非接触IC卡读写模块MFRC530的工作原理及其应用
文章出处：http://www.nexussmartsolutions.com 作者：李乃玮、黄静、郭勇（成都理工大学信息工程学院） 人气： 发表时间：2011年10月26日
摘 要：MFRC530（Mifare Reader Circuit）是Philips公司最新推出的一种非接触式IC卡读写模块。采用该模块设计的IC卡读卡器完全支持13．56 MHz下所有类型的非接触式通信方式和协议，适用于各种基于ISO／IEC14443A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。
关键词：MFRC530；非接触式；IC卡
MFRC530是应用于13．56 MHz非接触式高集成度IC卡读写模块的一员。该模块利用了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。MFRC530支持ISO14443A所有层的通信方式。
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距离操作的天线（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ISO14443A兼容的应答器信号。
数字部分处理ISO14443A帧和错误检测（奇偶校验和CRC）。此外它还支持快速MIFARE典型安全算法，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 bit微处理器，这样给读卡器／终端的设计提供了极大的灵活性。此外，它支持SPI接口。
MFRC530的主要特点：
（1）高集成度模拟电路用于IC卡应答信号的解调和解码；
（2）缓冲输出驱动器使用最少数目的外部元件连接到天线；
（3）支持ISO14443A；
（4）支持MIFARE双接口IC卡和MIFARE典型协议；
（5）支持波特率高达 424 kHz的非接触通信；
（6）兼容SPI接口；
（7）灵活的中断处理；
（8）可编程定时器；
（9）近距离操作（可达100 mm）；
（10）带低功耗的硬件复位；
（11）软件实现掉电模式；
（12）并行微处理器接口带有内部地址锁存和IRQ线；
（13）自动检测微处理器并行接口的类型；（14）64 byt发送和接收FIFO缓冲区；
（15）面向位和字节的帧；
（16）唯一的序列号；
（17）Crypto1以及可靠的内部非易失性密匙存储器；
（18）连接到13．56 MHz晶振上的内部振荡缓冲器具有优化的低相位抖动；
（19）在近距离应用中，发送器采用电压3．3～5V；
（20）数字部分采用3．3 V或5 V电源
1 内部结构与引脚说明
1．1 内部结构
图1所示为MFRC530的内部结构。
并行微控制器接口自动检测连接的8 bit并行接口的类型，它包含一个双向FIFO缓冲区和一个可配置的中断输出，这样就为连接各种MCU提供了很大的灵活性，即使使用非常低成本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。它支持的帧包括CRC和奇偶校验，它以完全透明的模式进行操作，因而支持ISO14443A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，并使性能调节到最佳状态。当与MI－FAREStandard和MIFARE产品通信时使用高速Crypto1流密码单元和一个可靠的非易失性密匙存储器。
模拟电路包含了一个具有低阻抗桥驱动器输出的发送部分，这使得最大操作距离可达100mm，接收器可以检测到并解码非常弱的应答信号。由于采用了非常先进的技术，接收器已不再是限制操作距离的因素了。
1．2 引脚说明
该器件为32脚SO封装。器件使用了3个独立的电源以实现在EMC特性和信号解耦方面达到最佳性能。MFRC530具有出色的RF性能并且模拟和数字部分可适应不同的操作电压。
1．2．1 天 线
非接触式天线使用以下4个管脚：
为了驱动天线,MF RC530通过TX1 和TX2 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。
IC卡采用RF 场的负载调制进行响应。天线拾取的信号经过天线匹配电路送到RX 脚。MF RC530 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。
MFRC530对驱动部分使用单独电源供电。
1．2．2 模拟电源
为了实现最佳性能，MFRC530的模拟部分也使用单独电源。它对振荡器、模拟解调器和解码器电路供电。
1.2.3
MF RC530数字部分使用单独电源。
1．2．4 辅助管脚
可选择内部信号驱动该管脚AUX。它作为设计和测试之用。
1．2．5 复位管脚
复位管脚RSTPD禁止了内部电流源和时钟并使MFRC530从微控制器总线接口脱开。如果RST－PD释放，MFRC530执行上电时序。
1．2．6 振荡器
13．56 MHz晶振通过快速片内缓冲区连接到OSCIN和OSCOUT。如果器件采用外部时钟，可从OSCIN输入。
1．2．7 MIFARE接口
MFRC530支持MIFARE有源天线的概念。它可以处理管脚MFIN和MFOUT处的MIFARE核心模块的基带信号NPAUSE和KOMP。
MIFARE接口可采用下列方式与MFRC530的模拟或数字部分单独通信：
1）模拟电路可通过MIFARE接口独立使用。这种情况下，MFIN连接到外部产生的NPAUSE信号。
MFOUT提供KOMP信号。
2）数字电路可通过MIFARE接口驱动外部信号电路。这种情况下，MFOUT提供内部产生的NPAUSE信号而MFIN连接到外部输入的KOMP信号。
1.2.8
下面列出的16个管脚用于控制并行接口：
2 应 用
图3所示为MFRC530在非接触式IC卡读卡器中的典型应用电路。
该系统采用89C51单片机为控制核心，主要完成数据采集、处理、存储及控制系统工作的功能，通过P0口与MFRC530的数据总线相连，可实现与射频卡数据的无线传输。P2．7作为MFRC530的片选端，低电平有效。RD、WR分别控制MFRC530的读写，INT0接收来自IC卡的中断请求并执行中断程序。
MFRC530是与射频卡实现无线通信的核心模块，也是读卡器读写射频卡的关键接口芯片。它根据寄存器的设定对发送缓冲区中的数据进行调制得到发送的信号，通过由TX1，TX2脚驱动的天线以电磁波的形式发出去，射频卡采用RF场的负载调制进行响应。天线拾取射频卡的响应信号经过天线匹配电路送到RX脚，MFRC530内部接收缓冲器对信号进行检测和解调并根据寄存器的设定进行处理。处理后的数据发送到并行接口由单片机读取。
3 结束语
非接触式IC卡是根据射频电磁感应原理产生的。它的读写操作只需将卡片放在读写器附近一定的距离之内就能实现数据交换，无需任何接触，使用非常方便、快捷，不易损坏。因此，在公交、门禁、校园、企事业等人事管理、娱乐场所等方面有广泛的应用前景。
