MF RC500

Philips公司的MF RC500是應用于13.56MHz非接觸式通信中高集成讀卡IC系列中的一員。該讀卡IC系列利用先進的調制和解調概念，完全集成了在13.56MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協議。MF RC500支持ISO14443A所有的層，內部的發送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅動操作近距離的天線（可達100mm）；接收器部分提供一個堅固而有效的解調和解碼電路，用于ISO14443兼容的應答器信號；數字部分處理ISO14443A幀和錯誤檢測（奇偶&CRC）。此外，它還支持快速CRYPTOI加密算法，用于驗證Mifare系列產品。方便的并行接口可直接連接到任何8位微處理器，給讀卡器/終端的設計提供了極大的靈活性。MF RC500可方便的用于各種基于ISO/IEC 14443A標準并且要求低成本、小尺寸、高性能以及單電源的非接觸式通信的應用場合。

MF RC500內部包括并行微控制器接口、雙向。FIFO緩沖區、中斷、數據處理單元、狀態控制單元、安全和密碼控制單元、模擬電路接口及天線接口。MF RC500的外部接口包括數據總線、地址總線、控制總線(包含讀寫信號和中斷等)和電源等。MF RC500的并行微控制器接口自動檢測連接的8位并行接口的類型。它包含一個易用的雙向FIFO緩沖區和一個可配置的中斷輸出，為連接各種MCU提供了很大的靈活性。即使采用成本非常低的器件也能滿足高速非接觸式通信的要求。數據處理部分執行數據的并行—串行轉換。支持的幀包括CRC和奇偶校驗。MF RC500以完全透明的模式進行操作．因而支持IS014443A的所有層。狀態和控制部分允許對器件進行配置以適應環境的影響，并將性能調節到最佳狀態。當與Mifare Standard和Mifare通信時，使用高速CRYPTOI流密碼單元和一個可靠的非易失性密匙存儲器。模擬電路包含一個具有阻抗非常低的橋驅動器輸出的發送部分。這使得最大操作距離可達100 mm，接收器可以檢測到并解碼非常弱的應答信號

MFRC500是Philips公司生產的高集成度TYPE A讀寫器芯片。其主要性能如下:

• 載波頻率為13.56MHz
• 集成了編碼調制和解調解碼的收發電路
• 天線驅動電路僅需很少的外圍元件，有效距離可達10cm
• 內部集成有并行接口控制電路，可自動檢測外部微控制器(MCU)的接口類型
• 具有內部地址鎖存和IRQ線，可以很方便地與MCU接口
• 集成有64字節的收發FIFO緩存器
• 內部寄存器，命令集，加密算法可支持TYPE A標準的各項功能，同時支持MIFARE類卡的有關協議
• 數字，模擬，發送電路都有各自獨立的供電電源

基于以上特點，用MF RC500極易設計TYPE A型卡的讀寫器，可廣泛用于非接觸式公共電話，儀器儀表，非接觸式手持終端等領域

MF RC500為32腳SO封裝，需說明的是:某些引腳(帶*號)依據其所用MCU(微控制器)的接口情況具有不同功能。

工作原理

MF RC500的內部電路框圖，它由并行接口及控制電路，密鑰存貯及加密算法?Cypto1 ，狀態機與寄存器，數據處理電路，模擬電路?調制，解調及輸出驅動電路等組成

1．MF RC500寄存器設置

MF RC500芯片的內部寄存器按頁分配，并通過相應尋址方法獲得地址。內部寄存器共分8頁，每頁有8個寄存器，每頁的第一個寄存器稱為頁寄存器，用于選擇該寄存器頁。每個寄存器由8位組成，其位特性有四種:讀/寫(r/w) ，只讀(r)，僅寫(w)和動態(dy)。其中dy屬性位可由微控制器讀寫，也可以在執行實際命令后自動由內部狀態機改變位值。

微控制器MCU通過對內部寄存器的寫和讀，可以預置和讀出系統運行狀況。寄存器在芯片復位狀態為其預置初始值。了解內部寄存器的設置對于軟件編程至關重要。

2．并行接口

MFRC500芯片可直接支持各種微控制器(MCU)，也可直接和PC機的增強型并行接口(EPP)相連接，每次上電(PON)或硬啟動(Reset)后，芯片會復原其并行接口模式并檢測當前的MCU接口類型，通常用檢測控制引腳邏輯電平的方法來識別MCU接口，并利用固定引腳連接和初始化相結合的方法實現正確的接口。圖2給出了相應的連接接線圖。

3．E2PROM存貯器

MFRC500的E2PROM共有32塊，每塊16字節。E2PROM存貯區分為四部分:第一部分為塊0，屬性為只讀，用于保存產品的有關信息;第二部分為塊1和塊2，它們具有讀/寫屬性，用于存放寄存器初始化啟動文件;第三部分從塊3至塊7，用于存放寄存器初始化文件，屬性為讀/寫;第四部分從塊8至塊31，屬性為只寫，用于存放加密運算的密鑰，存放一個密鑰需要12字節，E2PROM密鑰存放區共可存放32個密鑰，實際密鑰長度為6字節，存放在緊鄰的12個E2PROM字節地址中。一個密鑰字節的8位必須分開存放，若設密鑰8位為K7，K6，……K0，則存放在兩個相鄰字節時為k7k6K5K4K7K6K5K4和K3K2K1K0K3K2K1K0，例如密鑰字節為A0H時，則存放內容為5AH，F0H兩個字節。

4．FIFO緩存

8*64位的FIFO用于緩存微控制器與芯片之間的輸入/輸出數據流。可處理數據流長度達64字節。FIFOData寄存器作為輸入/輸出數據流的并/并轉換口;FIFOLength寄存器用于指示FIFO緩沖器的字節存儲量，寫時增量，讀時減量;FIFO緩沖器的狀態?如空，溢出等 可由寄存器PrimaryStatus，FIFOLev-el的相關位指示;對FIFO的訪問則可通過微控制器送出有效命令來實現。

5．中斷請求

芯片的中斷請求有定時設置到，發送請求，接收請求，一個命令執行完，FIFO滿，FIFO空等六種。0頁寄存器InterruptEn的相應位?讀/寫屬性 用于相應中斷請求使能設置;InterruptRq的相應位?dy屬性 用于指示使能情況下的相應中斷出現。任何允許中斷產生時，0頁寄存器PrimaryStatus的IRQ位?r屬性 可用于指示中斷的產生，同時可由引腳IRQ和微控制器進行連接以產生中斷請求信號。

6．定時器

MFRC500內有定時器，其時鐘源于13.56MHz晶振信號，13.56MHz信號由晶振電路?外接石英晶體 產生。微處理器可借助于定時器完成有關定時任務的管理。定時器可用于定時輸出計數，看門狗計數，停止監測，定時觸發等工作。

7．模擬電路

a． 發送電路

RF信號從引腳TX1和TX2輸出可直接驅動天線線圈。調制信號及TX1，TX2輸出的射頻信號類型?已調或無調制載波 均可由寄存器TxControl控制。

b． 接收電路

載波解調采用正交解調電路，正交解調所需的I和Q時鐘?兩者相差為90° 可在芯片內產生。解調后由所得副載波調制信號要經放大，濾波相關器，判決電路進行副載波解調，其中放大電路的增益可由寄存器RxControl的設置來控制。

8．串行信號開關

串行信號開關用于橋接芯片數字電路和模擬電路兩部分，兩部分電路的輸入/輸出和外部應用所需的輸入/輸出可以靈活組合。這種組合可借助MFIN和MFOUT引腳和相關寄存器來控制實現。

MFIN可輸入曼徹斯特碼，帶副載波的曼徹斯特碼，并由寄存器RxControl2的設置選擇送至解碼器。若輸入的是修正密勒碼，則由寄存器TxControl設置選擇送至發送通道的調制器。

MFOUT引腳上可輸出曼徹斯特碼，帶副載波的曼徹斯特碼，NRZ碼，修正密勒碼以及測試信號，具體可通過寄存器MFOUTSelect的不同設置來選擇。

9．命令設置

MC RF500的性能由內部狀態機保證，狀態機可以完成命令功能。寄存器Command的相應位存貯R 命令碼?屬性為dy 可用于啟動或停止命令執行。命令大多可由寫入相應命令碼至Command寄存器實現，其所需變量和數據主要由FIFO緩沖器交換。

10．認證與加密

Mifare類產品中加密算法的實現被稱之為CRYPT01，它是一種密鑰長度為48bit的流密碼。要訪問一個Mifare類卡的數據，首先要完成認證，Mi-fare卡的認證采用三次認證的過程?若需了解三次認證過程，請參閱參考文獻，這個過程可由自動執行Authbent1和Authbent2命令來實現。

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