1）符合jtag 标准的边界扫描功能（2）

15、支持扩展的片内调试功能（3）通过jtag 接口实现对flash、eeprom、熔丝位和锁定位的编程5.外设特点 （1）两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器（2）两个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器（3）具有独立振荡器的实时计数器rtc（4）两路8 位pwm 通道（5）6路编程分辨率从1 到 16 位可变的pwm 通道 （6）8路10 位adc 、8 个单端通道、7 个差分通道、2 个具有可编程增益（1x, 10x, 或200x）的差分通道（7）面向字节的两线接口（8）可编程的串行usart 可工作于主机/ 从机模式的spi 串行接口（9）具有独立片内振荡器

16、的可编程看门狗定时器（10）片内模拟比较器6.特殊的微控制器特点 （1）上电复位以及可编程的掉电检测（2）片内经过标定的rc 振荡器（3）片内/ 外中断源（4）5种休眠模式：空闲模式、省电模式、掉电模式和待机模式以及扩展待机模式7.i/o 和封装 （1）35个可编程的i/o 口（2）40引脚pdip 封装, 44引脚tqfp 封装, 与 44 引脚mlf 封装8.工作电压 （1）atmega162v：1.8 - 5.5v（2）atmega162：2.7 - 5.5v9.速度等级 （1）atmega162v：0 - 8 mhz（2）atmega162：0 - 16 mhzrfid 读写器以avr

17、系列atmega162单片机为控制核心进行控制。atmega162单片机自带8路外部存储器数据/地址线、地址锁存ale以及wr,rd,可以方便地与rc500的ale,nwr,nrd直接连接。另外，它还带有3个外部中断,2个串口、spi接口等，硬件资源丰富，易于对读写器的功能进行扩展，为读写器的多功能集成设计留有丰富的空间。atmega162外围电路原理如图3所示。图 3 atmega 162 外围电路原理图3 读写器软件系统设计 单片机的控制程序主要是对mfr c500进行初始化;对ic卡读、写、密码验证、擦除等操作;与mf rc-500通信中断处理等。本文主要介绍使用单片机对mf rc500

18、进行初始化，即对关键寄存器的操作。3.1 关键寄存器的设置 为了使读写器能正常工作，完成基本的数据发送、接收功能，需要涉及的寄存器有:页寄存器、命令寄存器、发送控制寄存器、flfo数据寄存器、中断允许寄存器、interuptrq两寄存器等。命令寄存器的第7位ifdetectbusy是接口类型检测状态标志，为0时标志接口类型检测完成。fifo数据寄存器是内部64字节fifo缓冲器中的数据输人与输出端口。输人输出数据流在fifo缓冲器中完成转换，可以并行输人输出。intetrupt助寄存器是中断请求标志寄存器。当中断产二生时，需要由该寄存器的相关标志位来判断中断的类型。以下为页寄存器、发送控制寄存

19、器、中断允许寄存器的详细介绍及设置。 3.1.1 页寄存器mf rc50 0共有64个寄存器，,8个寄存器为一页，每页的第一个寄存器为页寄存器，其设置如图4所示。其地址分别为0x00,0,ox10,ox18,ox20,ox28,ox30,ox38o其初始值均为10000000,0x80。页寄存器用于选择寄存器页，通过对该寄存器的设置可以确定对本页内寄存器的寻址方式。 图4 页寄存器设置将 use pageselect位置1，则可对本页内的寄存器寻址，pageselect的内容作为寄存器地址的a5、a4、a3此3位可以寻址8页，每页有7个寄存器，可由a2、a1、ao来选择。该位置0，则寄存器地址由内部地址锁存器的全部内容来决定。本文对寄存器的寻址使用的是mf rc500手册给出的寄存器的绝对地址，所以各页的页寄存器该位一律置0.3.1.2 发送控制寄存器发送控制寄存器，其设置如图5所示。控制mf rc500的两个天线引脚tx1，和tx2上输出信号的种类，其地址为0x11，初始值为01011000,0x58图 5 发送控制寄存器设置将t x2cw 位置0，tx2引脚上输出信号的是13.56m hz 的调制载波。将tx2rfen置1,tx2引脚上输出调制有传送数据的13.56 mhz载波。将tx1rfen位置1,