MCM200讀寫(xiě)器模塊的主要特性?引腳功能及應(yīng)用實(shí)例分析

介紹了Philips公司的Mifare 1非接觸IC卡讀寫(xiě)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(diǎn)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(gè)編程實(shí)例?

Mifare 1 IC智能（射頻）卡的核心是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(xiě)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(xiě)器中;MCM500模塊主要應(yīng)用于操作距離在100mm的卡片讀寫(xiě)器中?

1 MCM200模塊的主要特性

MCM200讀寫(xiě)器模塊的主要特性如下：

●采用標(biāo)準(zhǔn)的雙列直插式32引腳封裝;

●工作頻率為13.56MHz，采用標(biāo)準(zhǔn)的+5V電源供電，典型電流消耗為40mA;

●讀寫(xiě)卡片距離可達(dá)25mm以上;

●與卡片的通信速率可達(dá)106kbps;

●每個(gè)扇區(qū)均包含有3套密碼，同時(shí)包含有認(rèn)證密碼用的存儲(chǔ)器;

●有防卡片重疊功能;

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

●在模塊與卡片通信時(shí)可自動(dòng)偵查錯(cuò)誤，對(duì)數(shù)據(jù)流可自動(dòng)分析;

●可對(duì)RF（射頻）通道進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控;

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

●支持多種方式的活動(dòng)天線(xiàn)，并且不需天線(xiàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)即可對(duì)天線(xiàn)進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié);

●帶有標(biāo)準(zhǔn)的Mifare 并行接口？可直接由標(biāo)準(zhǔn)的MCU接口信號(hào)控制?

2 MCM200模塊的引腳說(shuō)明

MCM200的引腳排列如圖1所示?各引腳的功能如下：

D0~D7:8位雙向數(shù)據(jù)總線(xiàn);

A0~A3:4位地址線(xiàn);

BP：后備電池輸入端，用于保護(hù)MCM內(nèi)部密碼RAM;

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

NWR：寫(xiě)信號(hào)使能端;

NRD：讀信號(hào)使能端;

NCS：該腳為低電平時(shí)選中MCM;

KOMP1:RF的比較器輸入端，使用時(shí)必須連到RF單元的RX端;

NIRQ:MCU數(shù)據(jù)處理控制端?當(dāng)該端為低時(shí)，MCU將用MCM狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容來(lái)對(duì)MCM中的數(shù)據(jù)進(jìn)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(dòng)?

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(xiàn)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(gè)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(xiě)情況?實(shí)際上，MCU主要通過(guò)對(duì)MCM寄存器的讀寫(xiě)來(lái)控制MCM的工作?MCM是MCU與非接觸式IC卡之間進(jìn)行信息交換的接口，系統(tǒng)對(duì)卡片上的數(shù)據(jù)進(jìn)行任何讀寫(xiě)均須通過(guò)MCM 來(lái)傳遞?

表1 MCU200中的物理功能寄存器

寄存器名 地 址 讀（READ） 寫(xiě)（WRITE）

DATA 00H READ-BYTE WRITE-BYTE

STACON 01H DV TE PE CE BE AE - - - - SOR RFS - - - - 1 1 NRF AC

ENABLE 02H N/A 1 PR CE CR - - - - - - - -

BCNTS 03H N/A BIT-COUNT-SEND

BCNTR 04H N/A BIT-COUNT-RECEIVE

BAUDRATE 05H N/A - - - - - - - - 1 1 1 BR

TOC 06H N/A TIMEOUT-COUNTER

MODE 07H N/A 1 1 0 0 0 P2 P1 P0 P0

CRCDATA 08H CRC-BYTE-READ CRC-BYTE-WRITE

CRCSTACON 09H CV - - - - - - - - - - - - CZ C8 - - - - - - - - - - - - CR

KEYDATA 0AH N/A KEY-BYTE-WRITE

KEYSTACON 0BH - - - - - - - - - - - - - - - - AL 0 - - - - - - - - KS1 KS0

KEYADDR 0CH N/A AL AB A5 A4 A3 A2 A1 A0

0DH

RCODE 0EH N/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(cuò)標(biāo)志 接收卡片上數(shù)據(jù)

Answer to Request（Request的應(yīng)答） TE，BE Tagtype

Request std 26

Request all 52

AntiCollision（防重疊） 93 TE，BE Serial Number

Select Tag（選卡片） 93 TE，BE，PE，CE Size

Authentication（認(rèn)證） TE，BE，PE，CE /

Auth-1a 60

Auth-1b 61

Load KEY（存取密碼） / AE

Read（讀） 30 TE，BE，PE，CE Data

Write（寫(xiě)） A0 TE，BE /

Increment（增值） C1 TE，BE /

Decrement（減值） C0 TE，BE /

Restore（重儲(chǔ)） C2 TE，BE /

Transfer（傳送） B0 TE，BE /

Halt（停機(jī)） 50 TE，BE /

4 MCM200的指令和軟件設(shè)計(jì)

MCU通過(guò)特殊指令來(lái)啟動(dòng)MCM200并運(yùn)行，同時(shí)將這些指令傳輸?shù)組ifare 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(biāo)準(zhǔn)?卡片的ROM中固化了其運(yùn)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(xiě)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信?但MCU對(duì)MCM200的指令操作通常不是簡(jiǎn)單的一條指令，而是用一個(gè)程序序列來(lái)完成，其中包括對(duì)MCM200硬件內(nèi)核寄存器的設(shè)置?MCM對(duì)IC卡的操作流程如圖2所示?現(xiàn)將其中各主要子程序模塊的編程方法作以說(shuō)明?

4.1 Request操作子程序

Request 指令用于通知MCM200在天線(xiàn)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(lèi)型號(hào)TAGTYPE（2個(gè)字節(jié)），然后由MCU根據(jù)TAGTYPE區(qū)別不同類(lèi)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，只讀一次?Request all指令在成功地讀取一張卡片之后，會(huì)一直等待使用者拿走這一張卡片，直到有新一張卡片進(jìn)入MCM的天線(xiàn)有效工作范圍之內(nèi)?Request操作的匯編語(yǔ)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BCNT

S

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(biāo)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(xiě)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(méi)

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(shí)計(jì)數(shù)器溢出錯(cuò)轉(zhuǎn)TE_ERR

JB ACC.3，BE_ERR ？; 位計(jì)數(shù)器錯(cuò)轉(zhuǎn)BE_ERR

MOV R0，#00H ;讀卡片的卡片類(lèi)型號(hào)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(lèi)型號(hào)TAGTYPE1存入46H單元

MOV 46H，A

RET ？; RET

TE_ERR： ？;“TE” 錯(cuò)誤處理

RET

BE_ERR： ？; “BE”錯(cuò)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(xiě)器的天線(xiàn)工作范圍之內(nèi)，AntiCollision指令將啟動(dòng)AntiColli-sion模塊的防重疊功能，同時(shí)MCM200將有序地讀所有處在其天線(xiàn)有效工作距離內(nèi)的Mifare 1卡片的40bit長(zhǎng)的序列號(hào)SN?MCU接收到這5個(gè)字節(jié)的SN后，會(huì)進(jìn)行校驗(yàn)?其校驗(yàn)?計(jì)算卡片序列號(hào)的方法是：采用相鄰兩個(gè)字節(jié)相互異或得出的結(jié)果與下一個(gè)字節(jié)再異或，前四個(gè)字節(jié)異或的結(jié)果與第5個(gè)字節(jié)應(yīng)該相同，否則認(rèn)為MCU讀到的卡片的序列號(hào)有錯(cuò)，因此卡片的序列號(hào)的前四個(gè)字節(jié)是有意義的，第5個(gè)字節(jié)僅僅用于校驗(yàn)之用?這五個(gè)字節(jié)被存儲(chǔ)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(hào)都是唯一的?“AntiCollision”？防卡片重疊 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(gè)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(dòng)防重

疊狀態(tài)機(jī)

MOV R0？#01H

MOVX @R0？A

ACALL D1000US ？DELAY 1000US

MOV A？ #93H ;AntiCollision？防卡片

重疊 指令碼寫(xiě)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(gè)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(shí)計(jì)數(shù)器溢出

錯(cuò)轉(zhuǎn)TE ERR

JB ACC.3？ BE ERR ？位計(jì)數(shù)器錯(cuò)轉(zhuǎn)

BE ERR

MOV R7？#04H ？讀4個(gè)字節(jié)的SN值

存入40H~43H單元，

前四個(gè)字節(jié)進(jìn)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(gè)字節(jié)在

單片機(jī)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(gè)字節(jié)異或的結(jié)

果和接收的第5個(gè)字

節(jié)進(jìn)行比較，若不等則

XRL A？B 轉(zhuǎn)錯(cuò)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(lái)完成?MCU發(fā)送“SELECT”命令后，會(huì)同時(shí)在“AntiCollision” 操作中得到Mifare 1卡片的40bit長(zhǎng)的序列號(hào)的前四個(gè)字節(jié)以及前四個(gè)字節(jié)的異或結(jié)果，同時(shí)再重新發(fā)送給Mifare 1卡，只有本身的序列號(hào)和接收的序列號(hào)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(lái)的一個(gè)字節(jié)長(zhǎng)的卡片容量信息（SIZE字節(jié)）?SIZE字節(jié)被存儲(chǔ)在Mifare 1卡片上的第00H扇區(qū)中的第00h 塊中?

4.4 “Authentication”認(rèn)證操作子程序

Mifare 1卡的每個(gè)扇區(qū)的塊3包含該扇區(qū)的密碼A？6個(gè)字節(jié) ?存取控制？4個(gè)字節(jié) ?密碼B？6個(gè)字節(jié) ，它是一個(gè)特殊的塊?在確認(rèn)了上述三個(gè)步驟后，就表示已經(jīng)選擇了一張卡片，在對(duì)卡片進(jìn)行讀寫(xiě)操作之前，還必須對(duì)卡片上已經(jīng)設(shè)置的密碼進(jìn)行認(rèn)證，如果匹配，則允許進(jìn)一步的Read/Write操作?也可以通過(guò)選擇存儲(chǔ)在MCM的RAM密碼集中的一組密碼來(lái)進(jìn)行認(rèn)證操作?MCM能夠存儲(chǔ)3個(gè)密碼集KEYSET0?KEYSET1和KEYSET2?每一個(gè)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(shí)，還必須設(shè)置密碼地址寄存器KEYADDR，當(dāng)AB為“1”時(shí)，選擇KEYA，AB為“0”時(shí)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?yàn)樵冢uthentication＂命令中，60h代碼用于認(rèn)證KEYA;61h代碼用于認(rèn)證KEYB?正確地設(shè)置KEYSTACON 和KEYADDR寄存器之后，通過(guò)寫(xiě)＂Authentication＂ 認(rèn)證命令代碼和寫(xiě)“地址”（Mifare

卡要認(rèn)證的扇區(qū)地址是0~15）到DATA寄存器？認(rèn)證密碼操作的模塊便開(kāi)始啟動(dòng)執(zhí)行?如果三遍認(rèn)證的每一個(gè)環(huán)都為“真”，且都能正確通過(guò)驗(yàn)證，則整個(gè)認(rèn)證成功?這時(shí)讀寫(xiě)器即可對(duì)剛剛認(rèn)證通過(guò)的卡片上的這個(gè)扇區(qū)進(jìn)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(guò)MCM來(lái)讀取Mifare 1卡片上完整的16個(gè)Bytes的數(shù)據(jù)塊?Read指令操作只能一個(gè)塊（Block）一個(gè)塊地讀，即一次只能讀取16個(gè)字節(jié)?如果只要求讀取某Block中的幾個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，也只能一個(gè)整塊16個(gè)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(jìn)行校驗(yàn)，以確保數(shù)據(jù)的有效?

“Write” 寫(xiě)指令允許用戶(hù)寫(xiě)數(shù)據(jù)到MIFARE卡片上（完整的16 個(gè)BYTEs的數(shù)據(jù)塊）?只有在“Authentication” 認(rèn)證指令完成后，才允許對(duì)數(shù)據(jù)扇區(qū)或數(shù)據(jù)塊進(jìn)行“Write”寫(xiě)指令操作?寫(xiě)入的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

15 14 13 12 11 10 9 8

address address address address V A L UE

7 6 5 4 3 2 1 0

V A L UE V A L UE

通過(guò)一個(gè)寫(xiě)操作可將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在每一個(gè)block塊中寫(xiě)3次并反寫(xiě)1次，從而完成數(shù)據(jù)塊的初始化?塊的地址必須寫(xiě)4次，其中2次為反向?qū)懭?正/負(fù)數(shù)據(jù)值將以標(biāo)準(zhǔn)的二進(jìn)制補(bǔ)碼格式來(lái)表示?

4.6 “Increment”或 “Decrement”增值或減值子程序

通過(guò)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(jìn)行“Increment”&“Decrement”增值/減值操作時(shí); “Increment”增值表示將指定的值加到卡片的存儲(chǔ)器中;“Decrement”減值則表示從卡片的存儲(chǔ)器中減去指定的值?每一個(gè)“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(méi)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?

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