RFID芯片MF RC500
基于MF—RC500芯片的RFID读卡器的设计与实现
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维普资讯
《 业 控 制计 算 机｝ ０ ８年 ２ 卷 第 ２期 工 ２０ １
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基于 ＭＦ Ｒ ５ ０ — Ｃ ０ 芯片的 Ｒ Ｉ ＦＤ读卡器的设计与实现
Ｄｅ ｉ ｎ Ｒ ａ ｉａ ｉｎ ｏ Ｉ Ｒ ａ ｅ ａ ｅ ｎ ｓｇｎ ａ ｄ ｅ ｌ ｔ ｆ ＲＦ Ｄ ｅ ｄ ｒ Ｂ ｓ ｄ ｏ ＭＦ ｚ ｏ －ＲＣ５ ０ ０
ｔ ｅ ｏｆｔ ｅ Ｍ Ｆ—ＲＣ５０ ｈ ｔ ｅ ｃｏ ｃｒ ｅ ｃ ｅｍｅ ｕｒ ｈ ０ｔ ｅｎ ｈ ｎ ｅｔ ｓ ｈ ａｎ ｔｅ ｒ ｉ ｉｃｉ ｅ ｃｈ ｃ ｓ ｄ ｈ ｃｉ ｔ ｃｕ ｐｒ ｐｌ ａｒ ｐｒｓ ｔ ｂｙ ｎ ｉ ｅ ｅｎｅｄ ｕｓ ｔ ＭＦ—ＲＣ５ ０ ｈｉ ｔ ｅ ｈｅ ０ ｃ ｐ ｏ
Ｋｅ ｗｏｒｓ： Ｉ ｒ ａｄ ， ｆ ｅ ｏｎ ｒ Ｍ Ｆ ｙ ｄ ＲＦ Ｄ。ｅ ｅｒＭｉ ｅ ｃａ ｄ， —ＲＣ５ ０ ａｒ ０
Ｒ Ｉ 系 统 的基 本 工 作 方 法 是 将 Ｒ Ｉ 标 签 安 装 在被 识 别 对 ＦＤ ＦＤ 象上 ， 当被识 别 对 象 进 入 Ｒ Ｉ ＦＤ读 卡 器 的 读 取 范 围 时 ， 签 和 阅 标 读 器 之 间 建立 起 无 线 方 式 的 通 信 链 路 ，标 签 向 阅读 器 发 送 自身 信 息 ， 标 签 编 号 和标 签存 储 数 据 等 ， 读 器 接 收 这 些 信 息 并 进 如 阅 行 解 码 ， 后 传 送 给后 台计 算 机 处理 ， 而 完 成 整 个 信 息 处 理 过 然 从 程 。 于 ＭＦ Ｒ ５ Ｏ芯 片 的 Ｒ Ｉ 基 —ＣＯ ＦＤ读 卡 器 是 一 种 低 成 本 的 Ｒ Ｉ ＦＤ
基于MFRC500芯片的RFID读写器开发_陈鹏
流、交通等各个行业有着广阔的应用
前景 ［３］。而作为智能电子标签来标识
各种物品的新识别技术，其核心是智
能电子标签，这种标签可根据无线射 频标识原理ＲＦＩＤ而生产，它与读写器 可通过无线射频信号来交换信息。可 以预见电子标签是未来标签市场的一 种终极产品。
当今非接触式ＩＣ智能射频卡 （内 建ＭＣＵ，ＡＳＩＣ等） 中的主流技术主要 是ＰＨＩＬＩＰＳ公司的ＭＩＦＡＲＥ技术。该技 术现 已 经 被 制 定 为 ＩＳＯ１４４４３Ａ标 准 。 而且事实上，欧洲一些较大的ＩＣ卡制 造商以及ＩＣ卡片读写器制造商和ＩＣ卡 软 件 设 计 公 司 ， 也 大 都 以 ＭＩＦＡＲＥ 技
ＭＦＲＣ５００芯片介绍
图２ ＭＦＲＣ５００的管脚分布图
ＭＨｚ下所有类型的被动非接触式通信 方式和协议。
ＭＦＲＣ５００的功能框图如图３所示， 它具有以下的特性：
◆ 内部的发送器部分不需要增加 有源电路就能直接驱动近距离操作的 天线 （可达１００ ｍｍ）。
◆ 接收器部分提供了一个坚固而 有效的解调和解码电路，可用作 ＩＳＯ１４４４３Ａ兼容的应答器信号。
京：电子工业出版社，２００４．
其唯一的序列号，因此，读写器会根 读写操作。
［２］ 陈大才，等（译）．无线射频识别技
据卡片的序列号来识别和区分已选的
ＰＨＩＬＩＰＳ的ＭＩＦＡＲＥ系列电子标签
术（Ｒ ＦＩＤ）［Ｍ］．北京：电子工业出
卡片。卡片读写器中的防重叠功能可 上一般有１６个扇区，每个扇区都可分
版社，２００１．
陈鹏 大连海事大学信息工程学院
ＲＦＩＤ （Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａ－ ｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ） 是一种非接触式自动识别 技术［１］［２］， 它通过射频信号来自动识别 目标对象并获取相关数据，识别工作 无须人工干预。作为条形码的无线版 本，ＲＦＩＤ技术具有条形码所不具备的 防水、防磁、耐高温、使用寿命长、 读取距离大、标签上数据可以加密、 存储数据容量更大、存储信息更改自 如等优点，已经被公认为本世纪十大 重要技术之一，并在生产、零售、物
MFRC500射频卡识别电路的设计
MFRC500射频卡识别电路的设计
1.电路结构设计：
2.射频信号处理：
MFRC500芯片的射频信号处理是电路设计的重点，它包括射频信号接收、解调和发送等功能。
射频接收电路使用低噪声放大器增益来增强射频
信号，并使用混频器和带限放大器进行信号解调。
射频发送电路使用调制
器和功率放大器将数据信号通过射频载波发送到射频天线。
3.射频天线设计：
4.系统电源管理：
MFRC500射频卡识别电路需要稳定的供电来保证其正常运行。
电源管
理电路应包括稳压电路和电池管理电路。
稳压电路负责将输入电源稳定为MFRC500芯片所需的工作电压。
电池管理电路用于对电池进行充电和保护，以确保电池的长寿命和安全性。
MFRC500射频卡识别电路的设计需要根据具体应用场景确定电路结构、射频信号处理、射频天线设计和系统电源管理等方面的参数。
在设计过程中，还需要进行电路仿真和优化，确保电路性能的稳定和可靠。
最终设计
完成后，还需要进行电路的实际制作和测试，以验证设计的正确性和可行性。
通过合理的设计和优化，可以实现优异的射频卡识别性能。
MFRC500中文资料
MFRC500中⽂资料MF RC500-⾼集成ISO14443A读卡芯⽚1 通⽤信息1.1 范围该⽂档讲述了MF RC500的功能包括功能及电⽓规格并给出了如何从系统和硬件的⾓度使⽤该芯⽚进⾏设计的细节1.2 概述MF RC500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系列利⽤了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协议MF RC500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坚固⽽有效的解调和解码电路⽤于ISO14443A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位微处理器这样给读卡器/终端的设计提供了极⼤的灵活性1.3 特性y ⾼集成度模拟电路⽤于卡应答的解调和解码y 缓冲输出驱动器使⽤最少数⽬的外部元件连接到天线y 近距离操作(可达100mm)y ⽀持MIFARE双接⼝卡IC和ISO14443A14部分y 加密并保护内部⾮易失性密匙存储器y 并⾏微处理器接⼝带有内部地址锁存和IRQ线y 灵活的中断处理y ⾃动检测微处理器并⾏接⼝类型y ⽅便的64字节发送和接收FIFO缓冲区y 带低功耗的硬件复位y 软件实现掉电模式y 可编程定时器y 唯⼀的序列号y ⽤户可编程的启动配置y 位和字节定位帧y 数字模拟和发送器部分各⾃独⽴的电源输⼊脚y 内部振荡器缓冲连接13.56MHz⽯英晶体低相位抖动y 时钟频率滤波y 短距离应⽤中发送器天线驱动器为3.3V操作2 ⽅框图图2-1 MF RC500⽅框图3 管脚信息3.1 管脚配置下图所⽰⽤⿊体字母标注的管脚由A VDD和A VSS供电⿊线所标的管脚由TVSS和TVDD供电其它管脚由DVDD和DVSS供电I输出PWR符号类型描述振荡器反相放⼤器输⼊输出中断事件请求信号接⼝输⼊发送经过调制的发送器电源发送经过调制的发送器地提供选择和激活NWR I写MF RC500寄存器写⼊数据D0~D7 R/NW I //写选择所要执⾏的是读还是写nWrite I 写选择所要执⾏的是读还是写NRD I读寄存器读出数据D0~D7 NDS I数据选通读和写周期的选通读和写周期的选通为⾼时将为低时选通信号将地址选通为低时选通信号将寄存器地址位信号为低可以开始⼀个存取周期地址线1寄存器地址位寄存器地址位数字电源该脚输出模拟测试信号接收器输⼊卡应答输⼊脚该应答为经过天线电路耦合的调制内部参考电压该脚输出内部参考电压复位和掉电当为⾼时内部灌电流关闭振荡器停⽌输⼊端与外部断开该管脚的下降沿启动内部复位振荡器反向放⼤器输出表3-1 MF RC500管脚描述4 并⾏接⼝4.1 所⽀持的微处理器接⼝概述 MF RC500⽀持与不同的微处理器直接接⼝可与个⼈电脑的增强型并⼝EPP直接相连下表所⽰为MF RC500所⽀持的并⼝信号总线控制信号总线独⽴的地址和数据总线复⽤的地址和数据总线控制 NRD NWR NCS NRD NWR NCSALE地址 A0,A1,A2 AD0,AD1,AD2,AD3,AD4,AD5 独⽴的读和写选通信号数据D0 … D7AD0 … AD7控制 R/NW,NDS,NCSR/NW,NDS,NCS,AS地址 A0,A1,A2 AD0,AD1,AD2,AD3,AD4,AD5 共⽤的读和写选通信号数据D0 … D7AD0 … AD7控制 nWrite,nDStrb,nAStrb,nWait地址 AD0,AD1,AD2,AD3,AD4,AD5 带握⼿的共⽤读和写选通信号EPP数据AD0 … AD7表4-1 所⽀持的并⼝信号4.2 微处理器接⼝类型⾃动检测在每次上电或硬复位后 MF RC500也复位其并⾏微处理器接⼝模式并检测当前微处理器接⼝的类型MF RC500在复位阶段后根据控制脚的逻辑电平识别微处理器接⼝这是由固定管脚连接的组合见下表和⼀个专门的初始化程序实现的见11.44.3 与不同微处理器类型的连接如下表所⽰并⾏接⼝类型独⽴读/写选通共⽤读/写选通MF RC500专⽤地址总线复⽤地址总线专⽤地址总线复⽤地址总线带握⼿的复⽤地址总线ALE HIGH ALEHIGHASnAStrb A2 A2 LOW A2 LOW HIGH A1 A1 HIGH A1 HIGH HIGH A0 A0 HIGH A0 LOW nWait NRD NRD NRD NDS NDS NDStrb NWR NWR NWR R/NW R/NWNWRite NCS NCS NCS NCS NCSLOW D7 … D0D7 … D0AD7 … AD0D7 … D0AD7 … AD0AD7 … AD0表4-24.3.1 独⽴的读/写选通信号图4-1 独⽴的读时序规格参见20.5.2.1章节4.3.2 共⽤的读/写选通信号图4-2 共⽤的读/写选通连接到微处理器时序规格参见20.5.2.2章节4.3.3 带握⼿机制的共⽤读/写选通信号EPP图4-3 带共⽤读/写选通和握⼿机制连接到微处理器时序规格参见20.5.2.3章节EPP备注尽管在EPP的标准中⽆⽚选信号的定义MF RC500的N_CS允许禁⽌nDStrb信号如果不⽤应将其接到DVSS在每次上电或硬复位后nWait信号由A0脚发出为⾼阻态nWait将在复位后nAStrb上的第⼀个下降沿时定义MF RC500不⽀持读地址周期5 MF RC500寄存器集合5.1 MF RC500寄存器概述和停⽌字节缓冲区输⼊和输出接收器和发送器以及例如定时器显⽰上次命令执⾏错误状态的错误标志MF RC500寄存器集(续)接收器启动前的时间间隔信道上数据完整性检测的类型和模式表5-1 MF RC500寄存器汇总5.1.1 寄存器位状态不同的寄存器的位和标志的状态是不同的这取决于它们的功能原则上具有相同状态的位都归类到共⽤的寄存器中状态这些位可通过微处理器读和写因此它们的内容不会例如TimerReload寄存器可通过微处理器读写还会被内部状态机读取但不会改变它们这些位可通过微处理器读和写例如寄存器在执⾏完实际的命令后⾃动改变它的值这些寄存器保存标志其值仅由内部状态决定ErrorFlag状态但不能通过外部写⼊这些寄存器仅⽤于控制⽅式它们可通过微处理器写⼊但不能读出读这些寄存器会返回不确定的值TestAnaSelect脚的信号是不可能读出它的内容表5-2 寄存器位的状态和设计5.2 寄存器描述5.2.1 页0命令和状态5.2.1.1 Page寄存器选择寄存器页名称Page 地址0x00,0x08,0x10,0x18,0x20,0x28,0x30,0x38 复位值1000000,0x807 6 5 4 3 2 1 0R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W 位描述PageSelect低位由地址脚或内部地址锁存单独定义内部地址所处的整个内容定义寄存器地址4-2此情况下它指定寄存器页5.2.1.2 Command寄存器启动和停⽌命令的执⾏名称Command 地址0x01 复位值x00000000xx07 6 5 4 3 2 1 0 IFDetect Busy 0 Commandr r dy dy dy dy dy dy位描述显⽰接⼝检测逻辑的状态接⼝检测正在进⾏读该寄存器显⽰实际执⾏的命令5.2.1.3 FIFOData寄存器64字节FIFO缓冲区输⼊和输出名称FIFOData 地址0x02 复位值xxxxxxxx0xxx7 6 5 4 3 2 1 0FIFODatady dy dy dy dy dy dy dy位描述并出的作⽤5.2.1.4 PrimaryStatus寄存器接收器发送器和FIFO缓冲区状态标志名称PrimaryStatus 地址0x03 复位值000001010x05 7 6 5 4 3 2 1 0HiAlertLoAlertErr0 ModemState IRqr r r r r r r r位描述因此它帧起始模式FIFO缓冲区发送数据或冗余检测位当接收器启动时当接收器停⽌时RxWait计数器激活缓冲区内的字节数满⾜下⾯的等式HiAlert=FIFOLength WaterLevel时1FIFOLength=WaterLevel=4 HiAlert=FIFOLength=59中的字节数满⾜下⾯的等式HiAlert=64WaterLevel时1例如 FIFOLength=WaterLevel= 15.2.1.5 FIFOLengthFIFO中的缓冲字节数名称FIFOLength 地址0x04 复位值000000000x007 6 5 4 3 2 1 00 FIFOLengthr r r r r r r r 位描述位符号功能7 0保留将来之⽤6~0 FIFOLengh 指⽰保存在FIFO缓冲区的字节数写⼊FIFOData寄存器增加读减少FIFOLength5.2.1.6 SecondaryStatus寄存器不同的状态标志名称SecondaryStatus 地址0x05 复位值011000000x607 6 5 4 3 2 1 0 TRunning E2Ready CRCReady 0 0 RxLastBits r r r r r r r r 位描述位符号功能7 TRunning 如果为1MF RC500的定时器单元正在运⾏例如计数器会在下个定时器时钟将TimerValue寄存器值减⼀6 E2Ready 如果为1MF RC500已经完成对E2PROM的编程5 CRCReady 如果为1MF RC500已经完成CRC的计算4~3 00 该值不会被改变2~0 RxLastBits 显⽰最后接收字节的有效位个数如果为0整个字节有效5.2.1.7 InterruptEn寄存器使能和禁⽌中断请求通过的控制位名称InterruptEn 地址0x06 复位值000000000x007 6 5 4 3 2 1 0LoAlertIEn SetIEn 0 TimerEn TxIEn RxIEn IdleIEn HiAlertIEnw r/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w位描述该位清零将清除标记的位允许将定时器中断请求由传递给脚IRQ除了通过外该位不能直接置位或清零允许将发送器中断请求由TxIRq传递给脚IRQ外该位不能直接置位或清零允许将接收器中断请求由RxIRq指⽰传递给脚除了通过外该位不能直接置位或清零允许将中断请求由IdleIRq传递给脚IRQ除了通过外该位不能直接置位或清零中断请求由HiAlertIRq指⽰传递给脚IRQ除了通过外该位不能直接置位或清零允许将中断请求LoAlertIRq指⽰传递给脚IRQ除了通过外该位不能直接置位或清零5.2.1.8 InterruptRq寄存器中断请求标志名称InterruptRq 地址0x07 复位值000000000x007 6 5 4 3 2 1 0LoAlertIRqHiAlertIRqIdleIRqSetIRq 0 TimerIRqTxIRq RxIRqw r/w dy dy dy dy dy dy位描述设置为1定义在InterruptRq寄存器中置1的位设置为0清除InterruptIRq中标记的位6 0保留将来之⽤5 TimerIRq当定时器TimerValue寄存器值减为0时置位4 TxIRq当下列条件之⼀发⽣时置位Transceive命令所有数据都已发送Auth1和Auth2命令所有数据都已发送WriteE2命令所有数据都已编程CalcCRC命令所有数据都已处理3 RxIRq当接收终⽌时该位置位2 IdleIRq当命令由其⾃⾝终⽌时该位置位例如当命令寄存器的值从任何寄存器变为Idle寄存器的值时如果⼀个未知的命令启动IdleIRq置位由微处理器启动Idle命令不置位IdleIRq1 HiAlertIRq当HiAlert置位时该位置位与HiAlert相反HiAlertIRq保存该事件并只能通过SetIRq复位0 LoAlertIRq当LoAlert置位时该位置位LoAlertIRq保存该事件并只能通过SetIRq 复位5.2.2 页1控制和状态5.2.2.1 页寄存器选择寄存器页见5.2.1.15.2.2.2 控制寄存器不同的控制标志例如定时器节电名称Control 地址0x09 复位值000000000x00FlushFIFOTStopNowCrypto1On0 0 StandByPowerDownr/w dy dy dy w w w r/w位描述这表⽰内部电流消耗模块关闭晶振保持将该位置这表⽰内部电流消耗模块包括晶振在内关闭3 Crypto1On该位指⽰因此与卡的所有数据通信都被加密⽴即停⽌定时器读该位总是返回读该位总是返回FIFO写指针和5.2.2.3 ErrorFlag寄存器Error标志指⽰上⼀个执⾏命令的错误状态名称ErrorFlag 地址0x0A 复位值000000000x007 6 5 4 3 2 1 0FramingErrParityErrCollErrFIFOOvflCRCErr0 KeyErrAccessErrr r r r r r r r 位描述位符号功能7 0保留将来之⽤6 KeyErr如果LoadKeyE2或LoadKey命令识别出输⼊数据不是根据密匙格式定义编码则将该位置位启动LoadKeyE2或LoadKey命令时该位清零5 AccessErr如果对E2PROM的访问权限被禁⽌该位置位启动与E2PROM相关的命令时该位清零4 FIFOOvfl如果微处理器或MF RC500内部状态机例如接收器试图将数据写⼊FIFO缓冲区⽽FIFO缓冲区已满时该位置位3 CRCErr如果RxCRCEn置位且CRC失败该位置位该位在PrepareRx状态中接收器的启动阶段⾃动清零2 FramingErr如果SOF不正确该位置位该位在PrepareRx状态中接收器的启动阶段⾃动清零1 ParityErr如果奇偶校验失败该位置位该位在PrepareRx状态中接收器的启动阶段⾃动清零0 CollErr如果检测到⼀个位冲突该位置位该位在PrepareRx状态中接收器的启动阶段⾃动清零5.2.2.4 CollPos寄存器RF接⼝上检测到的第⼀个位冲突的位置名称CollPos 地址0x0B 复位值000100110x007 6 5 4 3 2 1 0CollPosr r r r r r r r 位描述位符号功能7~0 CollPos 该寄存器指⽰在接收到的帧中第⼀个检测到的冲突位的位置例0x00指⽰在起始位的位冲突0x01指⽰在第1位的位冲突0x08指⽰在第8位的位冲突5.2.2.5 TimerValue寄存器定时器的实际值名称TimerValue 地址0x0C 复位值XXXXXXXX0xXX7 6 5 4 3 2 1 0TimerValuer r r r r r r r位符号功能7~0 TimerValue 该寄存器显⽰定时器计数器的实际值5.2.2.6 CRCResultLSB寄存器CRC协处理器寄存器低字节名称CRCResultLSB 地址0x0D 复位值XXXXXXXX0xXX7 6 5 4 3 2 1 0CRCResultLSBr r r r r r r r 位描述位符号功能7~0 CRCResultLSB 该寄存器显⽰CRC寄存器低字节的实际值它只在CRCReady设为1时有效5.2.2.7 CRCResultMSB寄存器CRC协处理器寄存器⾼字节名称CRCResultMSB 地址0x0E 复位值XXXXXXXX0xXX7 6 5 4 3 2 1 0CRCResultMSBr r r r r r r r 位描述位符号功能7~0 CRCResultMSB 该寄存器显⽰CRC寄存器⾼字节的实际值它只在CRCReady设为1时有效对于8位CRC校验该寄存器值未定义5.2.2.8 BitFraming寄存器位⽅式帧的调节名称BitFraming 地址0x0F 复位值000000000x007 6 5 4 3 2 1 00 RxAlign 0 TxLastBitsr/w dy dy dy r/w dy dy dy⽤于位⽅式帧的接收更多的位存储到后⾯的位位置RxAlign例RxAlign0接收的第⼆个位存在位1RxAlign1接收的第⼆个位存在位2RxAlign3接收的第⼆个位存在位4RxAlign7注强烈建议不要使⽤7以防⽌数据丢失14223038检测到的位冲突不能通过解决需要软件来实现保留将来之⽤⽤于位⽅式帧的发送TxLastBits000指⽰最后字节的所有位都要发送在发送之后5.2.3 页2发送器和控制5.2.3.1 页寄存器选择寄存器页见5.2.1.15.2.3.2 TxControl寄存器控制天线脚TX1和TX2的逻辑状态名称TxControl 地址0x11 复位值010110000x587 6 5 4 3 2 1 0TX2RFEnTX1RFEnTX2Cw0 ModulatorSource 1 TX2Invr/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w位描述调制器的输⼊源低⾼内部编码器11管脚该值不会被改变管脚管脚管脚管脚5.2.3.3 CwConductance寄存器选择天线驱动脚TX1和TX2的电导率名称CwConductance 地址0x12 复位值001111110x3F 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 GsCfgCWr/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w 位描述001111117 6 5 4 3 2 1 0000110017 6 5 4 3 2 1 0 注:该寄存器值不会被改变!5.2.3.6 ModWidth寄存器选择调制脉冲的宽度名称ModeWidth 地址0x15 复位值000100110x137 6 5 4 3 2 1 0ModeWidthr/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w 位描述5.2.3.7 PreSet16寄存器000000007 6 5 4 3 2 1 0 注该寄存器值不会被改变5.2.3.8 PreSet17寄存器000000007 6 5 4 3 2 1 0 注:该寄存器值不会被改变!5.2.4 页3:接收器和解码器控制5.2.4.1 页寄存器选择寄存器页见5.2.1.15.2.4.2 RxControl1寄存器控制接收器状态名称RxControl1 地址0x19 复位值011100110x737 6 5 4 3 2 1 00 1 1 1 0 0 Gainr/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w 位描述5.2.4.3 DecodeControl寄存器名称RxControl1 地址0x1A 复位值000010000x087 6 5 4 3 2 1 00 1 0 0 00 0ZeroAferCollr/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w 位描述位符号功能7~6 00 该值不会被改变5 ZeroAferColl 如果设置为1在⼀个位冲突之后的任何位都屏蔽为0这就很容易由ISO14443A中定义的防冲突处理进⾏处理4~0 01000 该值不会被改变5.2.4.4 BitPhase寄存器选择发送器和接收器时钟之间的位相位名称RxControl1 地址0x1B 复位值101011010xAD7 6 5 4 3 2 1 0BitPhaser/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w位描述位符号功能7~0 BitPhase 定义发送器和接收器时钟之间的位相位注:该寄存器的正确值对正常操作是⾮常必要的.5.2.4.5 RxThreshold寄存器选择位解码器的阀值名称RxThreshold 地址0x1C 复位值111111110xFF7 6 5 4 3 2 1 0MinLevel CollLevel r/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w位描述如果信号⼩于该值将不进⾏计算该信号必须被位达到以产⽣相对于强半位幅度的位冲突5.2.4.6 PreSet1D寄存器000000000x007 6 5 4 3 2 1 05.2.4.7 RxControl2寄存器控制解码器的状态并定义接收器的输⼊源名称RxThreshold 地址0x1E 复位值010*******x417 6 5 4 3 2 1 0RcvClkSell RxAutoPD 0 0 0 0 DecoderSource r/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w 位描述1时钟⽤作接收器时钟I-90o相移1接收器电路在接收前⾃动打开并在完成后关闭这样可减少电流的消耗如果设置为0该值不会被改变00011011管脚5.2.4.8 ClockQControl 寄存器控制时钟产⽣⽤于90o相移的Q 信道时钟名称ClockQControl 地址0x1F 复位值000XXXXX0xXX7 6 5 4 3 2 1 0 ClkQ180Deg ClkQCalib 0ClkQDelayr r/w r/w dy dy dy dy dy位描述位符号功能7 ClkQ180Deg 如果Q-时钟与I-时钟的相移超过180o,该位置1,否则为06 ClkQCalib 如果该位为0Q-时钟在复位后和从卡接收数据后⾃动校准5 0 该值不会被改变4~0 ClkQDelay 该寄存器显⽰实际⽤于产⽣I-时钟的90o相移以获得Q-时钟的延迟元素的数⽬它可由微处理器直接写⼊或在校准周期⾃动写⼊5.2.5 页4RF 时序和信道冗余5.2.5.1 页寄存器选择寄存器页见5.2.1.1 5.2.5.2 RxWait 寄存器选择发送后接收器启动前的时间间隔名称ClockQControl 地址0x21 复位值000001010x067 6 5 4 3 2 1 0 RxWaitr/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w 位描述位符号功能7~0 RxWait在数据发送后接收器的启动由于RxWait 位时钟⽽延迟在这段帧保护时间内管脚Rx 上的任何信号都被忽略5.2.5.3 ChannelRedundancy 寄存器选择RF 信道上数据完整性检测的类型和模式名称ChannelRedundancy 地址0x22 复位值000000110x037 6 5 4 3 2 1 00 CRCMSB FirstCRC3309CRC8 RxCRCEn TxCRCEn ParityOdd ParityEn r/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w r/w。
MF-RC500中文版
MF-RC500中⽂版MF-RC500中⽂版MF RC500-⾼集成ISO14443A读卡芯⽚1 通⽤信息1.1 范围该⽂档讲述了MF RC500的功能。
包括功能及电⽓规格，并给出了如何从系统和硬件的⾓度使⽤该芯⽚进⾏设计的细节。
1.2 概述MF RC500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系列利⽤了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协议。
MF RC500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坚固⽽有效的解调和解码电路，⽤于ISO14443A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，这样给读卡器/终端的设计提供了极⼤的灵活性。
1.3 特性⾼集成度模拟电路⽤于卡应答的解调和解码。
缓冲输出驱动器使⽤最少数⽬的外部元件连接到天线近距离操作(可达100mm)⽀持MIFARE双接⼝卡IC和ISO14443A1－4部分加密并保护内部⾮易失性密匙存储器并⾏微处理器接⼝带有内部地址锁存和IRQ线灵活的中断处理⾃动检测微处理器并⾏接⼝类型⽅便的64字节发送和接收FIFO缓冲区带低功耗的硬件复位软件实现掉电模式可编程定时器唯⼀的序列号⽤户可编程的启动配置位和字节定位帧数字、模拟和发送器部分各⾃独⽴的电源输⼊脚内部振荡器缓冲连接13.56MHz⽯英晶体，低相位抖动时钟频率滤波短距离应⽤中发送器（天线驱动器）为3.3V操作。
2 ⽅框图GNDV+GNDV+图2-1 MF RC500⽅框图3 管脚信息3.1 管脚配置下图所⽰⽤⿊体字母标注的管脚由A VDD和A VSS供电。
⿊线所标的管脚由TVSS和TVDD供电。
MF-R500
门禁安全管理系统是一种新型智能化的安全管理系统，它集自动识别技术和现代安全管理措施为一体涉及电子、机械、光学、计算机技术和通讯技术等诸多方面。
它是解决重要部门出入口便捷控制和实现安全防范管理的有效措施。
门禁系统自产生以来，主要应用于公司和智能小区，其系统自身相对完善，为此，根据开放实验室建设、管理的理念，我们设计了一种基于 IC 卡的智能门禁管理系统来实现开放实验室的管理，这也是基于校园网的开放式实验室管理系统的一部分。
该实验室门禁管理系统的设计目的是实现人员出人控制，方便人员进出开锁与报到、考勤数据采集、数据统计和信息查询过程的自动化；方便管理人员统计、考核实验室人员出勤情况，方便教学人员查询、考核各班级出勤率。
系统采用模块化设计，可以稍加裁剪改造为适于智能小区、公园景点、多校区图书馆等多种不同场合的大范围分布式远程门禁考勤系统。
1 门禁管理系统硬件的设计1．1 系统设计本门禁系统采用了IC卡进行身份验证，系统硬件由非接触式IC卡读卡头、门禁控制器、时钟模块、RS485接口电路、电控锁、报警器组成，如图1所示。
图1 系统的硬件基本结构门禁控制器是本系统的核心，当有人刷卡时，系统首先判断此卡是否合法，如果合法，则给电控锁开门信号，如果不合法则报警，并且定时把刷卡人的相关信息、开门时间及状态通过RS485总线上报给上位机。
1．2 硬件电路1．2．1 IC卡读卡器电路读卡芯片选用Philips公司的MF RC500，MFRC500型读卡器是应用于13．56 MHz 非接触式通信的高集成读卡IC系列中的一员。
该读卡系列利用先进的调制和解调概念，完全集成了在13．56 MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。
图2中的天线通过EMC低通滤波器(L1、L2和ClO、C11)和匹配电路(C4、C5和C8、C9)接至天线驱动端TX1和TX2；天线来的接收信号则通过接收电路(R3、R4、C3、C18)耦合至天线信号输入端RX。
基于MF RC500型射频读写器的设计
基于MF RC500型射频读写器的设计摘要：在对射频识别系统的组成和原理进行分析的基础上，提出了基于Philips公司MF RC500和C8051F236型单片机实现的射频识别读写器的设计与实现方法。
首先对MF RC500的特性做了介绍，然后给出了RFID读写器的硬件和软件的设计。
关键词：射频识别；MFRC500；C8051F2360 引言射频识别即RFID（Radio Frequency IDentification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。
射频IC卡属于非接触式IC卡，它避免了普通IC卡与读写器之间的物理接触，减少了卡的磨损，识别工作无需人工干预，识别工作可工作于任何恶略环境。
射频IC卡和射频读写器构成了现在广泛应用的射频读写系统。
本文提出了一种基于MF RC500和C8051F236型单片机的射频读写器的设计方法。
该读写器能完成对Mifare1 卡的读、写及控制操作, 具有响应速度快、读卡距离远、通信稳定等优点。
1 系统的总体结构和工作原理整个系统由上位机、C8051F236单片机、MF RC500芯片和PCB 印制天线组成，该读写系统与Mifare1卡之间的数据交换是通过射频场完成的。
系统总体框图如图1。
上位机与MCU微控制器之间采用串口进行通信，通过发送M1卡读写命令，来对MCU控制器进行控制；C8051F236单片机和MF RC500芯片构成系统的射频读写器部分；PCB天线完成系统的高频电流和电磁波的转换作用。
其工作原理：射频频读写器向M1卡发送一组承载着读写命令的电磁波，M1卡内有一个LC串联协振电路，其频率与读写器发射的频率相同。
在电磁波的激励下，LC协振电路产生共振，从而使电容内有了电荷，当所积累的电荷达到2V时，此电容可作为电源为卡内其它电路提供工作电压。
M1卡根据读写命令，遵循ISO 1443A协议，接受和发送数据。
MFRC500中文资料
2 方框图
图 2-1 MF RC500 方框图
3 管脚信息
3.1 管脚配置 下图所示用黑体字母标注的管脚由 AVDD 和 AVSS 供电 黑线所标的管脚由 TVSS 和 TVDD 供电 其它管脚由 DVDD 和 DVSS 供电
2
V+ GND
V+ GND
图 3-1 MF RC500 SO32 封装管脚配置
I /读 MF RC500 寄存器读出数据 D0~D7 选通
NDS
I /数据选通 读和写周期的选通
nDStrb
I /数据选通 读和写周期的选通
12 DVSS
PWR 数字地
3
管脚 符号 类型 描述
13 D0~D7
I/O 8 位双向数据总线
20 AD0~AD7 I/O 8 位双向地址和数据总线
21 ALE
3.2 管脚描述
管脚类型 I 输入 ຫໍສະໝຸດ 输出 PWR 电源管脚 符号 类型 描述
1 OSCIN
I 晶振输入 振荡器反相放大器输入 该脚也作为外部时钟输入(fosc=13.56MHz)
2 IRQ
O 中断请求 输出中断事件请求信号
3 MFIN
I MIFARE 接口输入 接受符合 ISO14443A(MIFIRE)的数字串行数据流
选择发送器和接收器时钟之间的位相位
1C RxThreshold
选择位解码器的阀值
1D PreSet1D
该值不会改变
1E RxControl2
控制解码器状态和定义接收器的输入源
1F ClockQControl
控制时钟产生用于 90º相移的 Q 信道时钟
20 Page
选择寄存器页
基于MF RC500的便携式
兰州工业学院毕业设计（论文）题目基于MF RC500的便携式RFID读写器设计系别电子信息工程系专业电子信息工程技术班级电信10-1班姓名***学号201010101145指导教师（职称）***（讲师）日期2013年3月摘要RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。
RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。
射频识别(Radio Frequency Identification)。
以下简称RFID技术，是利用无线射频方式进行非接触双向通信并交换数据，以达到识别目的。
与传统的条码或磁条识别技术相比，RFID技术具有非接触、精度高、作用距离远、可动态识别多个数据及应用环境适应性较好等优点。
在工业自动化、仓储管理、门禁控制等众多领域得到广泛的应用与发展。
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。
在RFID系统中，射频读写器是识别标签后将采集信息送入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。
本文基于MF RC500设计了RFID技术的Mifarel卡读写器。
该读写器能完成对Mifarel卡的读、写及控制操作。
具有响应速度快、读卡距离远、通信稳定等优点。
关键词：RFID；Mifarel；射频模块；MF RC500；便携AbstractRFID the radio frequency identification is a non-contact automatic identification technology, rf signal through its automatic target recognition and access to relevant data, identification is not required manual intervention, can work in all kinds of environments. RFID technology can identify high speed moving objects and can identify multiple tags at the same time, th e operation is convenient.RFID (Radio Frequency Identification). Hereinafter referred to as the RFID technology, is the use of wireless Radio Frequency way non-contact two-way communication and exchange data, in order to achieve the purpose of Identification with the traditional barcode or magnetic stripe recognition technology, RFID technology compared with non-contact, high accuracy, function of distance, dynamic recognition more data and application environment adaptability good etc. In the industrial automation, storage management, access control, etc widely application and development of RFID technology. In production, logistics, transportation, transportation, medical, security, etc in a wide range of applications and great prospects for development. In the RFID system, rf reader is Identification tag after collecting information into background information processing system of key equipment, to ensure reliable work RFID system plays an important role. Based on MF RC500 design the RFID technology Mifarel card reader. The reader can finish Mifarel card to read, write and control operation. Has fast response, card read distance, communication stability etc.Keywords: RFID; Mifarel; Rf module; MF RC500; portable目录第一章绪论 ..................................................................................................................................... - 1 -1.1 研究的目的及背景 ........................................................................................................ - 1 -1.2 RFID技术 .......................................................................................................................... - 1 -1.3 结构安排.......................................................................................................................... - 3 - 第二章RFID系统的相关理论 .................................................................................................. - 4 -2.1 RFID的基本原理及系统组成..................................................................................... - 4 -2.1.1 RFID系统的工作原理 ...................................................................................... - 4 -2.1.2 RFID系统组成 ................................................................................................... - 5 -2.2 MIFARE射频卡............................................................................................................. - 6 -2.3 MF RC500芯片.............................................................................................................. - 9 -2.3.1 MF RC500的特点 .............................................................................................. - 9 -2.3.2 MF RC500内部结构.......................................................................................... - 9 - 第三章MF RC500 RFID读写器硬件设计 ............................................................................ - 11 -3.1 MCU主控模块.............................................................................................................. - 11 -3.2 天线和射频接口模块.................................................................................................. - 12 -3.2.1 天线..................................................................................................................... - 12 -3.2.2 射频接口模块.................................................................................................... - 14 -3.3 便携式电源和USB接口............................................................................................ - 15 -3.3.1 电源..................................................................................................................... - 15 -3.3.2 USB接口............................................................................................................ - 16 -3.4 时钟、看门狗和存储模块 ......................................................................................... - 17 -3.4.1 时钟模块 ............................................................................................................ - 17 -3.4.2 看门狗电路........................................................................................................ - 18 -3.4.3 存储模块 ............................................................................................................ - 19 -3.5 人机界面........................................................................................................................ - 20 -3.5.1 液晶显示 ............................................................................................................ - 20 -3.5.2 键盘电路 ............................................................................................................ - 21 -3.5.3 报警电路 ............................................................................................................ - 22 - 第四章MF RC500 RFID读写器软件设计 ........................................................................... - 24 -4.1 主程序流程 ................................................................................................................... - 24 -4.2 MF RC500 RFID读写器 ............................................................................................ - 25 -4.2.1 MF RC500的基本操作 ................................................................................... - 25 -4.2.2 RFID卡 .............................................................................................................. - 26 -4.3 其它部分程序设计 ...................................................................................................... - 31 -4.3.1 液晶显示程序设计........................................................................................... - 32 -4.3.2 时钟程序设计.................................................................................................... - 35 -4.3.3 声光示警程序设计........................................................................................... - 36 - 结论................................................................................................................................................... - 37 - 致谢................................................................................................................................................... - 38 - 参考文献.......................................................................................................................................... - 39 -第一章绪论1.1 研究的目的及背景RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即无线射频识别，俗称电子标签。
rc500中文资料
5.1.1 寄存器位状态
不同的寄存器的位和标志的状态是不同的 这取决于它们的功能 原则上具有相同状态的位都归类到
共用的寄存器中
缩写 状态 描述
r/w 读和写 这些位可通过微处理器读和写 由于它们仅用于控制方式 因此它们的内容不会
被内部状态机影响 例如 TimerReload 寄存器可通过微处理器读写 还会被内部
23 A1
I 地址线 1 寄存器地址位 1
24 A2
I 地址线 2 寄存器地址位 2
25 DVDD PWR 数字电源
26 AVDD PWR 模拟电源
27 AUX
O 辅助输出 该脚输出模拟测试信号 该信号可通过 TestAnaOutSel 寄存器选择
28 AVSS
PWR 模拟地
29 RX
I 接收器输入 卡应答输入脚 该应答为经过天线电路耦合的调制 13.56MHz 载波
13 PreSet13
该值不会改变
14 PreSet14
该值不会改变
15 ModWidth
选择调整脉冲的宽度
16 PreSet16
该值不会改变
17 PreSet17
该值不会改变
18 Page
选择寄存器页
19 RxControl1
控制接收器状态
1A DecodeControl
控制解码器状态
1B BitPhase
I /读 MF RC500 寄存器读出数据 D0~D7 选通
NDS
I /数据选通 读和写周期的选通
nDStrb
I /数据选通 读和写周期的选通
12 DVSS
PWR 数字地
3
管脚 符号 类型 描述
13 D0~D7
广州周立功单片机 设计 MF RC500 匹配电路和天线 说明书
设计MF RC500的匹配电路和天线的应用指南目录1介绍 (3)2系统的基本原理 (3)2.1 结构示意图 (3)2.2 系统配置 (3)2.3 MIFARE® RF接口 (4)2.3.1 能量传输 (4)2.3.2 RWD->卡的数据传输 (5)2.3.3 卡->RWD的数据传输 (6)3MF RC500匹配电路和天线的设计 (8)3.1 基本设计规则 (8)3.2 估算最合适的天线大小 (9)3.3 直接匹配的天线 (10)3.3.1 EMC电路 (10)3.3.2 接收电路 (10)3.3.3 直接匹配天线的天线匹配电路 (11)3.4 50匹配的天线 (14)3.4.1 EMC电路 (14)3.4.3 50的长距离解决方案 (15)3.4.4 50的短距离解决方案 (16)3.4.5 50天线的天线匹配电路 (16)4环境的影响 (19)4.1 金属的天线环境 (19)4.2 多个天线 (19)4.3 温度 (19)5天线的屏蔽和补偿 (19)5.1.1 电子屏蔽 (19)5.1.2 补偿 (21)5.1.3 铁屏蔽 (21)6MF RC500天线设计的举例 (23)6.1 总体布线提示 (23)6.1.1 EMC滤波器和接收电路 (23)6.2 天线和匹配电路的布线 (24)6.3 直接匹配天线的例子 (24)6.3.1 屏蔽和补偿的矩形天线 (24)6.3.2 矩形天线 (25)6.3.3 屏蔽的矩形天线 (26)6.4 50匹配天线的举例 (27)6.4.1 补偿的矩形天线 (27)6.4.2 补偿的环形天线 (28)6.4.3 屏蔽的环形天线 (29)7天线的调谐 (30)7.1 最优工作距离的调谐方法 (30)7.1.1 直接匹配天线的调谐 (30)7.1.2 50匹配天线的调谐 (31)7.2 检查Q因子 (36)8参考文献 (38)9附录A (38)9.1 缩写 (38)9.2 天线线圈电感的计算 (38)9.3 线圈电阻的估算 (39)1介绍本应用指南的意图是支持MF RC500 MIFARE®读卡器内部与RF相关的设计它的目的是提供设计应用指定的天线和匹配电路所使用的MIFARE®RF接口ISO14443A的一些必要的理解使读卡器与无线的MIFARE®卡有最好的通讯性能本文档将介绍系统RF部分的背景以及概述如何为标准应用设计和调整天线的过程这里详细解释并列举了两种不同的天线和匹配电路的概念和设计而且有完整的调谐过程有兴趣的读者可以从附录找到RF接口的详细理论描述2系统的基本原理2.1 结构示意图MF RC500是基于13.56MHz无线通讯的一个新系列高度集成读卡器IC的成员MF RC500支持IS14443的所有层图2.1是MF RC500简化的结构示意图图2.1 简化的MF RC500结构示意图MF RC500具有以下的功能• µC的并行接口自动检测连接的8位并行接口• 数据处理部分将并行的数据转换成串行支持检查产生的帧产生并检查CRC/奇偶校验以及位编码和处理它支持ISO14443-A的所有层使MF RC500在完全透明的模式下工作• 器件的状态和控制部分允许对环境影响进行配置使每个应用获得最好的性能• Crypto1的流密码单元支持与MIFARE® CLASSIC产品通讯• 一个安全稳定的密钥存储器用于存储Crypto1密钥组• 模拟部分有两个内部的桥驱动输出使操作距离可达100mm取决于天线线圈和环境的影响而且内部接收部分允许接收和译码没经过外部滤波的数据2.2 系统配置MIFARE®读卡器的系统配置基于图2.2所显示的MF RC500用户可以选择两个不同的概念将天线连接到读卡器IC这两种方法是• 50匹配的天线或者• 使用直接匹配的天线配置这两种概念的系统元件大体上很相似都需要3个部分− 一个接收电路接收卡发送的数据− 一个滤波和电阻impedance转换电路抑制高次谐波并优化到读卡器天线的功率传输powertransmission− 设计天线线圈的匹配电路和天线线圈使它们获得最优的性能天线和读卡器用电缆或直接连接也要有最好的性能图2.2 系统配置这两个概念能满足不同的要求使性能最优这些部件的设计是下一章的主题2.3 MIFARE® RF接口MIFARE® Technology在读卡器和无线卡之间用ISO 14443类型A的RF接口通讯表1是MIFARE® RF接口的简短概述基本上MIFARE® RF接口遵从变压器原理MIFARE®卡是无源的卡上没有电池因此读卡器模块和卡之间的通讯要求有能量的传输而且可以双向发送数据表1 MIFARE® RF接口的概述能量传输变压器原理MIFARE®卡是无源的工作频率 13.56MHz通讯结构半双工读卡器首先发信号talk数据速率 105.9kHz数据传输双向RWD->卡 100%ASK幅变调制Miller编码卡->RWD 副载负载波调制subcarrier load modulation副载波频率847.5kHz曼彻斯特编码下面的内容是MIFARE® RF接口的基本知识首先将讲述基本的能量传输最后是数据传输和两个方向使用的数据编码2.3.1 能量传输读卡器天线和无源MIFARE®卡之间的能量传输使用变压器原理它要求读卡器要有天线线圈MIFARE®卡也有线圈图2.3是基本的原理和等效的电路图图的左边是天线和能量传输的原理图2.3 变压器模型RWD天线线圈的电流I产生一个磁通量磁通量的部分穿过卡的线圈在卡的线圈感应出一个电压电压被整流当工作电压到达后卡的IC被激活感应电压会随着读卡器天线和MIFARE®卡的距离不同而变化由于电压会变化工作距离受到传输的功率限制上图的右半部分是变压器模式的等效电路详细的能量传输将在本文档的附录A详细解释2.3.2 RWD->卡的数据传输MIFARE®用半双工的通讯形式在读卡器和卡之间传输数据读卡器首先发出信号说话启动通讯从读卡器到卡的数据传输根据ISO 14443类型A采用100%的ASK幅变调制 pulse-pause modulation图2.4是典型的信号波形图2.4 RWD->卡的数据传输典型的信号波形由于天线有品质因子Q使发送的信号波形发生变形如图2.5这个波形可以用于测量天线的调谐tuning计算天线品质因子Q的理论背景和计算匹配电路部件的过程将在第三章详细解释前面已经提到MIFARE®卡是无源的能量传输到卡后卡才能和读卡器通讯因此MIFARE®用优化的编码提供与发送到卡的数据独立的恒定能量这就是改良的Miller编码它用于读卡器向卡发送数据图2.6详细介绍了Miller编码图2.6 RWD->卡的数据传输Miller编码MIFARE®的数据速率是105.9kHz所以一个位帧bit frame的长度是9.44µs Miller编码的脉冲长度是3µs编码逻辑0有两个可能性由前面一位决定如果前面一位是0接着的0用在后一个位帧的开始有3µs的脉冲表示如果前面一位是1接着的0用下一个位帧没有脉冲来表示2.3.3 卡->RWD的数据传输2.3.3.1 副载波负载调制的原理卡发送回RWD的数据传输使用副载波负载调制subcarrier load modulation的原理见图2.7此时卡作为谐振电路消耗读卡器产生的能量这个能量消耗有重新激活的效应使RWD端出现电压降这个效应通过改变卡的IC的负载或电阻将数据从卡发送回读卡器图2.7 副载波负载调制subcarrier load modulation的原理MIFARE®读卡器的天线应调谐到振荡频率f R=13.56MHz实际上振荡器电路在读卡器天线产生的电压多次比电源电压高但由于RWD和卡的天线之间有小的耦合因子卡的响应比读卡器产生的电压弱了大约60dB检测这个信号要求一个设计良好的接收电路MIFARE®用副载波频率f SUB来调制数据而不是用直接的负载调制副载波调制的结果是在载波频率13.56MHz的周围产生f的边频带副载波负载调制可以简单并健壮地测试接收信号MIFARE® RF接口在副载波调制之前对基频的数据使用曼彻斯特编码图2.8是典型的数据编码和副载波负载调制的时域图首先数据被内部编码成曼彻斯特码MIFARE®通讯的数据速率无论从卡到读卡器还是读卡器到卡都是105.9kHz所以位帧的长度是9.44µs曼彻斯特码用上升和下降沿来编码数据逻辑1用位帧中间的下降沿表示逻辑0用位帧中间的上升沿表示MIFARE®卡的集成电路产生的副载波频率f SUB = f R/16 = 847.5kHz时间T0表示工作频率的脉冲宽度T0 = 1/f R = 74ns曼彻斯特编码的数据调制到副载波频率最后副载波负载调制完成图2.8 卡->RWD的数据编码原理时域结果副载波负载调试在频域产生两个边频带高频的是在14.41MHz低频的是在12.71MHz信号的频域图请参考图2.9图2.9一方面显示了数据编码的边频带另一方面显示了载波频率到工作频率的边频带图2.9 卡->RWD的数据编码频域3MF RC500匹配电路和天线的设计3.1 基本设计规则MF RC500是一个单独的读卡器集成电路它要求在没有外部放大器的情况下工作距离达到100mm剩下的无源RF部分的设计很简单明了首先要确定哪个可行的基本概念最能符合应用的要求图3.1的设计帮助会对这个决定作出支持两个不同的概念可以设计一个天线和一个匹配电路• 直接匹配的天线用读卡器和天线的最小距离可以建立一个小型的完整终端可行的应用是一个小型建筑物的访问控制读卡器或者是手持的读卡器• 500匹配的天线可以作为读卡器和天线之间用长距离同轴电缆连接的应用的一个简单的解决方案连接读卡器匹配电路和天线的同轴电缆最长距离可达10m图3.1 设计帮助注意这个设计帮助是第一步要获得期望的工作距离天线的设计和环境的影响等因素都要考虑到表2比较了上不同的概念并详细地显示了它们分别需要的元件但主要讨论50匹配或直接匹配的天线概念对于50匹配的概念提供了一个工作距离高达100mm 的高端解决方案和一个工作距离低于50mm的低成本解决方案表2 天线概念的比较50匹配直接匹配概念长距离 短距离MF RC500EMC 电路 电路和值都相同 接收电路 电路和值都相同读卡器阻抗变换用TX1和TX2只用TX1 ---电缆50同轴电缆短线或直接连接天线匹配电路电路相同但天线的大小不同值也不同电路相同但天线的大小不同值也不同天线线圈工作距离由天线的大小和环境的影响决定工作距离由天线的大小和环境的影响决定天线天线的屏蔽由应用决定例如外壳和环境的影响建议使用上面显示的概念下一部分按照电路要求的设计根据天线的形状估算可以获得的工作距离3.2 估算最合适的天线大小MIFARE®系统的工作距离由下面几个因素决定• 读卡器的天线大小 • 给定天线的匹配电路品质 •环境的影响下一个设计步骤是由天线的大小估计工作距离完整的计算可以在附录A 中找到MIFARE®卡由读卡器产生的磁通供电卡集成电路可以获得的能量随读卡器天线和卡之间的距离不同而变化在2.3节已经提到MIFARE®系统使用变压器原理描述变压器的一个重要的参数是耦合系数k 它可被定义为与读卡器线圈和卡线圈之间的距离以及与读卡器天线和卡线圈的大小有关的一个几何参数假设标准应用中MIFARE®卡有卡芯片的尺寸卡的线圈的尺寸是固定的附录A 显示了当读卡器天线和卡线圈的固定距离等于读卡器天线的半径时获得的最大耦合系数k 计算使用的是环形的天线如果实际使用的是矩形或方形的天线可以用有相等面积的环形天线来估算 这个结果可以作为对给定应用设计最适合的天线的经验方法特别注意 • 估计读卡器的天线半径应当等于可获得的工作距离只是成功设计天线的第一步对于一个完整的设计环境的影响以及由于应用相关的约束对天线大小的限制也要考虑到• 估算的结果显示增加天线的半径不会自动增加工作距离从读卡器到卡的能量传输是一个限制因素它可以用最小的耦合系数0.3表示• 耦合系数的计算公式与读卡器天线的所绕的圈数无关图3.2给出了不同天线大小的R/W 大约距离数据显示当天线的直径大约是20cm 即R=10cm 时可以获得最好的R/W 距离更大的天线不能使工作距离更大图3.2 天线半径与工作距离之比3.3 直接匹配的天线表2的其中一个提议是使用直接匹配的天线推荐电路的工作距离可达100mm工作距离主要由天线的大小以及天线匹配电路的修正值决定需要的部件有EMC滤波器接收电路和天线本身的匹配等这些部件以及它们对MIFARE®系统正确工作的必要性将在后面解释图3.3是推荐使用的直接匹配天线电路3.3.1 EMC电路MIFARE®系统的工作频率是13.56MHz这个频率要用一个石英振荡器发生但它同时也产生高次谐波为了符合国际EMC规定13.56MHz中的三次五次和高次谐波要被良好地抑制除了多层设计外我们强烈建议使用如图3.3所示的低通滤波器低通滤波器由元件L0和C0组成它们的值请看表33.3.2 接收电路MF RC500的内部接收部分使用了一个新的接收概念它使用卡响应的副载波负载调制所产生的两个边频带我们建议使用内部产生的V MID电势作为Rx管脚的输入电势为了减少干扰在V MID管脚连接一个电容到地读卡器的接收部分需要在Rx和V MID引脚之间连接一个分压器另外建议在天线线圈和反压器之间串连一个电容图3.3就是推荐使用的接收电路它由R1R2C3和C4组成它们的值见表3滤波和接收部分的元件L0C0R1R2C3和C4的值是固定的元件值注释L 0 2.2µH10% 屏蔽的磁场例如TDK ACL3225S-TC 0 47pF2% Np0材料8205%RR2.7k5%C 3 15pF2% NP0材料C 4 100nF2% NP0材料注意要获得最好的功能所使用的电容和电感至少要具备推荐的这些元件的性能和容差3.3.3 直接匹配天线的天线匹配电路我们建议逐步地设计直接匹配的天线首先要设计天线线圈天线本身是一个低电阻的器件将天线线圈连接到MF RC500需要一个匹配电路估算天线的等效电路和计算品质因子可以得出匹配电路的电容推荐值3.3.3.1 确定天线的等效电路读卡器的天线线圈可以用图3.4左边的等效电路表示建议设计的直接匹配天线的天线线圈应当有一个接地的中心抽头这个中心抽头是用于改善天线线圈的EMC性能线圈本身可以用电感L a和L b表示电阻R a和R b表示电阻损耗并联的C a和C b表示电容损耗由于L a和L b之间有耦合作用所以我们不推荐计算这个等效电路的元件来表示所有电阻损耗可以用Rant来表示线圈电容Cant表示线圈和连接器之间的电容损耗图3.4 直接匹配天线的天线线圈匹配电路我们建议用阻抗分析仪测量天线的等效电路连接天线线圈当使用屏蔽天线时要将屏蔽连接到地并测量显示的等效电路在计算品质因子和天线的调谐时线圈的电容Cant 可以忽略注意如果没有阻抗分析仪将计算的电感和电容值作为起始值估算这些值的公式请查看附录A MIFARE®的工作频率是13.56MHz 这个频率下电阻的集肤效应skin effect损耗不能忽略这就是线圈不能只使用DC 阻抗的原因请用附录A 的估算找到电阻Rant 的起始值我们建议以后用测量品质因子的方法来检查整个设计如果有必要起始值要被改变整个调谐过程也要重新再做一次3.3.3.2 品质因子接下来的部分中假设天线电感L ANT 和电阻R ANT 的值已知我们建议用阻抗分析仪测量L ANT 和R ANT如果是用公式估算出的值要记住它们只是起始值在确认Q 因子后可能需要改变天线的品质因子是纠正天线调谐和所获得的性能的一个重要特性天线的品质因子由下面的公式定义 ANTANTR R L Q ⋅=ω其中R R f 2πω=根据天线的几何形状Q 的值通常在50100之间要进行正确的数据传输这个值还要减少在2.3.2章提到MIFARE®的波特率是105.9kHz/sec数据从RWD 传输到卡使用脉宽T=3µs 的Miller 编码用带宽B 的定义Qf B R=以及时间与带宽的乘积的规定1T B ≥⋅可以算出要求的Q 因子是68.40s 3MHz 56.13T f Q R ≤⋅≤⋅≤μ由于元件的容差和对温度的依靠我们建议Q 因子的值取35要降低原始的Q 因子要求如图3.5所示增加一个外部电阻R EXT R EXT 的值用下面的公式算出ANT ANT R ANT ANT R EXT R 35LR Q L R −⋅=−⋅=ωω 在前面已经提到我们推荐在设计直接匹配天线的天线线圈时使用中心抽头这样外部电阻就被分成两个相等的部分减少天线品质因子的完整电路请看图3.5图3.5 用外部电阻减少天线的品质因子3.3.3.3 直接匹配天线的阻抗匹配在设计直接匹配天线的匹配电路时我们建议使用图3.6的电路电容Cs和Cp的值由天线本身和环境影响来决定图3.6 完整的匹配电路我们建议使用表4的电容值作为调谐过程的起始值将直接匹配的天线调谐到最优的过程将在第7章解释起始值由天线的电感决定表4 天线匹配电路的起始值L ANT[µH] C S[pF] C P1[pF] C P2 [pF]0.8 27 270 3300.9 27 270 2701.0 27 220 270220 1.1 27 180||221.2 27 180 180||22 1.3 27 180 180 1.4 27 150 150 1.5 27 150 150150 1.6 27 120||101.7 27 120 150 1.8 27 120 120上表假设天线线圈的寄生杂散电容是15pF Cs和Cp应该是有+/- 2%容差的NP0电介质天线电感和电容的实际值由不同的参数决定• 天线结构PCB的类型• 导体的厚度• 线圈之间的距离• 屏蔽层• 附近环境的金属和铁由于有这些影响Cp的值要在实际的设计中优化正确的过程请参看7.1.1节3.4 50匹配的天线表2提出了两个概念来设计一个50的天线在这两个概念中EMC电路和接收电路是独立的本小节首先讲述前面这些部分接着是长距离和短距离的阻抗转换电路最后是设计50匹配天线的匹配电路的建议3.4.1 EMC电路MIFARE®系统的工作频率是13.56MHz这个频率要用石英振荡器产生但同时也会产生高次谐波为了符合国际EMC规定13.56MHz中的三次五次和高次谐波要被良好地抑制除了多层设计外我们强烈建议使用如图3.7所示的低通滤波器低通滤波器由元件L0和C0组成它们的值请看表53.4.2 接收电路MF RC500的内部接收部分使用了一个新的接收概念它使用卡响应的副载波负载调制所产生的两个边频带推荐使用内部产生的V MID电势作为Rx管脚的输入电势为了减少干扰在V MID管脚连接一个电容到地读卡器的接收部分需要在Rx和V MID引脚之间连接一个分压器另外建议在天线线圈和分压器之间串连一个电容图3.7就是推荐使用的接收电路它由R1R2C3和C4组成它们的值都在表5表5 EMC滤波和接收电路的值元件值注释L 0 1.0µH10% 屏蔽的磁场例如TDK ACL3225S-TC 0 47pF2% NP0材料8205%R2.7k5%RC 3 15pF2% NP0材料C 4 100nF2% NP0材料注意要获得最好的功能所使用的电容和电感至少要具备推荐的这些元件的性能和容差3.4.3 50的长距离解决方案要连接50的同轴电缆MF RC500需要一个阻抗转换电路这个阻抗转换电路要满足3个要求• 执行EMC滤波• MF RC500的低输出阻抗和50之间的阻抗转换• MF RC500有对称的输出驱动T X1和T X2连接同轴电缆会对地产生不对称的电势设计一个满足上面3个要求的电路的方法是使用一个变压器或Balun1产生一个不对称的地电平图3.7是使用Balun的一个典型的实现方法基于L0和C0的EMC滤波器与直接匹配的天线有相同的结构L0C 0和C1组成了一个T形滤波器这个滤波器将输出驱动电阻转换到50的同轴电缆电阻Balun B1的转换比例是1:1而且应当匹配到50电容C是可选的2Balun少量的不对称性可以减少调整天线最大输出电压的调谐电容特别注意MF RC500的桥输出驱动是低电阻器件要获得最好的性能就要在Tx1和Tx2之间加入一个30的匹配电阻计算需要转换的阻抗最简单的方法是使用smith图图3.7 长距离的解决方案50阻抗转换变压器和balun是产生不对称地电平的一种方法Balun的概念显示了如何用几个外部元件实现50匹配的长距离工作Balun的基本功能和阻抗网络的计算可以在标准文献中找到计算的结果会给出找到最好的解决方案的调谐过程起始值要提供EMC滤波功能必须在匹配到50和滤波之间找到折衷的方案表6显示了调谐过程的结果应该使用可选的调谐电容找到实际设计中最好的结果1 Balanced到Unbanlanced的缩写Balun是一种变压器2推荐在设计阶段使用调谐电容C2b它可以找到最优的性能表6 阻抗转换的值类型50-1元件值注释C1 82pF2% NP0材料C2a 69pF2% NP0材料C2b 0~30pFB1 1:1变压器例如Coilcraft 1812WBT-3 注意要获得最好的功能所使用的电容和电感至少要具备推荐的这些元件的性能和容差3.4.4 50的短距离解决方案第二种建立50天线的方法只使用一个驱动器级T X1或T X2图3.8显示了完整的阻抗转换和接收部分基于L0和C0的EMC滤波器与直接匹配的天线有相同的结构L0C0和C1组成了一个T形滤波器是可选的我们建议用这个调谐可能性这个滤波器将输出驱动电阻转换到50的同轴电缆电阻电容C对找到的C1最优值进行首次测试图3.8 50的短距离解决方案用一个驱动级实现50的阻抗转换要提供EMC滤波功能必须在匹配到50和滤波之间找到折衷的方案表7显示了调谐过程的结果表7 阻抗转换的值元件值注释C2a 69pF2% NP0材料C2b 0~30pF NP0材料注意要获得最好的功能所使用的电容和电感至少要具备推荐的这些元件的性能和容差3.4.5 50天线的天线匹配电路匹配50电缆的天线设计要满足几个要求首先要构造天线线圈它的电感要被测量或用计算天线电感的公式来估算公式请参看附录A这样的天线是一个低电阻的器件要将它连接到50的电缆需要用一个阻抗匹配电路除此之外它还需要一个谐振电路在13.56MHz的工作频率下产生最高的电压3.4.5.1 确定天线的等效电路读卡器的天线线圈可以用图3.9的等效电路表示天线本身有线圈线圈的电感是L ANT 另外线圈还有串行电阻R ANT 表示电阻损耗和一个表示线圈之间和连接器之间电容损耗的并行电容C ANT其中Lant =300~1500nH C ant =10~40pF R ant =0.3~1.2图3.9 天线线圈的等效电路我们建议用阻抗分析仪测量天线的等效电路连接天线线圈当使用屏蔽天线时要将屏蔽连接到地并测量显示的等效电路在计算品质因子和天线的调谐时线圈的电容Cant 可以忽略注意如果没有阻抗分析仪将计算的电感和电容值作为起始值估算这些值的公式请查看附录AMIFARE®的工作频率是13.56MHz 这个频率下电阻的表面效应损耗不能忽略这就是线圈不能只使用DC 阻抗的原因请用附录A 的估算找到电阻Rant 的起始值我们建议以后用测量品质因子的方法来检查整个设计如果有必要起始值要被改变整个调谐过程也要重新再做一次3.4.5.2 品质因子接下来的部分中假设天线电感L ANT 和电阻R ANT 的值已知我们建议用阻抗分析仪测量L ANT 和R ANT如果是用公式估算出的值要记住它们只是计算Q 因子的起始值天线的品质因子是天线正确调谐和所获得的性能的一个重要特性天线的品质因子由下面的公式定义 ANTANTR R L Q ⋅=ω其中R R f 2πω=根据天线的几何形状Q 的值通常在50100之间要进行正确的数据传输这个值还要减少在2.3.2章提到MIFARE®的波特率是105.9kHz/sec数据从RWD 传输到卡使用脉宽T=3µs 的Miller 编码用带宽B 的定义Qf B R=以及时间与带宽的乘积的规定1T B ≥⋅可以算出要求的Q 因子是68.40s 3MHz 56.13T f Q R ≤⋅≤⋅≤μ由于元件的容差和对温度的依靠我们建议Q 因子的值取35要降低原始的Q 因子要求增加一个外部电阻R EXT图3.10显示了如何连接外部电阻R EXT图3.10 外部电阻R EXT 的值用下面的公式算出ANT ANT R ANT ANT R EXT R 35LR Q L R −⋅=−⋅=ωω3.4.5.3 匹配电路电容的计算图3.11显示了推荐使用的将天线线圈匹配到50的电路匹配用一个串联和一个并联电容来实现输入电阻Z 要等于50图3.11 天线的匹配电路用下面的公式计算Cs 和Cp其中ZR R L w 1C antext ant2s +⋅=而s ant 2p C L w 1C −=+−=Z R R 1L w 1C ant ext ant2p Cs 和Cp 应当是NP0电介质的SMD 类型有很好的温度稳定性我们建议将Cp 分裂成一个固定的值和一个最大值是1020pF 的可变值Cp’。
MF RC500 匹配电路和天线的设计
MF RC500匹配电路和天线的设计2005年2月深圳吉盛科技有限公司目录应用笔记 MF RC500 匹配电路和天线的设计 (4)1. 简介 (4)2. 系统基本原理 (4)2.1 框图 (4)2.2 系统配置 (4)2.3 MIFARE 射频接口 (5)2.3.1 能量发送 (5)2.3.2 RWD到CARD的数据传送 (6)2.3.3 Card 到 RWD 的数据传送 (7)3 MF RC500 匹配电路和天线的设计 (10)3.1 基本设计规则 (10)3.2 优化天线尺寸评价 (12)3.3 直接匹配天线 (13)3.3.1 EMC电路 (13)3.3.2 接收电路 (13)3.3.3 直接匹配天线的天线匹配电路 (14)3.4 50Ω匹配天线 (18)3.4.1 EMC电路 (18)3.4.2 接收电路 (18)3.4.3 50Ω full range solution (18)3.4.4 50Ω小范围解决方法 (19)3.4.5 50Ω天线的天线匹配电路 (20)4 环境影响 (22)4.1 金属天线环境 (22)4.2 多种天线 (23)4.3 温度 (23)5 天线防护，补偿 (23)5.1.1 电气防护 (23)5.1.2 补偿 (24)5.1.3 导磁防护 (25)6.1 通用布线提示 (28)6.1.1 EMC过滤和接收电路 (28)6.2 天线布线和匹配电路 (28)6.3 直接匹配天线例子 (28)6.3.1 防护和补偿矩形天线 (28)6.3.2 矩形天线 (30)6.3.3 防护矩形天线 (30)6.4 50Ω匹配天线的例子 (31)6.4.2 补偿环形天线 (32)6.4.3 防护环形天线 (33)7 天线调整 (35)7.1 最好操作距离的调整方法 (35)7.1.1直接匹配天线的调整 (35)7.1.2 调试50Ω匹配天线 (36)7.2 品质因素checking (41)8 references (43)9 附录A (43)9.1 缩写 (43)9.2 电线线圈感应系数的计算 (44)9.3 天线电阻的计算 (45)应用笔记 MF RC500 匹配电路和天线的设计1. 简介这是支持MF RC500 MIFARE 读写集成电路IC的有关射频设计的应用笔记。
MF RC500 匹配电路和天线的设计
MF RC500匹配电路和天线的设计2005年2月深圳吉盛科技有限公司目录应用笔记 MF RC500 匹配电路和天线的设计 (4)1. 简介 (4)2. 系统基本原理 (4)2.1 框图 (4)2.2 系统配置 (4)2.3 MIFARE 射频接口 (5)2.3.1 能量发送 (5)2.3.2 RWD到CARD的数据传送 (6)2.3.3 Card 到 RWD 的数据传送 (7)3 MF RC500 匹配电路和天线的设计 (10)3.1 基本设计规则 (10)3.2 优化天线尺寸评价 (12)3.3 直接匹配天线 (13)3.3.1 EMC电路 (13)3.3.2 接收电路 (13)3.3.3 直接匹配天线的天线匹配电路 (14)3.4 50Ω匹配天线 (18)3.4.1 EMC电路 (18)3.4.2 接收电路 (18)3.4.3 50Ω full range solution (18)3.4.4 50Ω小范围解决方法 (19)3.4.5 50Ω天线的天线匹配电路 (20)4 环境影响 (22)4.1 金属天线环境 (22)4.2 多种天线 (23)4.3 温度 (23)5 天线防护，补偿 (23)5.1.1 电气防护 (23)5.1.2 补偿 (24)5.1.3 导磁防护 (25)6.1 通用布线提示 (28)6.1.1 EMC过滤和接收电路 (28)6.2 天线布线和匹配电路 (28)6.3 直接匹配天线例子 (28)6.3.1 防护和补偿矩形天线 (28)6.3.2 矩形天线 (30)6.3.3 防护矩形天线 (30)6.4 50Ω匹配天线的例子 (31)6.4.2 补偿环形天线 (32)6.4.3 防护环形天线 (33)7 天线调整 (35)7.1 最好操作距离的调整方法 (35)7.1.1直接匹配天线的调整 (35)7.1.2 调试50Ω匹配天线 (36)7.2 品质因素checking (41)8 references (43)9 附录A (43)9.1 缩写 (43)9.2 电线线圈感应系数的计算 (44)9.3 天线电阻的计算 (45)应用笔记 MF RC500 匹配电路和天线的设计1. 简介这是支持MF RC500 MIFARE 读写集成电路IC的有关射频设计的应用笔记。
MFRC500射频卡识别电路的设计
MFRC500射频卡识别电路的设计
射频卡是一种无源的芯片卡，广泛应用于门禁系统、公交卡及一卡通系统等领域。
MFRC500是一款常用于射频卡识别的芯片，具有高度集成的特点，可用于射频通信、数据接收和解调处理等功能。
射频卡识别电路的设计需要考虑以下几个关键因素：
一、射频天线设计
射频天线是射频卡与读卡器之间的媒介，其设计直接影响到射频卡的工作效果。
一般射频天线采用线圈结构，常用的有圆形、方形和长方形等形状。
其设计需要兼顾天线的有效接收范围和读卡器的射频输出功率。
二、射频信号调制与解调设计
三、射频功率控制电路设计
射频功率控制电路用于控制读卡器的射频功率输出，以保证射频卡与读卡器之间的通信质量。
一般采用功率放大器作为输出驱动，通过控制电路控制射频功率的大小。
此外，还需要考虑功率放大器的稳定性和功耗问题。
四、射频通信协议设计
五、射频电路与控制电路的连接
射频电路与控制电路之间需要进行相应的连接与接口设计，以实现射频天线与MFRC500芯片的通信和数据传输。
此外，还需要考虑射频电路与控制电路之间的干扰与隔离，以避免相互之间的干扰影响射频卡的识别效果。
综上所述，射频卡识别电路的设计需要考虑射频天线设计、射频信号调制解调设计、射频功率控制电路设计、射频通信协议设计以及射频电路与控制电路的连接。
需要根据具体应用需求进行相应的设计与实现，以满足射频卡的识别要求。
MFRC500射频卡识别电路的设计
3工作频率范围：0到40MHZ,相当于普通8051的0到80MHZ，实际工作频率可达48MHZ。
4用户应用程序空间：4K/8K/13K/16K/32K/64K字节。
5片上集成1280字节或512字节RAM.
6通用i/o口40，复位后为P1/P2/P3/P4/是双向口/弱上拉（普通8051传统i/o口）：p0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为i/o口用时，需加上拉电阻。
4) 安全性好。MIFARE 卡的序列号是全球唯一的，不可以更改；读写时卡与读写器之间采用三次双向认证机制，互相验证使用的合法性，而且在通讯过程中所有的数据都加密传输；此外，卡片各个分区都有自己的读写密码和访问机制，卡内数据的安全得到了有效的保证。
5)适合于一卡多用。MIFARE 卡的存贮结构及特点（大容量--16分区、1024字节），能应用于不同的场合或系统，尤其适用于学校、企事业单位、智能小区的停车场管理、身份识别、门禁控制、考勤签到、食堂就餐、娱乐消费、图书管理等多方面的综合应用，有很强的系统应用扩展性，可以真正做到“一卡多用”。
6.1论文的主要研究成果13
MFRC50射频卡识别电路的设计
摘要:随着经济建设的不断发展，社会经济活动的日益增长，对于公共交通行业、无线通信领域、卫生保健行业、封闭式场所管理、身份识别、电话通信、大楼保安系统等，人们亦愈来愈多地开始接受和使用IC智能卡。特别是银行服务系统，IC智能卡替代流行多年的磁卡而服务于大众已日渐成熟。并且“一卡通”，一卡多用，给我们生活质量带来了很大的提高。IC智能卡自动电表抄表系统、煤气/自来水抄表系统、公交/地铁自动售票/检票系统、移动通信手机中IC智能SIM卡等，已愈来愈贴近我们的生活，成为我们生活的一部分。“刷卡”已成为人们日常生活中不可或缺的一部分
基于MF RC500的非接触式IC卡读写器设计
达100 mm)；MFRC500的接收器部分提供有一个坚固而有效的解调和解码电路，可用于ISO14443兼容的应答器信号；数字部分则用于处理ISO14443A帧和错误检测(奇偶&CRC)。
此外，它还支持快速CRYPTO1加密算法，以用于验证Mifare系列产品。
其方便的并行接口可直接连接到任何8位微处理器上，这样就给读卡器／终端的设计提供了极大的灵活性。
MF RC500的主要特点如下：◇带有高集成度模拟电路以用于卡应答的解调和解码；◇缓冲输出驱动器可使用最少数目的外部元件以连接到天线；◇近距离操作(可达100 mm)；◇有用于连接13.56 MHz石英晶体的快速内部振荡器缓冲区；◇带低功耗的硬件复位功能；◇并行微处理器接口带有内部地址锁存和IRQ线；◇有易用的发送和接收FIFO缓冲区；◇支持MIFARE Clasic；◇支持MIRFARE有源天线；◇适合高安全性的终端。
2 IC卡系统组成图2所示是基于MF RC500的非接触式IC卡读写器的系统结构框图。
该系统主要由MCU、MFRC500、看门狗以及232通信模块组成。
系统的工作方式是先由MCU控制MF RC500驱动天线对Mifare卡(也就是应答器PICC)进行读写操作。
然后，根据所得的数据对其它接口器件进行响应操作。
最后，与PC机之间进行通信，并把数据传给上位机。
系统MCU选用AT 89C52主要是因为AT 89C52开发简单，运行稳定。
为了防止系统“死机”，系统中使用X5045作为看门狗。
由于此系统的通讯距离要求不是太远，故采用RS-232通讯模块与PC机进行通讯。
3 天线的设计由于MF RC500的频率是13.56 MHz，属于短波段，因此可以采用小环天线。
小环天线有方形、圆形、椭圆形、三角形等，本系统采用方形设计。
其天线示意图如图3所示。
该天线的最大几何尺寸同工作波长之间没有一个严格的界限。
对于13.6 MHz的系统来说，天线的最大尺寸在50 cm左右。
基于MF RC500的RFID读写器方案
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
2.2 硬件电路设计
RFID 射频读写器硬件电路原理。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，在天线与分压电阻之间加人一系列电容也会提高电路的性能。
表 1 MF RC 500引脚与接口类型
MFRC500功能及引脚描述
MFRC500功能及引脚描述MF RC500资料一MF RC500功能、引脚及特性描述MF RC500功能、引脚及特性描述一、MF RC500功能特性描述MF RC500是应用于13. 56MHz非接触式通信中高集成读卡集成电路中的一员。
该系列集成电路采用了先进的调制和解调技术，集成了在13. 56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。
MF RC500支持IS014443A的所有层。
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，最远操作距离可达100毫米。
接收器部分提供了一个坚固而有效的解调和解码电路，用语ISO1443A兼容的应答器信号。
数字部分处理ISO14443A侦和奇偶与循环冗余(CRC)错误检测。
此外，该电路还支持快速CRYPT01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 位的微处理器，给用户设计读卡器和终端提供了极大的方便，该电路所具备的详细功能特性如下：1、成度的模拟电路用于卡应答的解调和解码。
2、带缓冲的输出驱动器能够使用最少数量的外部元件与天线连接。
3、适用于近操作距离，最远达100毫米。
4、支持ISO14443A 1-4部分标准。
5、支持MIFARE标准各类射频卡，包括双界面卡。
6、带有加密并保护的内部非易失性存储器。
7、带有内部地址锁存器和IRQ中断引脚的并行微处理器接口。
8、具有灵活的中断处理功能。
9、能够自动检测并行微处理器接口类型。
10、方便的64字节发送和接收先进先出(FIFO)缓冲区。
11、具备硬件复位的低功耗功能12、可编程的定时器。
13、唯一的产品序列号。
14、用户可编程的启动配置功能。
15、具有位和字节定位侦。
16、具有数字、模拟和发送器各自独立的电源输入引脚。
17、内部振荡器缓冲连接13. 56MHz晶体振荡器，低相位漂移。
18、具有时钟频率滤波功能。
在短距离应用中天线驱动器为3. 3V操作电压。
19、产品采用S032封状形式。
基于MF RC500型读卡器的无源RFID系统设计
基于MF RC500型读卡器的无源RFID系统设计作者：李鹏成理摘要：在对射频识别(RFID)系统的组成和原理进行分析的基础上，提出基于 Philips公司MF RC500型读卡器和AT89S51型单片机实现的射频识别读写器的设计方法。
首先介绍RFID系统的组成及MF RC500的特性．接着给出由AT89S51型单片机和MF RC500构建无源RFID系统的原理设计，以及对Mifare S50卡的读写流程。
关键词：射频识别技术；读卡器；MF RE500；单片机；AT89S51；RFID标签1 引言RFlD是射频识别技术(Radio Frequency denti-fieation)的英文缩写，又称电子标签，是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。
RFID 的最早应用可追溯到第二次世界大战中用于区分联军和纳粹飞机的“敌我辨识”系统。
与目前广泛使用的自动识别技术如条码、磁卡、IC卡等相比．射频识别技术具有很多突出的优点：第一，安全性高．适合于高安全性的终端。
数据安全方面除电子标签的密码保护外，数据部分可用一些算法实现安全管理。
读写器与标签之间存在相互认证的过程．可实现安全通信和存储，读写器具有不直接对最终用户开放的物理接口，可保证其自身的安全性：第二．可同时识别多个电子标签；第三，无机械磨损．寿命长．并可工作于各种油渍、灰尘污染等恶劣的环境；第四，非接触操作，完成识别工作时无需人工干预．应用便利。
正是因为具有这些优点，使RFID的应用在近年来如火如荼。
为了使复杂的RFID系统简化．笔者设计了基于MF RC500型读卡器的低成本无源RFID系统。
系统外部接口为串口，使得包括PC在内的有串口的设备可以方便地与它相连．对RFID的推广有重要意义。
2 一般无源RFID系统的组成无源RFID系统由无源RFID标签、天线、RFID读卡器组成，如图1所示。
MF RC500 芯片_物联网：射频识别（RFID）核心技术详解（第3版）_[共3页]
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第13章 读写器的体系结构314 • 载波产生器。
采用晶体振荡器，产生所需频率的载波信号。
• 时钟产生电路。
通过分频器形成工作所需的各种时钟。
• 微控制器（MCU ）。
这是读写器工作的核心，完成收发控制、向电子标签发命令及写数据、数据读取与处理、与高层处理应用系统的通信等工作。
• 天线。
与电子标签形成耦合交连。
(4) 软件系统设计软件系统设计包括读卡软件设计、写卡软件设计、语音报警程序设计和串行通信程序设计等。
13.4 高频读写器高频读写器主要工作在13.56MHz ，典型的应用有我国第二代身份证、电子车票和物流管理等。
下面以MF RC500芯片为例，介绍高频读写器的构成和主要应用。
13.4.1 MF RC500芯片Philips 公司的MF RC500芯片主要应用于13.56MHz ，是非接触、高集成的IC 读卡芯片。
MF RC500包括微控制器接口单元、模拟信号处理单元、ISO14443A 规定的协议处理单元和MIFARE 卡的Crypto1安全密钥存储单元，该芯片具有调制和解调功能，并集成了在13.56MHz 下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。
MF RC500支持ISO/IEC 14443A 所有的层；内部的发送器部分不需要增加有源电路，就能直接驱动近距离的天线，驱动距离可达100mm ；MF RC500可以在有效的发射空间内形成一个13.56MHz 的交变电磁场，为处于发射区域内的非接触式IC 卡提供能量；接收器部分提供解调和解码电路，用于兼容ISO/IEC 14443电子标签信号。
MF RC500还支持快速CRYPTOI 加密算法，用于验证MIFARE 系列产品。
MF RC500的并行接口可直接连接到任何8位微处理器，给读卡器的设计提供了极大的灵活性。
MF RC500芯片的特点和主要应用如图13-12所示。
图13-12 MF RC500芯片的特点和主要应用。
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RFID芯片MF RC500
Philips公司的MF RC500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协议。
MF RC500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操作近距离的天线（可达100mm）；接收器部分提供一个坚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CRYPTOI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。
MF RC500可方便的用于各种基于ISO/IEC 14443A标准并且要求低成本、小尺寸、高性能以及单电源的非接触式通信的应用场合。
MF RC500内部包括并行微控制器接口、双向。
FIFO缓冲区、中断、数据处理单元、状态控制单元、安全和密码控制单元、模拟电路接口及天线接口。
MF RC500的外部接口包括数据总线、地址总线、控制总线(包含读写信号和中断等)和电源等。
MF RC500的并行微控制器接口自动检测连接的8位并行接口的类型。
它包
含一个易用的双向FIFO缓冲区和一个可配置的中断输出,为连接各种MCU提供了很大的灵活性。
即使采用成本非常低的器件也能满足高速非接触式通信的要求。
数据处理部分执行数据的并行—串行转换。
支持的帧包括CRC和奇偶校验。
MF RC500以完全透明的模式进行操作．因而支持IS014443A的所有层。
状态和控制部分允许对器件进行配置以适应环境的影响,并将性能调节到最佳状态。
当与Mifare Standard和Mifare通信时,使用高速CRYPTOI流密码单元和一个可靠的非易失性密匙存储器。
模拟电路包含一个具有阻抗非常低的桥驱动器输出的发送部分。
这使得最大操作距离可达100 mm，接收器可以检测到并解码非常弱的应
答信号
MFRC500是Philips公司生产的高集成度TYPE A读写器芯片.其主要性能如下: ●载波频率为13.56MHz;
●集成了编码调制和解调解码的收发电路;
●天线驱动电路仅需很少的外围元件,有效距离可达10cm;
●内部集成有并行接口控制电路,可自动检测外部微控制器(MCU)的接口类型;
●具有内部地址锁存和IRQ线,可以很方便地与MCU接口.
●集成有64字节的收发FIFO缓存器;
●内部寄存器,命令集,加密算法可支持TYPE A标准的各项功能,同时支持MIFARE类卡的有关协议.
●数字,模拟,发送电路都有各自独立的供电电源.
基于以上特点,用MF RC500极易设计TYPE A型卡的读写器,可广泛用于非接触式公共电话,仪器仪表,非接触式手持终端等领域.
MF RC500为32脚SO封装,需说明的是:某些引脚(带*号)依据其所用MCU(微控制器)的接口情况具有不同功能.
工作原理
MF RC500的内部电路框图如图1所示,它由并行接口及控制电路,密钥存贮及加密算法?Cypto1 ,状态机与寄存器,数据处理电路,模拟电路?调制,解调及输出驱动电路等组成.
3.1 MF RC500寄存器设置
MF RC500芯片的内部寄存器按页分配,并通过相应寻址方法获得地址.内部寄存器共分8页,每页有8个寄存器,每页的第一个寄存器称为页寄存器,用于选择该寄存器页.每个寄存器由8位组成,其位特性有四种:读/写(r/w) ,只读(r),仅写(w)和动态(dy).其中dy属性位可由微控制器读写,也可以在执行实际命令后自动由内部状态机改变位值.
微控制器MCU通过对内部寄存器的写和读,可以预置和读出系统运行状况.寄存器在芯片复位状态为其预置初始值.了解内部寄存器的设置对于软件编程至关重要.
3.2 并行接口
MFRC500芯片可直接支持各种微控制器(MCU),也可直接和PC机的增强型并行接口(EPP)相连接,每次上电(PON)或硬启动(Reset)后,芯片会复原其并行接口模式并检测当前的MCU接口类型,通常用检测控制引脚逻辑电平的方法来识别MCU接口,并利用固定引脚连接和初始化相结合的方法实现正确的接口.图2给出了相应的连接接线图.
3.3E2PROM存贮器
MFRC500的E2PROM共有32块,每块16字节.E2PROM存贮区分为四部分:第一部分为块0,属性为只读,用于保存产品的有关信息;第二部分为块1和块2,它们具有读/写属性,用于存放寄存器初始化启动文件;第三部分从块3至块7,用于存放寄存器初始化文件,属性为读/写;第四部分从块8至块31,属性为只写,用于存放加密运算的密钥,存放一个密钥需要12字节,E2PROM密钥存放区共可存放32个密钥,实际密钥长度为6字节,存放在紧邻的12个E2PROM字节地址中.一个密钥字节的8位必须分开存放,若设密钥8位为K7,K6,……K0,则存放在两个相邻字节时为k7k6K5K4K7K6K5K4和K3K2K1K0K3K2K1K0,例如密钥字节为A0H时,则存放内容为5AH,F0H两个字节.
3.4 FIFO缓存
8*64位的FIFO用于缓存微控制器与芯片之间的输入/输出数据流.可处理数据流长度达64字节.FIFOData寄存器作为输入/输出数据流的并/并转换
口;FIFOLength寄存器用于指示FIFO缓冲器的字节存储量,写时增量,读时减量;FIFO缓冲器的状态?如空,溢出等可由寄存器PrimaryStatus,FIFOLev-el的相关位指示;对FIFO的访问则可通过微控制器送出有效命令来实现.
3.5 中断请求
芯片的中断请求有定时设置到,发送请求,接收请求,一个命令执行完,FIFO
满,FIFO空等六种.0页寄存器InterruptEn的相应位?读/写属性用于相应中断请求使能设置;InterruptRq的相应位?dy属性用于指示使能情况下的相应中断出现.任何允许中断产生时,0页寄存器PrimaryStatus的IRQ位?r属性可用于指示中断的产生,同时可由引脚IRQ和微控制器进行连接以产生中断请求信号.
3.6 定时器
MFRC500内有定时器,其时钟源于13.56MHz晶振信号,13.56MHz信号由晶振电路?外接石英晶体产生.微处理器可借助于定时器完成有关定时任务的管理.定时器可用于定时输出计数,看门狗计数,停止监测,定时触发等工作.
3.7 模拟电路
a. 发送电路
RF信号从引脚TX1和TX2输出可直接驱动天线线圈.调制信号及TX1,TX2输出的射频信号类型?已调或无调制载波均可由寄存器TxControl控制.
b. 接收电路
载波解调采用正交解调电路,正交解调所需的I和Q时钟?两者相差为90° 可在芯片内产生.解调后由所得副载波调制信号要经放大,滤波相关器,判决电路进行副载波解调,其中放大电路的增益可由寄存器RxControl的设置来控制.
3.8 串行信号开关
串行信号开关用于桥接芯片数字电路和模拟电路两部分,两部分电路的输入/输出和外部应用所需的输入/输出可以灵活组合.这种组合可借助MFIN和MFOUT引脚和相关寄存器来控制实现.
MFIN可输入曼彻斯特码,带副载波的曼彻斯特码,并由寄存器RxControl2的设置选择送至解码器.若输入的是修正密勒码,则由寄存器TxControl设置选择送至发送通道的调制器.
MFOUT引脚上可输出曼彻斯特码,带副载波的曼彻斯特码,NRZ码,修正密勒码以及测试信号,具体可通过寄存器MFOUTSelect的不同设置来选择.
3.9 命令设置
MC RF500的性能由内部状态机保证,状态机可以完成命令功能.寄存器Command 的相应位存贮R 命令码?属性为dy 可用于启动或停止命令执行.命令大多可由写入相应命令码至Command寄存器实现,其所需变量和数据主要由FIFO缓冲器交换.
3.10认证与加密
Mifare类产品中加密算法的实现被称之为CRYPT01,它是一种密钥长度为48bit 的流密码.要访问一个Mifare类卡的数据,首先要完成认证,Mi-fare卡的认证采用三次认证的过程?若需了解三次认证过程,请参阅参考文献,这个过程可由自动执行Authbent1和Authbent2命令来实现.
4典型应用
MF RC500的典型应用电路如图3所示.这里仅介绍其天线回路.图3中,L0C0为低通滤波器,用于滤除13.56MHz的谐波分量,L0可选2.2mH,C0可选47pF.L是天线线圈,C1,C2a,C2b则组成匹配电路.典型参数值为:
L=1μH,C1=27pF,C2a=270pF,C2b=270pF.
C3?15pF 主要用于耦合卡负载调制信号,R1,R2为分压器,VMID引脚的电压可为Rx引脚提供一个参考电位.R1阻值为10kΩ,R2为820Ω.。