基于STM32F030实现RFID射频识别

只看该作者 · 2022-9-27 23:47

目的
了解MFRC522读写卡芯片和S50非接触IC卡的驱动原理，通过配置 STM32F030 的GPIO和外设SPI，完成MFRC522传感器与卡的数据读写以及扣款充值实验。

原理
MFRC522是高度集成的非接触式（13.56MHz）读写卡芯片。此芯片利用调制和解调的原理，并将它们完全集成到各种非接触式通信方法和协议中。MFRC522的内部发送器部分可驱动读写器天线与ISO14443A/MIFARE卡和应答机的通信，无需其它的电路。接收器部分提供一个功能强大和高效的解调和译码电路，用来处理兼容ISO14443A/MIFARE卡和应答机的信号。

只看该作者 · 2022-9-27 23:48

RC522支持SPI、I2C和UART接口，本实验使用的是SPI接口。RC522只能工作于从模式，最高传输速率为10 Mbps，数据与时钟相位关系满足“空闲态时钟为低电平，在时钟上升沿同步接收和发送数据，在下降沿数据转换”的约束关系。

只看该作者 · 2022-9-27 23:49

简化MRFC522框图：

只看该作者 · 2022-9-27 23:53

模拟接口用来处理模拟信号的调制和解调。非接触式UART用来处理与主机通信时的协议要求。FIFO缓冲区快速而方便地实现了主机和非接触式UART之间数据传输。

只看该作者 · 2022-9-27 23:53

IC卡特点：

容量为8K位EEPROM
分为16个扇区，每个扇区为4块，每块16个字节,以块为存取单位
每个扇区有独立的一组密码及访问控制
每张卡有唯一序列号，为32位
具有防冲突机制，支持多卡操作
无电源，自带天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路
数据保存期为10年，可改写10万次，读无限次
工作温度：-20℃~50℃(湿度为90%)
工作频率：13.56MHZ
通信速率：106 KBPS
读写距离：10 cm以内（与读写器有关）
卡片的电气部分只由一个天线和ASIC组成。

只看该作者 · 2022-9-27 23:54

天线：卡片的天线是只有几组绕线的线圈，很适于封装到IS0卡片中。

ASIC：卡片的ASIC由一个高速（106KB波特率）的RF接口，一个控制单元和一个

8K位EEPROM组成。

只看该作者 · 2022-9-27 23:54

工作原理：读写器向M1卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷，在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存，当所积累的电荷达到2V时，此电容可做为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。

只看该作者 · 2022-9-27 23:55

M1射频卡与MFRC522的通讯:

只看该作者 · 2022-9-27 23:56

复位应答：
M1射频卡的通讯协议和通讯波特率是定义好的，当有卡片进入读写器的操作范围时，读写器以特定的协议与它通讯，从而确定该卡是否为M1射频卡，即验证卡片的卡型。

只看该作者 · 2022-9-27 23:56

防冲突机制：
当有多张卡进入读写器操作范围时，防冲突机制会从其中选择一张进行操作，未选中的则处于空闲模式等待下一次选卡，该过程会返回被选卡的序列号。

只看该作者 · 2022-9-27 23:57

选择卡片：选择被选中的卡的序列号，并同时返回卡的容量代码。

只看该作者 · 2022-9-27 23:58

三次互相确认：
选定要处理的卡片之后，读写器就确定要访问的扇区号，并对该扇区密码进行密码校验，在三次相互认证之后就可以通过加密流进行通讯。（在选择另一扇区时，则必须进行另一扇区密码校验。）

只看该作者 · 2022-9-27 23:59

读数据块的操作：
读(Read)：读一个块；
写(Write）：写一个块；
加（Increment）：对数值块进行加值；
减（Decrement）：对数值块进行减值；
存储（Restore）：将块中的内容存到数据寄存器中；
传输（Transfer）：将数据寄存器中的内容写入块中；
中止（Halt）：将卡置于暂停工作状态；

只看该作者 · 2022-9-27 23:59

在IC卡集成电路中使用了两种类型的数据块：

读写块
用来读写16字节数据。

只看该作者 · 2022-9-29 14:55

数据块
用于电子钱包功能（读取、递增、递减、传输、还原）。值最大占4个字节，为了提供错误检测和纠正功能，每个值都在一个值块中存储3次，剩下4个字节为任意地址字节（8位地址存储4次）。

只看该作者 · 2022-9-29 14:57

只看该作者 · 2022-9-29 14:59

步骤
在新建工程中新建两个文件分别命名为sensor_rfid.c和sensor_rfid.h，并将sensor_rfid.c文件保存在该工程文件夹中，并添加文件路径

只看该作者 · 2022-9-29 15:04

在sensor_rfid.c文件中添加sensor_rfid.h头文件，定义SPI读取数据使用的字节以及卡初始化等待的最大次数

只看该作者 · 2022-9-29 15:07

复制

#include "sensor_rfid.h"

 

#define DUMMY_BYTE                ((uint8_t)0x00)

#define CARD_INIT_RETRY_COUNT     10

只看该作者 · 2022-9-29 15:09

在sensor_rfid.c文件中定义RC522_ReadData()函数，函数通过SPI时序实现读取RC522寄存器数据操作