MF RC500的射频识别读写器设计

1、【Word版本下载可任意编辑】 MF RC500的射频识别读写器设计 与传统的接触式IC卡、磁卡相比较，利用射频识别技术（radiofrequncyidentification）开发的非接触式IC识别器，在系统寿命、防监听、防解密等性能上具有很大的优势。利用MCU89C52、MFRC500、Mifare卡等构建非接触式IC读写器，并在该读写器根底上能很容易地开发出适用于各方面的自动识别系统。 1MFRC500介绍 MFRC500是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成读卡IC系列中的一员。该读卡IC系列利用先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和

2、协议。MFRC500支持ISO14443A所有的层，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100mm）；接收器部分提供一个牢固而有效的解调和解码电路，用于ISO14443兼容的应答器信号；数字部分处理ISO14443A帧和错误检测（奇偶&CRC）。此外，它还支持快速CRYPTO1加密算法，用于验证Mifare系列产品。方便的并行接口可直接连接到任何8位微处理器，给读卡器/终端的设计提供了极大的灵活性。 2系统组成 从图1可以看出，系统主要由MCU、时钟芯片、MFRC500、液晶屏、看门狗以及485通信模块组成。系统的工作方式主要是，先由MCU控制MFRC500驱

3、动天线对Mifare卡，也就是应答器（PICC），开展读写操作。然后，根据所得的数据对其它接口器件，如液晶屏、EEPROM、时钟芯片等，开展响应操作。，与PC机之间开展通信，把数据传给上位机。 MCU采用89C52，是因为89C52开发简单，运行稳定。EEPROM采用24C256，用于存储系统的数据。24C256是串口操作方式，是一种性价比较高的存储芯片。液晶屏采用带字库的ST7920，是因为它是并口操作方式的，操作方便。时钟芯片采用DS12C887。DS12C887是Dallas公司生产的新型产品，内置电池，可连续使用10年，可以方便记录事件的发生时间。为了防止系统“死机”，使用x5045作

4、为看门狗。X5045是串口工作方式，内置EEPROM，可用来存储一些系统参数。与上位机的通信采用RS-485通信模块，通信距离可以到达1000m左右。 整个系统由24V电源供电，再由稳压模块7805稳压成5V的电源。由于7805的工作热量很高，故在7805上安置一个散热片。 3系统工作原理 系统数据存储在无源Mifare卡，也就是PICC中。从图2可以看出，PCD的主要任务是传输能量给PICC，并建立与之的通信。PICC是由一个电子数据作载体，通常由单个微型芯片以及用作天线的大面积线圈等组成；而PCD产生高频的强电磁场，这种磁场穿过线圈横截面和线圈周围的空间。因为MFRC500提供的频率为13

5、.56MHz，所以其波长比PCD的天线和PICC之间的距离大好多倍，可以把PICC到天线之间的电磁场当作简单的交变磁场来对待。PCD天线线圈发射磁场的一小部分磁力线穿过PICC的天线线圈，接着PICC的天线线圈和电容器C构成振荡回路，调频到PCD的发射频率。回路的谐振使PICC线圈的电压到达值，将其整流后作为数据载体（微型芯片）的电源。PICC启动之后，可与PCD之间开展数据通信。 如上所述可以看出，PCD的性能与天线的参数有着直接的关系。在对天线的性能开展优化之后，PCD的读卡距离可以到达10cm。 4PCD的天线设计 由于MFRC500的频率是13.56MHz，属于短波段，因此可以采用小环

6、天线。小环天线有方型、圆形、椭圆型、三角型等，本系统采用方型天线。天线的几何尺寸同工作波长之间没有一个严格的界限，一般定义为： L/1/（2）（1） 式（1）中，L是天线的尺寸，是工作波长。对于13.6MHz的系统来说，天线的尺寸在50cm左右。 在天线设计中，品质因数Q是一个非常重要的参数。对于电感耦合式射频识别系统的PCD天线来说，较高品质因数的值会使天线线圈中的电流强度大些，由此改善对PICC的功率传送。品质因数的计算公式为： Q=(2f0Lcoil)/Rcoil(2) 式（2）中的f0是工作频率，Lcoil是天线的尺寸，Rcoil是天线的半径。通过品质因数可以很容易计算出天线的带宽：

7、B=f0/Q(3) 从式（3）中可以看出，天线的传输带宽与品质因数成反比关系。因此，过高的品质因数会导致带宽缩小。从而减弱PCD的调制边带，会导致PCD无法与卡通信。一般系统的品质因数为1030，值不能超过60。 5MFRC500与MCU89C52的部分接口电路 图3为MFRC500与MCU的接口原理。由图3可以看出，本系统采用中断（INT1）工作模式，即MCU利用MFRC500提供中断信息对其开展控制。另外，根据系统的需要，可以采用查询方式对MFRC500开展操作。 6对Mifarel卡操作流程 整个系统的工作由对Mifare卡操作和系统后台处理两大部分组成。由于篇幅有限，本文只介绍对Mif

8、are卡操作流程。Mifare卡的操作可以分为以下几项。 （1）复位请求 当一张Mifare卡片处在卡处读写器的天线的工作范围之内时，程序员控制读写器向卡片发出REQUESTall(或REQUESTstd)命令。卡片的ATR将启动，将卡片Block0中的卡片类型（TagType）号共2个字节传送给读写器，建立卡片与读写器的步通信联络。 如果不开展得位请求操作，读写器对卡片的其它操作将不会开展。 （2）反碰撞操作 如果有多张Mifare卡片处在卡片读写器的天线的工作范围之内时，PCD将首先与每一张卡片开展通信，取得每一张卡片的系列号。由于每一张Mifare卡片都具有其的序列号，决不会相同，因此P

9、CD根据卡片的序列号来保证只对一张卡操作。该操作PCD得到PICC的返回值为卡的序列号。 （3）卡选择操作 完成了上述二个步骤之后，PCD必须对卡片开展选择操作。执行操作后，返回卡上的SIZE字节。 （4）操作 经过上述三个步骤，在确认已经选择了一张卡片时，PCD在对卡开展读写操作之前，必须对卡片上已经设置的密码开展。如果匹配，才允许进一步的读写操作。 （5）读写操作 对卡的操作是读、写、增值、减值、存储和传送等操作。 7读卡程序 根据上面的流程，采用基于KeilC的C语言开展编程，程序如下： charM500Reset(void) charstatus; RC500RST=0;/RC500在

10、RSTPD脚由高变低的时候复位 delay_1ms(25);/注意延时的长度，本系统的晶振频率是11.0592MHz RC500RST=1； delay_50us(200); RC500RST=0; delay_50us(50); . . . returnstatus; charM500Config(void)/对RC500的存放器开展初始化 charM500PiccCommonRequest(unsignedcharreq_code,unsignedchar*atq) /RC500发送请求。req_code是请求模式，一共有requestall和Requeststd两种模式。Requesta

11、ll指令是非连续性的读卡指令，只读。但有个例外，当某Requestall指令读卡片失败时，例如，卡片没能通过密码或其它原因而出错时，Requestall指令将连续地读卡，直到读卡成功才进入非连续性的读卡模式。Requeststd指令的使用和Requestall指令刚巧相反。Requeststd指令是连续性的读卡指令。当某一张卡片在MCM之天线的有效的工作范围（距离）内，Requeststd指令在成功地读取这一张卡片之后，进入MCM对卡片的其它操作。如果其它操作完成之后，程序员又将MCM进入Requeststd指令操作，则Requeststd指令将连续地再次开展读卡操作，而不管这些片卡是否被拿卡

12、。只要有一张卡片进入MCM之天线的有效的工作范围（范围）内，Requeststd指令将始终连续地再次开展读卡操作。对于Mifare1卡，该函数反回值为0004H。 charM500PiccCascAnticoll(unsignedcharbcnt,unsigned char*snr)/反碰撞函数，得到一张卡的序列号 /存入snr中 charM500PiccCascSelect(unsignedchar*snr,unsignedchar*sak)/选中snr指定的卡，对于Mifarel卡返回值为0008H，值存入sak中 charM500PiccAuthKey(unsignedcharauth_mode,unsignedchar*snr,unsignedchar*keys,unsignedcharblock) /这是三轮函数，整个过程包括：先将所要访问的区密码加密（如区0的初始密码为6个FFH），再将加密后的密码通过Loa