基于MFRC522的RFID读卡器模块设计及实现

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1、基于MFRC522的RFID读卡器模块设计及实现RFID是射频识别的英文缩写。通俗地说，RFID读卡器是一种能阅读电子标签数据的自动识别设备。RFID读卡器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。　　目前国内的13.56MHzRFID读卡器芯片市场上，荷兰恩智浦公司的Mifare非接触读卡芯片系列中MFRC522系列具有低电压、低功耗、小尺寸、低成本等优点。采用3.3V统一供电，工作频率为13.56MHz,兼容ISO/IEC14

2、443A及MIFARE模式。MFRC522主要包括两部分，其中数字部分由状态机、编码解码逻辑等组成；模拟部分由调制器、天线驱动器、接收器和放大器组成。MFRC522的内部发送器无需外部有源电路即可驱动读写天线实现与符合ISO/IEC14443A或MIFARE标准的卡片的通讯。接收器模块提供了一个强健而高效的解调和解码电路，用于接收兼容ISO/IEC14443A和MIFARE的卡片信号。数字模块控制全部ISO/IEC14443A帧和错误检测（奇偶和CRC）功能。模拟接口负责处理模拟信号的调制和解调。非接触式异步收发模块配合主机处理通信协议所需要的协议。FIFO（先进先出）缓存使得主机与非接

3、触式串行收发模块之间的数据传输变得更加快速方便。　　1系统组成　　如图1所示，读卡器模块包括MCU、读卡器芯片、天线及其滤波匹配电路。MCU选用TI公司的超低功耗单片机MSP430F149,该单片机支持多种低功耗模式，并能够快速唤醒，具有60KB+256B的Flash、2KB的RAM、两个既可做异步UART又可以做SPI使用的串行通讯口、6组I/O口、一个内部DCO和2个外部时钟，非常适合开发低功耗高性能的产品。在本模块中MCU通过SPI方式与MFRC522连接，供电电压均为3.3V,所以不再需要外围的电压转换电路，外接一个天线及简单的滤波匹配电路，即可实现与卡片的通信。　　2工作原理　

4、　MCU通过对读卡器芯片内寄存器的读写来控制读卡器芯片，读卡器芯片收到MCU发来的命令后，按照非接触式射频卡协议格式，通过天线及其匹配电路向附近发出一组固定频率的调制信号（13.56MHz）进行寻卡，若此范围内有卡片存在，卡片内部的LC谐振电路（谐振频率与读卡器发送的电磁波频率相同）在电磁波的激励下，产生共振，在卡片内部电压泵的作用下不断为其另一端的电容充电，获得能量，当该电容电压达到2V时，即可作为电源为卡片的其他电路提供工作电压。　　当有卡片处在读卡器的有效工作范围内时，MCU向卡片发出寻卡命令，卡片将回复卡片类型，建立卡片与读卡器的第一步联系，若同时有多张卡片在天线的工作范围内，读

5、卡器通过启动防冲撞机制，根据卡片序列号来选定一张卡片，被选中的卡片再与读卡器进行密码校验，确保读卡器对卡片有操作权限以及卡片的合法性，而未被选中的则仍然处在闲置状态，等待下一次寻卡命令。密码验证通过之后，就可以对卡片进行读写等应用操作。　　3MFRC522与MCU接口实现　　MFRC522提供了3种接口模式：高达10Mb/s的SPI、I2C总线模式（快速模式下能达400kb/s,而高速模式下能达3.4Mb/s）、最高达1228.8kb/s的UART模式。每次上电或硬件重启之后MFRC522复位其接口，并通过检测控制引脚上的电平信号来判别当前与主机的接口模式。与判别接口模式有关的两个引脚为

6、IIC和EA:当IIC引脚拉高时，表示当前模式为IIC方式，若IIC引脚为低电平时，再通过EA引脚电平来区分，EA为高表示SPI模式，为低则表示UART方式。　　本设计中采用了四线制SPI,通信中的时钟信号由MCU产生，MFRC522芯片设置为从机模式，接收来自MCU的数据以设置寄存器，并负责射频接口通信中相关数据的收发。两根数据线上的信号电平在时钟信号必须保证上升沿稳定，在下降沿才允许改变，可以连续读写N个字节。此外，MCU向MFRC522发送的第一个字节定义操作模式和所要操作的寄存器地址，最高位代表操作模式，1表示读，0表示写，中间六位（bit1~bit6）表示地址，最低位预留不用，

7、默认为0.　　因为MSP430F149的SPI接口个数有限，在此通过软件模拟SPI方式，不仅增加了MSP430F149的SPI接口数量，更充分利用了MSP430F149本身丰富的I/O口。在此模式下，IIC引脚为低电平，EA引脚为高电平，相应的SDA和D7、D6、D5分别用作NSS、MISO、MOSI、SCK.接口原理如图2.　　读操作（主机最先发送字节的最高位为1）：首先将NSS拉低（使能通信），将要读出数据的MFRC522地址字