MCM200讀寫器模塊的主要特性?引腳功能及應用實例分析

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數據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?

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）?其相應的讀寫器模塊為Philips公司的MCM200和MCM500?其中，MCM200模塊主要應用于操作距離在 25mm的卡片讀寫器中;MCM500模塊主要應用于操作距離在100mm的卡片讀寫器中?

1 MCM200模塊的主要特性

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;

●每個扇區均包含有3套密碼，同時包含有認證密碼用的存儲器;

●有防卡片重疊功能;

●帶有16字節的FIFO（先進先出）隊列接收/發送緩沖寄存器;

●在模塊與卡片通信時可自動偵查錯誤，對數據流可自動分析;

●可對RF（射頻）通道進行自動監控;

●有內建8位/16位CRC協處理器，可提供CRC?ARITY等數據校驗;

●支持多種方式的活動天線，并且不需天線調節系統即可對天線進行補償調節;

●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 MCM200模塊的引腳說明

MCM200的引腳排列如圖1所示?各引腳的功能如下：

D0~D7:8位雙向數據總線;

A0~A3:4位地址線;

BP：后備電池輸入端，用于保護MCM內部密碼RAM;

NPAUSE1：串行數據輸出，用于驅動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數據處理控制端?當該端為低時，MCU將用MCM狀態寄存器中的內容來對MCM中的數據進行處理;

ALE：地址鎖存使能端;

USEALE：選擇從內部地址鎖存器或A0~A3引腳取地址;

DGND：數字電路接地端;

DVDD：+5V電源端?

MODE：并行協議模式選擇引腳，可用高電平驅動?

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內部特殊功能寄存器

MCM200器件內部共有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，系統對卡片上的數據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）

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） 相關的出錯標志 接收卡片上數據

Answer to Request（Request的應答） 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） A0 TE，BE /

Increment（增值） C1 TE，BE /

Decrement（減值） C0 TE，BE /

Restore（重儲） C2 TE，BE /

Transfer（傳送） B0 TE，BE /

Halt（停機） 50 TE，BE /

4 MCM200的指令和軟件設計

MCU通過特殊指令來啟動MCM200并運行，同時將這些指令傳輸到Mifare 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議，卡片帶有高速CRC協處理器，符合CCITT標準?卡片的ROM中固化了其運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據通信?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硬件內核寄存器的設置?MCM對IC卡的操作流程如圖2所示?現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），然后由MCU根據TAGTYPE區別不同類型的卡片?Request 指令分為Request std指令和Re-quest all指令?Request std指令是連續性的讀卡指令?Request all指令是非連續性的讀卡指令，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?Request操作的匯編語言程序如下：

Request： MOV A，#0CH ？;設置MCM中的STACON 寄存器為0CH

MOV R0，#01H

MOVX @R0，A

MOV A，#0EH ？;設置MCM中的BAU-DRATE寄存器為0EH

MOV R0，#05H

MOVX @R0，A

MOV A，#0C0H ;設置MCM中的ENABLE寄存器為0C0H

MOV R0，#02H

MOVX @R0，A

MOV A，#0C6H ？;設置MCM中的MODE寄存器為0C6H

MOV R0？#07H

MOVX @R0？A

MOV A？#02H ;設置MCM中的RCODE

寄存器為02H

MOV R0？#0EH

MOVX @R0？A

MOV A？#07H ;設置MCM中的BCNT

S

寄存器為07H

MOV R0？#03H

MOVX @R0？A

MOV A？#10H ;設置MCM中的BCNTR

寄存器為？10H

MOV R0？#04H

MOVX @R0？A

JB F0， RSTD ;根據F0標志判斷是執

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

MOVX A？@R0

JNB ACC.7？RD STACON ？ TAGTYPE沒

有到FIFO（DV=0）？重新讀STACON狀態

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 ？; 定時計數器溢出錯轉TE_ERR

JB ACC.3，BE_ERR ？; 位計數器錯轉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，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的Mifare 1卡片的40bit長的序列號SN?MCU接收到這5個字節的SN后，會進行校驗?其校驗?計算卡片序列號的方法是：采用相鄰兩個字節相互異或得出的結果與下一個字節再異或，前四個字節異或的結果與第5個字節應該相同，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是有意義的，第5個字節僅僅用于校驗之用?這五個字節被存儲在IC卡片的第0扇區的第0塊中，它由卡片的生產商制定并固化，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

發送 2個字節數據

MOV R0？#03H

MOVX @R0？A

MOV A？ #0CH ;設置MCM中的

STACON寄存器

SETB ACC.0 ？AC =“1”，啟動防重

疊狀態機

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個字節的數據

MOV A？ #0AH

MOV R0？#06H

MOVX @R0？A ？TOC = 0AH

MOV R0？#01H

AGAIN： MOVX A？@R0 ？ 讀STACON狀態

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 ？ 定時計數器溢出

錯轉TE ERR

JB ACC.3？ BE ERR ？位計數器錯轉

BE ERR

MOV R7？#04H ？讀4個字節的SN值

存入40H~43H單元，

前四個字節進行異或

MOV B？#00H

MOV R1？#40H

MOV R0？#00H

LOOP？ MOVX A？@R0

MOV @R1？A ？存SN的前四個字節在

單片機內部RAM的

40H？41H？42H？43H單元

XRL B？A ？相鄰字節相互異或

INC R1

DJNZ R7？ LOOP

MOVX A？@R0 ？前四個字節異或的結

果和接收的第5個字

節進行比較，若不等則

XRL A？B 轉錯誤處理

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與卡片的真正聯絡?選擇一張卡片通常由MCU向MCM200發送“SELECT”命令來完成?MCU發送“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以及前四個字節的異或結果，同時再重新發送給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指令成功執行后，MCU將得到MCM DATA寄存器傳來的一個字節長的卡片容量信息（SIZE字節）?SIZE字節被存儲在Mifare 1卡片上的第00H扇區中的第00h 塊中?

4.4 “Authentication”認證操作子程序

Mifare 1卡的每個扇區的塊3包含該扇區的密碼A？6個字節 ?存取控制？4個字節 ?密碼B？6個字節 ，它是一個特殊的塊?在確認了上述三個步驟后，就表示已經選擇了一張卡片，在對卡片進行讀寫操作之前，還必須對卡片上已經設置的密碼進行認證，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認證操作?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＂指令發出之前，必須設置密碼控制寄存器KEYSTACON，使AL=1，然后設置KS0和KS1以指定一套密碼集?同時，還必須設置密碼地址寄存器KEYADDR，當AB為“1”時，選擇KEYA，AB為“0”時選擇KEYB，A5~A0用于選擇MCM-RAM中存放密碼的扇區地址（0~63）， KEYADDR寄存器中的“AB”設置必須匹配＂Authentication＂命令，因為在＂Authentication＂命令中，60h代碼用于認證KEYA;61h代碼用于認證KEYB?正確地設置KEYSTACON 和KEYADDR寄存器之后，通過寫＂Authentication＂ 認證命令代碼和寫“地址”（Mifare

卡要認證的扇區地址是0~15）到DATA寄存器？認證密碼操作的模塊便開始啟動執行?如果三遍認證的每一個環都為“真”，且都能正確通過驗證，則整個認證成功?這時讀寫器即可對剛剛認證通過的卡片上的這個扇區進行下一步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的數據塊?Read指令操作只能一個塊（Block）一個塊地讀，即一次只能讀取16個字節?如果只要求讀取某Block中的幾個字節的數據，也只能一個整塊16個字節一起讀取，再由程序員選取指定的字節?從卡片上讀到的數據必須由MCU進行校驗，以確保數據的有效?

“Write” 寫指令允許用戶寫數據到MIFARE卡片上（完整的16 個BYTEs的數據塊）?只有在“Authentication” 認證指令完成后，才允許對數據扇區或數據塊進行“Write”寫指令操作?寫入的數據塊的數據結構如下：

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

通過一個寫操作可將存儲的數據在每一個block塊中寫3次并反寫1次，從而完成數據塊的初始化?塊的地址必須寫4次，其中2次為反向寫入?正/負數據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內部電路能夠執行“Increment” &“Decrement”增值/減值操作，在根據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據結果傳送到卡片上?如果沒有傳送指令，數據結果仍將保持在數據緩沖寄存器中?

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