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(多图) 基站芯片RC522的14443A读卡器设计

来源:单片机及嵌入式系统应用 /山东航天电子技术研究所 韩爱丽 李亚?? 2007年12月20日 ?? 收藏0

  引 言

  14443 TypeA密耦合射频卡标准广泛应用在门禁、身份识别和电子钱包等领域,而RC522作为Philips基站芯片产品系列的新成员,不仅兼容14443A/MIFARF标准,还具备低电压(3.3V)、低功耗(休眠电流

  本文设计的读卡器系统以PICl6F7x单片机作为主控芯片,选用MIFARE S50卡片,读卡器与卡片间以106kbps速率通信,同时实现读卡过程中的防冲突处理和对卡E2PROM块内容的读/写等功能。读卡器内部设置了Flash存储器以存放卡数据,在Flash容量满的情况下可通过读卡器的以太网口读出全部数据到管

理中心上位机,便于建立对卡数据的综合管理系统。

  1 硬件系统设计

  读卡器硬件框图如图1所示。

读卡器硬件框图

  单片机PICl6F7x通过SPI总线与RC522和Flash芯片AT45D011相连,同时用简化的ISA总线连接以太网接口芯片C58900,以提供连接到局域网的能力。AT45D0ll存储容量为lMb,可同时存储7400多组MIFARE的E2PROM块和UID号,提供了足够读卡器一天内读取的信息量的存放容量。对于RC522天线部分的设计,Philips公司有专门的手册详细介绍,本文不再赘述。RC522的SPI总线接口有其自身的时序要求。它只能工作于从模式,最高传输速率为10 Mbps,数据与时钟相位关系满足“空闲态时钟为低电平,在时钟上升沿同步接收和发送数据,在下降沿数据转换”的约束关系。PICl6F7x系列单片机的片上外设包括1个SSP模块。该模块可配置为SPI接口使用,通过相应的寄存器可控制SPI接口的数据传输率、数据一时钟相位天系等通信参数。本文中配置SSP模块工作于SPI主模式下,时钟为1/4单片机主频,接收和发送数据都在时钟上升沿发生。

  需要注意的是,由于RC522支持的数字接口形式多种多样,因此芯片在每次复位时都会检测外部引脚连接关系。对于SPI接口,RC522的相关引脚必须按照图2所示的连接关系配置。

连接关系

  除了通用的4条SPI信号线(时钟线SCK、输入数据线MOSI、输出数据线MOSO和选通线NSS)以外,RC522要求额外的2个引脚I2C和EA分别固定接低电平和高电平。这2个引脚不参与SPI总线传输,只起设定RC522数字界面采用SPI接口的作用。另外,片选信号必须保证在写入数据流期问为低电平,而在无数据流写入时则为高电平;用户不得为节省PIC单片机引脚资源而一直将NSS置为低电平。

  2 软件系统设计

  相对于Philips公司生产的其他14443基站芯片(如RC500、RC530等),RC522简化了内部系统结构,去掉了片内E2PROM。从而大大缩减了芯片命令集。另外,对载波调制电路,发送电路和解调、解码电路的控制也相应简化,去掉了校准接收电路I时钟、Q时钟、校准发送与接收时钟相位等繁琐的操作。一般而言,单片机与RC522的通信流程如图3所示。

单片机与RC522的通信流程

  根据RC522和MIFARE卡问传送的控制流数据的不同,通信过程中可能会出现不同的状态。对各种状态须作不同处理,这正是软件系统开发的难度所在。下面给出RC522命令集中2个最基本命令(Tranceive和MFAuthe-nt)执行过程中可能遇到的通信状态及处理。这两个命令分别实现向MIFARE卡发送/接收数据和加密认证功能。实际上,通过它们即可完成对MIFARE卡的所有操作,包括Request、Anticollision、Select、READ、WRITE等。

  2.1 RC522命令集的实现

  RC522主要的状态指示寄存器包括ComIrqReg、Er-rorReg、Status2Reg和FIFOLevelReg等。软件处理的思路:通过ComIrgReg得到RC522内部中断状态;由中断判断RC522与MIFARE卡的通信流程信息,从而决定是否进行下一流程处理;若中断指示有错误发生,则需进一步读取ErrorReg的内容,据此返回错误字。


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