非接觸式" title="非接觸式">非接觸式智能卡(射頻卡)以其高度安全保密性、通信高速性、使用方便性廣泛應(yīng)用于三表行業(yè)，實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)功能，使人們生活質(zhì)量有了很大的提高。射頻卡技術(shù)應(yīng)用于水表將是智能水表的一次偉大革命。
　　MF RC522是Philips公司針對三表最新推出的一款非接觸式低功耗讀寫基站芯片，它是應(yīng)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系列利用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了13.56MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。 MF RC522支持ISO14443A所有的層，傳輸速度最高達(dá)424kbps，具有三種主機(jī)接口方式：SPI模式、 UART模式、 I²C模式。
　　本設(shè)計(jì)采用MSP430系列超低功耗16位單片機(jī)為主控芯片，系統(tǒng)3.3V供電完全適合MFRC522供電要求，實(shí)現(xiàn)了低功耗的完美結(jié)合。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　該系統(tǒng)以TI MSP430F413單片機(jī)為核心，工作電壓為1.8V～3.6V，內(nèi)置LCD驅(qū)動器24×4段，可以縮小體積、降低成本，在休眠模式下典型電流僅為0.7μA；采用內(nèi)部Flash保存用水?dāng)?shù)據(jù)、剩余水量和水表狀態(tài)信息；電源監(jiān)控采用理光R3111E(可根據(jù)設(shè)定的門限電壓選擇相應(yīng)的型號)；水表閥門采用2.5V～6V直流電機(jī)，當(dāng)人為破壞水表或所購買水量低于設(shè)定值時(shí)，水表報(bào)警并及時(shí)關(guān)掉閥門，同時(shí)將數(shù)據(jù)保存在內(nèi)部Flash中；采用MF RC522讀寫芯片讀寫Mifare 1 S50卡片實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)功能。系統(tǒng)框如圖1所示。
　　本設(shè)計(jì)利用RC522 UART模式與單片機(jī)通信，由于MSP430F413沒有硬件串口，故需使用TIMERA模擬串口，如圖2所示。

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　　對于MSP430F413而言，P1.0(TimerA捕獲/比較輸出口)口是UART的TX，P1.1(TimerA捕獲/比較輸出口)是UART的RX。
2 MFRC522 命令寄存器及基本指令集
2.1 命令寄存器CommandReg(0x01)
　　MF RC522內(nèi)部有64個(gè)寄存器，共分4頁：PAGE0：COMMAND AND STATUS；PAGE1：COMMAND；PAGE2：CFG；PAGE3：TEST。MF RC522通過內(nèi)部寄存器的讀寫控制與Mifare 1 IC卡數(shù)據(jù)通信。
　　CommandReg命令控制字如表1所示。

　　Command命令類別如表2所示。

2.2 基本指令集
　　MF RC522有14種基本指令集，實(shí)現(xiàn)不同方式的數(shù)據(jù)傳輸，如表3所示。

3 軟件設(shè)計(jì)
　　MSP430F413首先對MF RC522進(jìn)行初始化配置，寄存器設(shè)置好后，MF RC522可以接收控制命令執(zhí)行操作，實(shí)現(xiàn)與Mifare 1 S50卡片通信；Mifare 1 S50卡根據(jù)接收到的指令進(jìn)行相應(yīng)操作。但是MSP430F413并不是通過簡單的指令就可以讀寫IC卡片，需要一系列的操作才能完成通信。主要包括：(1)請求喚醒；(2)防重疊；(3)選擇卡片；(4)密碼認(rèn)證；(5)讀寫操作" title="讀寫操作">讀寫操作。
　　MSP430F413對Mifare 1 S50卡片操作流程，如圖3所示。

3.1 請求Request Std / Request All
　　當(dāng)在天線有效工作距離內(nèi)檢測到卡片，MF RC522發(fā)送Request Std / Request All請求指令，卡片接收到請求指令后返回握手信號，從而判斷操作是否成功。
　　Request Std (0x26) 連續(xù)讀卡指令
　　Request All (0x52) 非連續(xù)讀卡指令
3.2 Aticollision(防重疊)
　　MF RC522能夠防止多張卡片重疊造成的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。當(dāng)在天線有效工作距離內(nèi)檢測到多張卡片時(shí)，MCU讀取序列號進(jìn)行判斷檢測。
　　Mifare 1 S50 卡具有全球唯一4個(gè)字節(jié)的序列號，SN存放在Sector0的Block0內(nèi)前4個(gè)字節(jié)，第5個(gè)字節(jié)存放校驗(yàn)碼(4字節(jié)異或結(jié)果)，MCU控制循環(huán)讀取序列號，直到讀取一個(gè)校驗(yàn)正確的序列號后，保存并退出循環(huán)；當(dāng)然出錯(cuò)也會退出循環(huán)。
　　Sector0的Block0數(shù)據(jù)格式如表4所示。

3.3 Select(選擇卡片)
　　將Anticollision操作讀取的序列號SN 4個(gè)字節(jié)還有異或的校驗(yàn)碼發(fā)送到Mifare 1 S50卡上，卡片接收后與自身SN及校驗(yàn)碼核對，只有完全一樣才能選定卡片。
3.4 Authentication(密碼認(rèn)證)
　　Mifare 1 S50卡 有1KB容量，分為16個(gè)扇區(qū)：Sector0至Sector15，每個(gè)Sector(扇區(qū))包括4個(gè)Block(塊)，每個(gè)Block具有16個(gè)byte的存儲容量。Block被分為Block0至Block3；整個(gè)Mifare 1 S50非接觸式智能卡共有64個(gè)Block。
　　每個(gè)Sector的Block3都存放著本扇區(qū)自己的密碼KeyA、KeyB和Access Bits。通過Access Bits設(shè)置密碼方式和數(shù)據(jù)塊類型( Write/Read 或 Value )。
　　每個(gè)Sector的Block3數(shù)據(jù)格式如表5所示。

　　只有密碼完全認(rèn)證通過后，才可以對卡片進(jìn)行Write/Read操作。
3.5 Write/Read(讀寫操作)
　　Authentication密碼認(rèn)證通過后，可以對64 Block進(jìn)行讀寫操作。其中Sector0中的Block0 只能執(zhí)行讀操作。Mifare 1 S50讀寫時(shí)是以Block為單位的，讀或?qū)懚际轻槍φ麄€(gè)Block 16字節(jié)的操作，不能單個(gè)字節(jié)讀寫。為了確保數(shù)據(jù)的正確性，可進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)。
3.6 Decrement/Increment(增值和減值操作)
　　當(dāng)數(shù)據(jù)塊通過設(shè)置Access bits配置成Value 型時(shí)，可以對其進(jìn)行Decrement/Increment操作。為了防止數(shù)據(jù)出錯(cuò)，Value Block 設(shè)有復(fù)雜的數(shù)據(jù)格式。Value重復(fù)存放3次，其中原碼存放2次，補(bǔ)碼再存放1次；Adr重復(fù)存放4次，其中原碼存放2次，補(bǔ)碼再存放2次。
　　Value Block數(shù)據(jù)格式如表6所示。