MCM200读写器模块的主要特性､引脚功能及应用实例分析

介绍了Philips公司的Mifare 1非接触IC卡读写器芯片MCM200的主要特性､引脚功能､内部的物理功能寄存器和基本指令集｡重点介绍了Mifare 1非接触IC卡和MCM200数据通信的一些重要模块的编程思路和编程方法，给出了两个编程实例｡

Mifare 1 IC智能（射频）卡的核心是Philips 公司的Mifare 1 IC S50（-01，-02，-03，-04）系列微模块（微晶片）｡其相应的读写器模块为Philips公司的MCM200和MCM500｡其中，MCM200模块主要应用于操作距离在 25mm的卡片读写器中;MCM500模块主要应用于操作距离在100mm的卡片读写器中｡

1 MCM200模块的主要特性

MCM200读写器模块的主要特性如下：

●采用标准的双列直插式32引脚封装;

●工作频率为13.56MHz，采用标准的+5V电源供电，典型电流消耗为40mA;

●读写卡片距离可达25mm以上;

●与卡片的通信速率可达106kbps;

●每个扇区均包含有3套密码，同时包含有认证密码用的存储器;

●有防卡片重叠功能;

●带有16字节的FIFO（先进先出）队列接收/发送缓冲寄存器;

●在模块与卡片通信时可自动侦查错误，对数据流可自动分析;

●可对RF（射频）通道进行自动监控;

●有内建8位/16位CRC协处理器，可提供CRC､ARITY等数据校验;

●支持多种方式的活动天线，并且不需天线调节系统即可对天线进行补偿调节;

●带有标准的Mifare 并行接口？可直接由标准的MCU接口信号控制｡

2 MCM200模块的引脚说明

MCM200的引脚排列如图1所示｡各引脚的功能如下：

D0~D7:8位双向数据总线;

A0~A3:4位地址线;

BP：后备电池输入端，用于保护MCM内部密码RAM;

NPAUSE1：串行数据输出，用于驱动RF单元，该引脚必须连到RF单元的TP端｡

NWR：写信号使能端;

NRD：读信号使能端;

NCS：该脚为低电平时选中MCM;

KOMP1:RF的比较器输入端，使用时必须连到RF单元的RX端;

NIRQ:MCU数据处理控制端｡当该端为低时，MCU将用MCM状态寄存器中的内容来对MCM中的数据进行处理;

ALE：地址锁存使能端;

USEALE：选择从内部地址锁存器或A0~A3引脚取地址;

DGND：数字电路接地端;

DVDD：+5V电源端｡

MODE：并行协议模式选择引脚，可用高电平驱动｡

AVDD：+5V模拟电源输入引脚，用于RF射频单元;

AGND:RF射频单元（模拟电路）接地端;

NANT､ANT：天线连接端｡

3 MCM200内部特殊功能寄存器

MCM200器件内部共有16个特殊功能寄存器，表1所列是这16种特殊功能寄存器的地址和读写情况｡实际上，MCU主要通过对MCM寄存器的读写来控制MCM的工作｡MCM是MCU与非接触式IC卡之间进行信息交换的接口，系统对卡片上的数据进行任何读写均须通过MCM 来传递｡

表1 MCU200中的物理功能寄存器

寄存器名 地 址 读（READ） 写（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 指令代码（hex） 相关的出错标志 接收卡片上数据

Answer to Request（Request的应答） TE，BE Tagtype

Request std 26

Request all 52

AntiCollision（防重叠） 93 TE，BE Serial Number

Select Tag（选卡片） 93 TE，BE，PE，CE Size

Authentication（认证） TE，BE，PE，CE /

Auth-1a 60

Auth-1b 61

Load KEY（存取密码） / AE

Read（读） 30 TE，BE，PE，CE Data

Write（写） A0 TE，BE /

Increment（增值） C1 TE，BE /

Decrement（减值） C0 TE，BE /

Restore（重储） C2 TE，BE /

Transfer（传送） B0 TE，BE /

Halt（停机） 50 TE，BE /

4 MCM200的指令和软件设计

MCU通过特殊指令来启动MCM200并运行，同时将这些指令传输到Mifare 1卡片上｡MCM200的基本指令集如表2所列｡Mifare 1 IC卡与MCM200之间的通信使用握手式半双工通信协议，卡片带有高速CRC协处理器，符合CCITT标准｡卡片的ROM中固化了其运行所需的必要程序指令，它能使卡片有条不紊地与卡片读写器进行数据通信｡但MCU对MCM200的指令操作通常不是简单的一条指令，而是用一个程序序列来完成，其中包括对MCM200硬件内核寄存器的设置｡MCM对IC卡的操作流程如图2所示｡现将其中各主要子程序模块的编程方法作以说明｡

4.1 Request操作子程序

Request 指令用于通知MCM200在天线有效的工作距离内寻找Mifare 1卡片｡如果 Mifare 1卡片存在，就和Mifare 1通信，并读取卡片类型号TAGTYPE（2个字节），然后由MCU根据TAGTYPE区别不同类型的卡片｡Request 指令分为Request std指令和Re-quest all指令｡Request std指令是连续性的读卡指令｡Request all指令是非连续性的读卡指令，只读一次｡Request all指令在成功地读取一张卡片之后，会一直等待使用者拿走这一张卡片，直到有新一张卡片进入MCM的天线有效工作范围之内｡Request操作的汇编语言程序如下：

Request： MOV A，#0CH ？;设置MCM中的STACON 寄存器为0CH

MOV R0，#01H

MOVX @R0，A

MOV A，#0EH ？;设置MCM中的BAU-DRATE寄存器为0EH

MOV R0，#05H

MOVX @R0，A

MOV A，#0C0H ;设置MCM中的ENABLE寄存器为0C0H

MOV R0，#02H

MOVX @R0，A

MOV A，#0C6H ？;设置MCM中的MODE寄存器为0C6H

MOV R0？#07H

MOVX @R0？A

MOV A？#02H ;设置MCM中的RCODE

寄存器为02H

MOV R0？#0EH

MOVX @R0？A

MOV A？#07H ;设置MCM中的BCNT

S

寄存器为07H

MOV R0？#03H

MOVX @R0？A

MOV A？#10H ;设置MCM中的BCNTR

寄存器为？10H

MOV R0？#04H

MOVX @R0？A

JB F0， RSTD ;根据F0标志判断是执

行Request std操作还是

Request all操作

REQALL？ MOV A？#52H ;Request all指令代码→A

AJMP RQTMCM

RSTD： MOV A？#26H ;Request std 指令代码→A

RQTMCM？MOV R0？#00H

MOVX @R0？A ;Request all指令或Request

std 指令写入DATA

MOV A？ #0AH ？TOC = 0AH

MOV R0？#06H

MOVX @R0？A

MOV R0？#01H ;读STACON状态

MOVX A？@R0

JNB ACC.7？RD STACON ？ TAGTYPE没

有到FIFO（DV=0）？重新读STACON状态

MOV R7，A ？ stacon值暂存在R7中

MOV A， #00H ？TOC=00H

MOV R0，#06H

MOVX @R0，A

MOV A，R7 ;取暂存在R7中stacon值到A

JB ACC.6？TE_ERR ？; 定时计数器溢出错转TE_ERR

JB ACC.3，BE_ERR ？; 位计数器错转BE_ERR

MOV R0，#00H ;读卡片的卡片类型号TAGTYPE 0存入45H单元

MOVX A，@R0

MOV 45H？A

MOV R0，#00H

MOVX A，@R0 ;读卡片上的卡片类型号TAGTYPE1存入46H单元

MOV 46H，A

RET ？; RET

TE_ERR： ？;“TE” 错误处理

RET

BE_ERR： ？; “BE”错误处理

RET

4.2 “AntiCollision”？防卡片重叠 操作子程序

如果有多张Mifare 1卡片处在卡片读写器的天线工作范围之内，AntiCollision指令将启动AntiColli-sion模块的防重叠功能，同时MCM200将有序地读所有处在其天线有效工作距离内的Mifare 1卡片的40bit长的序列号SN｡MCU接收到这5个字节的SN后，会进行校验｡其校验､计算卡片序列号的方法是：采用相邻两个字节相互异或得出的结果与下一个字节再异或，前四个字节异或的结果与第5个字节应该相同，否则认为MCU读到的卡片的序列号有错，因此卡片的序列号的前四个字节是有意义的，第5个字节仅仅用于校验之用｡这五个字节被存储在IC卡片的第0扇区的第0块中，它由卡片的生产商制定并固化，不得更改，所以在市面上流通的Mifare 1 S50系列的非接触式IC射频卡中，每一张卡片的序列号都是唯一的｡“AntiCollision”？防卡片重叠 操作子程序清单如下：

anti？ NOP

MOV A？ #10H ？BCNTS = 10H，控制

MCU向DATA寄存器

发送 2个字节数据

MOV R0？#03H

MOVX @R0？A

MOV A？ #0CH ;设置MCM中的

STACON寄存器

SETB ACC.0 ？AC =“1”，启动防重

叠状态机

MOV R0？#01H

MOVX @R0？A

ACALL D1000US ？DELAY 1000US

MOV A？ #93H ;AntiCollision？防卡片

重叠 指令码写入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个字节的数据

MOV A？ #0AH

MOV R0？#06H

MOVX @R0？A ？TOC = 0AH

MOV R0？#01H

AGAIN： MOVX A？@R0 ？ 读STACON状态

JNB ACC.7？ AGAIN ？如果 DV=“0”重

读STACON

MOV R7，A

MOV A？ #00H

MOV R0？#06H

MOVX @R0？A ？TOC = 00H

MOV A，R7

JB ACC.6？ TE ERR ？ 定时计数器溢出

错转TE ERR

JB ACC.3？ BE ERR ？位计数器错转

BE ERR

MOV R7？#04H ？读4个字节的SN值

存入40H~43H单元，

前四个字节进行异或

MOV B？#00H

MOV R1？#40H

MOV R0？#00H

LOOP？ MOVX A？@R0

MOV @R1？A ？存SN的前四个字节在

单片机内部RAM的

40H？41H？42H？43H单元

XRL B？A ？相邻字节相互异或

INC R1

DJNZ R7？ LOOP

MOVX A？@R0 ？前四个字节异或的结

果和接收的第5个字

节进行比较，若不等则

XRL A？B 转错误处理

JNZ ANTIERR

RET

TE ERR？

RET

BE ERR？

RET

ANTIERR：

RET

4.3 “Select”？选卡片 操作子程序

该程序用于MCM200与卡片的真正联络｡选择一张卡片通常由MCU向MCM200发送“SELECT”命令来完成｡MCU发送“SELECT”命令后，会同时在“AntiCollision” 操作中得到Mifare 1卡片的40bit长的序列号的前四个字节以及前四个字节的异或结果，同时再重新发送给Mifare 1卡，只有本身的序列号和接收的序列号相同的卡片才被真正地选中｡Select指令成功执行后，MCU将得到MCM DATA寄存器传来的一个字节长的卡片容量信息（SIZE字节）｡SIZE字节被存储在Mifare 1卡片上的第00H扇区中的第00h 块中｡

4.4 “Authentication”认证操作子程序

Mifare 1卡的每个扇区的块3包含该扇区的密码A？6个字节 ､存取控制？4个字节 ､密码B？6个字节 ，它是一个特殊的块｡在确认了上述三个步骤后，就表示已经选择了一张卡片，在对卡片进行读写操作之前，还必须对卡片上已经设置的密码进行认证，如果匹配，则允许进一步的Read/Write操作｡也可以通过选择存储在MCM的RAM密码集中的一组密码来进行认证操作｡MCM能够存储3个密码集KEYSET0､KEYSET1和KEYSET2｡每一个KEYSET又包含了KEYA及KEYB 等｡在＂Authentication＂指令发出之前，必须设置密码控制寄存器KEYSTACON，使AL=1，然后设置KS0和KS1以指定一套密码集｡同时，还必须设置密码地址寄存器KEYADDR，当AB为“1”时，选择KEYA，AB为“0”时选择KEYB，A5~A0用于选择MCM-RAM中存放密码的扇区地址（0~63）， KEYADDR寄存器中的“AB”设置必须匹配＂Authentication＂命令，因为在＂Authentication＂命令中，60h代码用于认证KEYA;61h代码用于认证KEYB｡正确地设置KEYSTACON 和KEYADDR寄存器之后，通过写＂Authentication＂ 认证命令代码和写“地址”（Mifare

卡要认证的扇区地址是0~15）到DATA寄存器？认证密码操作的模块便开始启动执行｡如果三遍认证的每一个环都为“真”，且都能正确通过验证，则整个认证成功｡这时读写器即可对刚刚认证通过的卡片上的这个扇区进行下一步READ/WRITE 等操作｡

4.5 “Read＂或“Write＂操作子程序

Read指令允许MCU通过MCM来读取Mifare 1卡片上完整的16个Bytes的数据块｡Read指令操作只能一个块（Block）一个块地读，即一次只能读取16个字节｡如果只要求读取某Block中的几个字节的数据，也只能一个整块16个字节一起读取，再由程序员选取指定的字节｡从卡片上读到的数据必须由MCU进行校验，以确保数据的有效｡

“Write” 写指令允许用户写数据到MIFARE卡片上（完整的16 个BYTEs的数据块）｡只有在“Authentication” 认证指令完成后，才允许对数据扇区或数据块进行“Write”写指令操作｡写入的数据块的数据结构如下：

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

通过一个写操作可将存储的数据在每一个block块中写3次并反写1次，从而完成数据块的初始化｡块的地址必须写4次，其中2次为反向写入｡正/负数据值将以标准的二进制补码格式来表示｡

4.6 “Increment”或 “Decrement”增值或减值子程序

通过Mifare 1内部电路能够执行“Increment” &“Decrement”增值/减值操作，在根据KEY A 和KEY B 进行“Increment”&“Decrement”增值/减值操作时; “Increment”增值表示将指定的值加到卡片的存储器中;“Decrement”减值则表示从卡片的存储器中减去指定的值｡每一个“Increment”& “Decrement”增值/减值操作都必须跟随一条“Transfer” 传送指令，这样才能真正地将数据结果传送到卡片上｡如果没有传送指令，数据结果仍将保持在数据缓冲寄存器中｡

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