MFRC522是高度集成的非接触式(13.56MHz)读写卡芯片。此芯片利用调制和解调的原理,并将它们完全集成到各种非接触式通信方法和协议中。MFRC522的内部发送器部分可驱动读写器天线与ISO14443A/MIFARE卡和应答机的通信,无需其它的电路。接收器部分提供一个功能强大和高效的解调和译码电路,用来处理兼容ISO14443A/MIFARE卡和应答机的信号。
RC522支持SPI、I2C和UART接口,本实验使用的是SPI接口。RC522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。
简化MRFC522框图:
模拟接口用来处理模拟信号的调制和解调。非接触式UART用来处理与主机通信时的协议要求。FIFO缓冲区快速而方便地实现了主机和非接触式UART之间数据传输。
IC卡特点:
- 容量为8K位EEPROM
- 分为16个扇区,每个扇区为4块,每块16个字节,以块为存取单位
- 每个扇区有独立的一组密码及访问控制
- 每张卡有唯一序列号,为32位
- 具有防冲突机制,支持多卡操作
- 无电源,自带天线,内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路
- 数据保存期为10年,可改写10万次,读无限次
- 工作温度:-20℃~50℃(湿度为90%)
- 工作频率:13.56MHZ
- 通信速率:106 KBPS
- 读写距离:10 cm以内(与读写器有关)
卡片的电气部分只由一个天线和ASIC组成。
天线:卡片的天线是只有几组绕线的线圈,很适于封装到IS0卡片中。
ASIC:卡片的ASIC由一个高速(106KB波特率)的RF接口,一个控制单元和一个8K位EEPROM组成。
工作原理:读写器向M1卡发一组固定频率的电磁波,卡片内有一个LC串联谐振电路,其频率与读写器发射的频率相同,在电磁波的激励下,LC谐振电路产生共振,从而使电容内有了电荷,在这个电容的另一端,接有一个单向导通的电子泵,将电容内的电荷送到另一个电容内储存,当所积累的电荷达到2V时,此电容可做为电源为其它电路提供工作电压,将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。
M1射频卡与MFRC522的通讯:
- 复位应答:
M1射频卡的通讯协议和通讯波特率是定义好的,当有卡片进入读写器的操作范围时,读写器以特定的协议与它通讯,从而确定该卡是否为M1射频卡,即验证卡片的卡型。
- 防冲突机制:
当有多张卡进入读写器操作范围时,防冲突机制会从其中选择一张进行操作,未选中的则处于空闲模式等待下一次选卡,该过程会返回被选卡的序列号。
- 选择卡片:
选择被选中的卡的序列号,并同时返回卡的容量代码。
- 三次互相确认:
选定要处理的卡片之后,读写器就确定要访问的扇区号,并对该扇区密码进行密码校验,在三次相互认证之后就可以通过加密流进行通讯。(在选择另一扇区时,则必须进行另一扇区密码校验。)
- 读数据块的操作:
- 读(Read):读一个块;
- 写(Write):写一个块;
- 加(Increment):对数值块进行加值;
- 减(Decrement):对数值块进行减值;
- 存储(Restore):将块中的内容存到数据寄存器中;
- 传输(Transfer):将数据寄存器中的内容写入块中;
- 中止(Halt):将卡置于暂停工作状态;
在IC卡集成电路中使用了两种类型的数据块:
- 读写块
用来读写16字节数据。
- 数据块
用于电子钱包功能(读取、递增、递减、传输、还原)。值最大占4个字节,为了提供错误检测和纠正功能,每个值都在一个值块中存储3次,剩下4个字节为任意地址字节(8位地址存储4次)。