IC卡读写系统的单片机实现 STM32+MFRC522实现IC卡读写

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一、环境介绍

MCU:STM32F103ZET6

开发软件:Keil5

非接触式读写卡模块: MFRC522

二、功能介绍

使用MFRC522模块完成对IC卡卡号读取、卡类型区分、IC卡扇区密码修改、扇区数据读写等功能；底层采用SPI模拟时序，可以很方便的移植到其他设备，完成项目开发。 现在很多嵌入式方向的毕业设计经常使用到该模块，比如: 校园一卡通设计、水卡充值消费设计、公交卡充值消费设计等。

三、MFR522介绍

MF RC522 是应用于13.56MHz 非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中的一员。是NXP 公司针对“三表”应用推出的一款低电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片，是智能仪表和便携式手持设备研发的较好选择。

MF RC522 利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz 下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。支持 ISO14443A 的多层应用。其内部发送器部分可驱动读写器天线与ISO 14443A/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坚固而有效的解调和解码电路，用于处理ISO14443A 兼容的应答器信号。数字部分处理ISO14443A 帧和错误检测（奇偶 &CRC）。此外，它还支持快速CRYPTO1 加密算法，用于验证MIFARE 系列产品。MFRC522 支持MIFARE?更高速的非接触式通信，双向数据传输速率高达424kbit/s。

作为13.56MHz 高集成度读写卡系列芯片家族的新成员，MF RC522 与MF RC500和 MF RC530 有不少相似之处，同时也具备诸多特点和差异。它与主机间的通信采用连线较少的串行通信，且可根据不同的用户需求，选取SPI、I2C 或串行UART(类似RS232)模式之一，有利于减少连线，缩小PCB 板体积，降低成本。

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四、IC卡介绍

非接触式IC卡又称射频卡，由IC芯片、感应天线组成，封装在一个标准的PVC卡片内，芯片及天线无任何外露部分。是世界上最近几年发展起来的一项新技术，它成功的将射频识别技术和IC卡技术结合起来，结束了无源（卡中无电源）和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。卡片在一定距离范围(通常为5—10cm)靠近读写器表面，通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。

射频读写器向IC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，这样在电磁波激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷；在这个电荷的另一端，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存储，当所积累的电荷达到2V时，此电容可作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受读写器的数据。

非接触性IC卡与读卡器之间通过无线电波来完成读写操作。二者之间的通讯频率为13.56MHZ。非接触性IC卡本身是无源卡，当读写器对卡进行读写操作时，读写器发出的信号由两部分叠加组成:一部分是电源信号，该信号由卡接收后，与本身的L/C产生一个瞬间能量来供给芯片工作。另一部分则是指令和数据信号，指挥芯片完成数据的读取、修改、储存等，并返回信号给读写器,完成一次读写操作。读写器则一般由单片机，专用智能模块和天线组成，并配有与PC的通讯接口，打印口，I/O口等，以便应用于不同的领域。

M1卡详细指标

M1卡是指M1芯片，是指菲利浦下属子公司恩智浦出品的芯片缩写，全称为NXP Mifare1系列，常用的有S50及S70两种型号。

M1(S50)卡详细规格：

1. 芯片类型:PhilipsMifare1ICS50
2. 存储容量:8Kbit，16个分区，每分区两组密码；
3. 工作频率:13.56?MHz；
4. 通讯速率:106KBoud；
5. 读写距离:2.5～10cm；
6. 读写时间:1～2ms；
7. 工作温度:-20℃～55℃；
8. 擦写寿命:>100,000次；
9. 数据保存:>10年；
10. 外形尺寸:ISO标准卡85.6x54x0.82；
11. 封装材料:PVC、PET、PETG、0.13mm铜线；

Mifare S50和Mifare S70又常被称为Mifare Standard、Mifare Classic、MF1，是遵守ISO14443A标准的卡片中应用最为广、影响力最大的的一员。而Mifare S70的容量是S50的4倍，S50的容量是1K字节，S70的容量为4K字节。

读写器对卡片的操作时序和操作命令，二者完全一致。 Mifare S50和Mifare S70的每张卡片都有一个4字节的全球唯一序列号，卡上数据保存期为10年，可改写10万次，读无限次。一般的应用中，不用考虑卡片是否会被读坏写坏的问题，

当然暴力硬损坏除外。 Mifare S50和Mifare S70的区别主要有两个方面。一是读写器对卡片发出请求命令，二者应答返回的卡类型(ATQA)字节不同。Mifare S50的卡类型(ATQA)是0004H，Mifare S70的卡类型(ATQA)是0002H。另一个区别就是二者的容量和内存结构不同。

M1卡分为16个扇区，每个扇区由4块（0、1、2、3）组成。实际操作时，将16个扇区分为64个块，按绝对地址编号为0-63。

结构如下：

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1. 第0个扇区用于存放厂商代码，意见固话，不可更改。
2. 每个扇区的块0、块1、块2为数据块，可以用于存储数据。数据块可以进行读写操作。
3. 每个扇区的块3为控制块，包括了密码A、存储控制、密码B。具体结构如下：

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4. 每个扇区的密码和控制位都是独立的，可以根据实际需求设定各自的密码及存取控制。存取控制为4个字节，共32位，扇区中的每个块（包括数据和控制块）存取条件是由密码和存取控制共同决定的，在存取控制中每个块都有一个相应的三个控制位。定义如下：

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Mifare 1 S50 白卡读写时一般步骤: 寻卡-->下载块密码--> 读写块数据。控制块也是一样。

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​ 数据块的访问权限设置表格:（根据自己需要的权限，完成上图字节6、7、8的填充即可）

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控制块的读写权限设置:(包含了对密码A、控制权限、密码的读写权限)

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7 6 5 4 3 2 1 0

字节6 1 1 1 1 1 1 1 1

字节7 0 0 0 0 1 1 1 1

字节8 0 0 0 0 0 0 0 0

字节9

设置的控制权限如下:0xFF 0x0F 0x00 0x00

代表数据块的权限: 验证密码A或者密码B都可以对数据块进行读写操作或者加值键值操作。

2. 代表控制块的权限

(1) 验证A密码之后可以写A/B密码，不能读密码。

可以读控制字节(4个),无法写控制字节

可以读写B密码

(2) 验证B密码之后，可以读写A/B密码,也可读控制字节，但无法写控制字节。

五、核心代码

5.1 rc522.c

完整工程源码下载： https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/18905806

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

/*
函数功能：移植接口--SPI时序读写一个字节
函数参数：data:要写入的数据
返 回 值：读到的数据
*/
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; 
}


/*
函数功能：初始化RC522的IO口	 
*/
void RC522_IO_Init(void)
{
	RCC->APB2ENR|=1<<2;     //PA时钟使能 
	RCC->APB2ENR|=1<<7;     //PF时钟使能
	
	//PA5  时钟 RC522_SCLK
	//PA6  输入 RC522_INPUT
	//PA7  输出 RC522_OUTPUT 
	GPIOA->CRL&=0x000FFFFF;
	GPIOA->CRL|=0x38300000;
	GPIOA->ODR|=0x3<<5;
	
	//RC522_RST <----->PF1--复位脚
	//RC522_SDA <----->PF0--片选脚
	GPIOF->CRL&=0xFFFFFF00;
	GPIOF->CRL|=0x00000033;
	GPIOF->ODR|=0x3<<0;
}	


/*
功能描述:选卡读取卡存储器容量
输入参数:serNum 传入卡序列号
返 回 值:成功返回卡容量
*/
u8 RC522_MFRC522_SelectTag(u8 *serNum) //读取卡存储器容量
{     
	u8 i;     
	u8 status;     
	u8 size;     
	u8 recvBits;     
	u8 buffer[9];
	     
	buffer[0]=PICC_ANTICOLL1;	  //防撞码1     
	buffer[1]=0x70;
	buffer[6]=0x00;						     
	for(i=0;i<4;i++)					
	{
		buffer[i+2]=*(serNum+i);	//buffer[2]-buffer[5]为卡序列号
		buffer[6]^=*(serNum+i);	  //卡校验码
	}
	
	RC522_CalulateCRC(buffer,7,&buffer[7]);	//buffer[7]-buffer[8]为RCR校验码
	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; 
}


/*
延时函数，纳秒级
*/
void RC522_Delay(u32 ns)
{
  u32 i;
  for(i=0;i