基于MFRC500芯片的RFID读写器开发

Ｎｅｗ　Ｄｅｖｉｃｅ　基于ＭＦＲＣ５００芯　酌ＲＦＩＤｉ￣写器开发　摘　要：给出了用ＰＨＩＬＩＰＳ的ＭＦＲＣ５００芯片对１３．５６　ＭＨｚ频段的ＲＦＩＤ读写　器进行设计开发的具体方案和电路原理图，同时根据ＩＳＯ１４４４３Ａ标准给出　了ＲＦＩＤ读写器控制协议的软件设计流程，最后对本ＲＦＩＤ读写器设计开发　中的一些经验进行了总结。　关键词：ＭＦＲＣ５００：ＲＦＩＤ：ＩＳＯ１４４４３Ａ　陈鹏　大连海事大学信息工程学院　ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａ—　ＲＦＩＤ系统介绍　ＲＦＩＤ射频识别系统的基本模型如　ｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ）是一种非接触式自动识别　０ＳＣＩＮ　３２　３ｌ　３０　０ＳＣ０ＵＴ　ＲＳＴＰＤ　ＶＭＩＤ　ＲＸ　ＩＲＱ　ＭＦｎ　技术＿ｌ１２ｌ，它通过射频信号来自动识别　图１所示，其中，电子标签又称为射　目标对象并获取相关数据，识别工作　频标签、应答器、数据载体等；而读　无须人工干预。作为条形码的无线版　写器又称为读出装置、扫描器、读　本，ＲＦＩＤ技术具有条形码所不具备的　头、阅读器等。电子标签与读写器之　防水、防磁、耐高温、使用寿命长、　间通过耦合元件来实现射频信号的空　读取距离大、标签上数据可以加密、　间（无接触）耦合；在耦合通道内可　ＭＦ０ＵＴ　Ｔｘｌ　ＴＶＤＤ　Ｔ．ｘ２　ＡＶＳＳ　ＡＵＸ　ＡＶＤＤ　ＴＶＳＳ　ＭＦ　ＲＣ５００　ＤＶＣＣ　存储数据容量更大、存储信息更改自　根据时序关系来实现能量的传递和数　如等优点，已经被公认为本世纪十大　据的交换。　重要技术之一，并在生产、零售、物　流、交通等各个行业有着广阔的应用　前景【　而作为智能电子标签来标识　各种物品的新识别技术，其核心是智　能电子标签，这种标签可根据无线射　频标识原理ＲＦＩＤ而生产，它与读写器　ＮＣＳ　ＮＷＲ　Ｓ０３２　Ａ２　Ａｌ　９　ＮＲＤ　ＤＶＳＳ　¨　¨Ｈ　Ａ０　ＡＬＥ　Ｄ７　Ｄ６　Ｄ５　Ｄ４　＂　一　”　ＤＯ　Ｄｌ　Ｄ２　Ｄ３　图１　ＲＦＩＤ系统的基本模型　图２　ＭＦＲＣＳ００的管脚分布图　可通过无线射频信号来交换信息。可　以预见电子标签是未来标签市场的一　种终极产品。　当今非接触式ＩＣ智能射频卡（内　建ＭＣＵ，ＡＳＩＣ等）中的主流技术主要　是ＰＨＩＬＩＰＳ公司的ＭＩＦＡＲＥ技术。该技　术现已经被制定为ＩＳＯ１４ｄａ．３Ａ标准。　而且事实上，欧洲一些较大的ＩＣ卡制　读写器与电子标签之间的射频信　号耦合采用电感耦合和电磁反向散射　耦合，本设计是基于电感耦合方式　的，即通过空间高频交变磁场实现耦　合，依据的是电磁感．应定律。电感耦　ＭＨｚ下所有类型的被动非接触式通信　方式和协议。　ＭＦＲＣ５００的功能框图如图３所示，　它具有以下的特性：　合方式一般可工作于中、低频系统　中。其典型工作频率是１２５　ｋＨｚ，２２５　ｋＨｚ和１３．５６　ＭＨｚ。识别距离小于１　ｍ，　典型的作用距离为１０～２０　ｅｍ。　◆内部的发送器部分不需要增加　有源电路就能直接驱动近距离操作的　天线（可达１００　ｍｍ）。　◆接收器部分提供了一个坚固而　有效的解调和解码电路，可用作　造商以及ＩＣ卡片读写器制造商和ＩＣ卡　软件设计公司，也大都以ＭＩＦＡＲＥ技　术为标准。由于在ＰＨＩＬＩＰＳ的ＲＦＩＤ系　ＭＦＲＣ５００芯片介绍　ＭＦＲＣＳ００是ＰＨＩＬＩＰＳ公司应用于　ＩＳ０１４４４３Ａ兼容的应答器信号。　◆数字部分可处理ＩＳ０１４４４３Ａ帧　５６　ＭＨｚａ￣接触式通信中高集成读卡　和错误检测（列芯片中，　ＭＦＲＣ５００可支持　１３．奇偶＆ＣＲＣ）。此外，它　Ｃ系列中的一员，其外形管脚分布分　还支持快速ＣＲＹＶｒＯ１加密算法以用于　ＩＳ０１４４４３Ａ所有的层，因此，利用　ＩＭＦＲＣ５００芯片可以大大提高ＲＦＩＤ读写　别如图２所示。该读卡ＩＣ利用先进的　验证ＭＩＦＡＲＥ系列产品。　器的开发效率。　１２０　电子元器件盔用　２００６．８　调制和解调概念，完全集成了１３．５６　７．ＣｈｉｎａＥＣＤ．ｎｅｔ　◆带有方便的并行接口，可直接　维普资讯 http://www.cqvip.com

图３　ＭＦＲＣ５００功能框图　连接任何８位微处理器，这给读卡器／　终端的设计提供了极大的灵活性。　对于如图４所示的ＭＦＲＣ５００电路，　行控制软件的设计了。图６／Ｊｉｆ示是该　需要注意的是，ＴＶＳＳ和ＤＶＳＳ应分开　电子标签与读写器的通讯流程图＝　基于ＭＦＲＣ５００续写器的硬件　圣５｝计　由于ＭＦＲＣ５００的并行接口可方便　的直接连接任何８位微处理器，因此，　这里采用５１系列单片机Ｐ８９Ｃ５１ＲＤ作　接地，且连接线应具有高导电特性，　从图６Ｎ以看出，当一张电子标　并应愈短愈粗愈好。ＲＣ５００的供电电　签处在读写器的天线工作范围之内　源端与ＶＳＳ端必须跨接１００　ｎＦ的电容，　时，程序就应控制读写器向卡片发出　且该电容应尽可能靠近ＲＣ５００’，以免　询问命令，当电子标签的应答模块启　引起接地环路。图５所示是单片机　动后，应将卡片Ｂｌｏｃｋ　０中的２个字节　Ｐ８９Ｃ５１ＲＤ的电路原理图。　传送给读写器，以便建立卡片与读写　为控制芯片，并采用ＭＡＸ２０２ＣＳＡ　（ＲＳ一２３２）作为与ＰＣ的接口。整个系统　由单电源供电，且纹波小于５０　ｍＶ。　控制协议软件设计　硬件电路搭建好之后，就可以进　Ｙ２　器的第一步通信联络。　如果有多张电子标签处在卡片读　图４　ＭＦＲＣ５００电路原理图　．ＣｈｉｎａＥＣＤ．ｎｅｔ　２００６．８　电子元器件主硐　１２１　维普资讯 http://www.cqvip.com

ＶＣＣ　一—　Ｙｌ　ＶＣＣ　Ｄ　Ａ　工　Ｃ５　４．７　Ｆ　２　一，　，　Ｕ２　ＸＴＡＬｌ　２２．２ｌＭＨｚ　Ｃ７　２２ｐＦ　ｍ一～　　２０　Ｒ３　ｌｋ　Ｄ２　酾ＬＥＤ　ＸＴＡＬ２　ＡＤＯ　ＡＤｌ　ＡＤ２　ＡＤ３　ＡＤ４　ＶＣＣ　重ｊ　，ｖＰＰ　Ｐ０．ｏ，ＡＤＯ　４　ＡＬＥ压；ｌ　ｅｉ百　ＲＤ鹏．７／ｃＭＰ３＋　ＷＲ／Ｐ３．６，ｃＭＰ２＋　Ｔｌ／Ｐ３．５，ｃＭＰｌ＋　ＴＯ／Ｐ３．４／ＣＭＰＲ・　ＩＮＴｌ鹏－３　ＴｘＤ，Ｐ３．１　ｌＯｋ　Ｉ　５００　ＰＤ　一ＰＯ．１，＾Ｄｌ　Ｐ０．２，ＡＤ２　Ｐ０－３，ＡＤ３　Ｐ０．４／ＡＤ４　Ｐ０．６，ＡＤ６　Ｒ２　ＱＩ　ＮＰＮ　ＶＣＣ　ＡＤ５　ＡＤ６　ＡＤ７　Ｐ０．５，ＡＤ５　ＩＮＴＯ，Ｐ３．２　一粥一＂一　一　一　一　一　一　一　一　一　一，一　Ｐ０．７，ＡＤ７　ＲＸＤ鹏．Ｏ　ＩＲＱ　ＴＴＬ　ＴＸ　ＴＴＬ　ＲＸ　Ｔ２／Ｐ１．０／ｃＭＰ０＋Ｔ２ＥＸ，Ｐ１．１，ＣＭＰＯ．　Ｐ１．２／ＥＣＩ　Ｐ１．３，ｃＭＰＯ，ｃＥＸＯ　Ｐ１．４／ＣＭＰｌ／ＣＥＸｌ　Ｐ１．５，ｃＭＰ２／ＣＥＸ２　Ｐ１．６／ＣＭＰ３／ＣＥＸ３　Ｐ１．７／ｃＥＸ４　ＤＴＲ　ＴＴＬ　Ｐ２．７，Ａｌ５　Ｐ２．６／Ａｌ４　Ｐ２．５，Ａｌ３　Ｐ２．４，Ａｌ２　Ｐ２　３，Ａｌｌ　Ｐ２．２，ＡｌＯ　Ｐ２．１，Ａ９　Ｐ２．Ｏ，Ａ８　ＮＣ　ＮＣ　Ｉ　５００　ＣＳ　ＮＣ　ＮＣ　ＤＳＲ　ＴＴＬ　８９Ｃ５ｌＲＤ＋（ＰＬＣＣ４４）　圈５　Ｐ８９Ｃ５１ＲＤ电路原理圈　～一～一一＂　：２一Ｈ—Ｂ一¨一　一如一　一勰一＂一　一　一　一　一　被选择的卡片则处于等待状态，随时　准备与卡片读写器进行通信。　卡片与读写器完成以上两个步骤　后，还必须对卡片进行“Ｓｅｌｅｃｔ”操　将直接与读写器进行数据交换，而未　形式来使用。　结束语　本文介绍了ＲＦＩＤ系统的基本结构　框架，并对ＰＨＩＬＩＰＳ公司的ＭＦＲＣ５００　芯片做了介绍和说明，然后对基于此　芯片的ＲＦＩＤ读写器的设计开发过程做　了描述，并给出了实际的电路原理　作，即要使电子标签真正地被选中。　被选中的卡片将把卡片上存储在Ｂｌｏｃｋ　０中的卡片“Ｓｉｚｅ”字节传送给读写　器。当读写器收到该字节后，便可对　该卡片进行下一步的操作。即可以进　圈６读写嚣与电子标签的通信漉程圈　图，同时并根据ＩＳ０１４４４３Ａ标准给出　了基本的读写器控制协议的软件设计　流程图，最后对实际设计开发中的一　些经验进行了总结。　咖　行密码验证操作。　正确处理上述三个步骤后，即确　写器的天线的工作范围之内，那么，　防冲突模块将被启动工作。此时在程　认已经选择了一张卡片。但在进行读　参考文献　序的控制下，读写器将首先与每一张　写操作之前，还必须对卡片上已经设　…１　游战清，李苏刽，等．无线射频识别　卡片进行通信，以取得每一张卡片的　置的密码进行认证，认证分为三步。　技术（ＫＦＩＤ）理论与应用［ＭＩ．北　京：电子工业出版社，２００４．　【２】　陈大才，等（译）．无线射频识别技　术（ＲＦＩＤ）【Ｍ】．北京：电子工业出　版社，２００１．　序列号。由于电子标签每一张都具有　如果认证成功，则允许进行下一步的　其唯一的序列号，因此，读写器会根　读写操作。　据卡片的序列号来识别和区分已选的　ＰＨＩＵＰＳ的ＭＩＦＡＲＥ系列电子标签　卡片。卡片读写器中的防重叠功能可　上一般有１６个扇区，每个扇区都可分　配合卡片上的防重叠功能模块，并由　别设置各自的密码，互不干涉。因此　【３】　沈宇超，沈树群．射频识别技术及　程序来控制读写器，以根据卡片的序　每个扇区可地应用于一个应用场　列号来选定一张卡片。被选中的卡片　合。整个卡片可以设计成“一卡通”　其发展现状Ｕ】．电子技术应用，　１９９９，（１）：３５—３８．　１２２　电子元器件主用　２００６．８　．ＣｈｉｎａＥＣＤ．ｎｅｔ