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Mifare 1非接觸式IC卡讀寫模塊MCM200

出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2023-07-21 14:52:03


摘要:介紹了Philips公司的Mifare 1非接觸IC卡讀寫器芯片MCM200的主要特性、引腳功能、內(nèi)部的物理功能寄存器和基本指令集。重點介紹了Mifare 1非接觸IC卡和MCM200數(shù)據(jù)通信的一些重要模塊的編程思路和編程方法,給出了兩個編程實例。

關(guān)鍵詞:非接觸IC卡 MCM200 讀寫器

Mifare 1 IC智能(射頻)卡的是Philips 公司的Mifare 1 IC S50(-01,-02,-03,-04)系列微模塊(微晶片)。其相應(yīng)的讀寫器模塊為Philips公司的MCM200和MCM500。其中,MCM200模塊主要應(yīng)用于操作距離在 25mm的卡片讀寫器中;MCM500模塊主要應(yīng)用于操作距離在100mm的卡片讀寫器中。1?。停茫停玻埃澳K的主要特性

MCM200讀寫器模塊的主要特性如下:

●采用標準的雙列直插式32引腳封裝;

●工作頻率為13.56MHz,采用標準的+5V電源供電,典型電流消耗為40mA;

●讀寫卡片距離可達25mm以上;

●與卡片的通信速率可達106kbps;

●每個扇區(qū)均包含有3套密碼,同時包含有密碼用的存儲器;

●有防卡片重疊功能;

●帶有16字節(jié)的FIFO(先進先出)隊列接收/發(fā)送緩沖寄存器;

●在模塊與卡片通信時可自動偵查錯誤,對數(shù)據(jù)流可自動分析;

●可對RF(射頻)通道進行自動監(jiān)控;

●有內(nèi)建8位/16位CRC協(xié)處理器,可提供CRC、PARITY等數(shù)據(jù)校驗;

●支持多種方式的活動天線,并且不需天線調(diào)節(jié)系統(tǒng)即可對天線進行補償調(diào)節(jié);

●帶有標準的Mifare 并行接口可直接由標準的MCU接口信號控制。

2?。停茫停玻埃澳K的引腳說明

MCM200的引腳排列。各引腳的功能如下:

D0~D7:8位雙向數(shù)據(jù)總線;

A0~A3:4位地址線;

BP:后備電池輸入端,用于保護MCM內(nèi)部密碼RAM;

NPAUSE1:串行數(shù)據(jù)輸出,用于驅(qū)動RF單元,該引腳必須連到RF單元的TP端。

NWR:寫信號使能端;

NRD:讀信號使能端;

NCS:該腳為低電平時選中MCM;

KOMP1:RF的比較器輸入端,使用時必須連到RF單元的RX端;

NIRQ:MCU數(shù)據(jù)處理控制端。當該端為低時,MCU將用MCM狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容來對MCM中的數(shù)據(jù)進行處理;

ALE:地址鎖存使能端;

USEALE:選擇從內(nèi)部地址鎖存器或A0~A3引腳取地址;

DGND:數(shù)字電路接地端;

DVDD:+5V電源端。

MODE:并行協(xié)議模式選擇引腳,可用高電平驅(qū)動。

AVDD:+5V模擬電源輸入引腳,用于RF射頻單元;

AGND:RF射頻單元(模擬電路)接地端;

NANT、ANT:天線連接端。

3 MCM200內(nèi)部特殊功能寄存器

MCM200器件內(nèi)部共有16個特殊功能寄存器,表1所列是這16種特殊功能寄存器的地址和讀寫情況。實際上,MCU主要通過對MCM寄存器的讀寫來控制MCM的工作。MCM是MCU與非接觸式IC卡之間進行信息交換的接口,系統(tǒng)對卡片上的數(shù)據(jù)進行任何讀寫均須通過MCM 來傳遞。

表1 MCU200中的物理功能寄存器

寄存器名地 址讀(READ)寫(WRITE)
DATA00HREAD-BYTEWRITE-BYTE
STACON01HDV TE PE CE BE AE - - - -SOR RFS - - - - 1 1 NRF AC
ENABLE02HN/A1 PR CE CR - - - - - - - -
BCNTS03HN/ABIT-COUNT-SEND
BCNTR04HN/ABIT-COUNT-RECEIVE
BAUDRATE05HN/A- - - - - - - - 1 1 1 BR
TOC06HN/ATIMEOUT-COUNTER
MODE07HN/A1 1 0 0 0 P2 P1 P0 P0
CRCDATA08HCRC-BYTE-READCRC-BYTE-WRITE
CRCSTACON09HCV - - - - - - - - - - - - CZC8 - - - - - - - - - - - - CR
KEYDATA0AHN/AKEY-BYTE-WRITE
KEYSTACON0BH- - - - - - - - - - - - - - - -AL 0 - - - - - - - - KS1 KS0
KEYADDR0CHN/AAL AB A5 A4 A3 A2 A1 A0
 0DH  
RCODE0EHN/A- - - - - - - - 0 0 RC1 RC0

表2 MCM2000的基本指令集

指 令指令代碼(hex)相關(guān)的出錯標志接收卡片上數(shù)據(jù)
Answer to Request(Request的應(yīng)答) TE,BETagtype
Request std26
Request all52
AntiCollision(防重疊)93TE,BESerial Number
Select Tag(選卡片)93TE,BE,PE,CESize
Authentication() TE,BE,PE,CE/
Auth-1a60
Auth-1b61
Load KEY(存取密碼)/AE 
Read(讀)30TE,BE,PE,CEData
Write(寫)A0TE,BE/
Increment(增值)C1TE,BE/
Decrement(減值)C0TE,BE/
Restore(重儲)C2TE,BE/
Transfer(傳送)B0TE,BE/
Halt(停機)50TE,BE/

4?。停茫停玻埃暗闹噶詈蛙浖O(shè)計

MCU通過特殊指令來啟動MCM200并運行,同時將這些指令傳輸?shù)剑停椋妫幔颍?1卡片上。MCM200的基本指令集如表2所列。Mifare 1 IC卡與MCM200之間的通信使用握手式半雙工通信協(xié)議,卡片帶有高速CRC協(xié)處理器,符合CCITT標準??ㄆ模遥希椭泄袒似溥\行所需的必要程序指令,它能使卡片有條不紊地與卡片讀寫器進行數(shù)據(jù)通信。但MCU對MCM200的指令操作通常不是簡單的一條指令,而是用一個程序序列來完成,其中包括對MCM200硬件內(nèi)核寄存器的設(shè)置。MCM對IC卡的操作流程如?,F(xiàn)將其中各主要子程序模塊的編程方法作以說明。

4.1 Request操作子程序

Request 指令用于通知MCM200在天線有效的工作距離內(nèi)尋找Mifare 1卡片。如果 Mifare 1卡片存在,就和Mifare 1通信,并讀取卡片類型號TAGTYPE(2個字節(jié)),然后由MCU根據(jù)TAGTYPE區(qū)別不同類型的卡片。Request 指令分為Request std指令和Re-quest all指令。Request std指令是連續(xù)性的讀卡指令。Request all指令是非連續(xù)性的讀卡指令,只讀。Request all指令在成功地讀取一張卡片之后,會一直等待使用者拿走這一張卡片,直到有新一張卡片進入MCM的天線有效工作范圍之內(nèi)。Request操作的匯編語言程序如下:

Request: MOV A,#0CH ;設(shè)置MCM中的STACON 寄存器為0CH

MOV R0,#01H

MOVX @R0,A

MOV A,#0EH ;設(shè)置MCM中的BAU-DRATE寄存器為0EH

MOV R0,#05H

MOVX @R0,A

MOV A,#0C0H ;設(shè)置MCM中的ENABLE寄存器為0C0H

MOV R0,#02H

MOVX @R0,A

MOV A,#0C6H ;設(shè)置MCM中的MODE寄存器為0C6H

MOV R0#07H

MOVX @R0A

MOV A#02H ;設(shè)置MCM中的RCODE

寄存器為02H

MOV R0#0EH

MOVX @R0A

MOV A#07H ;設(shè)置MCM中的BCNTS

寄存器為07H

MOV R0#03H

MOVX @R0A

MOV A#10H ;設(shè)置MCM中的BCNTR

寄存器為10H

MOV R0#04H

MOVX @R0A

JB F0, RSTD ;根據(jù)F0標志判斷是執(zhí)

行Request std操作還是

Request all操作

REQALL MOV A#52H ;Request all指令代碼→A

AJMP RQTMCM

RSTD: MOV A#26H ;Request std 指令代碼→A

RQTMCMMOV R0#00H

MOVX @R0A ;Request all指令或Request

std 指令寫入DATA

MOV A #0AH TOC = 0AH

MOV R0#06H

MOVX @R0A

MOV R0#01H ;讀STACON狀態(tài)

MOVX A@R0

JNB ACC.7RD STACON  TAGTYPE沒

有到FIFO(DV=0)重新讀STACON狀態(tài)

MOV R7,A  stacon值暫存在R7中

MOV A, #00H TOC=00H

MOV R0,#06H

MOVX @R0,A

MOV A,R7 ; 取暫存在R7中stacon值到A

JB ACC.6TE_ERR ; 定時計數(shù)器溢出錯轉(zhuǎn)TE_ERR

JB ACC.3,BE_ERR ; 位計數(shù)器錯轉(zhuǎn)BE_ERR

MOV R0,#00H ;讀卡片的卡片類型號TAGTYPE 0存入45H單元

MOVX A,@R0

MOV 45HA

MOV R0,#00H

MOVX A,@R0 ;讀卡片上的卡片類型號TAGTYPE1存入46H單元

MOV 46H,A

RET ; RET

TE_ERR: ;“TE” 錯誤處理

RET

BE_ERR: ; “BE”錯誤處理

RET

4.2 “AntiCollision”防卡片重疊 操作子程序

如果有多張Mifare 1卡片處在卡片讀寫器的天線工作范圍之內(nèi),AntiCollision指令將啟動AntiColli-sion模塊的防重疊功能,同時MCM200將有序地讀所有處在其天線有效工作距離內(nèi)的Mifare 1卡片的40bit長的序列號SN。MCU接收到這5個字節(jié)的SN后,會進行校驗。其校驗、計算卡片序列號的方法是:采用相鄰兩個字節(jié)相互異或得出的結(jié)果與下一個字節(jié)再異或,前四個字節(jié)異或的結(jié)果與第5個字節(jié)應(yīng)該相同,否則認為MCU讀到的卡片的序列號有錯,因此卡片的序列號的前四個字節(jié)是有意義的,第5個字節(jié)僅僅用于校驗之用。這五個字節(jié)被存儲在IC卡片的第0扇區(qū)的第0塊中,它由卡片的生產(chǎn)商制定并固化,不得更改,所以在市面上流通的Mifare 1 S50系列的非接觸式IC射頻卡中,每一張卡片的序列號都是的?!埃粒睿簦椋茫铮欤欤椋螅椋铮睢保煼揽ㄆ丿B 操作子程序清單如下:

anti NOP

MOV A #10H BCNTS = 10H,控制

MCU向DATA寄存器

發(fā)送 2個字節(jié)數(shù)據(jù)

MOV R0#03H

MOVX @R0A

MOV A #0CH ;設(shè)置MCM中的

STACON寄存器

SETB ACC.0 AC =“1”,啟動防重

疊狀態(tài)機

MOV R0#01H

MOVX @R0A

ACALL D1000US DELAY 1000US

MOV A #93H ;AntiCollision防卡片

重疊指令碼寫入DATA

MOV R0#00H

MOVX @R0A

MOV A #20H

MOV R0#00H

MOVX @R0A

MOV A #28H

MOV R0#04H

MOVX @R0A BCNTR = 28H ,接

收5個字節(jié)的數(shù)據(jù)

MOV A #0AH

MOV R0#06H

MOVX @R0A TOC = 0AH

MOV R0#01H

AGAIN: MOVX A@R0  讀STACON狀態(tài)

JNB ACC.7 AGAIN 如果 DV=“0”重

讀STACON

MOV R7,A

MOV A #00H

MOV R0#06H

MOVX @R0A TOC = 00H

MOV A,R7

JB ACC.6 TE ERR  定時計數(shù)器溢出

錯轉(zhuǎn)TE ERR

JB ACC.3 BE ERR 位計數(shù)器錯轉(zhuǎn)

BE ERR

MOV R7#04H 讀4個字節(jié)的SN值

存入40H~43H單元,

前四個字節(jié)進行異或

MOV B#00H

MOV R1#40H

MOV R0#00H

LOOP MOVX A@R0

MOV @R1A 存SN的前四個字節(jié)在

單片機內(nèi)部RAM的

40H41H42H43H單元

XRL BA 相鄰字節(jié)相互異或

INC R1

DJNZ R7 LOOP

MOVX A@R0 前四個字節(jié)異或的結(jié)

果和接收的第5個字

節(jié)進行比較,若不等則

XRL AB 轉(zhuǎn)錯誤處理

JNZ ANTIERR

RET

TE ERR

RET

BE ERR

RET

ANTIERR:

RET

4.3 “Select”選卡片 操作子程序

該程序用于MCM200與卡片的真正聯(lián)絡(luò)。選擇一張卡片通常由MCU向MCM200發(fā)送“SELECT”命令來完成。MCU發(fā)送“SELECT”命令后,會同時在“AntiCollision” 操作中得到Mifare 1卡片的40bit長的序列號的前四個字節(jié)以及前四個字節(jié)的異或結(jié)果,同時再重新發(fā)送給Mifare 1卡,只有本身的序列號和接收的序列號相同的卡片才被真正地選中。Select指令成功執(zhí)行后,MCU將得到MCM DATA寄存器傳來的一個字節(jié)長的卡片容量信息(SIZE字節(jié))。SIZE字節(jié)被存儲在Mifare 1卡片上的第00H扇區(qū)中的第00h 塊中。

4.4 “Authentication”操作子程序

Mifare 1卡的每個扇區(qū)的塊3包含該扇區(qū)的密碼A6個字節(jié)、存取控制4個字節(jié)、密碼B6個字節(jié),它是一個特殊的塊。在確認了上述三個步驟后,就表示已經(jīng)選擇了一張卡片,在對卡片進行讀寫操作之前,還必須對卡片上已經(jīng)設(shè)置的密碼進行,如果匹配,則允許進一步的Read/Write操作。也可以通過選擇存儲在MCM的RAM密碼集中的一組密碼來進行操作。MCM能夠存儲3個密碼集KEYSET0、KEYSET1和KEYSET2。每一個KEYSET又包含了KEYA及KEYB 等。在"Authentication"指令發(fā)出之前,必須設(shè)置密碼控制寄存器KEYSTACON,使AL=1,然后設(shè)置KS0和KS1以指定一套密碼集。同時,還必須設(shè)置密碼地址寄存器KEYADDR,當AB為“1”時,選擇KEYA,AB為“0”時選擇KEYB,A5~A0用于選擇MCM-RAM中存放密碼的扇區(qū)地址(0~63), KEYADDR寄存器中的“AB”設(shè)置必須匹配"Authentication"命令,因為在"Authentication"命令中,60h代碼用于KEYA;61h代碼用于KEYB。正確地設(shè)置KEYSTACON 和KEYADDR寄存器之后,通過寫"Authentication" 命令代碼和寫“地址”(Mifare 1卡要的扇區(qū)地址是0~15)到DATA寄存器密碼操作的模塊便開始啟動執(zhí)行。如果三遍的每一個環(huán)都為“真”,且都能正確通過驗證,則整個成功。這時讀寫器即可對剛剛通過的卡片上的這個扇區(qū)進行下一步READ/WRITE 等操作。

4.5 “Read"或“Write"操作子程序

Read指令允許MCU通過MCM來讀取Mifare 1卡片上完整的16個Bytes的數(shù)據(jù)塊。Read指令操作只能一個塊(Block)一個塊地讀,即只能讀?。保秱€字節(jié)。如果只要求讀取某Block中的幾個字節(jié)的數(shù)據(jù),也只能一個整塊16個字節(jié)一起讀取,再由程序員選取指定的字節(jié)。從卡片上讀到的數(shù)據(jù)必須由MCU進行校驗,以確保數(shù)據(jù)的有效。

“Write” 寫指令允許用戶寫數(shù)據(jù)到MIFARE卡片上(完整的16 個BYTEs的數(shù)據(jù)塊)。只有在“Authentication” 指令完成后,才允許對數(shù)據(jù)扇區(qū)或數(shù)據(jù)塊進行“Write”寫指令操作。寫入的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下:

15141312111098
addressaddressaddressaddressVALUE
76543210
VALUEVALUE

通過一個寫操作可將存儲的數(shù)據(jù)在每一個block塊中寫3次并反寫1次,從而完成數(shù)據(jù)塊的初始化。塊的地址必須寫4次,其中2次為反向?qū)懭?。正/負?shù)據(jù)值將以標準的二進制補碼格式來表示。

4.6 “Increment”或 “Decrement”增值或減值子程序

通過Mifare 1內(nèi)部電路能夠執(zhí)行“Increment” &“Decrement”增值/減值操作,在根據(jù)KEY A 和KEY B 進行“Increment”&“Decrement”增值/減值操作時; “Increment”增值表示將指定的值加到卡片的存儲器中;“Decrement”減值則表示從卡片的存儲器中減去指定的值。每一個“Increment”& “Decrement”增值/減值操作都必須跟隨一條“Transfer” 傳送指令,這樣才能真正地將數(shù)據(jù)結(jié)果傳送到卡片上。如果沒有傳送指令,數(shù)據(jù)結(jié)果仍將保持在數(shù)據(jù)緩沖寄存器中。

關(guān)鍵詞:Mifare 1非接觸式IC卡讀寫核心模塊MCM200PHILIPSNUMBER

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