IC卡讀寫系統(tǒng)的單片機(jī)實現(xiàn) STM32+MFRC522實現(xiàn)IC卡讀寫

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一、環(huán)境介紹

MCU:STM32F103ZET6

開發(fā)軟件:Keil5

非接觸式讀寫卡模塊: MFRC522

二、功能介紹

使用MFRC522模塊完成對IC卡卡號讀取、卡類型區(qū)分、IC卡扇區(qū)密碼修改、扇區(qū)數(shù)據(jù)讀寫等功能；底層采用SPI模擬時序，可以很方便的移植到其他設(shè)備，完成項目開發(fā)。 現(xiàn)在很多嵌入式方向的畢業(yè)設(shè)計經(jīng)常使用到該模塊，比如: 校園一卡通設(shè)計、水卡充值消費(fèi)設(shè)計、公交卡充值消費(fèi)設(shè)計等。

三、MFR522介紹

MF RC522 是應(yīng)用于13.56MHz 非接觸式通信中高集成度讀寫卡系列芯片中的一員。是NXP 公司針對“三表”應(yīng)用推出的一款低電壓、低成本、體積小的非接觸式讀寫卡芯片，是智能儀表和便攜式手持設(shè)備研發(fā)的較好選擇。

MF RC522 利用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)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(xié)議。支持 ISO14443A 的多層應(yīng)用。其內(nèi)部發(fā)送器部分可驅(qū)動讀寫器天線與ISO 14443A/MIFARE卡和應(yīng)答機(jī)的通信，無需其它的電路。接收器部分提供一個堅固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于處理ISO14443A 兼容的應(yīng)答器信號。數(shù)字部分處理ISO14443A 幀和錯誤檢測（奇偶 &CRC）。此外，它還支持快速CRYPTO1 加密算法，用于驗證MIFARE 系列產(chǎn)品。MFRC522 支持MIFARE?更高速的非接觸式通信，雙向數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)424kbit/s。

作為13.56MHz 高集成度讀寫卡系列芯片家族的新成員，MF RC522 與MF RC500和 MF RC530 有不少相似之處，同時也具備諸多特點(diǎn)和差異。它與主機(jī)間的通信采用連線較少的串行通信，且可根據(jù)不同的用戶需求，選取SPI、I2C 或串行UART(類似RS232)模式之一，有利于減少連線，縮小PCB 板體積，降低成本。

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四、IC卡介紹

非接觸式IC卡又稱射頻卡，由IC芯片、感應(yīng)天線組成，封裝在一個標(biāo)準(zhǔn)的PVC卡片內(nèi)，芯片及天線無任何外露部分。是世界上最近幾年發(fā)展起來的一項新技術(shù)，它成功的將射頻識別技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)合起來，結(jié)束了無源（卡中無電源）和免接觸這一難題，是電子器件領(lǐng)域的一大突破?？ㄆ谝欢ň嚯x范圍(通常為5—10cm)靠近讀寫器表面，通過無線電波的傳遞來完成數(shù)據(jù)的讀寫操作。

射頻讀寫器向IC卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)有一個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，這樣在電磁波激勵下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷；在這個電荷的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)存儲，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V時，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接受讀寫器的數(shù)據(jù)。

非接觸性IC卡與讀卡器之間通過無線電波來完成讀寫操作。二者之間的通訊頻率為13.56MHZ。非接觸性IC卡本身是無源卡，當(dāng)讀寫器對卡進(jìn)行讀寫操作時，讀寫器發(fā)出的信號由兩部分疊加組成:一部分是電源信號，該信號由卡接收后，與本身的L/C產(chǎn)生一個瞬間能量來供給芯片工作。另一部分則是指令和數(shù)據(jù)信號，指揮芯片完成數(shù)據(jù)的讀取、修改、儲存等，并返回信號給讀寫器,完成一次讀寫操作。讀寫器則一般由單片機(jī)，專用智能模塊和天線組成，并配有與PC的通訊接口，打印口，I/O口等，以便應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。

M1卡詳細(xì)指標(biāo)

M1卡是指M1芯片，是指菲利浦下屬子公司恩智浦出品的芯片縮寫，全稱為NXP Mifare1系列，常用的有S50及S70兩種型號。

M1(S50)卡詳細(xì)規(guī)格：

1. 芯片類型:PhilipsMifare1ICS50
2. 存儲容量:8Kbit，16個分區(qū)，每分區(qū)兩組密碼；
3. 工作頻率:13.56?MHz；
4. 通訊速率:106KBoud；
5. 讀寫距離:2.5～10cm；
6. 讀寫時間:1～2ms；
7. 工作溫度:-20℃～55℃；
8. 擦寫壽命:>100,000次；
9. 數(shù)據(jù)保存:>10年；
10. 外形尺寸:ISO標(biāo)準(zhǔn)卡85.6x54x0.82；
11. 封裝材料:PVC、PET、PETG、0.13mm銅線；

Mifare S50和Mifare S70又常被稱為Mifare Standard、Mifare Classic、MF1，是遵守ISO14443A標(biāo)準(zhǔn)的卡片中應(yīng)用最為廣、影響力最大的的一員。而Mifare S70的容量是S50的4倍，S50的容量是1K字節(jié)，S70的容量為4K字節(jié)。

讀寫器對卡片的操作時序和操作命令，二者完全一致。 Mifare S50和Mifare S70的每張卡片都有一個4字節(jié)的全球唯一序列號，卡上數(shù)據(jù)保存期為10年，可改寫10萬次，讀無限次。一般的應(yīng)用中，不用考慮卡片是否會被讀壞寫壞的問題，

當(dāng)然暴力硬損壞除外。 Mifare S50和Mifare S70的區(qū)別主要有兩個方面。一是讀寫器對卡片發(fā)出請求命令，二者應(yīng)答返回的卡類型(ATQA)字節(jié)不同。Mifare S50的卡類型(ATQA)是0004H，Mifare S70的卡類型(ATQA)是0002H。另一個區(qū)別就是二者的容量和內(nèi)存結(jié)構(gòu)不同。

M1卡分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)由4塊（0、1、2、3）組成。實際操作時，將16個扇區(qū)分為64個塊，按絕對地址編號為0-63。

結(jié)構(gòu)如下：

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1. 第0個扇區(qū)用于存放廠商代碼，意見固話，不可更改。
2. 每個扇區(qū)的塊0、塊1、塊2為數(shù)據(jù)塊，可以用于存儲數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)塊可以進(jìn)行讀寫操作。
3. 每個扇區(qū)的塊3為控制塊，包括了密碼A、存儲控制、密碼B。具體結(jié)構(gòu)如下：

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4. 每個扇區(qū)的密碼和控制位都是獨(dú)立的，可以根據(jù)實際需求設(shè)定各自的密碼及存取控制。存取控制為4個字節(jié)，共32位，扇區(qū)中的每個塊（包括數(shù)據(jù)和控制塊）存取條件是由密碼和存取控制共同決定的，在存取控制中每個塊都有一個相應(yīng)的三個控制位。定義如下：

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Mifare 1 S50 白卡讀寫時一般步驟: 尋卡-->下載塊密碼--> 讀寫塊數(shù)據(jù)?？刂茐K也是一樣。

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? 數(shù)據(jù)塊的訪問權(quán)限設(shè)置表格:（根據(jù)自己需要的權(quán)限，完成上圖字節(jié)6、7、8的填充即可）

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控制塊的讀寫權(quán)限設(shè)置:(包含了對密碼A、控制權(quán)限、密碼的讀寫權(quán)限)

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7 6 5 4 3 2 1 0

字節(jié)6 1 1 1 1 1 1 1 1

字節(jié)7 0 0 0 0 1 1 1 1

字節(jié)8 0 0 0 0 0 0 0 0

字節(jié)9

設(shè)置的控制權(quán)限如下:0xFF 0x0F 0x00 0x00

代表數(shù)據(jù)塊的權(quán)限: 驗證密碼A或者密碼B都可以對數(shù)據(jù)塊進(jìn)行讀寫操作或者加值鍵值操作。

2. 代表控制塊的權(quán)限

(1) 驗證A密碼之后可以寫A/B密碼，不能讀密碼。

可以讀控制字節(jié)(4個),無法寫控制字節(jié)

可以讀寫B(tài)密碼

(2) 驗證B密碼之后，可以讀寫A/B密碼,也可讀控制字節(jié)，但無法寫控制字節(jié)。

五、核心代碼

5.1 rc522.c

完整工程源碼下載： https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/18905806

#include "sys.h"
#include "RFID_RC522.h"
#include "delay.h"
#include "string.h"
#include "usart.h"

/*
函數(shù)功能：移植接口--SPI時序讀寫一個字節(jié)
函數(shù)參數(shù)：data:要寫入的數(shù)據(jù)
返 回 值：讀到的數(shù)據(jù)
*/
u8 RC522_SPI_ReadWriteOneByte(u8 tx_data)
{			  	 
	u8 rx_data=0;				 
  u8 i;
  for(i=0;i<8;i++)
	{
		RC522_SCLK=0;  
		if(tx_data&0x80){RC522_OUTPUT=1;}
		else {RC522_OUTPUT=0;}
		tx_data<<=1;	
		RC522_SCLK=1;
		rx_data<<=1;
		if(RC522_INPUT)rx_data|=0x01;
	}
	return rx_data; 
}


/*
函數(shù)功能：初始化RC522的IO口	 
*/
void RC522_IO_Init(void)
{
	RCC->APB2ENR|=1<<2;     //PA時鐘使能 
	RCC->APB2ENR|=1<<7;     //PF時鐘使能
	
	//PA5  時鐘 RC522_SCLK
	//PA6  輸入 RC522_INPUT
	//PA7  輸出 RC522_OUTPUT 
	GPIOA->CRL&=0x000FFFFF;
	GPIOA->CRL|=0x38300000;
	GPIOA->ODR|=0x3<<5;
	
	//RC522_RST <----->PF1--復(fù)位腳
	//RC522_SDA <----->PF0--片選腳
	GPIOF->CRL&=0xFFFFFF00;
	GPIOF->CRL|=0x00000033;
	GPIOF->ODR|=0x3<<0;
}	


/*
功能描述:選卡讀取卡存儲器容量
輸入?yún)?shù):serNum 傳入卡序列號
返 回 值:成功返回卡容量
*/
u8 RC522_MFRC522_SelectTag(u8 *serNum) //讀取卡存儲器容量
{     
	u8 i;     
	u8 status;     
	u8 size;     
	u8 recvBits;     
	u8 buffer[9];
	     
	buffer[0]=PICC_ANTICOLL1;	  //防撞碼1     
	buffer[1]=0x70;
	buffer[6]=0x00;						     
	for(i=0;i<4;i++)					
	{
		buffer[i+2]=*(serNum+i);	//buffer[2]-buffer[5]為卡序列號
		buffer[6]^=*(serNum+i);	  //卡校驗碼
	}
	
	RC522_CalulateCRC(buffer,7,&buffer[7]);	//buffer[7]-buffer[8]為RCR校驗碼
	RC522_ClearBitMask(Status2Reg,0x08);
	status=RC522_PcdComMF522(PCD_TRANSCEIVE,buffer,9,buffer,&recvBits);
	
	if((status==MI_OK)&&(recvBits==0x18))    
		size=buffer[0];     
	else    
		size=0;
	
	return size; 
}


/*
延時函數(shù)，納秒級
*/
void RC522_Delay(u32 ns)
{
  u32 i;
  for(i=0;i